重金屬是水質(zhì)污染中的主要污染物之一，重金屬進(jìn)入水體后，能被活的生物體所吸收，一旦它們進(jìn)入食物鏈，高濃度的重金屬可能會(huì )富集在人體內，如果人體重金屬的攝入量超過(guò)了限值，能引起各種健康疾病，因此如何無(wú)害化處理好重金屬廢水已成為當前亟待解決的工作。去除水中重金屬的方法有很多，傳統的方法如化學(xué)沉淀法、氧化還原法、電解法、離子交換法、吸附法等;新興的方法如納米技術(shù)、光催化技術(shù)、基因工程技術(shù)等。筆者主要對吸附法中的新型吸附劑進(jìn)行了闡述，并總結了最近幾年來(lái)各類(lèi)新型吸附劑在重金屬廢水處理中的應用研究。

　　1 新型吸附劑

　　吸附法因其材料廉價(jià)易得、去除效果好、不產(chǎn)生二次污染且能反復再生循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，一直受到人們的青睞。傳統吸附劑在處理重金屬廢水方面的工藝已經(jīng)比較成熟，近年來(lái)科研工作者的研究主要集中在尋求更為合適、廉價(jià)、高效的吸附材料上，如：高分子聚合物材料、天然礦物材料及其衍生物、農林廢棄物、工業(yè)廢棄物、生物吸附劑等。

　　1.1 高分子聚合物材料

　　1.1.1 天然高分子聚合物材料

　　天然高分子聚合物材料又稱(chēng)多聚糖材料，是由許多單糖分子或其衍生物縮合而成的高聚物，常用于吸附重金屬離子的多聚糖材料有甲殼素、殼聚糖、淀粉、環(huán)糊精和纖維素等。

　　甲殼素是從甲殼類(lèi)動(dòng)物的殼中提取得到的天然豐富的黏多糖。P. X. Pinto等研究了兩種甲殼素產(chǎn)品Chitorem SC-20?和Chitorem SC-80?對冶礦廢水中重金屬的吸附，結果顯示，SC-20?能有效中和冶礦廢水的強酸性，幾乎所有的(>99.8%)Pd(1.1 mg/L)和Zn(79 mg/L)能被全部去除，其去除作用主要是靠廢水中的酸溶解CaCO3所產(chǎn)生的中和作用和沉淀作用。而SC-80?則是靠甲殼素聚合物對金屬離子的吸附作用去除重金屬的，其在單金屬溶液中的吸附容量為：Pb 1.24 mg/g、Cd 1.81 mg/g、Co 0.93 mg/g。通過(guò)甲殼素的脫乙酰作用可得到殼聚糖，它是甲殼素最主要的衍生物。殼聚糖分子中含有許多氨基和羥基，使其具有較好的吸附、螯合、交聯(lián)和架橋作用，可與大多數過(guò)渡金屬離子形成穩定的螯合物，因此殼聚糖對多數重金屬離子都有很強的去除能力。G. Z. Kyzas等通過(guò)交聯(lián)和接枝反應在殼聚糖上引入N-2-羧芐基得到了一種新型吸附劑，該吸附劑能同時(shí)去除水溶液中的Cu2+、Ni2+、Cr6+、As5+，在 25 ℃時(shí)對Cu2+、Ni2+、As5+、Cr6+的最大吸附容量分別為308、381、208、175 mg/g。

　　淀粉是一種廉價(jià)的天然高分子材料，分子中含有活性羥基和糖苷鍵，用物理、化學(xué)或生物方法對淀粉進(jìn)行改性，使其吸附性、溶解性及其他性能發(fā)生改變，能很好地吸附重金屬。魯棟梁等將以氮為中心的交聯(lián)淀粉與丙烯酰胺進(jìn)行接枝共聚和磺化，合成了淀粉衍生物硫代氨基淀粉黃原酸鹽(DSX)，DSX對模擬廢水中Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+的吸附去除率可分別達到99.5%、99.4%、99.0%、99.2%。呂梓民等以木薯淀粉為原料、硝酸鈰銨為引發(fā)劑，合成了丙烯酸甲酯接枝淀粉，然后用水合肼對其進(jìn)行改性，合成了具有氨基功能團的螯合淀粉，在最佳吸附條件時(shí)，改性淀粉對Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+的去除率均可達99.9%以上。環(huán)糊精是直鏈淀粉在由芽孢桿菌產(chǎn)生的環(huán)糊精葡萄糖基轉移酶作用下生成的一系列環(huán)狀低聚糖的總稱(chēng)。A. Z. M. Badruddoza等用Fe3O4納米顆粒對羧甲基-β-環(huán)糊精進(jìn)行改性得到了一種新型吸附劑CDpoly-MNPs，該吸附劑能選擇性地去除水中的Pb2+、Cd2+、Ni2+，最大吸附容量分別為64.5、27.7、13.2 mg/g。

　　纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖，是世界上最豐富的天然有機物之一。未改性的纖維素在處理工業(yè)廢水時(shí)其吸附作用不大，需要進(jìn)行改性。L. V. A. Gurgel等分別用二異丙基碳二亞胺或乙酸酐對琥珀?；z光化纖維素進(jìn)行活化，之后與三乙烯四胺進(jìn)行反應得到了兩種新型改性纖維素螯合劑cell 2和cell 4，cell 2對Cu2+、Cd2+、Pb2+的最大吸附容量分別為56.8、68.0、147 mg/g，cell 4對Cu2+、Cd2+、Pb2+的最大吸附容量分別為69.4、87.0、192 mg/g。

　　1.1.2 合成高分子聚合物材料

　　人工合成的高分子聚合物主要有離子交換劑、高分子絮凝劑和葡聚糖凝膠等。D. Ko?odyńska用聚丙烯酸酯陰離子交換樹(shù)脂Amberlite IRA 958與N，N-二(羧甲基)谷氨酸(GLDA)所形成的螯合物對Pb2+進(jìn)行吸附，其最大吸附量是99.8 mg/g;用聚苯乙烯陰離子交換樹(shù)脂Lewatit MonoPlus MP 500與 GLDA所形成的螯合物對Cu2+進(jìn)行吸附，其最大吸附量是81.6 mg/g。Jiajia Huang等對聚苯硫醚纖維進(jìn)行氯甲基化和季銨化反應得到了一種纖維狀強堿性陰離子交換劑(QAPPS)，在pH 1~12范圍內都能有效吸附Cr6+，其最大吸附量為166 mg/g(pH=3.5)。R. Vinodh等通過(guò)氯甲基化和胺化制備了離子交聯(lián)聚合物——季銨化聚苯乙烯-乙烯-丁烯苯乙烯(QAPSEBS)，將該聚合物用于吸附水溶液中的Cr6+、Cu2+、Ni2+。結果顯示，其對Cr6+的吸附率高于Cu2+和Ni2+。王爽等以聚乙烯亞胺、巰基乙酸為原料，通過(guò)酰胺化反應合成了一種新型高分子重金屬絮凝劑巰基乙酰聚乙烯亞胺(MAPEI)，該絮凝劑對Cd2+有很好的去除效果，最高去除率可達99.9%以上。C. Demirbilek等通過(guò)二乙氨乙基葡聚糖上的羥基和單體交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷分子間的側鏈反應合成了環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)二乙氨乙基葡聚糖凝膠，其對各金屬離子的吸附親和力為Zn2+>Mn2+>Pb2+>Cd2+。

　　1.2 天然礦物材料及其衍生物

　　天然礦物材料主要有沸石、膨潤土、蛭石、硅藻土、磷礦石等。沸石是由(Si，Al)O4四面體組成的框架構造，具有良好的選擇吸附和離子交換功能，可有效吸附去除水中重金屬離子污染物。M. A. Barakat用低品位的高嶺土通過(guò)熱液反應合成了4A沸石，使用4A沸石，Cu2+和Zn2+在中性和堿性條件下被吸附，Cr6+在酸性條件下被吸附，Mn4+在高堿性條件下被吸附。膨潤土是以蒙脫石為主要礦物的黏土礦。由于蒙脫石晶胞形成的層狀結構中存在某些陽(yáng)離子，且這些離子易被其他陽(yáng)離子交換，故具有較好的離子交換性。此外，膨潤土有巨大的表面積，因而吸附能力強。孫洪良等用十六烷基三甲基季銨鹽和乙硫醇銨鹽雙陽(yáng)離子同時(shí)復合改性?xún)让赦}基膨潤土，研究發(fā)現：復合改性膨潤土的表面性質(zhì)和層間結構發(fā)生了顯著(zhù)改變，其對Cd2+有較好的吸附能力。蛭石是一種與蒙脫石相似的黏土礦物，為層狀結構的含鎂的水鋁硅酸鹽次生變質(zhì)礦物，具有較大的比表面積和較強的陽(yáng)離子交換容量，能有效去除廢水中的重金屬。A. C. V. dos Santos等考察了蛭石對Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附效果，研究表明，非膨化蛭石對各離子的親和力為：pH=4時(shí)，Cu2+ < Cd2+< Pb2+;pH=5時(shí)，Cu2+=Cd2+

　　磷礦石作為一種新型環(huán)境礦物材料對含重金屬離子的工業(yè)廢水具有較好的處理效果。A. Aklil等用燒制的磷礦石去除水中重金屬離子，在pH=5時(shí)，其對Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附容量分別為85.6、29.8、20.6 mg/g。Bingcai Pan等合成了一種非晶態(tài)磷酸鋯(ZrP)用于吸附重金屬離子Pb2+、Cd2+、Zn2+，在競爭性陽(yáng)離子Ca2+存在下，其吸附能力為Pb2+>Zn2+≈Cd2+>Ca2+。為了提高羥基磷灰石處理重金屬的性能，M. Vila等用三維大孔生物聚合物聚己酸內酯和戊二醛交聯(lián)明膠對其進(jìn)行固載化，其對重金屬離子Pb2+、Cu2+、Cd2+的吸附量分別為83.9、24.0、35.5 mg/g。

　　1.3 農林廢棄物

　　農林廢棄物是一種廉價(jià)吸附劑，其基本組成包括半纖維素、木質(zhì)素、提取物、類(lèi)脂、蛋白質(zhì)、單糖、淀粉等，它們含有乙酰胺基、羥基、羰基、酚基、氨基、巰基等不同的官能團，有利于通過(guò)金屬絡(luò )合去除重金屬離子。其吸附機理主要為化學(xué)吸附、表面絡(luò )合吸附、孔內擴散和離子交換等。李子內核、椰子殼、香蕉皮、稻草秸稈等都能被用作吸附劑。H. Treviňo- Cordero等分別用李子內核和藍花楹制備的活性炭對Pb2+進(jìn)行吸附。T. S. Anirudhan等用椰子殼所制備的活性炭來(lái)吸附工業(yè)廢水中重金屬離子Pb2+、Hg2+、Cu2+。該吸附劑在pH=6.0時(shí)對Pb2+和Cu2+有較好的吸附，在pH=7.0時(shí)對Hg2+有較好的吸附。韓香云等用香蕉皮作為吸附劑，對含有Cu2+、Zn2+的重金屬廢水進(jìn)行了吸附研究。結果表明香蕉皮對Cu2+、Zn2+的吸附率可達95%以上。譚婷等以稻草秸稈為原料，用乙二胺、尿素、硫脲、二甲胺和水合肼等多種胺基試劑經(jīng)氯化和胺化反應對稻草秸稈進(jìn)行改性，制成多種改性胺基稻草纖維并用于電鍍廢水中重金屬離子的吸附。結果表明，乙二胺基改性稻草纖維吸附Fe3+、Ni2+、Cu2+、Zn2+性能明顯優(yōu)于稻草纖維原料和其他胺基改性稻草纖維。Mingxin Guo等用家禽糞便作為前體物質(zhì)制備的活性炭用于處理重金屬廢水，與煙煤和椰子殼活性炭相比，該活性炭對金屬離子有高的吸附力，其對Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+的吸附容量分別為：25.6、196、15.4、28.1~33.7 mg/g。

　　1.4 工業(yè)廢棄物

　　工業(yè)廢棄物，如鋼渣、粉煤灰、赤泥、污泥、橡膠輪胎等及其改性產(chǎn)品作為另一種廉價(jià)吸附劑越來(lái)越多地被應用到廢水中重金屬的處理中。鋼渣是煉鋼過(guò)程排出的熔渣，它疏松多孔、比表面積大，具有一定的吸附能力。Y. W. Chiang等研究發(fā)現，鋼渣在合成廢液的單污染和多污染物試驗中對As5+、Cd2+、Pb2+、Zn2+的吸附能力分別超過(guò)了傳統針鐵礦100%~400%和240%，鋼渣對As5+、Pb2+、Zn2+的最大吸附容量可達124 mg/g，對Cd2+的最大吸附容量為21.4 mg/g。粉煤灰含有多孔玻璃體、多孔炭粒，呈多孔性蜂窩狀組織，比表面積較大，同時(shí)還具有活性基團，因此具有較高的吸附活性。E. P. Kuncoro等用粉煤灰去除水溶液中Hg和Pb，結果顯示粉煤灰對Hg和Pb有較好的去除效果，并用紅外揭示了Hg、Pb與粉煤灰的結合方式。I. D. Pulford等通過(guò)催化烴裂解對赤泥進(jìn)行碳化，得到了一個(gè)具有高比表面積的磁性材料。與未處理的赤泥和酸化處理的赤泥相比，碳化赤泥對Cu2+和Pb2+有很好的吸附能力。A. Kuma等用清洗烘干磨成粉的池塘污泥作為有機吸附劑用來(lái)去除合成廢水中的Cr3+，其最大吸附率可達99%。V. K. Gupta等對橡膠輪胎進(jìn)行物理活化得到了一種新型介孔吸附劑(RTAC)，RTAC有非常發(fā)達的介孔結構，對模擬電鍍行業(yè)廢水中Pb和Ni的處理率分別為96%和87%。

　　1.5 生物吸附劑

　　生物吸附劑主要包括細菌、真菌、藻類(lèi)及一些細胞提取物。研究表明，廢水中金屬污染物質(zhì)量濃度為1～100 mg/L時(shí)，采用傳統的工藝處理成本很高，而廉價(jià)易得的微生物從稀溶液中富集、分離重金屬的能力非常好。

　　細菌是環(huán)境中一類(lèi)重要的微生物資源，在重金屬污染環(huán)境中，細菌種群結構、生理代謝會(huì )產(chǎn)生各種變化以響應重金屬的脅迫，通過(guò)吸附富集、氧化還原等對重金屬進(jìn)行去除。Xu Deng等用重組光合細菌(沼澤紅假單胞菌)去除廢水中的Hg2+。研究表明，與野生型沼澤紅假單胞菌相比，重組型沼澤紅假單胞菌對Hg2+有更強的抑制作用;前者將Hg2+吸附在細胞表面，后者則是將Hg2+吸附在細胞內部。Huiping Song等將趨磁細菌(MTB)作為生物吸附劑吸附水中的Au3+和Cu2+，研究表明，在最佳吸附條件時(shí)，MTB對Au3+和Cu2+的最大吸附量分別為505、493 mg/g。S. K. Chatterjee等〔6使用從印度達莫達爾河中分離出的芽孢桿菌(嗜熱菌)吸附去除合成金屬溶液中的金屬，對Fe3+、Cr3+、Co2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Ag+、Pb2+的去除率分別為91.31%、80.80%、79.71%、57.14%、55.14%、49.02%、43.25%、36.86%;用于處理實(shí)際工業(yè)廢水時(shí)，其對各金屬的去除率則有所下降，分別降為43.94%、39.2%、11.43%、13.03%、9.02%、35.88%、7.65%、18.22%。

　　真菌是一種真核生物，通常分為三類(lèi)，即單細胞的酵母菌、小型霉菌和產(chǎn)生子實(shí)體的蕈菌(大型真菌)，它們的細胞壁含大量的幾丁質(zhì)和葡聚糖，可利用它們來(lái)吸附去除水中重金屬。啤酒酵母是釀造工業(yè)的副產(chǎn)品，也是一種廉價(jià)的具有前景的重金屬吸附劑，可用于吸附去除廢水中的Cu2+和Pb2+。研究表明20 ℃時(shí)，啤酒酵母對Cu2+、Pb2+的最大吸附量分別為1.45、5.74 mg/g。黑曲霉-拮抗細菌B-77用聚乙烯醇水凝膠(PVA)或海藻酸鈣被固定化后，用其吸附處理模擬實(shí)驗廢水中的重金屬，其中以海藻酸鈣固定時(shí)，B-77對Cd2+、Pb2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Mn2+的去除率分別為96.2%、90.0%、80.0%、72.8%、55.4%、54.4%、52.3%;以PVA固定時(shí)，B-77對上述金屬的去除率分別為95.0%、88.0%、80.0%、67.1%、58.5%、48.9%、44.6%。

　　藻類(lèi)是原生生物界一類(lèi)真核生物，其細胞壁是由纖維素、果膠質(zhì)、藻酸銨巖藻多糖和聚半乳糖硫酸酯等多層微纖絲組成的多孔結構，具有較大表面積，對大多數重金屬具有較強的吸附能力。E. Romera 等分別研究了綠藻、紅藻和褐藻對水溶液中Cd、Ni、Zn、Cu、Pb的去除效果。其中對Cd、Ni、Zn的最佳吸附pH=6，而對Cu、Pb的最佳吸附pH<5，與綠藻和紅藻相比，褐藻能使溶液中金屬離子濃度降到最低。

　　鄭展望等將制革污泥壓干至含水75%～90%，得到活性污泥，加入堿調節活性污泥pH為9~14，得到了一種重金屬生物吸附劑，該吸附劑對Cu和Ni的回收率可達到90%~98%。人工濕地是一種利用基質(zhì)、微生物及動(dòng)植物群落的物理、化學(xué)及生物的相互作用，通過(guò)物理沉淀、過(guò)濾、化學(xué)沉淀、吸附、微生物交互作用以及植物的吸收去除重金屬的技術(shù)。姚運先等通過(guò)盆栽試驗，研究了人工濕地種植野茭白對酸性含鐵、錳、總鉻等重金屬廢水的處理效果。重金屬濃度較低時(shí)，濕地系統對鐵、錳、總鉻的去除率分別達到98.4%、81.2%、99.5%。

　　2 結論與展望

　　新型吸附劑由于成本低、選擇性好、高效環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將可能成為今后比較有競爭力的一種重金屬處理方法。高分子聚合物材料，天然礦物材料及其衍生物、農林廢棄物、工業(yè)廢棄物、生物吸附劑等是近年來(lái)科研工作者研究的熱點(diǎn)。

　　目前科研工作者在新型吸附劑的研究方面所遇到的問(wèn)題：(1)吸附劑對重金屬的去除效果受廢水成分影響較大。實(shí)際工業(yè)廢水成分較為復雜，吸附劑去除重金屬的效果遠沒(méi)有模擬廢水中去除效果好;(2)很多吸附劑只是處于實(shí)驗室研究階段，如何將優(yōu)良的新型吸附劑從研發(fā)階段投入到工業(yè)實(shí)際應用中去是亟待解決的工作。今后的研究方向應主要集中在：(1)尋找更多的適合吸附重金屬離子的吸附劑品種，尤其是針對高毒性重金屬As、Pb、Hg的吸附劑;(2)所研發(fā)的吸附劑應容易生物降解或可再生，不引起二次污染，能符合當前環(huán)境保護要求;(3)生物吸附劑是近幾年來(lái)研究較熱且最具應用前景的一類(lèi)吸附劑，應加大其研究開(kāi)發(fā)力度，利用生物吸附劑處理重金屬廢水或將成為未來(lái)的一種趨勢。

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