孫桃

（徐州工業(yè)職業(yè)技術學院化工學院，江蘇徐州 221140）

隨著我國工業(yè)化進程的加快，人民生活水平逐步提高，工業(yè)廢水的排放不當以及電子垃圾的隨意丟棄造成的水體重金屬污染越發(fā)嚴重[1-2]。含鎘廢水主要來自于含鎘礦山的開采和冶煉、鎘化合物生產企業(yè)排放、鎳鉻電池生產及電鍍等。鎘可以通過食物鏈在人體內蓄積，或直接作用于人體而引發(fā)急、慢性鎘中毒，對人體有害。我國規(guī)定工業(yè)廢水中鎘的最高排放濃度為0.1 mg/L。目前，含鎘廢水的有效處理已迫在眉睫，研究開發(fā)高效、經濟的含鎘廢水處理技術，具有重大的社會、經濟和生態(tài)意義。

近年來，已有許多學者在探索利用農林廢棄物作為吸附劑來處理鎘污染廢水。農林廢棄物是指在農業(yè)、林業(yè)的生產或加工過程中淘汰的廢棄物，是豐富的生物質資源，主要含有半纖維素、木質素、果膠等成分，價格低廉，卻具有相對較好的吸附性能，作為吸附材料的原料倍受青睞。目前，利用農林廢棄物處理含鎘廢水已經成為一種新型處理方法，國內外很多學者都對類似生物質吸附劑進行了研究，且研究主要集中在以下3個方面：（1）天然材料對廢水中鎘的吸附性能研究；（2）改性材料對廢水中鎘的吸附性能研究；（3）生物炭材料對廢水中鎘的吸附性能研究。

1 天然材料吸附劑

王丹等研究以天然核桃殼吸附廢水中Cd2+，核桃殼富含木質素、沒食子酸、鞣質、核桃醌等[3]，可以作為吸附劑處理含鎘廢水。其最大吸附量為12.5 mg/g，吸附過程對Freundlich方程和Langmuir方程的擬合效果都較好，吸附屬自發(fā)吸熱過程，較易發(fā)生。雷娟等[4]采用塊狀花生殼對Cd2+和Pb2+進行吸附特性研究，將花生殼沖洗干凈后于烘箱中60 ℃烘干，剪成1 cm2左右的塊狀材料，在25 ℃pH為3～6條件下進行吸附，36 h達到平衡，塊狀花生殼對Cd2+的飽和吸附量為10.47 mg/g。Meisam Torab-Mostaedi等[5]對柚子皮吸附鎘的動力學和熱力學進行研究，發(fā)現(xiàn)柚皮對Cd2+的最大吸收量為42.09 mg/g；生物吸附過程的動力學符合準二級動力學模型；熱力學參數(shù)描述了生物吸附的吸熱性質，且該過程是自發(fā)進行的。在吸附Cd2+的過程中，天然材料吸附劑中陽離子和質子的釋放揭示了吸附的主要機制是離子交換。紅外光譜分析表明，羧基和羥基參與了金屬離子的吸附。用0.1% HCl從柚子皮中回收Cd2+，回收率大于97%。同時，香蕉葉[6]、小麥秸稈[7]、米糠[8]、玉米棒子芯[9]、甘蔗渣[10-12]、樟子松鋸屑[13]等多種農林廢棄物都已經被研究用于處理含鎘廢水。

2 改性材料吸附劑

天然農林廢棄物經物理化學方法改性后，可以對較高濃度重金屬溶液具有很好的吸附性能，且改性操作簡單、成本相對較低，是很好的研究方向。

呂一品等[14]以實驗室釀酒后得到的柿子廢渣為原料，通過化學改性增加其吸附效率，對溶液中Cd2+進行吸附研究。未改性的吸附劑對Cd2+的飽和吸附容量為25.00 mg/g，而經NaOH改性后的柿子廢渣吸附劑對Cd2+的飽和吸附容量為46.54 mg/g，改良效果顯著。鄧華等[13]向木薯秸稈中添加巰基官能團進行化學改性，研究其對廢水中Cd2+的吸附行為。研究發(fā)現(xiàn)，改性后的木薯秸稈吸附劑在pH為6～8的條件下于120 min內達到平衡，最大吸附量為72.09 mg/g。邵愛云[16]等利用（3-巰丙基）三甲氧基硅烷改性稻殼炭，分析改性前后稻殼炭吸附Cd2+的影響及解吸情況。改性后稻殼炭對Cd2+最大吸附量為14. 95 mg·g-1，未改性稻殼炭8. 50 mg·g-1，提高76%，解吸率下降23%～53%。解宇峰等[17]以高錳酸鉀改性小麥秸稈制備吸附劑，吸附溶液中的Cd2+，發(fā)現(xiàn)0.05 mol/L高錳酸鉀改性制備的吸附劑對Cd2+的吸附量最大，為30.21 mg/g，大于未改性小麥秸稈最佳吸附量5.7 mg/g。同時，解吸試驗表明該吸附劑對Cd2+的吸附具有較好的穩(wěn)定性。其余常用的改性劑、農林廢棄物及改性后的吸附效果見表1。

3 生物炭吸附劑

目前，許多學者將農林廢棄物制成生物炭或通過一定的方式將生物炭活化，然后對重金屬污染廢水進行吸附研究。生物炭是利用生物有機材料在無氧或者缺氧條件下，經過緩慢高溫熱解產生的一種含碳豐富的固體材料[31]，具有極強吸附性能，在重金屬的吸附方面具有巨大潛力，是目前研究較多的生物吸附劑。

Luo等[32]在350 ℃熱解溫度下制備了玉米芯生物炭，并對其進行了丙烯腈改性，其對鎘的吸附容量達到85.65 mg/g；吸附原理主要為離子置換和配合作用。仇禎等[33]用互花米草在450 ℃熱解后制備的生物炭具有良好的鎘吸附效應，該生物炭在15 min時可達吸附平衡，吸附量最大為20.576 mg/g；吸附機理主要是羥基、羧基等含氧官能團發(fā)揮作用，部分鎘在生物炭表面發(fā)生表層吸附，且可能形成Cd2+復合體。鄧瀟等對玉米秸稈和花生殼炭化制備的生物炭，運用高錳酸鉀進行改性，研究其對Cd2+的吸附效果。結果表明，改性玉米秸稈炭和花生殼炭對Cd2+的去除率與未改性的生物炭相比分別提高了3.8倍和6.2倍，最大吸附量分別為68.97 mg/g和55.55 mg/g。改性玉米秸稈炭和花生殼炭吸附Cd2+后，可用NaOH溶液進行解吸，解吸4次后，對Cd2+仍有較好的吸附效果，吸附量分別為31.40 mg/g和24.10 mg/g。這說明，高錳酸鉀改性玉米秸稈炭和花生殼炭是一種吸附性能高且能夠重復用于去除溶液中Cd2+的吸附材料。

表1 農林廢棄物吸附Cd2+常見改性試劑

4 結語

農林廢棄物來源廣泛、價格低，用于處理含鎘廢水具有明顯優(yōu)勢，如選擇吸附性強、吸附容量大、吸附速度快、陽離子干擾小等，是一種值得研究開發(fā)的新型生物質吸附劑。在今后的研究工作中，應尋找合適的農林廢棄物運用物理或化學方法將其改性為合適的生物吸附劑，增加其吸附選擇性，提升其吸附能力，同時也要加強對污染物的解析處理研究，盡快實現(xiàn)鎘的無毒化處理及吸附劑的再生。