复合材料对污水中重金属的吸附净化作用研究

邵志浩 林聪勇

摘 要：经济飞速发展的同时，工农业生产以及人民的生活产生的废水也越来越多，对水环境以及土壤环境产生了严重的污染，农产品存在着严重的重金属污染，对于人类的健康产生着潜在的胁迫，因此重金属污染的吸附处置是当今的研究热点问题。复合材料是指将物化性质不同的两种及以上的材料进行优化组合，复合材料具有组分的优点的同时，还具有性能优越，适用性广泛的特点。本文通过对重金属的危害出发，介绍了现阶段污水中重金属的去除方法，在此基础上介绍了复合材料的应用研究进展，并对其应用前景进行了总结展望。

关键词：污水处理;重金属;复合材料;吸附性能

改革开放以来，我国的经济水平得到了显著的提升，工农业发展进程不断加快，环境问题随之而来，其中重金属污染是首当其冲的问题，重金属主要来源包含工业生产的废水、废渣以及废气、生活废水以及农业生产中的污水灌溉以及农药化肥的施用等。重金属存在降解难、蓄积易、毒性大、难治理等问题，是现阶段亟待处理的环境污染问题。

一、重金属水污染及危害

水是人类赖以生存发展的重要自然资源。随着全球人口的激增以及生产活动的增加，水资源的需求增加与水环境的恶化之间的冲突越来越深。工农业生产产生的废水中含有较多的有机污染物及重金属污染物甚至放射性核素等难以降解的污染物，未进行安全处置的废水直接排入海洋、河流以及湖泊等水体中，对于水体以及土壤环境造成了严重的污染，水体中的水可以直接或者经由农业生产间接对人体健康产生胁迫，因此水污染问题是全球面临的最为严峻的环境问题之一，水污染治理刻不容缓。

重金属通常是指比重在4g/cm3以上的金属元素，通常包含Pb、Cd、Hg、Bi、Zn、Co、Cu以及Ni等。重金属的来源广泛，按照来源可以分为农业污染源、工业污染源、交通运输污染源以及生活污染源等。重金属的生理毒性：（1）铅作为有毒物质，主要通过消化及呼吸系统进入人体，对人体器官产生慢性毒害作用，严重时发生癌变甚至死亡。（2）汞具有较强的蓄积性，能够与人体内的大分子产生共价结合.（3）铜作为人体的必须的微量元素之一，人体内铜浓度积累到一定程度时会产生严重的中毒现象。（4）镉可以通过呼吸或者摄食进入人体，对呼吸道产生严重的刺激，严重时可以使嗅觉丧失，镉还能造成骨质疏松以及肾脏损害。

二、污水中重金属的处理处置方法

（一）化学沉淀法。化学沉淀法包含氢氧化物和硫化物沉淀法两种，原理是将重金属与氢氧化钠物或者硫化剂进行化学反应，反应结束后进行固液分离的方式进行重金属离子的分离。

（二）氧化还原法。氧化还原法是利用氧化还原剂，将金属离子进行还原，再将其转化为沉淀物进行除去，常用的还原剂为亚铁盐及亚硫酸盐。

（三）离子交换法。离子交换法是通过离子与金属离子进行置换反应，从而进行重金属的去除。常用的离子交换剂为各种离子交换树脂。

（四）电化学法。电化学法主要包含电凝聚、电浮选以及电氧化还原。电凝聚是将铁铝质阳极电解为其离子然后形成不溶性絮状物进行重金属分离。电浮选与电凝聚的不同之处在于，利用电解产生的氢气将重金属离子进行气浮使其到达液面。电氧化还原法是利用氧化或还原产物进行重金属离子的去除。

三、吸附法处理污水中重金属的研究进展

随着对于污水中重金属的处理处置方法的研究加深，吸附法因为其操作简单、吸附材料多、吸附性能高定特点得到广泛应用，现阶段使用的吸附材料按照其化学结构可以分为碳性、无机两种。

（一）碳性吸附材料。碳性吸附材料主要包括活性炭、碳纳米管两种。王改娟通过将活性炭进行乙酸乙酯改性发现改性后的活性炭显著增强了重金属吸附性能。碳纳米管对于重金属离子的吸附性能有限，因此也要将其进行改性处理。Tong等将碳纳米管进行单宁酸改性发现其大大缩减了吸附平衡时间，同时对于重金属的吸附容量增加。Cui[将苯基-亚氨基二乙酸与多壁碳纳米管进行重氮反应共价接枝发现大大缩短了铁通铅的吸附平衡时间。

（二）无机吸附材料。无机吸附材料具有来源广泛种类繁多的特性。常见的有矿物材料、金属基材料以及硅胶材料三种。无机材料的吸附性能受其吸附量的限制，因此其改性是研究的热点问题。詹旭通过研究累托石对铅的吸附性能发现改性后的累托石具备更好的吸附性能。Li等将PS-EDTA树脂进行三元水化合氧化物进行改性发现改性后的树脂表现为更好的汞吸附性能。

四、复合材料吸附污水中重金属的研究进展

复合材料是指两种及以上的不同理化性质的材料通过某种方法进行复合而形成的新型材料，一般具有较强的吸附性能。

（一）高分子复合型吸附材料。天然高分的吸附能力受其疏水性及其稳定性限制，因此天然高分子改性进行污水中重金属吸附是研究重点问题。高分子聚合物引入复合吸附材料中具有明显的优势：

（1）可以显著增强吸附材料的吸附性能。如Nakmura等通过将制备了肼基脱氧和和羧烷基肼基脱氧两种纤维素引入复合材料中发现其显著提升了对Cu2+，Mn2+，Ni2+和Co2+吸附性能。Repo等发现羧酸基团能够显著提升壳聚糖对于水中Ni2+和Co2+的吸附容量。Chen等研究发现引入硫醇基团显著提升;的磁性壳聚糖对Co2+的吸附性能，显著提升了吸附速率。

（2）可以根据实际应用需要进行针对性制备。如Wang等制备了壳聚糖聚乙稀醇泡沫用来去除Cu2+。Sone等制备了海藻酸钠聚氨醋复合泡沫来选择性去除Pb2+。Lima等制备了醋酸纤维素壳聚糖复合膜来提取废水中的Cu2+。

（二）高分子/无机复合型吸附材料。高分子/无机复合型材料由将有机相高分子和无机相材料经由某种方式进行结合产生，表现为更强的亲水性能仪器稳定性。王琼生等通过制备壳聚糖-黏土复合吸附剂发现壳聚糖显著增加了吸附剂的稳定性。杨柳燕等将有机蒙脱土包埋在聚乙稀醇凝胶网络中，通过柱吸附和批吸附研究其对苯酸的去除效果。陈维璞等凝胶球显著提升了对于Cu2+的吸附性能。在实际研究和应用中，应针对不同的需求选择不同的原料，制备出合适的能满足特定需要的高分子无机复合型吸附材料。

（三）无机/无机复合型吸附材料。无机吸附材料具有来源广泛、种类繁多、成本低等优势，广泛应用于污水治理中。无机材料的复合是研究的焦点问题，复合材料具备较强的机械性能热化学性能以及吸附性能。

五、总结与展望

复合型材料在单一材料的基础性通过改性，显著增加了其亲水性能及其稳定性和吸附性能，增加了吸附容量的同时大大缩减了平衡所需要的时间，表现为更为优异的吸附性能，近十几年来对于复合材料的研究较多，今后可以设计和制备更多的复合材料，进行高稳定性、高效吸附以及分离能力强和高分离速率的复合材料的研究制备，将理论计算与实验相结合，系统的研究其吸附作用机理机制，进一步揭示吸附材料结构与吸附性能之间的关系，为高效治理污水中的重金属吴蓉蓉提供实验验证和理论支撑，进而解决环境污染问题。

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