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几种常用重金属离子吸附剂的研究进展 在电工、制革、化工等行业，每年产生大量重金属离子废水。由于重金属离子不能自行分解,易聚集在生物体内,导致各种紊乱和疾病,含重金属离子的废水对环境特别是对人类的危害很大。主要重金属污染源有:Cd、Cr、Pb、Hg、Ni、Cu和Zn等。对含重金属离子废水,传统的处理方法是采用化学沉淀法、薄膜过滤、离子交换法、蒸发回收法、吸附法和电解法等,但这些方法都存在一定的缺陷。化学沉淀法对试剂的消耗量大、易产生二次污染;蒸发回收法能耗太大;离子交换法和活性炭吸附法虽然效果较好但成本太高,只有对有较高利用价值的贵、重金属离子的回收才可考虑用这种方法。因此寻找廉价的废水净化材料,对废水中重金属离子的有效处理,降低废水的处理成本,提高净化效率,已成为环境污染治理中亟待解决的问题。本文作者通过对壳聚糖、海泡石、膨润土和海藻等廉价吸附剂在重金属废水处理中应用情况的综述,展现了廉价吸附剂应用于重金属废水处理中的巨大优势和良好的发展前景。 1 壳聚糖的生物处理 壳聚糖是甲壳素的重要衍生物。甲壳素广泛存在于甲壳类动物以及许多低等植物,如菌、藻类的细胞壁中,在自然界中储量仅次于纤维素,是一个有着极大潜在应用价值的自然资源。甲壳素是N-乙酰基-D-葡萄糖,经脱乙酰化反应,将其C2上的乙酰基脱去变成氨基,即为壳聚糖。由于在脱乙酰基过程中裸露的自由氨基的作用使壳聚糖螯合金属的量比甲壳素高5~6倍还多,对壳聚糖吸附性能的研究有着广泛的应用前景。 近年来的研究发现,壳聚糖分子中含有许多氨基和羟基,可与大多数过渡金属离子形成稳定的螯合物,壳聚糖对Mn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+和Ag+等有很强的去除能力。庞素娟等研究了在不同浓度、温度、pH的条件下,壳聚糖吸附水溶液中Cr(Ⅵ),发现壳聚糖是一种有效的吸附工业废水中Cr(Ⅵ)的螯合剂。壳聚糖无毒,无二次污染,可用于吸附剂、絮凝剂、杀菌剂、离子交换剂和膜制剂等。Masri等将壳聚糖与树皮、活化泥、聚乙烯和其他吸附材料进行了比较,结果表明,其有极强的络合能力,对大多数金属离子(Cr除外)的吸附量能达到1 mmol金属/g 。对除汞外的所有金属而言,壳聚糖的吸附量比离子交换树脂还要高,而其价格比离子交换树脂低得多。 Kurita 等注意到脱乙酰度50%的壳聚糖对重金属吸附最有效,然而在水中其高可溶性对吸附的实际应用是个难点。为了使脱乙酰度50%的壳聚糖不溶, 他们利用戊二醛与其交联耦合成聚合体。交联耦合虽然降低了壳聚糖的吸附量,但是量的损失对于聚合体的稳定性来说是必需的。用交联、接枝等化学方法对壳聚糖进行改性,可以制备许多理化特性和用途不同的壳聚糖衍生物。汪玉度等将壳聚糖在碱性条件下,经环氧氯丙烷交联制得水不溶性交联壳聚糖,产物在酸性水溶液中不溶胀,在pH为7~8时,对Cu2+、Cr3+、Cd2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+和Hg2+等有很好的吸附效果。彭长宏等用Fe2+-H2O2为引发剂,将丙烯腈单体接枝到CCTS分子骨架上,经皂化制得接枝羧基壳聚糖(CTCA)。CTCA对Pb2+,Cd2+具有较大的吸附容量,在Pb-Cr-Cd三元体系中,对Pb2+有较好的吸附选择性。安胜姬等利用二异氰酸酯与壳聚糖反应,生成交联产物,该产物对重金属离子的吸附容量有所提高,尤其是提高了对重金属离子吸附的选择性。 Rorrer等还发现了球形交联壳聚糖的用处。球形壳聚糖与戊二醛交联,与磁性元素合并后具有一定的磁性,同时它的表面积比壳聚糖薄片大100倍。球形交联壳聚糖对Cd2+的最大吸附量为518 mg/g,而粉末壳聚糖只有420 mg/g。壳聚糖珠状物还有许多其他形式不具备的优点,如:吸附量更大、吸附速率更快和操作更方便。除了在酸性溶液中可溶外,壳聚糖的另一个局限是其没有孔状结构。Hsien建议用 N-酰化作为使其多孔的方法,把N-酰化壳聚糖投入珠状物内,然后用戊二醛与珠状物交联可以克服其可溶性。通过对内表面的测定,比起未交联的N-酰化珠状物(192.4 m2/g)和未N-酰化的交联珠状物(42.6 m2/g) 珠状物有更大的比表面积(223.6 m2/g)。交联的N-酰化珠状物的可溶性(0.3%) 比未交联的壳聚糖粉末或珠状物(99%)低得多。N-酰化也改善了对Cd的吸附量,从169 mg/g提高到216 mg/g。壳聚糖在其天然状态下极易吸附,但其吸附量仍可通过不同功能团的置换得以改善,如有机酸等。一些转接到壳聚糖改善其吸附量的功能团是氨基酸酯、吡啶基、取代嘧啶环和二元戊酸等。 2 无砂仓酸活化处理 海泡石是一种纤维状水化的富镁硅酸盐矿物。典型化学式为Mg6Si2O30(OH)4(OH2)4·8H2O。在透射电镜下观察,海泡石多呈毛发状、针状、细管状或纤维束状集合体。海泡石的结构