工业水处理, 2021, 41(11): 16-22 doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2020-0854

• 专论与综述 •

聚合物基复合材料去除水中重金属污染的研究进展

秦笑梅,1, 杨世豪1, 王恒栋2

1. 郑州轻工业大学材料与化学工程学院, 河南郑州 450002

2. 中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司, 河南郑州 450002

Research progress of polymer composites for the removal of heavy metal pollution in water

QIN Xiaomei,1, YANG Shihao1, WANG Hengdong2

1. Department of Material and Chemical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China

2. POWERCHINA Henan Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd., Zhengzhou 450002, China

收稿日期: 2021-08-5  

基金资助: 国家自然科学基金.  21603193
河南省科技攻关计划项目.  172102210546
郑州轻工业学院博士启动基金项目.  2015BSJJ045

Received: 2021-08-5  

作者简介 About authors

秦笑梅(1991-),博士,讲师电话:18736070052,E-mail:qxmqin@zzuli.edu.cn , E-mail：qxmqin@zzuli.edu.cn

Abstract

Most heavy metals are toxic and non-biodegradable. Heavy metal pollution threatens human health and ecosystems, which has always been the focus of water pollution control. In recent years, the polymer has been widely used in the treatment of heavy metal pollution in water, because of its large specific surface area, adjustable surface properties, perfect mechanical properties, controllable pore size distribution and recycling under mild conditions. Polymers composited with metal, oxides, graphene or other materials have better physical, chemical, mechanical properties and compatibility compared with that of the single polymers. The recent preparation and application progress of polymer composite materials, such as polymer/metal composites, polymer/polymer composites, polymer/oxide composites and polymer/graphene composites, especially the application of the treatment of heavy metal pollution in water was reviewed. It provides ideas for future application of polymer composites in water pollution control.

Keywords： polymers ; composite materials ; heavy metal pollution ; water treatment

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秦笑梅, 杨世豪, 王恒栋. 聚合物基复合材料去除水中重金属污染的研究进展. 工业水处理[J], 2021, 41(11): 16-22 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2020-0854

QIN Xiaomei. Research progress of polymer composites for the removal of heavy metal pollution in water. Industrial Water Treatment[J], 2021, 41(11): 16-22 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2020-0854

重金属大多数有毒且难以降解，可在生物体内富集，进而对人类和其他生物健康构成威胁。饮用水中的重金属含量必须加以控制，而普通的水处理厂只能部分地去除这些物质，处理水中的重金属污染是当今社会亟待解决的重要课题。处理水中重金属污染的方法有很多，在各种处理技术中，吸附法被广泛采用，常用的吸附剂包括碳材料、聚合物、二氧化硅、天然吸附剂等〔1〕。

聚合物因其结构和性能优势，如较大的比表面积、可调节的表面性质、完善的机械性能、可控的孔径分布以及在温和条件下可循环再生等，近年来被广泛应用于废水中重金属污染的处理。而与金属、氧化物、石墨烯等其他材料复合的聚合物基材料，更可以弥补单一聚合物的不足。笔者综述了近年来聚合物/金属复合材料、聚合物/聚合物复合材料、聚合物/氧化物复合材料和聚合物/石墨烯复合材料等聚合物基复合材料在重金属污染处理方面的应用。

1 聚合物/金属复合材料

在废水处理领域，可利用金属纳米粒子采用还原法去除高浓度重金属。虽然这类金属纳米粒子对环境无毒，但是在空气中易被氧化，且纳米颗粒一般容易团聚，严重限制了其固有的还原专一性。此外，纳米颗粒对健康和人类的风险还不确定，而且回收纳米颗粒也不容易。为了克服这些限制，许多研究都集中在将金属纳米颗粒固定在碳材料〔2〕、黏土〔3〕和聚合物〔4〕等各种载体上。

具有大比表面积的聚合物材料已被证明是良好的金属纳米颗粒稳定剂。在金属纳米材料中，零价铁因其元素丰度和固有磁性而备受关注〔5〕。Xueqin ZHAO等〔4〕以聚乙烯醇（PVA）为载体制备纳米Fe0，并对水中Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）离子的去除效果进行了评价。将吸附材料（2 g/L）加入100 mL的Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）的溶液中（初始质量浓度0~20 mg/L），结果表明，材料对锑元素的吸附过程符合准二级反应动力学，颗粒状的PVA-Fe0对Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）离子的最大吸附量分别为6.99 mg/g和1.65 mg/g。PVA-Fe0吸锑机理描述如下：吸附前Fe0存在于缩醛化聚乙烯醇基体中，吸附Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）离子后，Fe0转化为Fe3O4。锑离子能促进Fe0氧化。红外光谱分析表明Fe3O4在吸附后与Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）离子发生化学键合。M. BHAUMIK等〔6〕在室温条件下制备了负载在聚苯胺（PANI）纳米纤维上的铁纳米颗粒。复合纤维的直径为80~150 nm，表现出铁磁性。将0.02 g的吸附剂加入20 mL的As（Ⅴ）、Cr（Ⅵ）、刚果红混合溶液（1 000 mg/L）中，其吸附量分别为42.37、434.78、243.9 mg/g。结果表明该复合材料能快速有效地去除水溶液中的As（Ⅴ）、Cr（Ⅵ）离子和刚果红染料，且由于纤维的铁磁特性，吸附剂易于回收。在最新的报告中，K. V. G. RAVIKUMAR等〔7〕研究了用壳聚糖、聚乙二醇共混物、聚4-苯乙烯磺酸钠溶液和纳米零价铁制备的聚合物-纳米零价铁基复合膜。在优化条件下，利用响应面法（RSM）对Cr（Ⅵ）离子在聚合物-纳米零价铁基薄膜和硫酸盐还原菌（SRB）生物质上进行还原和结合，在初始Cr（Ⅵ）质量浓度为10 mg/L时，其吸附量为394 mg/g，Cr（Ⅵ）的吸附率达到100%。

S. J. WU等〔8〕采用离子交联法制备了壳聚糖-三聚磷酸螯合微球，并进一步制备了零价铜-壳聚糖复合材料。结果表明，所制备的纳米颗粒在壳聚糖-三聚磷酸酯微球上具有良好的分散和稳定性，选取50 mg/L的Cr（Ⅵ）溶液进行吸附实验，纳米复合材料对Cr（Ⅵ）的去除率大于99%。纳米复合材料对Cr（Ⅵ）离子的吸附能力高于壳聚糖-三聚磷酸酯微球，表面吸附、沉淀和还原被认为是铬修复的重要机制。

2 聚合物/聚合物复合材料

与单一聚合物吸附剂相比，双聚合物/聚合物复合材料具有更丰富的表面基团、更高的吸附能力、更好的稳定性和力学可行性。聚吡咯（PPy）已被证明是一种适合与其他类似聚合物如聚苯胺〔9〕和聚丙烯腈〔10〕相结合的聚合物。其中，初始质量浓度为100 mg/L的PANI/PPy聚合物纳米纤维对Co（Ⅱ）离子的吸附去除率可以在11 min内达到99.68%。最大解吸效率达到90%，而且解吸后具有良好的再利用性能〔9〕。M. BHAUMK等〔11〕以FeCl3为氧化剂，通过苯胺和吡咯单体的同时聚合，制备了PPy和PANI自由基无模板耦合的PPy纳米纤维，用于去除废水中的Cr（Ⅵ）离子。研究发现，溶液的pH对Cr（Ⅵ）离子的吸附影响较大。经过两次吸附-解吸循环，0.05 g的PPy-PANI纳米纤维对Cr（Ⅵ）（100 mg/L）的最大吸附量为227 mg/g，并且具有良好的选择性和良好的重复利用能力。吸附过程是吸热和自发的，并且随机性有明显的增强。主要的吸收机制是使用富电子聚合物纳米纤维进行离子交换，将Cr（Ⅵ）离子还原为Cr（Ⅲ）离子的物理化学过程。

最近，F. CHECKOL等〔12〕研究了由聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT/PSS）和生物高聚物木质素（LG）组成的高效稳定的杂化材料用于去除有毒金属。结果表明，在中性溶液中施加负电位时，Pb（Ⅱ）离子可以吸附在复合膜上；施加正电位时可以使Pb（Ⅱ）解吸。PEDOT/PSS对Pb（Ⅱ）的吸附量可达到245.5 mg/g，而在PEDOT/PSS聚合物中加入LG后，吸附量达到452.8 mg/g，比PEDOT/PSS聚合物的吸附量几乎增加了一倍。另一种由PPy/聚丙烯腈核壳结构组成的纳米纤维用于从水溶液中去除Cr（Ⅵ）〔10〕。结果表明，Cr（Ⅵ）离子的去除率随初始pH的降低而增加。当Cr（Ⅵ）离子初始质量浓度从100 mg/L增加到200 mg/L时，平衡时间为30~ 90 min。经5次吸附-脱附循环后，吸附量仍可以保持在80%以上。XPS分析表明，Cr（Ⅵ）离子的相互作用的主要机制是Cr（Ⅵ）离子还原和离子交换。

Aihua WU等〔13〕以PMMA作为核心，PEI为壳层，用简单快速的方法合成了新型两亲性纳米吸附剂，对初始质量浓度为5 mg/L的Cu（Ⅱ）溶液进行吸附实验，最大吸附量可达14 mg/g。Yana HAN等〔14〕制备了由Fe3O4纳米粒子和聚丙烯酸（PAA）混合壳聚糖（CS）组成的磁性复合微球（MCM），用作去除废水溶液中Cu（Ⅱ）离子的吸附剂。研究了不同pH对CS-MCM和CS/PAA-MCM吸附水溶液中Cu（Ⅱ）离子（初始质量浓度为385.0 mg/L）的影响。结果表明，由于复合材料中Cu（Ⅱ）离子与PAA的相互作用使CS/PAA-MCM比CS-MCM具有更高的吸附能力。吸附动力学符合伪二级模型，吸附等温线与Langmuir模型拟合良好。且复合材料在低pH条件下易于再生并重复使用。

M. F. A. TALEB等〔15〕通过γ辐射诱导聚酰胺-胺树状大分子与甲基丙烯酸（MAA）的共聚，合成了不同镍盐负载的聚甲基丙烯酸-g-聚酰胺-胺树状大分子。通过间歇实验研究了树枝状大分子对Cr（Ⅲ）、Co（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）金属离子的吸附电位。研究发现，镍的存在提高了树枝状聚合物对Co（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）离子的吸附能力。这是由于镍的结构与Co（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）离子相似。然而，由于Cr（Ⅲ）离子与镍具有不同的结构，因此，在树枝状聚合物中添加镍对Cr（Ⅲ）离子的去除有不利影响。在pH为6时，树状大分子复合25 mg Ni（Ⅱ）离子对Cr（Ⅲ）、Co（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）金属离子的吸附量分别为16.37、17.2、9.7 mg/g。

Ke LIU等〔16〕利用PVA-co-PE纳米纤维膜（NFM）支架和贻贝仿生聚多巴胺提供的强大的表面，与聚乙烯亚胺（PEI）相互作用制备了一种复合膜材料。结果表明，合成的聚合物复合材料PEI/PDA/NFM对纳米银污染物具有超高的吸附能力，对初始质量浓度为105 mg/L的银纳米胶体的吸附量达727.8 mg/g。

Chao LIU等〔17〕成功地制备了一种钴修饰的吡啶甲醛-聚乙烯亚胺（Co-Py-PEI）催化剂，利用该催化剂和四丁基溴化铵对二氧化碳的转化进行催化。结果表明Co-Py-PEI/Bu4NBr在80 ℃、1.0 MPa、5 h条件下对二氧化碳和环氧丙烷的偶联反应具有较好的催化活性，即使在常温下也能获得99%的产率。Co-Py-PEI/Bu4NBr催化剂体系具有普遍性，使大部分环氧化物可以有效地转化为相应的环碳酸酯。Co-Py-PEI催化剂还具有良好的热稳定性和结构稳定性，连续使用7次催化活性也不会显著降低。

C. B. GODIYA等〔18〕利用从蛋清提取的高孔蛋白与聚乙烯亚胺（PEI）结合制备了一种高孔功能凝胶，并利用其对水溶液中的Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）离子进行了吸附去除实验。结果表明蛋清/聚乙烯亚胺水凝胶在单一和多重吸附体系中对Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）离子均表现出良好的吸附性能，对初始质量浓度均为100 mg/L的Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）离子的最大吸附量分别为7.494、2.194、3.705 mmol/g，远远高于高孔蛋白吸附剂的最大吸附量。

3 聚合物/氧化物复合材料

过渡金属或金属氧化物由于其独特的特性，被广泛应用于废水中重金属离子的去除。为了吸附剂的重复使用，可在吸附剂中引入磁性，使吸附剂更易再生和分离。铁基磁性纳米颗粒经常被用来赋予吸附剂磁性，在去除金属后和再生过程中，吸附剂可以被磁性分离。各种有机/无机载体稳定的磁性纳米Fe3O4复合材料已被广泛用于去除水中污染物。例如，Ya PANG等〔19〕制备了聚乙烯亚胺（PEI）磁性Fe3O4复合材料，其对重金属Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）具有高吸附性能。L. CUMBAL等〔20〕利用聚苯乙烯修饰的水合纳米Fe2O3可有效吸附As（Ⅲ）和As（Ⅴ）。Niejun WANG等〔21〕利用聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）包覆磁性纳米Fe3O4，并将β-环糊精（β- CD）连接到纳米离子表面，制备的磁性纳米材料可以去除双酚A和铜离子等污染物。

二氧化硅作为一种多孔材料，具有高比表面积和良好的力学性能，但不适合与金属离子螯合，而聚合物的表面通常具有丰富的螯合基团可供吸附，因此二氧化硅与聚合物的结合也有广泛的应用〔22〕。在早期的研究中，M. GHOUL等〔23〕研究了用聚乙烯亚胺（PEI）修饰的两种硅胶即交联硅胶/PEI和硅胶/PEI作为吸附剂，对溶液中Cd（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的去除。结果表明，吸附量与pH、初始金属离子浓度以及金属离子的性质有关。用稀酸可以从吸附剂中回收金属离子，但只有在交联吸附剂上时，吸附剂才能再生而不降低吸附量。其他阳离子〔Ca（Ⅱ）、Na（Ⅰ）〕和金属对吸附能力没有影响。Ping YIN等〔24〕利用咪唑功能化聚苯乙烯（SG-PS-azo-IM）包覆硅胶微球制备复合材料，研究了其对废水中Ag（Ⅰ）、Ni（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Hg（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）、Pt（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Pd（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）、Cr（Ⅲ）和Au（Ⅲ）离子的去除效果。结果表明，根据Langmuir模型计算，SG-PS-azo-IM对Au（Ⅲ）的吸附能力最高，其吸附量为1.700 mmol/g。该复合材料在4种二元离子溶液中对Au（Ⅲ）具有良好的吸附性能，特别是在Cu（Ⅱ）-Au（Ⅲ）和Zn（Ⅱ）-Au（Ⅲ）体系中对Au（Ⅲ）吸附性能更强。此外，用0.5%硫脲和1 mol/L盐酸的洗脱液可以对Au（Ⅲ）进行解吸。该材料还能定量富集Au（Ⅲ），富集倍数为5.28。Baojiao GAO等〔25〕在聚胺肟/二氧化硅（PAO/SiO2）上发现了对重金属离子的选择性吸附。结果表明，PAO/SiO2对重金属离子具有较强的螯合能力，对Pb（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）离子的吸附量分别达到120、100 mg/g，对重金属离子具有选择性，吸附量大小顺序为Cd（Ⅱ） < Pb（Ⅱ） < Ni（Ⅱ） < Cu（Ⅱ）。

SBA-15具有更大的均匀孔径及更强的水热稳定性。因此，SBA-15可作为选择性吸附剂的可靠载体。SBA-15中开口的气孔和它的亲水性表面使水溶液中的金属离子能有效地扩散到SBA-15的孔隙中，导致吸附剂与吸附剂之间发生物理化学相互作用，对重金属的去除起一定作用。SBA-15作为吸附剂的性能可以通过有效固定化其所需的功能来提高。A. SHAHBAZI等〔26〕采用三聚氰胺树枝状大分子改性SBA-15介孔二氧化硅在固定床柱和间歇系统中吸附Cd（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）。通过间歇实验研究了金属离子浓度、溶液pH、接触时间和吸附剂用量对重金属去除的影响。研究发现，当pH从2增加到4时，金属的去除率增加，当pH > 4时，金属去除率降低。该复合材料对Cd（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的最大吸附量分别为98、126、130 mg/g，经过4次循环后对Cd（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的去除率分别为94%、93%和95%。床层高度、流速和初始金属离子浓度是影响Cd（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）离子去除的关键参数。

在介孔SBA-15负载的Pb（Ⅱ）印迹聚合物和巯基化的介孔聚乙烯醇（PVA）/SiO2复合材料上也发现了对Pb（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）离子的高效快速吸附〔27〕。经过6次吸附-脱附循环，聚乙烯醇/SiO2复合纳米纤维对Cu（Ⅱ）的吸附容量仍保持不变〔28〕。最近，Qiang HUANG等〔29〕以PEI和单宁（TA）为原料，通过单步多功能涂层合成了聚乙烯亚胺（PEI）-单宁（TA）包覆二氧化硅（SiO2@PEI-TA）杂化产物，其对Cu（Ⅱ）有良好的吸附作用。Yuzhong NIU等〔30〕合成了水杨醛改性硅胶〔SiO2-Gn（n=0，1或2）-SA〕的PAMAM树枝状大分子吸附剂，用于去除Hg（Ⅱ）离子。由于在硅胶孔中形成了树枝状大分子，经PAMAM树枝状大分子改性后，硅胶的比表面积、孔体积和孔径均减小。M. A. BARAKAT等〔31〕以乙二胺为核心（G4-OH）的第4代聚酰胺-胺型树枝状高分子（PAMAM）改性无机载体二氧化钛，用于净化废水中Cu（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）离子。由于树状分子结构中存在的三元胺官能团可以与金属阳离子进行有效络合，使利用PAMAM改性前后二氧化钛的比表面积保持不变，但改性后对废水中金属离子的去除率有明显提高。PAMAM/二氧化钛复合材料可以在较宽的混合浓度范围内对Cu（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）和Cr（Ⅲ）进行净化，在pH为7和9时，具有更高的去除效率和更短的去除时间。pH=7时，Cu（Ⅱ）、Cr（Ⅲ）和Ni（Ⅱ）的去除率分别为96.6%、99.9%和29.7%。pH=9时，Cu（Ⅱ）去除率略有提高（99.6%），Ni（Ⅱ）去除率大幅提高至99.8%。此外，从混合物离子中去除Ni（Ⅱ）的效果比从单一体系中去除Ni（Ⅱ）的效果更好。

V. A. CASTILLO等〔32〕用乙二胺为核（G4-OH）的第4代聚酰胺-胺型树枝状大分子（PAMAM）净化废水中镍和铁，研究了G4-OH对二氧化钛载体材料的影响及其螯合Ni（Ⅱ）离子的影响。研究发现，金属离子的d-电子构型和电荷密度影响其络合率和相互作用，变化趋势为Ni（Ⅱ） > Fe（Ⅲ） > Fe（Ⅱ）。由于PAMAM树枝状大分子的柔韧性降低，从而增加了对金属离子的约束和二氧化钛孔隙内的扩散限制，使得Ni（Ⅱ）离子对游离PAMAM树枝状大分子的络合能力比其对固定在二氧化钛载体上的PAMAM的络合能力强7倍。

Z. FALLAH等〔33〕研究了一种新型的生物相容性纤维素钛基纳米复合材料（Cell-Com），可用于去除溶液中的Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）。在25 ℃和pH=7.0时，经过60 min，控制重金属离子质量浓度20~80 mg/L，根据Langmuir等温模型计算得到Cell-Com复合材料对Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的最大吸附量分别为102.04、102.05、120.48 mg/g。金属离子质量浓度为20 mg/L时，复合材料（0.5 g/L）对Pb（Ⅱ）的去除率约为90%，对Zn（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）的去除率在80%左右。合成的纳米复合材料具有抗共存离子干扰的能力，对Pb（Ⅱ）的吸附选择性高。在HCl或EDTA溶液中，4~5次吸附-脱附循环后，复合材料吸附能力无明显下降。

4 聚合物/石墨烯复合材料

石墨烯特别是氧化石墨烯具有丰富的官能团、高表面积和高水溶性，被广泛用于聚合物复合材料中以提高其对重金属离子的去除性能〔34〕。氧化石墨烯可与天然氨基多糖壳聚糖结合，形成水凝胶复合材料〔35〕。Yongqiang HE等〔36〕合成了多孔氧化石墨烯/壳聚糖（PGOC）材料，氧化石墨烯的掺入显著提高了PGOC的抗压强度。掺杂质量分数为5%的氧化石墨烯的PGOC，对Pb（Ⅱ）离子（50 mg/L）的吸附量达到99 mg/g。Leilei LI等〔37〕制备了磁性环糊精-壳聚糖/氧化石墨烯（CCGO）复合材料，在低pH条件下对Cr（Ⅵ）具有较好的去除率。

硒是一种微量营养元素，如果摄入过量可能对人体产生毒性，元素硒和金属硒化物的毒性较低，而硒酸盐和亚硒酸盐的毒性较大。许多吸附剂被用来去除Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）离子。一些吸附剂对Se（Ⅵ）离子的吸附能力相对较低，所以Se（Ⅵ）离子的去除更具有挑战性。Wenda XIAO等〔38〕合成了聚酰胺-胺树枝状大分子功能化的氧化石墨烯复合材料（PAMAM- GO），发现其对Se（Ⅵ）离子的去除效果良好。文献中通过PAMAM对GO进行功能化，合成了不同代的树枝状大分子石墨烯复合材料GO-Gn（n=1，2，3，4）并应用于模拟废水中除硒，复合材料去除水中Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）离子的能力随着PAMAM-GO代数的增加而提高，并表现出对Se（Ⅵ）离子更强的选择性。GO-G4的吸附能力大于未处理的GO和磁性GO，在pH为6时，GO-G4（0.2 g/L）对Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）离子的吸附量分别为60.9、77.9 mg/g。复合材料对Se（Ⅵ）离子的吸附更多地取决于胺基的存在，吸附机理主要归功于GO-G4上的氨基官能团与含氧硒离子的静电相互作用，较低的初始pH有利于吸附。

Yajie WANG等〔39〕用亲水性聚乙烯亚胺和磁性氧化石墨烯制备了PEI/GO纳米复合材料，作为固定化右转酶的有效载体，提高了酶的稳定性和可回收性能。氧化石墨烯纳米片不仅为组装聚乙烯亚胺分子提供了丰富的位点，增加了固定化右转酶的负载能力，而且增强了固定化右转酶的稳定性。由于固定化载体的多组分和独特结构，固定化右旋酶表现出了较高的负载能力和固定化效率、较高的酸碱度和温度耐受性以及良好的可重复使用性。

此外，聚N-乙烯基咔唑（PVK）、PPy、β-环糊精、PANI和聚丙烯酰胺（PAM）组成的聚合物复合材料对重金属离子也有较好的去除效果。例如，聚苯胺和还原氧化石墨烯复合材料（PANI/RGO）可作为吸附剂对水溶液中Hg（Ⅱ）进行有效地吸附。在Hg（Ⅱ）初始质量浓度为165.88 mg/L条件下，PANI/RGO相比PANI对Hg（Ⅱ）离子的吸附量从515.46 mg/g增加至1 000.00 mg/g〔40〕。复合材料可对Pb（Ⅱ）和苯类化合物选择性吸附，对Pb（Ⅱ）离子的吸附能力高达1 000 mg/g〔41〕。聚丙烯酰胺接枝氧化石墨烯（PAM/ GO）用于同时去除Eu（Ⅲ）、U（Ⅵ）和Co（Ⅱ）等放射性元素。结果表明，PAM/GO的吸附是一个自发的吸热过程。在T=295 K和pH为5.0±0.1时，PAM/GO复合材料对Co（Ⅱ）、Eu（Ⅲ）和U（Ⅵ）离子的最大吸附量分别为1.621、1.245、0.698 mmol/g，远远高于GO〔42〕。

所述材料与金属离子在水溶液中充分相互作用是聚合物/石墨烯复合材料去除重金属离子的一个显著特点，通过丰富的表面功能性和高比表面积，使材料具有较高的吸附能力和较快的吸附速率，对实际应用至关重要。

5 总结与展望

综上所述，笔者综述了近年来聚合物复合材料的制备及其去除水中重金属污染物方面的应用。聚合物本身已被广泛应用于废水处理中，而聚合物基质与纳米金属、聚合物、氧化物和石墨烯等其他材料复合后，其吸附能力、机械强度、回收性能、与溶液的分离性能等均有显著提高，所涉及的聚合物不仅可作为载体，而且可作为稳定剂、刚性框架和螯合材料。聚合物基复合材料具有较强的重金属离子螯合能力、快速的吸附动力学和良好的再生能力。然而，上述材料部分还没有从实验室规模转化到工业应用，对其生产成本估算和实际应用的可能性研究甚少。此外，还有一些问题值得进一步研究，如对于每种特定重金属的吸附能力应有统一评价标准，如统一的温度、pH、吸附剂、金属离子浓度条件等，以便于不同吸附剂之间的明确比较；聚合物基复合材料在复杂体系中对重金属离子的选择性吸附，还需深入探索；合成价格低廉、便于规模化生产的聚合物基复合材料是应用的关键问题。

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