吸附材料对治理环境污染的研究

吸附材料对治理环境污染的研究

班级：应化1202

学号：1050112213

姓名：卢亨宾

摘要：本文主要介绍几种吸附材料对重金属或者有机污染物的吸附效果和发展情况。关键字：生物炭，纳米材料，鼠尾藻，微凝胶，膨润土，硅藻土，吸附效果

一·引言

近年来，随着经济水平的提升，污染，环境保护，可持续，绿色环保等这些词汇纷纷进入人们的日常生活中，人们对污染，环保的认识也在进一步的加深，同时对健康和生活质量也有了更大的诉求。因此，解决当前的环境问题迫在眉睫。

当前的污染主要包括几个方面：水体污染，空气污染，以及土地污染。对于水体污染其污染物大多数是重金属，有毒有害的有机物质等等。空气污染主要是烟尘，废气等，而土地污染有可能是由于水体污染从而导致土壤受污染，也有可能是由于缺乏河流水系，污染物质被掩埋在土壤中造成的。这些污染物质一部分是来自工厂废水包括采矿业，电镀厂，纺织厂，石油工业，钢铁厂和印刷厂等。另一部分，来自制药行业，农药，化肥和生活污水等。另外值得一提的是核污染，虽然现如今核污染出现的频率不是特别高但是福岛核电站爆炸，从而带来的环境问题仍然相当严峻同时核废料的处理同样需要有更好的处理方式。

二·几种吸附材料的介绍

1.生物炭

近来，人们将生物炭注入土壤中作为土壤的改良剂和修复剂，这些生物炭在土壤中不可避免的与土壤有机污染物接触，而吸附过程起到十分重要的作用，因此研究生物炭的吸附作用仍是现今环境科学和土壤化学的热点。

生物炭作为土壤改良剂主要是由于在热解过程中,酸性物质损失,K、Ca、Mg等碱金属元素累积,使其pH普遍偏高,施用于土壤中能够显著提高土壤的pH值,改良酸性土壤质地、增大盐基交换量,进而引起土壤CEC的增加。同时作为修复剂则是利用其远超有机碳以及其他有机质的吸附作用，吸收多种有机污染物[1]。

这些生物炭的来源一般是秸秆包括玉米，水稻等或者是松针生物炭。在陈再明等人对水稻秸秆生物炭对水中硝基苯，对硝基甲苯，萘等有机物的吸附性能的研究发现当裂解温度从300℃~400℃，比表面积突然增大( 0． 16→110 m2·g － 1 ) 、微孔结构被打开，从而具有比较强的吸附能力。而在肖丽薇的研究中发现虽然在 300°C 和 400℃时，总的比表面积要比原始玉米秸秆的小，但是其微孔的比表面积是有稍微增加的。到达600 ℃时，生物碳质中微孔比表面积已经占到了总比表面积的70%左右，说明炭化过程使得玉米秸秆中孔隙结构发生改变，由大孔向着微孔的方向转化。同时在周丹丹的研究中发现低温(<300℃)下制备的生物碳质以分配作用占主导,在较高的浓度范围内有较好的去除效果,可用于较高浓度有机废水处理;高温

(700℃)下制备的生物碳质炭化比较完全,对有机污染物表现为较强的表面非线性吸附,在较低的浓度范围内具有很强的吸附性能,且对有机物不具有选择性。

在上述研究中，均发现秸秆生物炭良好的吸附性能。同时秸秆是一种廉价的资源，然而现今许多地方多以焚烧的方式处理秸秆，无疑会制造出大量烟尘。故以上研究具有很大的潜在价值有待日后进一步的发展，应用于治理现今污染问题。

2.纳米材料

纳米技术作为一种新兴的技术被广泛的运用于各个研究领域，纳米材料所表现出来的特殊性质，成为现今研究的热点之一。而纳米粒子的小粒径，大比表面积和微孔性，以及一些纳米粒子的光催化反应都为其应用于处理水体或者土壤污染提供了可能性。

杨俊等采用一次平衡法研究了纳米TiO2 对土壤悬液中As(Ⅲ)的催化氧化及在土壤中对氧化产物的吸附等, 研究表明As(Ⅲ)的光催化氧化量随TiO2加入量和光照时间的增加而显著增加, 当TiO2 加入量为 1.0 g·L−1、光照时间为90 min 时As(Ⅲ)可以达到最佳转化效果,

而瑜德忠等人发表的文章中提到纳米粒子的光催化反应可用于处理无机污染物，同时此性质也可用于降解有机污染物，在潘淑颖等的研究中发现添加纳米TiO2有利于降解土壤中化学氯农药的残留同时在一些其他研究中也发现纳米铁颗粒也有显著的脱氯功效。同样的微孔性纳米陶瓷，纳米活性炭等也应用于水污染的处理。此外在刘光辉的研究中制备出的纳米金属铝粉水解法制备净水材料经过实验发现AlO(OH)粒子对Cd2+具有良好的出除能力，而且此材料对Mn2+以及苯酚也有吸附效果。盛国栋等人发表的文章中提到纳米粒子在处理核废料上也有良好的发展前景。

3.其他一些吸附材料

(1)鼠尾藻：

在范彩彩的研究中发现鼠尾藻对Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+有较低的吸收效率而增加PH时能提高其吸收效率并且发现在PH=5~6是可达到最大值90%以上。同样的温度对其吸收效率也有影响，在20℃~30℃达到峰值一般为60~70%，对部分离子可到达90%以上。

(2)新型聚合物_无机复合微凝胶

在姜立萍的研究中发现：

a. ATP/PAA-7纳米复合微凝胶对吸附Pb2+有较好的效果，同时其最佳吸附

PH=5，最佳吸附时间为7h及3h解吸度达到99%。体现了其良好的重复使用性。而且具有十分优异的机械稳定性和化学稳定性。

b. ATP/PAA纳米复合微凝胶A2-5对Pb2+具有较好的选择吸附性,在pH为5的介质中,4 h可达到吸附饱和,吸附容量为42.32 mg/g。吸附的Pb2+在0.50 mol/L HCl 溶液中100 min可完全解吸，可重复使用

c. 5#P(AA-co-AM)/ATP纳米复合微凝胶微珠具有制备方法简便、成本低廉、固液分离容易、机械稳定性优、对Pb2+或Cu2+的选择吸附性好、使用寿命长等优点。

综上可发现无机复合微凝胶均有良好的吸附效果，且可重复使用，所以这是一种发展前景很好的重金属吸附剂。

(3)膨润土材料

膨润土由于其特殊的二维空间结构、矿物表面的吸附作用、层间阳离子的交换作用、孔道的过滤作用及特殊的纳米结构效应等, 经改性或活化处理可制备各种新型高效多功能膨润土吸附材料，在处理有机污染以及修复方面有比较好的效果。在朱利中发表的文章中提到改性之后的膨润土材料在处理有机废水，有机废气以及土壤污染处理方面均有良好的效果。

(4)硅藻土

在苏育炜等人的文章中提到天然的硅藻土对重金属有良好的吸附效果，而改性只要是对硅藻土的表面结构进行一些改造可能是提高比表面积和表面负电荷，从而提高吸附效果。硅藻土作为一种新型的材料尽管已经应用于各个科学领域，但是对于它的研究起步较晚，期待在更深入的研究后，能发现硅藻土更加广阔的发展前景。

三·总结

当前环境污染以及治理的迫切性，本文通过对几种吸附材料的研究，发现目前出现的处理污染的吸附材料多种多样，各自有其优点，但是对于有些方面比如纳米粒子的安全性以及硅藻土进一步的研究价值并不是很透彻，期待日后的研究进展能够带来更加广阔的发展空间。

参考文献

[1]李靖．不同源生物炭的理化性质及其对双酚A和磺胺甲噁唑的吸附[D]．昆明：昆明理工大学，2013

[2]陈再明，陈宝梁，周丹丹．水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能[J]．环境科学学报，第33 卷第1 期，2013 年1 月

[3]肖丽薇．玉米秸秆生物碳质对甲基叔丁基醚和苯的吸附实验研究[D]．北京：中国地质大学（北京），2013

[4]周丹丹．不生物碳质对有机污染物的吸附作用及机理调控[D]．浙江：浙江大学，2008年5月