关于水污染处理材料的研究综述

关于水污染处理材料的研究综述

一、背景

环境问题是当今世界各国面临的共同问题，全球性的环境危机，对人类的生存和发展构成了严重的威胁。水是人类生存与发展的生命线，是国民经济与生态环境的血液，是实现可持续发展的重要物质基础。现金，水污染问题已经严重影响到人们的生命财产安全同时阻碍了国民经济的进一步发展。据世界银行估算，中国每年需要投资200亿美元才有望实现城市供水达到标准。小城市以及农村地区的水源供应短缺，大约有8亿人口饮用水源缺少清洁饮用水。

水污染是指人为污染，它包括生活污水、工业废水、农田排水未经处理而大量排入水体所造成的污染。因其污水来源各不相同，污水的成分也各不相同，工业废水毒性大，有机质含量高，在降解时消耗大量溶解氧，易引起水质发黑变臭等；生活污水有机物含量高，易造成腐败，农业污水水体富营养化等，因此对水处理材料提出了更高的要求。

目前，许多水处理方法已经应用到生产生活中，尤其是饮用水和淡水处理中，包括吸附、化学凝絮、光学降解、生物降解、活性淤泥等方法。这些方法都应用了某些先进材料，例如孔性材料、聚合物膜材料、有机/无机凝絮剂、氧化剂、光学催化材料、微生物分离/搬运等等。因此，水处理行业的发展依赖先进材料的发展。

本文主要针对水处理材料的研究进程以及水污染处理原理进行了归纳和整理。

二、水污染处理材料的研究现状

2.1 活性炭净水以及改性

于洪斌、丁蕴铮在《活性炭在水处理中的应用方法研究与进展》一文中，对活性炭净水的原理进行了深度的解释，从基本结构来解释其性质：活性炭由许多呈石墨型的层状结构的微晶不规则地集合而成, 具有结晶缺陷。活性炭内部有无数微细孔隙纵横相通, 这使的活性炭具有巨大的比表面积(可达 1000 m2/ g)。这些物理特性可以用来解释活性炭具有巨大的吸附性。同时，活性炭的表面具有化学官能团、表面杂原子和氧化物，其决定了活性炭的化学吸附。

梁霞，王学江在《活性炭改性方法及其在水处理中的应用》一文中，分别从表面物理结构特性改性、表面化学性质的改性和电化学性质的改性三个方面综述了活性炭的改性方法；表面物理结构改性即活性炭的制备过程中通过物理或化学方法来增加活性炭材料的比表面积、调整活性炭的孔隙结构及其分布情况,使活性炭材料的吸附表面结构发生改变, 从而改变了活性碳材料的物理吸附性能；表面化学改性即通过一定的方法改变活性炭吸附表面的官能团及其周边氛围的构造，控制其亲水/疏水性能以及与金属或金属氧化物的结合能力，使其成为特定吸附过程中的活性点，从而可以控制其亲水/ 疏水性能以及与金属或金属氧化物的结合能力，其包括表面氧化改性、表面还原改性、负载物质改性、低温等离子体改性、酸碱改性；电化学性质改性即是指利用微电场，使活性炭表面的电性和化学性质发生改变，从而提高吸附的选择性和吸附性能。

李忠等在《表面改性对 Cu/活性炭催化剂表面 Cu 物种和催化活性的影响》一文中，研究了醋酸铜溶液浸渍后热分解制备的 Cu/AC 无氯催化剂对甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯催化性能的影响。发现表面铜物种的价态和配比与活性炭表面性质密切相关，影响催化剂活性。

2.2活性炭纳米材料以及活性炭纤维净水的研究

徐磊等在《碳纳米材料的环境行为及其对环境中污染物迁移归趋的影响》中，对碳纳米材料对有机化合物以及重金属污染物的吸附作用进行了总结，同时对金属离子在碳纳米管上的吸附影响因素进行了总结。

李全明等在《活性炭纤维的制备和性能》一文中，研究了通过聚丙烯腈预氧丝为原料制备聚丙烯腈基活性炭纤维。同时，研究了其对苯的吸附，实验数据可以看出, 试验制得的聚丙烯腈基活性炭纤维对苯的吸附能力远远高于粘胶基活性炭纤维对苯的吸附能力。

2.3粘土净水的研究

高廷耀等在《蒙脱土和海泡石对水中苯、甲苯和乙苯的吸附研究》中，发现有机物分子进人了粘土的层间,以此肯定了粘土对水中有机污染物吸附主要以层间吸附为主。粘土表面吸附作用甚微, 原因是水膜的形成阻止了有机物分子向粘土表面的扩散。

汤艳杰等在《粘土矿物的环境意义》中阐述了粘土矿物对环境污染的防治作用，同时对

粘土吸附重金属离子、有机污染物、离子型化合物的原理进行了解释。

邵杰等在《表面活性剂改性粘土吸附去除芳香族化合物》中，阐述改性粘土在芳香族化合物吸附去除中的应用，同时介绍了不同类型的表面活性剂的改性，以及改性后所带来的各种性质的改变，同时，从比表面积增加和有机碳含量增加两个方面解释了采用表面活性剂对粘土进行有机改性，使粘土吸附性能增强的原因。同时，从水溶液pH，温度，离子强度的三个方面解释其对有机改性粘土的表面性质改性和吸附的影响。

三、展望：

电化学性质的改性不需要添加化学试剂，也不需要加热，因此不会造成对环境的污染，能耗低，都在几百毫伏内进行，操作方便。电化学改性和再生能一体化，吸附和再生能在同一操作体内进行无需拆装，减少了不少麻烦。因此，电化学改性是今后的发展方向。

目前，关于改性活性炭对有机物的去除研究不够深入 ,尚有许多亟待解决的问题。为了进一步提高活性炭对不同污染物的吸附效能 ,研究活性炭的物理、化学法协同改性、活性炭负载纳米 TiO2的光催化降解与活性炭的生物吸附 ,将会是今后的研究重点。

由于粘土吸附有机物需要较长的吸附时间, 且吸附容量较小, 所以天然粘土还无法直接应用于水处理工艺。

表面活性剂通过阳离子交换或氢键作用键合于粘土表面，以达到粘土有机改性的目的。但在芳香族化合物污染水体的处理过程中，表面活性剂的解吸不可避免，这将造成水体的二次污染。因此，加强表面活性剂改性粘土的稳定性，成为急需解决的问题之一。

参考文献：

[1] 表面改性对Cu/活性炭催化剂表面Cu 物种和催化活性的影响李忠牛燕燕郑

华艳付廷俊朱琼芳阴丽华煤科学与技术教育部和山西省重点实验室太原理工

大学煤化工研究所

[2] 活性炭在水处理中的应用方法研究与进展于洪斌、丁蕴铮东北师范大学环境科学与工程系

[3] 活性炭改性方法及其在水处理中的应用梁霞、王学江同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室