表面吸附在水处理中的应用

表面吸附在水处理中的应用

前言：在固体表面上的分子力处于不平衡或不饱和状态，由于这种不饱和的结果，固体会把与其接触的气体或液体溶质吸引到自己的表面上，从而使其残余力得到平衡。这种在固体表面进行物质浓缩的现象，称为吸附。由于吸附的作用力不同，可把吸附分为物理吸附与化学吸附。我们把具有这种吸附能力的物质称为吸附剂。我们组员收集并研究了几种不同的吸附剂，对它们的优缺点做了归纳。

一、活性炭

活性炭是我们非常熟悉的一种的吸附材料，最近空气污染严重，我们经常戏称要戴防毒面具，防毒面具中就有使用活性炭，用来吸附空气中的有害物质。在生产中应用的活性炭种类有很多。一般制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。作为吸附剂，活性炭具有比表面大、吸附能力强、应用范围广的特点。并且活性炭在使用后可以经过热再生法、生物再生法等进行再生，恢复吸附性能，可以进行多次使用。再生方法有加热再生法、电化学再生法、生物再生法等。

在水处理中，鉴于活性炭价格较为昂贵，活性炭多用于含微量有害物质的废水的深度净化，如含铬的电镀废水，含氰的冶炼废水，炼油厂的含油废水，石油化工厂的含苯酚废水等，即其可除有机物及重金属。

优缺点：活性炭作为吸附剂，具有处理程度高、应用范围广、适应性强、管理方便、可以再生使用并且可以回收有用物质的优点。但是其生产价格较高，能再生但再生成本也较高，并且我国目前有关的理论与技术尚不成熟，故活性炭吸附法处理废水尚未广泛使用。

二、聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺，简称PAM，是由丙烯酰胺（AM）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力。在水处理中，PAM 多用于除浊度、除有机物及氮磷等元素。PAM及其衍生物可以按照所带电荷的情况分成非离子型、阴离子型、阳离子型和两性型四大类。每一种PAM的性质大不相同，对某些类型的废水也有不同的处理效果（如生产粮食酒精废水，造纸废水，城市污水处理厂的废水，啤酒废水，味精厂废水，制糖废水，有机含量高废水、饲料废水，纺织印染废水等，用阳离子聚丙烯酰胺要比用阴离子、非离子聚丙烯酰胺或无机盐类效果要高数倍或数十倍，因为这类废水普遍带阴电荷）。

国内由于生产技术上的原因，一般采用间歇式生产工艺，能耗大、效率低、成本高，这样限制了其品种的发展，国内PAM的品种主要是干粉和胶体，也有极少部分的乳液，而不像国外那样有乳液、悬乳液、粉状及球状等多种形式。国外专利型产品多，其中阳离子PAM 产品占50%以上，而我国相应地比较缺乏，主要靠进口解决。因此我国PAM的使用大多在石油开采领域，用于水处理尚未推广。

优缺点：与其他无机凝聚剂配合使用，除浊、除COD、除氮磷效果好，在对出水水质要求较高时，可采用PAM作出水的处理。但其生产成本高，并且聚合后会残留AM，具有一定的毒性，故使用时要严格控制其含量。

三、氧化铝（活性氧化铝）

鉴于活性炭与聚丙烯酰胺作为有机物，制备成本较高，我们开始研究成本相对低廉，容易获得的吸附剂。我国铝土资源丰富，在天然水体沉积物和土壤中都含有大量的铝氧化物，所以我们发现了氧化铝这种吸附剂，以及后来将其活化制成的活性氧化铝。

说到吸附性能，当然要看吸附剂的比表面积。氧化铝具有很大的表面积，因此，它有很强的吸附能力和很高的催化活性，经过改良后大量用作催化剂载体，使一些活性很高但价格昂贵的催化剂(如铂、钯等)分布在载体表面，可以减少催化剂用量。在吸附方面，氧化铝对于除去水中的有机物，尤其是羧酸物质，效果显著，对于水中氟、砷和磷等离子都有很好的吸附性能。

活性氧化铝是氧化铝经过充分研磨、煅烧后制成的，如同活性炭一样，活性氧化铝也能再生，再生剂采用氢氧化钠溶液，也可采用硫酸铝溶液。氢氧化钠再生剂的溶液浓度采用0.75%－1%，氢氧化钠消耗量可按每去除1g氟化物所需8－10g固体氢氧化钠计算，再生液用量为滤料体积的3－6倍。硫酸铝再生剂的溶液浓度采用2－3%，硫酸铝的消耗量可按每去除1g氟化物需60－80g固体硫酸铝计算。

优缺点：活性氧化铝的吸附性能好，并且性质稳定，耐高温耐腐蚀，可再生使用。成本低。

由于活性氧化铝在处理水中重金属等离子时是用离子交换的方法，难免会向水中释

放铝离子，对于水体有一定影响。

四、有机膨润土

有机膨润土是一种无机矿物/有机铵复合物，以膨润土为原料，利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的。我国膨润土储量巨大，年开采量350万吨。有机膨润土在我国已生产、应用三十多年，但膨润土行业技术水平不高。膨润土本身具有巨大的内外表面积，具有很强的吸附能力，加之对其用酸改性处理后更增加了沉降性能，可高效除去水中重金属离子及有机污染物、印染废水中的染料。膨润土具有很强的吸湿性,能吸附相当于自身体积8一20倍的水而膨胀至30倍;在水介质中能分散呈胶体悬浮液,并具有一定的粘滞性,触变性和润滑性,它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性,有较强的阳离子交换能力和吸附能力。

优缺点：膨润土由于有良好的物理化学性能,素有"万能"粘土之称，再加上其资源丰富价格低廉，是一种很好的吸附材料。缺点是膨润土生产技术还有待提高，对于PH较高或较低的废水，则处理能力会大幅下降。

五、沸石

沸石是一种天然的含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质，是沸石族矿物的总称。沸石具有空旷的骨架结构，具有大量均匀的微孔，孔径大多在1纳米以下。与其他多孔物质相比，沸石具有极大的比表面积，仅次于活性炭。沸石对极性分子有优先的吸附作用，比如水，故沸石可用作干燥剂。

应用到水处理中，沸石可用来除去（1）有机物，由于沸石会优先吸附极性分子，故沸石对有机物的吸附能力取决于有机物分子的极性和大小，含有极性基团的有机物分子能在沸石表面发生强吸附，二氯甲烷、三氯甲烷、三溴甲烷都属于易被吸附之列，常见污染物如酚类、苯胺、氨基酸，也能被沸石吸附；（2）氨氮，利用沸石对阳离子的选择交换能力，可以除去水中的铵根离子。因为铵根离子的离子半径比沸石孔道的半径小，会被优先吸附；（3）氟，高氟水体在我国广泛分布，如何去除水中的氟是科学家们一直