徐揚(yáng)，唐婧

（沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

廢水重金屬離子污染是一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題，特別是在發(fā)展中國(guó)家，這是由于日益增加的工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及廢水和生活污水中有毒重金屬離子的不當(dāng)釋放[1]。大多數(shù)有毒重金屬離子包括Cd(II)、As(III和V)、Cr(III和VI)、Cu(II)、Pb(II)和Hg(II)在人體和動(dòng)物體內(nèi)容易生物積累，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[2]。因此，有效地去除這些有毒污染物就顯得尤為重要。

許多常見(jiàn)技術(shù)，如離子交換、膜分離、電化學(xué)處理已被用于處理廢水中的重金屬離子，而它們中的大多數(shù)技術(shù)是昂貴的，操作過(guò)程復(fù)雜，很可能會(huì)造成二次污染，從而限制它們的應(yīng)用[3]。近年來(lái)，吸附法以快速高效廉價(jià)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了廢水中重金屬離子的穩(wěn)定去除，并得到了廣泛的應(yīng)用[4]。迄今為止，吸附法仍然是最有效的方法之一。

環(huán)境因素對(duì)吸附效能的影響研究具有十分重要的意義。在影響廢水重金屬離子的吸附能力中，主要參數(shù)如溶液pH、吸附劑用量、初始重金屬離子濃度、吸附時(shí)間、溫度、共存離子影響等。本文從這些影響因素分別展開(kāi)綜述。

1 主要影響因素

1.1 pH值

研究重金屬離子吸附過(guò)程中，pH值通常被認(rèn)為是第一個(gè)重要參數(shù)，它影響著重金屬離子的存在形態(tài)，對(duì)吸附劑的吸附特性以及吸附劑的表面電荷有重要影響。肖俊杰[5]使用改性海泡石吸附溶液中Cu2+和Cr3+，在較低pH值下，吸附效果均不佳，隨著pH增大，吸附效果逐漸增強(qiáng)，在pH為6時(shí)吸附量最大，分別為35.30 mg·g-1和36.50 mg·g-1。繼續(xù)增大pH，吸附量不再改變。He[6]等制備一種季銨化納米纖維素氣凝膠吸附鉻離子，pH為3時(shí)吸附率超過(guò)91%，而高于或低于此pH值時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致吸附率下降。Panya[7]等使用生物炭吸附Cd2+、Cr3+、Pb2+和Hg2+，Pb2+在pH為7時(shí)的最大吸附量為50.05 mg·g-1，其余3種離子不超過(guò)30 mg·g-1。Cr3+和Hg2+在pH＞4時(shí)會(huì)產(chǎn)生沉淀，Cd2+和Pb2+在pH＞7時(shí)產(chǎn)生沉淀。

1.2 吸附劑用量

通常來(lái)說(shuō)，吸附劑用量越多，吸附效果越好，這是因?yàn)槠浔砻娣e和可交換位點(diǎn)更易接近。在Somaye[8]等研究了殼聚糖對(duì)Pb2+的吸附能力，隨著殼聚糖由0.02 g·L-1增至0.2 g·L-1時(shí)，吸附率提高了近78%，在該劑量范圍內(nèi)，活性點(diǎn)位數(shù)的數(shù)量倍增與Pb2+結(jié)合通過(guò)離子交換或螯合作用而快速被吸附，繼續(xù)增加劑量，去除率略有增加并最終保持不變。Liu[9]等將葡萄糖與殼聚糖聚合成高分子樹(shù)脂吸附Co2+，當(dāng)吸附劑在0～0.02 g范圍內(nèi)，吸附劑用量增加有利于Co2+的吸附，超過(guò)0.02 g后，吸附量無(wú)任何改變。這是由于Co2+濃度不變，過(guò)多的吸附劑可能會(huì)發(fā)生聚集，空吸附位點(diǎn)消失，導(dǎo)致吸附量不變。

1.3 初始重金屬離子濃度

初始重金屬離子濃度與吸附劑活性位點(diǎn)的相對(duì)關(guān)系對(duì)吸附實(shí)驗(yàn)有重要影響。初始重金屬離子濃度的增加可能會(huì)導(dǎo)致去除率有所降低，但同時(shí)會(huì)伴隨著吸附量的增加。Gu[10]等用納米氧化鋅處理牙科廢水中Cr3+，研究發(fā)現(xiàn)隨著Cr3+濃度的增加，Cr3+吸附量雖有所增加，反觀吸附率卻在下降。這是因?yàn)镃r3+濃度較低時(shí)，ZnO-NPs具有較大的比表面積和較多吸附孔位，Cr3+濃度增加會(huì)導(dǎo)致離子間的相互碰撞和相互作用增加，阻礙離子遷移，進(jìn)而影響吸附率。Ikhazuagbe[11]等通過(guò)綠色合成技術(shù)從甘蔗渣合成了二氧化硅顆粒，Pb2+和Ni2+質(zhì)量濃度在10～50 mg·L-1之間增加，吸附率分別表現(xiàn)出先增加再降低的趨勢(shì)，在40 mg·L-1達(dá)到平衡峰值。

1.4 吸附時(shí)間

吸附剛開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，吸附劑快速?gòu)乃形街亟饘匐x子，而后慢慢隨著時(shí)間達(dá)到平衡。Fan[12]等自合成了一種多孔SBS/藻酸凝膠珠，Pb2+和Cd2+分別僅在10 min達(dá)到了吸附容量的80.50%和76.10%。NabilA[13]等以硝酸鈰銨為引發(fā)劑，纖維素和DB18C6為原料合成新型超分子復(fù)合材料，吸附溶液中Zn2+和Ni2+，結(jié)果表明在20～60 min內(nèi)，Zn2+和Ni2+去除率分別由35%和50%提高到70%和79%，而60 min后，吸附量均保持不變，因此確定的最佳吸附時(shí)間為60 min。Lo[14]等使用毛竹活性炭吸附去除Pb2+，前2 h去除率達(dá)到79.30%，4 h后去除率保持在99.0%，達(dá)到吸附飽和。D.Bo?i?[15]等將多種木屑合成吸附材料，發(fā)現(xiàn)對(duì)Cu2+和Cd2+吸附是分兩步進(jìn)行的，前10 min內(nèi)，吸附反應(yīng)迅速發(fā)生，吸附率分別達(dá)到了98.20%和98.90%，30 min時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，之后吸附量沒(méi)有顯著增加，且該吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，與N.Fiol[16]所得出的結(jié)論一致。

1.5 溫度

溫度對(duì)吸附量的影響主要是通過(guò)影響分子間相互作用和溶解度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在大多數(shù)情況下，吸附劑對(duì)重金屬離子的吸附量隨著溫度的升高而增加，這可能是由于吸附劑表面吸附位點(diǎn)數(shù)量增多或金屬離子擴(kuò)散速率加快所致。S.Mnasri-Ghnimi[17]等研究溫度對(duì)改性柱黏土吸附Cd2+的影響。隨著溫度升高，吸附量和吸附率均大幅提升，符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和朗繆爾等溫模型。但在某些情況下，隨著溫度的升高，重金屬離子的吸附量也可能降低，吸附的綜合作用結(jié)果是在一定溫度范圍內(nèi)有較好的吸附作用。Milton[18]等以碳酸鈣為載體，合成納米二氧化硅吸附實(shí)際工業(yè)廢水中Pb2+，當(dāng)溫度從20 ℃升高到60 ℃，吸附率提高至99.57%，而吸附量在50 ℃達(dá)到飽和，在60 ℃時(shí)反而下降了8.25 mg·g-1。

1.6 共存離子

重金屬?gòu)U水中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多種離子共存的情況，它們競(jìng)爭(zhēng)同一吸附位點(diǎn)，相互干擾，從而影響吸附效果。Bing-JieNi[19]用生物炭研究二元體系Pb2+和Cd2+的競(jìng)爭(zhēng)吸附，單金屬體系中Pb2+和Cd2+的最大吸附量分別為0.75和0.55 mmol·g-1，而當(dāng)它們共存于同一溶液中，Cd2+在生物炭上吸附受到嚴(yán)重抑制，Pb2+則受影響不大，更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。Johnson.E[20]采用納米纖維有機(jī)骨架膜吸附Zn2+、Cd2+、Pb2+和Hg2+，對(duì)照單金屬體系，共存使它們的吸附率分別下降18%～37%不等，且在金屬陽(yáng)離子存在越多的背景下，競(jìng)爭(zhēng)吸附越明顯。這表明競(jìng)爭(zhēng)吸附會(huì)導(dǎo)致所有離子吸附能力降低，每種離子與吸附劑之間的親和力各有不同，因此每種離子下降程度不同，也與Li[21]研究成果相似。Xu[22]等使用羧基化磁性氧化鐵納米顆粒同時(shí)吸附溶液中的Pb2+、Cu2+、Cd2+和Ni2+競(jìng)爭(zhēng)吸附過(guò)程，以初始濃度為1.0 mmol·L-1的重金屬混合溶液，羧基化磁性氧化鐵納米顆粒MNPs-COOH吸附率的優(yōu)先順序?yàn)镃d2+＞ Cu2+＞ Pb2+＞ Ni2+，盡管隨著吸附劑用量增加，吸附量也仍符合此順序。不但共存的陽(yáng)離子會(huì)影響目標(biāo)重金屬離子的吸附效果,共存陰離子也會(huì)影響吸附作用。王建龍[23]等用生物菌藻類(lèi)作吸附劑吸附鉻離子, 低濃度的Cl-對(duì)吸附有促進(jìn)作用, 而B(niǎo)r-、NO3-對(duì)吸附均有抑制作用。

2 結(jié) 論

吸附法作為一種重要的處理重金屬?gòu)U水的方法已經(jīng)取得了優(yōu)異的效果，不同的控制因素對(duì)重金屬離子的去除性能都有顯著影響，合理的控制各種因素使其在最佳因素下，不僅可以最大效果的去除重金屬離子，同時(shí)也可提高其穩(wěn)定性。