摘""""" 要： 含有重金屬的廢水對(duì)環(huán)境、水生生物和人體健康等都產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。廢水中重金屬的處理方法有很多，用農(nóng)林廢棄物吸附水體中的重金屬離子實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶、以廢治廢”的目的，有廣泛的應(yīng)用前景。本文將對(duì)介紹了農(nóng)林廢棄物吸附水體中重金屬的機(jī)理及研究進(jìn)展作一簡(jiǎn)單介紹。

關(guān)" 鍵" 詞：農(nóng)林廢棄物；生物吸附劑；重金屬

中圖分類號(hào)：TQ050.4X703""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A"""""" 文章編號(hào)： 1004-0935（20202024）0×3-00000426-0×4

近年來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，石化、煉油、金屬加工、機(jī)械制造、采礦、冶金等行業(yè)排放的生產(chǎn)廢水中通常含有重金屬，常見(jiàn)的有銅、鉛、鎘、鉻、砷、鎳、鋅等[1-2]。重金屬具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難分解、易富集、可致癌等特點(diǎn)，在大氣、土壤、水體中廣泛存在，對(duì)自然環(huán)境、水體生物、人類健康等都造成了嚴(yán)重的影響。

1" 重金屬污染治理方法

目前，處理重金屬?gòu)U水常用的方法有化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法、離子交換法、氧化還原法、膜分離法和吸附法等?；瘜W(xué)沉淀法操作簡(jiǎn)便、成本低、效率高、應(yīng)用廣，但產(chǎn)生的污泥易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。電化學(xué)法操作方便、無(wú)需加入化學(xué)藥劑、占地面積小，但成本高、 處理量小，使其應(yīng)用受限。離子交換法去除重金屬效率高、操作簡(jiǎn)單，但成本高、離子交換劑容易被氧化或污染。氧化還原法操作簡(jiǎn)便，但其使用范圍較窄，易產(chǎn)生二次污染。膜分離法效率高、操作簡(jiǎn)單，但成本高、膜容易被腐蝕、污染且使用壽命短。吸附法效率高、成本低、操作簡(jiǎn)便、使用范圍廣，但傳統(tǒng)吸附劑壽命短、難重復(fù)使用，重金屬難回收[3]。

農(nóng)林廢棄物由于具有來(lái)源廣泛、成本低、可再生、去除重金屬效率高、不易產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)[4]，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)吸附劑的缺陷，受到了研究者的廣泛關(guān)注。本文將對(duì)當(dāng)前農(nóng)林廢棄物吸附水體中重金屬的機(jī)理和研究進(jìn)展作一簡(jiǎn)單介紹。

2" 農(nóng)林廢棄物吸附重金屬的機(jī)理

農(nóng)林廢棄物的來(lái)源主要有糧食作物、樹葉木" 材[5]、果殼果皮廢棄物等，利用其特殊結(jié)構(gòu)，可對(duì)重金屬離子進(jìn)行吸附，其吸附機(jī)理主要有物理吸附、絡(luò)合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、靜電吸附以及離子交換作用等。

農(nóng)林廢棄物主要的構(gòu)成元素是碳、氫、氧、氮、硫等，其內(nèi)部有大量的孔隙結(jié)構(gòu)，有較大的比表面積和孔體積，重金屬離子通過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)入到吸附孔中，即通過(guò)發(fā)生物理吸附去除重金屬。農(nóng)林廢棄物通常由纖維素、木質(zhì)素、果膠、單寧等組成，這些成分提供的大量羥基、羧基等活性基團(tuán)，可與重金屬離子相結(jié)合，生成穩(wěn)定的化合物，從而有效地吸附廢水中的重金屬離子。纖維素分子內(nèi)含有的特殊基團(tuán)由于能夠使磺酸基和羧基等陰離子被引入到吸附劑中，通過(guò)靜電吸附作用可以很好地吸附重金屬離子，從而使豆渣、甘蔗渣等富含纖維素的植物受到了研究者的青睞[6-7]。木質(zhì)素是一種芳香族高分子化合物，廣泛存在于植物纖維中，研究發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素上的含氧基團(tuán)通過(guò)配位作用和離子交換作用可以對(duì)水體中的重金屬離子進(jìn)行吸附[8]。單寧是除木質(zhì)素以外，在植物界中含量最多的物質(zhì)，是一類酚類化合物，處在鄰位的羥基可與重金屬離子通過(guò)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)或氧化還原反應(yīng)而達(dá)到去除水中重金屬的目的[9]。果膠在植物的根和果實(shí)等組織中廣泛存在，它是一組聚半乳糖醛酸，特定條件下其溶液可以形成凝膠，部分在發(fā)生甲氧基化（即形成甲醇酯）后能夠和重金屬離子結(jié)合，進(jìn)而去除廢水中重""" 金屬[10]。

3" 常見(jiàn)農(nóng)林廢棄物對(duì)重金屬的吸附

近年來(lái)，一些常見(jiàn)農(nóng)林廢棄物如玉米秸稈、板栗殼、玉米芯、花生殼、橘子皮、木材等，因具有來(lái)源廣、價(jià)格低、產(chǎn)量大、有特殊吸附結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，可吸附水體中重金屬離子，備受研究者關(guān)注。

3.1" 玉米秸稈

玉米秸稈作為農(nóng)林廢棄物來(lái)源豐富、廉價(jià)易得，主要成分為纖維素、木質(zhì)素、半纖維素以及少量粗脂肪、粗蛋白、礦物質(zhì)等，可以利用其制備生物吸附劑，對(duì)重金屬進(jìn)行吸附。玉米秸稈孔隙率高、表面粗糙，有利于進(jìn)行物理吸附[11]；因含羧基、羥基等活性官能團(tuán)，便于進(jìn)行化學(xué)吸附。

張華麗[12]用HNO3、NaOH和檸檬酸分別對(duì)玉米秸稈進(jìn)行處理，制得3種對(duì)應(yīng)的玉米秸稈生物吸附劑。研究表明，改性后的玉米秸稈吸附容量增大，吸附重金屬Cu2+、Pb2+、Cr6+的能力提高。葉希青[13]以玉米秸稈作為原材料，在熱解溫度為350℃、500 ℃條件下分別制得玉米秸稈生物炭。研究發(fā)現(xiàn)，500 ℃下制得的玉米秸稈生物炭比表面積大、結(jié)構(gòu)松散、表面粗糙，對(duì)重金屬離子吸附能力更好、吸附量也更大，其對(duì)Pb2+的吸附量為348.92 μmol·/g-1，吸附過(guò)程物理吸附、化學(xué)吸附都有。張永平[14]通過(guò)化學(xué)改性，將巰基引入玉米秸稈分子中，制得對(duì)重金屬具有螯合作用的巰基乙?；衩捉斩捝镂絼Ｑ芯勘砻?，當(dāng)吸附劑投加量是為30 g·/L-1、溶液初始pH=6.0、初始Cd2+質(zhì)量濃度是50 mg·/L-1、吸附1 h、吸附溫度40 ℃、振蕩速率100 r·/min-1時(shí)，其對(duì)Cd2+的吸附率是為89.69%，吸附量是為4.20 mg·/g-1。當(dāng)吸附劑投加量為是15 g·L-1g/L、溶液初始pH=6.0、初始Cu2+質(zhì)量濃度是50 mg·L-1/L、吸附1 h、吸附溫度25 ℃、振蕩速率200 r·/min-1時(shí)，其對(duì)Cu2+的吸附率達(dá)到了100%，吸附量是為8.94 mg·/g-1。巰基乙?；衩捉斩捝镂絼┯捎谥苽涑杀镜汀⒎椒ê?jiǎn)單，對(duì)含Cu2+、Cd2+的低濃度廢水吸附效果好，有望成為重金屬離子廢水的處理劑。

3.2" 板栗殼

板栗殼主要由纖維素、木質(zhì)素、半纖維素、多戊糖、黃酮類、色素酚類、有機(jī)酸、內(nèi)酯、植物甾醇、香豆素、鞣質(zhì)素等成分組成[15]，其性能穩(wěn)定，含有羥基、酚羥基及苯環(huán)等具有活性的官能團(tuán)，表面粗糙、內(nèi)部多孔、比表面積較大，對(duì)重金屬有一定的吸附能力。黃酮類由于能夠和溶液中的一些金屬離子（如Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+、Al3+、Fe3+等）發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，從而達(dá)到減少溶液中金屬離子含量的目的。

王錳[16]以板栗殼為吸附劑，對(duì)含油廢水中的重金屬離子Cu2+、Cd2+的吸附性能進(jìn)行了研究，。結(jié)果表明，當(dāng)振蕩器的速率是為200 r·pmin-1、溶液的初始pH是為5.78（（不調(diào)節(jié)））、吸附時(shí)間1 h、吸附溫度25 ℃、吸附劑的質(zhì)量濃度是5 g·L-1/L、粒徑大小為0.25～1 mm時(shí)，對(duì)Cu2+、Cd2+去除率分別為93.9%、92.4%。王賢鳳[17]以板栗殼為原料，用氫氧化鈉和二硫化碳對(duì)其進(jìn)行改性，制備出黃原酸酯改性板栗殼生物吸附劑。研究發(fā)現(xiàn)，改性后板栗殼的吸附能力更強(qiáng)，在溶液pH為5時(shí)，對(duì)Pb2+的吸附效果最好，去除率為85.13%；其對(duì)孔雀石綠最佳的吸附pH=7，吸附量為169.28 mg·/g-1，大于對(duì)Pb2+的吸附量。武江[18]用板栗殼作原料，經(jīng)高錳酸鉀和皂化改性得到了對(duì)Zn2+、Pb2+、Cd2+吸附性能優(yōu)異的改性板栗殼生物吸附劑，其吸附性能要明顯的地高于未改性的板栗殼。在相同條件下，皂化改性板栗殼對(duì)Zn2+吸附效果最好，吸附率在95%以上，吸附量達(dá)到了0.475 mg·g-1mg/g；而高錳酸鉀改性的板栗殼對(duì)Cd2+、Pb2+的吸附效果最佳，吸附率分別達(dá)到了96.38%、97.41%，吸附量分別為2.409 mg·g-1mg/g、4.870 mg·g-1mg/g。

3.3" 玉米芯

玉米芯廉價(jià)易得、來(lái)源廣泛，有很好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，組成成分主要是纖維素、木質(zhì)素等，含氨基、羧基、苯環(huán)等具有活性的官能團(tuán)[19]，可作為生物吸附劑去除水體中的重金屬，且改性后的玉米芯對(duì)重金屬離子的去除效果要好于改性前。

糜志遠(yuǎn)[20]等[20]用玉米芯作原材料，炭化后用KOH溶液對(duì)其進(jìn)行活化，用制得的吸附劑材料對(duì)重金屬Cd2+、Pb2+和Hg2+進(jìn)行吸附。實(shí)驗(yàn)表明，Cd2+和Pb2+的最佳吸附pH=為5、吸附質(zhì)量濃度是為5 μg· /mL-1、吸附時(shí)間是為5 h。Hg2+最佳吸附pH=為1、吸附質(zhì)量濃度是30 μg·mL-1μg /mL、吸附時(shí)間是為5 h。王賢鳳[17]以玉米芯為原材料，用NaOH、CS2對(duì)其進(jìn)行改性，制備出黃原酸酯改性玉米芯生物吸附劑。研究表明，改性后的玉米芯吸附能力更高，在pH=5時(shí)，其對(duì)Pb2+的吸附效果最好，去除率可達(dá)到91.43%；在pH=7時(shí)，其對(duì)孔雀石綠的吸附量為180.54 mg·g-1mg/g，大于對(duì)Pb2+的吸附量。曾俊[21]以玉米芯為原料，用NaOH、HAc和ZnCl2溶液分別作為活化劑，用戊二醛作交聯(lián)劑，聚乙烯多胺作為化學(xué)改性劑，制備出對(duì)應(yīng)的3種選擇性好、吸附性能優(yōu)異的改性玉米芯磁性凝膠吸附材料。研究發(fā)現(xiàn)，改性后的玉米芯材料比表面積大、，具有多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)Ni2+、Cu2+、Pb2+的吸附量依次為105.6 mg/g、132.8 mg/g和、160.2 mg·g-1mg/g，其吸附性能明顯的地高于未改性玉米芯。另外，活化劑對(duì)制備的材料的吸附效果有著重要的影響，用NaOH作活化劑制備的玉米芯材料吸附性能最好，用ZnCl2作活化劑制備的材料吸附性能最差，即NaOHgt;HAcgt;ZnCl2。此外，化學(xué)改性劑聚乙烯多胺也使改性玉米芯材料的吸附性能得到了顯著提升。研究吸附機(jī)理發(fā)現(xiàn)，改性材料中-—OH、-—NH2等官能團(tuán)上的O1s、N1s電子主要與重金屬離子發(fā)生了配位絡(luò)合，吸附方式主要為化學(xué)吸附。

3.4" 花生殼

花生殼產(chǎn)量大、價(jià)廉易得，主要由纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等物質(zhì)組成，富含酚羥基、羰基等活性基團(tuán)，使其成為一種潛在的生物吸附劑[22]。

曹洪斌[23]等[23]用花生殼作為生物吸附劑，研究了其對(duì)白芍水提液中的Pb2+、Cd2+的吸附。當(dāng)白芍水提液的pH=5.0，初始Pb2+、Cd2+的質(zhì)量濃度分別是為1mg/L、0.2 mg·/L-1，100目（0.150 mm）花生殼的用量為""" 3.8 g，室溫下振蕩速度150 r·/min-1、振蕩2.5 h時(shí)，花生殼對(duì)Pb2+、Cd2+的去除率分別是為87.81%、75.42%，殘留Pb2+、Cd2+的含量遠(yuǎn)小于《中國(guó)藥典》中鉛≤5 mg·/kg-1、鎘≤1 mg·kg-1mg/kg的限量標(biāo)準(zhǔn)?；ㄉ鷼の街亟饘俚臋C(jī)理主要是表面沉淀、表面吸附、離子交換、絡(luò)合作用等。 劉延湘[24]等[24]以花生殼為原料，經(jīng)H3PO4活化后得到花生殼生物炭。研究發(fā)現(xiàn)，制備的生物炭對(duì)Cr6+和Cu2+都有良好的吸附性能，當(dāng)模擬廢水pH=2，、吸附溫度30 ℃，、生物炭投加量4 g·/L-1時(shí)，經(jīng)2 h即可達(dá)到吸附平衡，其對(duì)Cr6+去除率為88.6%；當(dāng)pH=5，、吸附溫度40 ℃，、生物炭投加量10 g·L-1g/L，、吸附2 h時(shí)，生物炭對(duì)Cu2+去除率為86.9%。花生殼生物炭對(duì)Cr6+、Cu2+吸附主要通過(guò)表面化學(xué)吸附進(jìn)行。張金輝[25]等[25]以花生殼作為原料，用檸檬酸對(duì)其進(jìn)行改性。研究表明，改性花生殼對(duì)Pb2+、Cu2+、Cd2+、Cr2+的吸附主要是表面單分子層的吸附，理論上的最大吸附量依次為20.70mg/g、11.88mg/g、7.82mg/g、7.35 mg·/g-1。由此可見(jiàn)，改性花生殼對(duì)Pb2+結(jié)合力最強(qiáng)，吸附容量最大。

4" 結(jié)束語(yǔ)

作為綠色環(huán)保、可持續(xù)且對(duì)水體中重金屬有良好吸附效果的生物吸附材料，農(nóng)林廢棄物引起了研究者的普遍關(guān)注，通過(guò)物理或化學(xué)改性，能進(jìn)一步提高其吸附性能，達(dá)到資源的充分利用及“變廢為寶”的目的，有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)于生物吸附劑吸附機(jī)理的深入研究、機(jī)械強(qiáng)度的提升、對(duì)大規(guī)模廢水中重金屬的處理、吸附劑的重復(fù)利用等，仍是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］CHATURVEDI A，， BHATTACHARJEE S，， MONDAL G C，， et al．. Exploring new correlation between hazard index and heavy metal pollution index in groundwater[J]［J］．Ecological Indicators，，2019，，97：： 239-246．

［2］CHU Z，， FAN X，， WANG W，， et al．Quantitative evaluation of heavy metals ‘pollution hazards and estimation of heavy metals’ environmental costs in leachate during food waste composting[J]［J］．. Waste Management，，2019，，84：：119-128．

［3］宋健，李天樂(lè)，李培等．氧化石墨烯復(fù)合材料對(duì)重金屬的吸附作用[J]．遼寧化工，2022，51（11）（11）：1606-1608．

［4］文永林，劉攀，湯琪．農(nóng)林廢棄物吸附脫除廢水中重金屬研究進(jìn)展[J]．化工進(jìn)展，2016，35（04）（4）：1208-1215．

［5］劉燁，周佳浩．生物炭對(duì)重金屬離子的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用研究[J]．當(dāng)代化工，2022，51（09）（9）：2105-2109+2113．

［6］謝永彬，劉敬勇，劉凱，等．甘蔗渣對(duì)水中 Cr（ Ⅵ） 吸附性能的實(shí)驗(yàn)研究[J]［J］．水科學(xué)與工程技術(shù)，2012，（6）（6）：39-42．

［7］涂宗財(cái)，胡月明，陳麗莉，等．.豆渣膳食纖維吸附重金屬的研究[J]［J］．.食品與機(jī)械，2013，（1）（1）：85-87．

［8］何莼，李忠，趙楨霞，等．低成本木質(zhì)素吸附劑對(duì)廢水中Pb2+附性能的研究[J]［J］．離子交換與吸附，2006，（6）（6）：481-488．

［9］蘇小寶，戴麗君，陳少平，等．黑荊樹單寧與金屬離子絡(luò)合性質(zhì)的研究[J]［J］．林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2007，（4）（4）：37-41．

［10］梁瑞紅，李鵬琳，賀小紅，等．不同酯化度的柑橘果膠對(duì)Pb2+吸附作用影響及機(jī)理研究[J]［J］．食品工業(yè)科技，2018，（6）（6）：13-18．

［11］Abdolali， A.，，GUO，et al．Typical lignocellulosic wastes and by-products for biosorption" process in water and wastewater treatment：a critical review[J]．Bioresource Technology，，2014，，160，：57-66．

［12］張華麗．玉米秸稈對(duì)重金屬離子吸附性能的研究[D]．長(zhǎng)春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019．

［13］葉希青．生物炭去除重金屬離子及競(jìng)爭(zhēng)吸附作用研究[D]．北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（（北京）），2020．

［14］張永平．重金屬吸附劑巰基乙?；衩捉斩挼闹苽浼捌湫阅苎芯縖D]．蘭州：蘭州交通大學(xué)，2020．

［15］賈陸，席芳，王娜，等．板栗殼化學(xué)成分研究[J]．中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志．2010，41（02）（2）：98-102+119．

［16］王錳．板栗殼和紫荊果殼對(duì)含油廢水中重金屬Cu2+、Cd2+的吸附性能研究[D]．綿陽(yáng)：西南科技大學(xué)，2022．

［17］王賢鳳．黃原酸酯改性的兩種生物吸劑制備及其對(duì)Pb（Ⅱ）和孔雀石綠吸附性能的研究[D]．長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2021．

［18］武江．改性板栗殼處理廢水中重金屬的吸附特性研究[D]．西安：西北大學(xué)，2016．

［19］PHILLIPS ，Max．.The chemistry of lignin. I. lignin from corn cobs[J]．. Journal of the American Chemical Society．，2002，，49，： 2037-2040．

［20］糜志遠(yuǎn)，肖瑞，張佳等．.玉米芯活性炭吸附重金屬離子的研究[J]．.化學(xué)試劑，2020，42（07）（7）：780-785．

［21］曾?。甈EI改性玉米芯磁性凝膠材料的制備及其重金屬吸附研究[D]．重慶：重慶理工大學(xué)，2022．

［22］黃言秋，方芳，張靜，等．改性花生殼吸附劑對(duì)陰離子染料的吸附作用[J]．凈水技術(shù)，2019，8（02）（2）：69-76+107．

［23］曹洪斌，鄧波，李冬等．花生殼吸附白芍水提液中重金屬的性能研究[J]．花生學(xué)報(bào)，2022，51（02）（2）：55-64+74．

［24］劉延湘，黃彪，張麗．花生殼生物炭對(duì)水中重金屬Cr6+、Cu2+的吸附研究[J]．科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（13）（13）：81-85．

［25］張金輝，李娟，張強(qiáng)．檸檬酸改性花生殼對(duì)水中重金屬Cu、Pb、Cd和Cr的吸附特性研究[J]．應(yīng)用化工，2017，46（03）（3）：485-489．

Research Progress oin Adsorption of Heavy Metals From Water

by Agricultural and Forestry Wastes

SU Shi-rui，， DAI Xue-yu，， WEN Lei，， ZHENG Xiao-ming，， WANG Rui-mei，， FENG Yi-jun

（Lanzhou Petrochemical University of Vocational Technology，， Lanzhou Gansu 730060，，China）

Abstract：" The wastewater containing heavy metals has a serious impact on the environment，， aquatic organisms and human health．. There are many methods for the treatment of heavy metals in wastewater．. The adsorption of heavy metal ions in from water with agricultural and forestry wastes has realized the purpose of “turning waste into treasure and treating waste with waste”，”， which has a wide application prospect．. In this paper，， the adsorption mechanism and research progress of heavy metals in water by agricultural and forestry wastes are were briefly introduced．

Key words：" Agricultural and forestry wastes；; Biological adsorbent；; Heavy metals