周美香

（銅陵港華燃?xì)庥邢薰荆不?銅陵 244002）

自然界中存在一百多種化學(xué)元素，其中金屬元素就占83%。在這些金屬元素中，存在一些密度大于4.5 g/cm3的重金屬元素，如果重金屬元素進(jìn)入生物體內(nèi)，會給生物帶來重大損害。還有一些金屬更是對碳基生命有著致命的毒性，比如人們比較熟悉的砷元素。在工業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)時，大量工業(yè)廢料和建筑廢料未經(jīng)處理被隨意排放到自然環(huán)境中，對土壤、空氣、水體造成了嚴(yán)重的污染，這些污染中就包含了大量重金屬污染，重金屬元素融入水資源中，讓水資源被污染，如果這些被污染的水資源被當(dāng)作飲用水使用，重金屬就會進(jìn)入人體，對人體健康帶來嚴(yán)重?fù)p害。近年來，我國因為重金屬污染而引起的環(huán)境和健康問題已經(jīng)逐步顯現(xiàn)，因此我國高度重視重金屬污染治理工作，下面就來簡單介紹目前重金屬污染治理方面取得的研究成果。

1 新型吸附劑的研究

1.1 碳基材料的吸附劑

目前，有一類新型吸附劑使用碳基材料，其采用物理吸附，通常使用活性炭、生物炭等具有較強吸附能力的碳基材料對水體中的重金屬元素進(jìn)行吸附。碳基類吸附材料的制備方法如下：選取植物的果殼或碎屑，將果殼、碎屑進(jìn)行高溫碳化處理，最終得到活性炭成品，活性炭主要呈顆粒狀或粉末狀，將活性炭改制成活性炭纖維也能提高吸附劑的吸附能力。

使用碳基類吸附劑對鉻、鎘、鋅元素的吸附效果較好，通過植物果殼制備的活性炭能夠滿足凈水用活性炭的A級標(biāo)準(zhǔn)。在對不同價態(tài)的金屬元素進(jìn)行吸附測試中，人們發(fā)現(xiàn)，其對毒性較高的六價鉻的吸附量可以達(dá)到41 mg（1 g水體），對二甲鎘的吸附量可以達(dá)到48 mg（1 g水體），對二價鋅的吸附量為25 mg（1 g水體）。將活性炭改制成活性炭纖維后，其吸附效果有所提高，再對二價鎘的吸附效果進(jìn)行測試[1-2]。測試步驟如下：取2 L含有200 mg二價鎘的試驗用水，取活性炭纖維吸附劑2 L，吸附劑中的活性炭纖維含量為4 g，將活性炭纖維吸附劑加入試驗用水中，在常溫24～26℃下進(jìn)行反應(yīng)，對二價鎘吸附后，活性炭的吸附量達(dá)到23 mg/g，因此證明活性炭纖維對二價鎘有較高的吸附表現(xiàn)。

活性炭纖維的表面積較大，其中分布大量直徑微小的孔洞，因此其對于水中重金屬元素有較好的吸附性。目前，碳基材料吸附劑被廣泛應(yīng)用，人們也對活性炭的改性做出進(jìn)一步研究。碳基材料吸附劑的吸附原理是物理吸附，不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對溫度的要求不高，但是隨著吸附重金屬數(shù)量的增加，其吸附能力會減少。其通過活性炭纖維對鉛元素和鎘元素進(jìn)行吸附，活性炭纖維吸附到的二價鉛和二價鎘可以與活性炭纖維上的氧、氮等元素結(jié)合，進(jìn)而達(dá)到對水中重金屬的吸附作用。

1.2 含礦物質(zhì)的吸附劑

含礦物質(zhì)也可以作為新型吸附劑，如黏土、硅藻土、珍珠巖等，其對于重金屬也有較好的吸附效果。研究發(fā)現(xiàn)，硅藻土對二價鋅、二價鎘、二價鉛的吸附效果較好，其吸附平衡過程為5～8 min；增加硅藻土劑量，可以進(jìn)一步提高水體中重金屬的處理效果；提高溫度，也能增強硅藻土吸附劑的吸附能力[3-5]。另外，含礦物質(zhì)對二價鎘的吸附效果要高于二價鋅，因此其處理二價鎘更適合。礦物吸附劑的最佳吸附效果為7～11 h，一旦大于11 h,其吸附效果會逐漸下降。

1.3 植物纖維類吸附劑

植物纖維可以制成新型吸附劑，合理利用植物莖稈、果殼等，可以達(dá)到吸附重金屬的目的。人們可以對植物材料進(jìn)行再加工，同時使用醚化、酯化等方法，對植物材料中的羥基加以活化，進(jìn)而提升纖維素的吸附能力。植物材料的采集更為便捷，投入成本更低，有利于降低廢水處理成本，因此人們可以將沒有經(jīng)濟價值的植物莖稈、果殼等作為吸附材料，提高農(nóng)作物的利用率。目前，植物纖維類吸附劑在重金屬處理研究領(lǐng)域被廣泛關(guān)注，其在重金屬處理中應(yīng)用較廣。

研究發(fā)現(xiàn)，植物纖維素對二價銅的吸附效果較好，其吸附平衡時間為1 h。試驗使用二價銅濃度為120 mg/L的水體，加入植物纖維素后，植物纖維素的吸附量為9 mg/g，其吸附二價銅的過程為45～55 min，并且植物纖維素的表面積較大，容易提取，因為是從植物中提取的，材料更容易降解，因此植物纖維素作為吸附材料可以作為吸附劑的發(fā)展方向[6-7]。

另外，人們可以提取木材中的木質(zhì)素來吸附重金屬，其產(chǎn)量較高，容易提取，對重金屬的吸附效果較好，適合用作重金屬吸附材料。與植物纖維素一樣，木質(zhì)素同樣含有羥基，也含有甲氧基、羰基，這些有機官能團可以有效吸附重金屬，通過化學(xué)改性處理，人們可以進(jìn)一步提高木質(zhì)素的吸附能力。研究發(fā)現(xiàn)，在木質(zhì)素中引入胺基，可以延長吸附時間，提高對二價鉛的吸附能力；將木質(zhì)素進(jìn)行硫酸鹽改性處理，加大硫酸鹽的投入量，可以有效提高木質(zhì)素對六價鉻的吸附效果，在同等試驗水體和木質(zhì)素劑量的基礎(chǔ)上，加入2～4 g硫酸鹽，等待1.5 h，對試驗水體進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，水體中六價鉻含量為0.3 mg/L[9-10]。

1.4 生物類吸附劑

細(xì)菌、藻類等微生物都可以作為吸附重金屬的材料，藻類也含有與植物相同纖維素，而細(xì)菌含有與植物纖維素相同分子結(jié)構(gòu)的細(xì)菌纖維素。研究發(fā)現(xiàn)，藻類對二價鎘的吸附效果較好，取二價鎘含量為20 mg/L的試驗水體，加入等量的藻類吸附劑，其對試驗水體中二價鎘的吸附率可以達(dá)到99%。在對重金屬成分復(fù)雜的水體進(jìn)行處理時，藻類吸附劑可以連續(xù)吸附，處理水體中的多數(shù)重金屬。

人們可以使用菌類作為吸附材料，以有效吸附水體中的銅元素。相關(guān)研究表明，使用65～75 nm的細(xì)菌纖維素，對二價銅進(jìn)行吸附，其吸附平衡的完成時間為1 h[8]。選取2 L的試驗水體，水體中的二價銅含量為200 mg，加入細(xì)菌纖維素后，細(xì)菌纖維素的吸附容量為9 mg/g，其吸附反應(yīng)的時間為45～55 min。因此,使用細(xì)菌纖維素作為吸附材料，可以有效保證重金屬處理效果，并且細(xì)菌增殖速度快，細(xì)菌纖維素容易提取，因為其生物特點，不會造成重復(fù)污染，它是理想的新型重金屬吸附劑。

2 新型吸附劑處理重金屬廢水的研究情況

2.1 處理水體中鉛含量超標(biāo)的方法

鉛是對人體危害較大的重金屬元素，鉛中毒會影響人體神經(jīng)中樞，對視力、智力、運動神經(jīng)均有重大的危害，還會影響下一代的發(fā)育。因此，人們需要重視對鉛廢水的處理工作，降低水體中的鉛含量。研究發(fā)現(xiàn)，使用生物類吸附劑，可以有效吸附水體中的鉛元素，在23～26℃溫度下，在鉛廢水中添加菌類吸附劑，處理時長為0.5 h，處理后的水體中，鉛含量明顯降低，處理量占初始含量的85%[11]。

2.2 處理水體中鎘含量超標(biāo)的方法

鎘也是重金屬元素之一，對人體健康有較大的危害，鎘元素如果大量進(jìn)入人體，會降低人體內(nèi)的鈣含量，并且鎘會促進(jìn)人體雌激素的異常分泌，進(jìn)而影響人體健康。同時，鎘的攝入會降低人體的免疫能力，影響免疫細(xì)胞的增殖，進(jìn)而破壞人體的免疫系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，植物纖維類吸附劑可以有效吸附鎘元素。通常，鎘污染來源于工業(yè)生產(chǎn)，如電鍍廢水。相關(guān)試驗表明，提取鎘廢水，鎘含量為45 mg/L，使用含有植物纖維素的吸附劑，將其加入鎘廢水中，其植物纖維素吸附劑的加入量為15 g/L，保證水體pH在7.5，充分?jǐn)嚢桄k廢水，放置1.5 h后，對水體進(jìn)行鎘含量檢測，水體鉻含量減少98.5%。

另外，人們可以使用含礦物質(zhì)的吸附劑來處理鎘廢水。試驗發(fā)現(xiàn)，提取鎘廢水，鎘含量為55 mg/L，保證水體pH在6.5左右，在水體中加入硅藻泥含量為50 g/L的吸附劑，保證水體溫度為24～26℃，對水體進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，放?～2 h，然后對水體進(jìn)行鎘含量檢測，結(jié)果表明，水體中鎘含量比初始含量降低98.61%。因此，新型吸附劑可以提高鎘廢水的處理能力，具有較大的應(yīng)用價值。

2.3 處理水體中鉻含量超標(biāo)的方法

六價鉻的毒性較強，因此鉻污染對生物和環(huán)境的危害極為嚴(yán)重。六價鉻會對皮膚造成過敏反應(yīng)，并且會破壞遺傳基因鏈，嚴(yán)重時會讓人體產(chǎn)生癌癥。六價鉻也對水生生物有著較強的致死能力，破壞生態(tài)環(huán)境，會給國家造成重大的經(jīng)濟損失。鉻廢水試驗結(jié)果表明，碳基材料的吸附劑和木質(zhì)素吸附劑均對六價鉻有著較好的吸附效果，選取鉻含量為60 mg/L的鉻廢水，調(diào)整鉻廢水的pH值，讓鉻廢水呈酸性，在鉻廢水中添加木質(zhì)素吸附劑，吸附劑的添加量為45 g/L，保證水體溫度24～26℃，最終水體中的六價鉻去除率為91%。

人們也可以使用碳基材料的吸附劑對鉻廢水進(jìn)行測試，控制鉻廢水的pH值，讓鉻廢水呈酸性，選取活性炭吸附劑，吸附劑的用量為50 g/L，因為活性炭吸附劑對溫度沒有要求，因此對水體溫度沒有過高要求，對鉻廢水進(jìn)行攪拌，放置1～2 h，通過檢測儀對水體進(jìn)行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水體中六價鉻的吸附率為94%。因為碳基材料制備方便，原材料價格低廉，因此其在我國重金屬廢水處理中被大量應(yīng)用。

3 結(jié)語

吸附法是處理重金屬廢水的有效途徑之一，其具有顯著的處理效果。當(dāng)前，人們要積極研發(fā)新型吸附劑，不斷增強吸附劑的吸附能力，提高重金屬廢水處理效果，以減少重金屬污染，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。