甘蔗渣处理重金属废水的研究进展_熊佰炼
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９９％ １．２０ ｍｇ ／ｇ
９０％ ３８．０３ ｍｇ ／ｇ ３１．１１ ｍｇ ／ｇ
１８０ ｍｇ ／ｇ １５３．６ ｍｇ ／ｇ １３５ ｍｇ Ａｕ ／ｇ １８８ ｍｇ Ａｕ ／ｇ
最佳 ｐＨ 值 ６ ２ ７．５
６ ５．５ ６ ６ ３ ５ ６
５．５～６．０ ６．５～７．５ ６．５～７．５ ５．５～６．０ ６．５～７．５ ６．５～７．５ ５．５～６．０ ６．５～７．５ ６．５～７．５
飞灰表面存在自由的羟基。这些极性官能团使得蔗 Ｃｕ 的吸附为吸热反应； 对低浓度的 Ｃｒ（ Ⅲ） 、Ｐｂ（ Ⅱ） 吸
渣飞灰有一定的金属离子吸附能力。飞灰的组成特 附时， 温度对吸附的影响极小， 但在高浓度时随温度
点决定了它对金属离子的吸附既有物理吸附过程也 的增加吸附量降低， 显示是一个放热反应。总的来看，
Ｖｏｌ．２６， Ｎｏ．８ ２００８ 年 ８ 月
中国资源综合利用 Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
● 污水治理
甘蔗渣处理重金属废水的研究进展
熊佰炼 １， 张进忠 １， ２， 邢 赜 １
（ １．西南大学 资源环境学院， 重庆 ４００７１６； ２．重庆市农业资源与环境研究重点实验室， 重庆 ４００７１６）
电子后， 碳表面带正电荷， 对水溶液中带负电的质点
蔗渣飞灰取自以蔗渣为燃料的糖厂锅炉。飞灰 产生静电吸附或化学吸附； 但引入过多的硫会使 Ｃｒ
吸附水中的重金属离子前， 先用双氧水或自来水对 （ Ⅵ） 被还原成为 Ｃｒ（ Ⅲ） ， 使去除率下降。水蒸汽、ＺｎＣｌ２ 飞灰进行清洗， 去除附着在飞灰上的有机物质， 干燥 活化的蔗渣炭具有优良的多孔性结构， 表面积大， 十
重金属废水的传统处理方法主要有化学沉淀法
原 渣 对 Ｃｄ（ Ⅱ） 、Ｃｒ（ Ⅵ） 、Ｎｉ（ Ⅱ） 等 离 子 的 吸 附 能
和吸附法。目前， 吸附法采用的吸附剂主要是活性 力不强， 不适合处理金属离子浓度高的废水。因此，
炭， 其处理成本较高。
常对其进行化学改性以提高吸附性能。
大量研究表明， 许多农业废弃物具有吸附重金属
以＜ ２０ 8 的微孔为主） ， 表面积可达 ３７９．６４ ｍ２·ｇ－１。 最佳 ｐＨ 范围为 ２～３。
光谱分析表明飞灰的表面有氢键、ＣＯＯ－ 基团、酮或 ４．２ 温度
醛 Ｃ＝Ｏ 基团、内酯 Ｃ＝Ｏ 基团和芳香化合物的 Ｃ－ Ｈ
温度对各类蔗渣捕集金属离子有一定影响， 这与
基团。由于表面有硅烷醇的存在， 同时吸附了水， 在 它们的吸附反应有关。例如： 蔗渣飞灰对 Ｃｄ、Ｎｉ、Ｚｎ、
化学改性甘蔗渣的方法较多， 主要可分为两大
的性能如甘蔗渣， 其来源丰富， 价格低廉， 可以直接进 类。一类是有溶剂的改性方法， 另一类是无溶剂的改
行处理， 能大大降低重金属废水的处理费用。研究利 性 方 法 。 Ｗａｒｔｅｌｌｅ 等 用 二 羟 甲 基 二 羟 基 乙 烯 脲
用甘蔗渣处理重金属废水， 可变废为宝， 符合绿色循 （ ＤＭＤＨＥＵ） 、氯化胆碱（ ＣＣ） 和蔗渣发生交联反应引入
各类蔗渣吸附剂都具有一定的去除废水中重金属离 渣， 用嘧啶作溶剂， 和琥珀酸酐、马来酸酐反应制备
子的能力。
吸附剂。Ｐｅｔｅｒｎｅｌｅ 等用蚁酸和甘蔗渣反应引入羧基
２ 吸附剂的制备
制得蚁酸纤维， 用来吸附 Ｃｄ（ Ⅱ） 和 Ｐｂ（ Ⅱ） 。 Ｏｒｌａｎｄｏ 等 在 微 波 照 射 下 ， 用 硫 脲 （ ＴＨＩ） 、尿 素
环经济发展战略， 因此， 它的发展前景十分广阔。
带正电荷的氮， 制得阴离子交换剂。反应中 ＤＭＤＨＥＵ
１ 研究现状
作为纤维素和 ＣＣ 之间的交联剂， 通过脱水反应， 在 甘蔗渣纤维素的－ ＯＨ 和改性剂之间生成了醚键， 改
用于捕集废水中重金属离子的有甘蔗渣原渣、 性后的蔗渣对铬酸盐的吸附能力大大提高。Ｏｒｌａｎｄｏ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｂａｇａｓｓｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｒｉｖａｎｔｓ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｍａｉｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｗａｓ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｂａｇａｓｓｅ； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎ； ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
６ ６ ６ ４ ５ ５ ６ ６ ６．５ ５．０ ４～６ ４～６ ４～９ ６ ７～９ ７～１０
注： ＴＨ， ＵＲＥＡ， ＭＥＬ， ＤＭＤＨＥＵ 和 ＣＣ 分别为硫脲、尿素、三聚氰胺、羟甲基二羟基乙烯脲和氯化胆碱的缩写。
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第８期
熊佰炼等： 甘蔗渣处理重金属废水的研究进展
● 污水治理
２．２ 蔗渣衍生产品的制备
属离子吸附在蔗渣上。羧基和羟基被认为是原渣从 ４．１ 吸附液 ｐＨ 值
水溶液中吸附去除重金属离子的重要原因。吸附 Ｎｉ
ｐＨ 值是影响吸附的一个重要因素， 它可以影响
（ Ⅱ） 前后光谱分析发现－ ＯＨ 吸收峰变化不大， 显示 吸附剂的表面特性和金属离子的形态。研究表明， 只
在 Ｎｉ（ Ⅱ） 的吸附过程中离子交换作用比沉淀或共沉 有在适宜的 ｐＨ 值范围内， 吸附才是行之有效的。由
筛， 制得用于捕集重金属的原渣。
１０％～２１％的甘蔗渣反应制备金属离子螯合剂。
收稿日期： ２００８－ ０８－ １４ 作者简介： 熊佰炼（ １９７８－ ） ， 男， 湖南益阳人， 硕士研究生， 研究方向： 水污染控制化学。
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● 污水治理
中国资源综合利用
第８期
表 １ 甘蔗渣及其相关衍生产品处理重金属废水的方法
Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌ Ｉｏｎｓ ｆｒ ｏｍ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｂｙ Ｓｕｇａｒ ｃａｎｅ Ｂａｇａｓｓｅ ａｓ Ａｄｓｏｒ ｂｅｎｔ
Ｘｉｏｎｇ Ｂａｉｌｉａｎ１， Ｚｈａｎｇ Ｊｉｎｚｈｏｎｇ１，２， Ｘｉｎｇ Ｚｅ１
（ １．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６， Ｃｈｉｎａ）
Ｈｇ（ Ⅱ） Ｃｕ（ Ⅱ） Ｈｇ（ Ⅱ） Ｈｇ（ Ⅱ） Ｃｒ（ Ⅵ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ）
２．２ ｍｅｑ ／ｇ １．２ ｍｍｏｌ ／ｇ １．４ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．８５ ｍｅｑ ／ｇ １．０４ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．７６ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．４ ｍｍｏｌ ／ｇ
Ｃｕ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｕ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｕ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｎｉ（ Ⅱ） Ｚｎ（ Ⅱ） Ｃｕ（ Ⅱ） Ｚｎ（ Ⅱ） Ｃｒ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｎｉ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｚｎ（ Ⅱ） Ｈｇ（ Ⅱ） Ｃｏ（ Ⅱ） ＡｕＣＮ ＡｕＴｕ＋ｎ
摘要： 综述了利用甘蔗渣及其衍生产品处理重金属废水的研究进展， 重点阐述了处理、改性甘蔗渣的方法
和各类甘蔗渣吸附剂处理重金属废水的基本原理及主要影响因素， 并展望了研究的前景。
关键词： 甘蔗渣； 重金属； 吸附
中图分类号： Ｘ７０３
文献标识码： Ａ
文章编号： １００８－ ９５００（ ２００８） ０８－ ００１９－ ０４
化学处理蔗渣和蔗渣衍生产品 （ 焚烧后的飞灰和蔗 等用 ＥＤＭ 方法改性甘蔗渣。Ｇｕｒｇｅｌ 等使用嘧啶作溶
渣制备的活性炭） 。表 １ 列出了甘蔗渣及其相关衍生 剂和催化剂， 用琥珀酸酣、聚多胺、１， ３－ 二异丙基碳
产品处理重金属废水的研究情况。从表 １ 可以看出， 二亚胺（ ＤＩＣ） 改性甘蔗渣。Ｌｉｕ 等用超声波照射甘蔗
进行活化， 以提高其吸附性能。炭化完成后， 研磨过 合物的分子体积很大， 吸附剂形成过小的孔隙（ 小于
筛， 备用。
２０ 8） 对吸附产生了位阻。蔗渣活性炭的有机碳含量
３ 基本原理
对金属吸附的影响很大。炭化程度（ 烧失率） 越高、灰 分含量越大， 有机碳的含量越低， 吸附能力越强。这
３．１ 原渣、化学改性渣吸附金属的原理
为复杂， 既有络合吸附、沉淀吸附， 还有离子交换吸 中的存在形态和甘蔗渣吸附剂的表面特性外， 它本
附。
身就是一个强竞争吸附质。在 ｐＨ 值低时， 溶液中 Ｈ＋
蔗渣通过化学改性后可成为离子交换剂、螯合 的浓度增加， Ｈ＋和羟基形成 ＯＨ２＋。这样在吸附剂表 吸附剂。在捕集时改性渣和水溶态的金属离子发生 面形成正电荷， 排斥金属阳离子， 同时减少吸附剂阳
或电炉烘烤， 研磨过筛， 备用。
分利于金属的吸附。一般而言， 吸附剂的表面积越
蔗渣的炭化分高温炭化和低温炭化。炭的孔隙 大， 吸附能力越强， 但在吸附硫脲金时， 表面积大于
Fra Baidu bibliotek
率、表面积和炭化温度密切相关， 炭化温度高孔隙率 １ ２００ ｍ２ ／ｇ 后吸附能力反而下降。这是因为金原子
大， 大孔径孔隙多。制备碳化蔗渣时常用活化剂对碳 上结合了硫脲配位体， 特别是当 ｐＨ 值大于 ７ 时， 配
淀作用要强很多。而原渣吸附去除 Ｃｄ（ Ⅱ） 后－ ＯＨ 吸 于溶液中的酸效应和金属离子的羟基络合效应的存
收峰变化较大， 表明在吸附的同时还发生了沉淀或 在， 捕集过程中必然存在一个最佳酸度。在吸附金属
共沉淀作用。总的看来， 原渣捕集金属离子的体系较 阳离子时， 溶液中的 Ｈ＋除了能影响金属离子在溶液
２．１ 原渣和化学改性渣的制备
（ ＵＲＥＡ） 、三聚氰胺（ ＭＥＬ） 、聚乙烯亚 胺 （ ＰＥＩ） 、乙 二
用蒸馏水 将 甘 蔗 渣 煮 沸 ３０ ｍｉｎ 除 去 糖 等 可 溶 胺 （ ＥＤ） 、二 乙 烯 三 胺 （ ＤＥＴ） 、亚 氨 基 二 乙 酸 （ ＩＤＡ） 、
性物质， 在 １２０ ℃热空气烤炉中干燥 ２４ ｈ， 研磨、过 甘氨酸 （ ＧＣＮ） 等含有螯合官能团的化合物和含水
可能是因为有机碳含量高时蔗渣的炭化程度低， 活
甘蔗原渣中含纤维素约 ４５％、半纤维素约 ２８％、 性炭的表面积小。总的来说， 活性炭对金属的吸附以
木质素约 １８％。根据红外光谱分析可知， 原渣中有＞ 表面络合和离子交换为主。
Ｃ＝Ｃ＜、＞Ｃ＝Ｏ、－ ＯＣＨ３、Ｃ－ Ｏ、芳基、羧基等官能团。这些 ４ 主要影响因素 基团在适宜条件下与金属离子发生不同反应， 将金
吸附剂 原渣
化学处理渣
焚烧后飞灰 蔗渣活性炭
处理方法 研 碎 、水 洗 研 碎 、水 洗 研 碎 、水 洗 超声波下 与琥珀酸酣反应 与马来酸酣反应 微波照射下 与 ＴＨＩ 反应 与 ＵＲＥＡ 反应 与 ＭＥＬ 反应 用 ＤＭＤＨＥＵ、ＣＣ 联合改性 用蚁酸改性
嘧啶作溶剂 与琥珀酸酣、ＮａＨＣＯ３ 反应
离子交换、螯合等反应。
离子的交换量。ｐＨ 值高时， 吸附剂表面的羟基电离
３．２ 蔗渣衍生产品吸附重金属的原理
成带负电荷的－ Ｏ 8， 提高了吸附剂阳离子的交换
蔗渣飞灰主要成分是金属和硅的氧化物， 碳含 量。由表 １ 可看出， 若不发生沉淀， 蔗渣吸附金属阳
量低、孔隙率大、孔径分布范围宽（ 从几十到 ６００ 8， 离子适宜 ｐＨ 值范围为 ５～１０； 对金属阴离子吸附的
与 琥 珀 酸 酣 、聚 多 胺 反 应
与琥珀酸酣、ＤＩＣ 反应
水 洗 、过 筛
双氧水处理
双氧水处理
双氧水处理
用硫酸活化
ＳＯ２， Ｈ２Ｓ ＣＯ２、水 蒸 汽 ＺｎＣｌ２ 活化
被捕集的金属
Ｃｄ（ Ⅱ） Ｃｒ（ Ⅵ） Ｎｉ（ Ⅱ）
最大去除率 ／吸附量
８５％ ９１％～９２％ ８７％～９０％
未捕集金属 未捕集金属
１１４ ｍｇ ／ｇ １９６ ｍｇ ／ｇ １８９ ｍｇ ／ｇ １３３ ｍｇ ／ｇ ３１３ ｍｇ ／ｇ ３１３ ｍｇ ／ｇ １３９ ｍｇ ／ｇ １６４ ｍｇ ／ｇ １８９ ｍｇ ／ｇ ０．３ ３３２ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．４ ４３０ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．４ ２６７ ｍｍｏｌ ／ｇ ９０％～９５％ ９０％～９５％ ４．３５ ｍｇ ／ｇ ２．５０ ｍｇ ／ｇ
９０％ ３８．０３ ｍｇ ／ｇ ３１．１１ ｍｇ ／ｇ
１８０ ｍｇ ／ｇ １５３．６ ｍｇ ／ｇ １３５ ｍｇ Ａｕ ／ｇ １８８ ｍｇ Ａｕ ／ｇ
最佳 ｐＨ 值 ６ ２ ７．５
６ ５．５ ６ ６ ３ ５ ６
５．５～６．０ ６．５～７．５ ６．５～７．５ ５．５～６．０ ６．５～７．５ ６．５～７．５ ５．５～６．０ ６．５～７．５ ６．５～７．５
飞灰表面存在自由的羟基。这些极性官能团使得蔗 Ｃｕ 的吸附为吸热反应； 对低浓度的 Ｃｒ（ Ⅲ） 、Ｐｂ（ Ⅱ） 吸
渣飞灰有一定的金属离子吸附能力。飞灰的组成特 附时， 温度对吸附的影响极小， 但在高浓度时随温度
点决定了它对金属离子的吸附既有物理吸附过程也 的增加吸附量降低， 显示是一个放热反应。总的来看，
Ｖｏｌ．２６， Ｎｏ．８ ２００８ 年 ８ 月
中国资源综合利用 Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
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甘蔗渣处理重金属废水的研究进展
熊佰炼 １， 张进忠 １， ２， 邢 赜 １
（ １．西南大学 资源环境学院， 重庆 ４００７１６； ２．重庆市农业资源与环境研究重点实验室， 重庆 ４００７１６）
电子后， 碳表面带正电荷， 对水溶液中带负电的质点
蔗渣飞灰取自以蔗渣为燃料的糖厂锅炉。飞灰 产生静电吸附或化学吸附； 但引入过多的硫会使 Ｃｒ
吸附水中的重金属离子前， 先用双氧水或自来水对 （ Ⅵ） 被还原成为 Ｃｒ（ Ⅲ） ， 使去除率下降。水蒸汽、ＺｎＣｌ２ 飞灰进行清洗， 去除附着在飞灰上的有机物质， 干燥 活化的蔗渣炭具有优良的多孔性结构， 表面积大， 十
重金属废水的传统处理方法主要有化学沉淀法
原 渣 对 Ｃｄ（ Ⅱ） 、Ｃｒ（ Ⅵ） 、Ｎｉ（ Ⅱ） 等 离 子 的 吸 附 能
和吸附法。目前， 吸附法采用的吸附剂主要是活性 力不强， 不适合处理金属离子浓度高的废水。因此，
炭， 其处理成本较高。
常对其进行化学改性以提高吸附性能。
大量研究表明， 许多农业废弃物具有吸附重金属
以＜ ２０ 8 的微孔为主） ， 表面积可达 ３７９．６４ ｍ２·ｇ－１。 最佳 ｐＨ 范围为 ２～３。
光谱分析表明飞灰的表面有氢键、ＣＯＯ－ 基团、酮或 ４．２ 温度
醛 Ｃ＝Ｏ 基团、内酯 Ｃ＝Ｏ 基团和芳香化合物的 Ｃ－ Ｈ
温度对各类蔗渣捕集金属离子有一定影响， 这与
基团。由于表面有硅烷醇的存在， 同时吸附了水， 在 它们的吸附反应有关。例如： 蔗渣飞灰对 Ｃｄ、Ｎｉ、Ｚｎ、
化学改性甘蔗渣的方法较多， 主要可分为两大
的性能如甘蔗渣， 其来源丰富， 价格低廉， 可以直接进 类。一类是有溶剂的改性方法， 另一类是无溶剂的改
行处理， 能大大降低重金属废水的处理费用。研究利 性 方 法 。 Ｗａｒｔｅｌｌｅ 等 用 二 羟 甲 基 二 羟 基 乙 烯 脲
用甘蔗渣处理重金属废水， 可变废为宝， 符合绿色循 （ ＤＭＤＨＥＵ） 、氯化胆碱（ ＣＣ） 和蔗渣发生交联反应引入
各类蔗渣吸附剂都具有一定的去除废水中重金属离 渣， 用嘧啶作溶剂， 和琥珀酸酐、马来酸酐反应制备
子的能力。
吸附剂。Ｐｅｔｅｒｎｅｌｅ 等用蚁酸和甘蔗渣反应引入羧基
２ 吸附剂的制备
制得蚁酸纤维， 用来吸附 Ｃｄ（ Ⅱ） 和 Ｐｂ（ Ⅱ） 。 Ｏｒｌａｎｄｏ 等 在 微 波 照 射 下 ， 用 硫 脲 （ ＴＨＩ） 、尿 素
环经济发展战略， 因此， 它的发展前景十分广阔。
带正电荷的氮， 制得阴离子交换剂。反应中 ＤＭＤＨＥＵ
１ 研究现状
作为纤维素和 ＣＣ 之间的交联剂， 通过脱水反应， 在 甘蔗渣纤维素的－ ＯＨ 和改性剂之间生成了醚键， 改
用于捕集废水中重金属离子的有甘蔗渣原渣、 性后的蔗渣对铬酸盐的吸附能力大大提高。Ｏｒｌａｎｄｏ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｂａｇａｓｓｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｒｉｖａｎｔｓ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｍａｉｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｗａｓ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｓｕｇａｒｃａｎｅ ｂａｇａｓｓｅ； ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｏｎ； ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
６ ６ ６ ４ ５ ５ ６ ６ ６．５ ５．０ ４～６ ４～６ ４～９ ６ ７～９ ７～１０
注： ＴＨ， ＵＲＥＡ， ＭＥＬ， ＤＭＤＨＥＵ 和 ＣＣ 分别为硫脲、尿素、三聚氰胺、羟甲基二羟基乙烯脲和氯化胆碱的缩写。
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熊佰炼等： 甘蔗渣处理重金属废水的研究进展
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２．２ 蔗渣衍生产品的制备
属离子吸附在蔗渣上。羧基和羟基被认为是原渣从 ４．１ 吸附液 ｐＨ 值
水溶液中吸附去除重金属离子的重要原因。吸附 Ｎｉ
ｐＨ 值是影响吸附的一个重要因素， 它可以影响
（ Ⅱ） 前后光谱分析发现－ ＯＨ 吸收峰变化不大， 显示 吸附剂的表面特性和金属离子的形态。研究表明， 只
在 Ｎｉ（ Ⅱ） 的吸附过程中离子交换作用比沉淀或共沉 有在适宜的 ｐＨ 值范围内， 吸附才是行之有效的。由
筛， 制得用于捕集重金属的原渣。
１０％～２１％的甘蔗渣反应制备金属离子螯合剂。
收稿日期： ２００８－ ０８－ １４ 作者简介： 熊佰炼（ １９７８－ ） ， 男， 湖南益阳人， 硕士研究生， 研究方向： 水污染控制化学。
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中国资源综合利用
第８期
表 １ 甘蔗渣及其相关衍生产品处理重金属废水的方法
Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌ Ｉｏｎｓ ｆｒ ｏｍ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｂｙ Ｓｕｇａｒ ｃａｎｅ Ｂａｇａｓｓｅ ａｓ Ａｄｓｏｒ ｂｅｎｔ
Ｘｉｏｎｇ Ｂａｉｌｉａｎ１， Ｚｈａｎｇ Ｊｉｎｚｈｏｎｇ１，２， Ｘｉｎｇ Ｚｅ１
（ １．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６， Ｃｈｉｎａ）
Ｈｇ（ Ⅱ） Ｃｕ（ Ⅱ） Ｈｇ（ Ⅱ） Ｈｇ（ Ⅱ） Ｃｒ（ Ⅵ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ）
２．２ ｍｅｑ ／ｇ １．２ ｍｍｏｌ ／ｇ １．４ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．８５ ｍｅｑ ／ｇ １．０４ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．７６ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．４ ｍｍｏｌ ／ｇ
Ｃｕ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｕ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｕ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｎｉ（ Ⅱ） Ｚｎ（ Ⅱ） Ｃｕ（ Ⅱ） Ｚｎ（ Ⅱ） Ｃｒ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｎｉ（ Ⅱ） Ｐｂ（ Ⅱ） Ｃｄ（ Ⅱ） Ｚｎ（ Ⅱ） Ｈｇ（ Ⅱ） Ｃｏ（ Ⅱ） ＡｕＣＮ ＡｕＴｕ＋ｎ
摘要： 综述了利用甘蔗渣及其衍生产品处理重金属废水的研究进展， 重点阐述了处理、改性甘蔗渣的方法
和各类甘蔗渣吸附剂处理重金属废水的基本原理及主要影响因素， 并展望了研究的前景。
关键词： 甘蔗渣； 重金属； 吸附
中图分类号： Ｘ７０３
文献标识码： Ａ
文章编号： １００８－ ９５００（ ２００８） ０８－ ００１９－ ０４
化学处理蔗渣和蔗渣衍生产品 （ 焚烧后的飞灰和蔗 等用 ＥＤＭ 方法改性甘蔗渣。Ｇｕｒｇｅｌ 等使用嘧啶作溶
渣制备的活性炭） 。表 １ 列出了甘蔗渣及其相关衍生 剂和催化剂， 用琥珀酸酣、聚多胺、１， ３－ 二异丙基碳
产品处理重金属废水的研究情况。从表 １ 可以看出， 二亚胺（ ＤＩＣ） 改性甘蔗渣。Ｌｉｕ 等用超声波照射甘蔗
进行活化， 以提高其吸附性能。炭化完成后， 研磨过 合物的分子体积很大， 吸附剂形成过小的孔隙（ 小于
筛， 备用。
２０ 8） 对吸附产生了位阻。蔗渣活性炭的有机碳含量
３ 基本原理
对金属吸附的影响很大。炭化程度（ 烧失率） 越高、灰 分含量越大， 有机碳的含量越低， 吸附能力越强。这
３．１ 原渣、化学改性渣吸附金属的原理
为复杂， 既有络合吸附、沉淀吸附， 还有离子交换吸 中的存在形态和甘蔗渣吸附剂的表面特性外， 它本
附。
身就是一个强竞争吸附质。在 ｐＨ 值低时， 溶液中 Ｈ＋
蔗渣通过化学改性后可成为离子交换剂、螯合 的浓度增加， Ｈ＋和羟基形成 ＯＨ２＋。这样在吸附剂表 吸附剂。在捕集时改性渣和水溶态的金属离子发生 面形成正电荷， 排斥金属阳离子， 同时减少吸附剂阳
或电炉烘烤， 研磨过筛， 备用。
分利于金属的吸附。一般而言， 吸附剂的表面积越
蔗渣的炭化分高温炭化和低温炭化。炭的孔隙 大， 吸附能力越强， 但在吸附硫脲金时， 表面积大于
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率、表面积和炭化温度密切相关， 炭化温度高孔隙率 １ ２００ ｍ２ ／ｇ 后吸附能力反而下降。这是因为金原子
大， 大孔径孔隙多。制备碳化蔗渣时常用活化剂对碳 上结合了硫脲配位体， 特别是当 ｐＨ 值大于 ７ 时， 配
淀作用要强很多。而原渣吸附去除 Ｃｄ（ Ⅱ） 后－ ＯＨ 吸 于溶液中的酸效应和金属离子的羟基络合效应的存
收峰变化较大， 表明在吸附的同时还发生了沉淀或 在， 捕集过程中必然存在一个最佳酸度。在吸附金属
共沉淀作用。总的看来， 原渣捕集金属离子的体系较 阳离子时， 溶液中的 Ｈ＋除了能影响金属离子在溶液
２．１ 原渣和化学改性渣的制备
（ ＵＲＥＡ） 、三聚氰胺（ ＭＥＬ） 、聚乙烯亚 胺 （ ＰＥＩ） 、乙 二
用蒸馏水 将 甘 蔗 渣 煮 沸 ３０ ｍｉｎ 除 去 糖 等 可 溶 胺 （ ＥＤ） 、二 乙 烯 三 胺 （ ＤＥＴ） 、亚 氨 基 二 乙 酸 （ ＩＤＡ） 、
性物质， 在 １２０ ℃热空气烤炉中干燥 ２４ ｈ， 研磨、过 甘氨酸 （ ＧＣＮ） 等含有螯合官能团的化合物和含水
可能是因为有机碳含量高时蔗渣的炭化程度低， 活
甘蔗原渣中含纤维素约 ４５％、半纤维素约 ２８％、 性炭的表面积小。总的来说， 活性炭对金属的吸附以
木质素约 １８％。根据红外光谱分析可知， 原渣中有＞ 表面络合和离子交换为主。
Ｃ＝Ｃ＜、＞Ｃ＝Ｏ、－ ＯＣＨ３、Ｃ－ Ｏ、芳基、羧基等官能团。这些 ４ 主要影响因素 基团在适宜条件下与金属离子发生不同反应， 将金
吸附剂 原渣
化学处理渣
焚烧后飞灰 蔗渣活性炭
处理方法 研 碎 、水 洗 研 碎 、水 洗 研 碎 、水 洗 超声波下 与琥珀酸酣反应 与马来酸酣反应 微波照射下 与 ＴＨＩ 反应 与 ＵＲＥＡ 反应 与 ＭＥＬ 反应 用 ＤＭＤＨＥＵ、ＣＣ 联合改性 用蚁酸改性
嘧啶作溶剂 与琥珀酸酣、ＮａＨＣＯ３ 反应
离子交换、螯合等反应。
离子的交换量。ｐＨ 值高时， 吸附剂表面的羟基电离
３．２ 蔗渣衍生产品吸附重金属的原理
成带负电荷的－ Ｏ 8， 提高了吸附剂阳离子的交换
蔗渣飞灰主要成分是金属和硅的氧化物， 碳含 量。由表 １ 可看出， 若不发生沉淀， 蔗渣吸附金属阳
量低、孔隙率大、孔径分布范围宽（ 从几十到 ６００ 8， 离子适宜 ｐＨ 值范围为 ５～１０； 对金属阴离子吸附的
与 琥 珀 酸 酣 、聚 多 胺 反 应
与琥珀酸酣、ＤＩＣ 反应
水 洗 、过 筛
双氧水处理
双氧水处理
双氧水处理
用硫酸活化
ＳＯ２， Ｈ２Ｓ ＣＯ２、水 蒸 汽 ＺｎＣｌ２ 活化
被捕集的金属
Ｃｄ（ Ⅱ） Ｃｒ（ Ⅵ） Ｎｉ（ Ⅱ）
最大去除率 ／吸附量
８５％ ９１％～９２％ ８７％～９０％
未捕集金属 未捕集金属
１１４ ｍｇ ／ｇ １９６ ｍｇ ／ｇ １８９ ｍｇ ／ｇ １３３ ｍｇ ／ｇ ３１３ ｍｇ ／ｇ ３１３ ｍｇ ／ｇ １３９ ｍｇ ／ｇ １６４ ｍｇ ／ｇ １８９ ｍｇ ／ｇ ０．３ ３３２ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．４ ４３０ ｍｍｏｌ ／ｇ ０．４ ２６７ ｍｍｏｌ ／ｇ ９０％～９５％ ９０％～９５％ ４．３５ ｍｇ ／ｇ ２．５０ ｍｇ ／ｇ