吸附剂在重金属污染废水修复中的研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0606

摘要/Abstract

摘要：

重金属污染已经成为当下环境修复领域的世界性问题之一，由于其具有毒理性、稳固性和持久性，已然成为威胁生态系统和生物健康亟待解决的重要问题。针对废水中铜、铅、镉、铬、镍和砷等重金属污染元素的吸附处理，将吸附材料按照来源和组成划分为天然矿物吸附材料、改性合成吸附材料（包括有机组成、硅基组成和碳基组成）以及微生物吸附材料，系统介绍了最新的研究成果和方法，并评估了原始及其功能化后吸附材料的优势和局限性，同时总结了吸附机理并对新型吸附处理技术和材料提出了展望。

关键词: 重金属, 吸附法, 吸附材料, 污染废水, 吸附机制

Abstract:

Heavy metal pollution has become one of the worldwide problems in the field of environmental remediation. Due to its toxicity，stability and persistence，it has become an important problem that threatens the ecosystem and biological health and needs to be solved urgently. Based on waste water in copper，lead，cadmium，chromium，nickel and the heavy metal pollution element such as arsenic adsorption process，could be divided into natural adsorption materials according to the source and composition of mineral adsorption materials，modified synthetic materials（including organic composition，composition of silicon and carbon composition） and microbial adsorption material. The latest research results and methods were systematically introduced， and the advantages and limitations of the original and functionalized adsorption materials were evaluated. The adsorption mechanism was summarized，and the new adsorption treatment technology and materials were prospected.

Key words: heavy metals, adsorption method, adsorption material, polluted wastewater, adsorption mechanism

中图分类号:

X703

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图/表 5

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材料	最大吸附量/（mg·g^-1）									参考文献
材料	Pb（Ⅱ）	Cu（Ⅱ）	Co（Ⅱ）	Ag（Ⅰ）	Fe（Ⅲ）	Cd（Ⅱ）	Zn（Ⅱ）	Ni（Ⅱ）	Cr（Ⅵ）	参考文献
花椰菜	47.63									〔35〕
石榴皮		30.12								〔36〕
黄瓜皮	133.60									〔37〕
橙皮		63.00								〔38〕
琥珀酸酐/碳酸氢钠（羧酸盐）-纤维素			144.98					144.38		〔39〕
甲基亚苄基苯胺-纤维素	153.50	157.30								〔40〕
纳米纤维素		114.00		120.00	73.00					〔41〕
磷酸化纳米纤维素		117.00		136.00	115.00					〔41〕
琥珀酸酐/碳酸氢钠羧酸盐-纳米纤维素	367.60					259.70				〔42〕
琥珀酸酐纳米纤维素	465.10					344.80				〔42〕
卤化+吡啶二酸微晶纤维	177.75		122.70							〔43〕
聚丙烯腈（PAN）/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纳米纤维膜	260.00								100.00	〔34〕
硝基氧化纳米纤维	2 270.00					2 250.00				〔44-45〕
聚乙烯亚胺纳米纤维素		52.32								〔46〕
二羧酸纳米纤维素晶体		185.00								〔33〕
TEMPO/氧化羧基基团纳米纤维素		112.00					66.00			〔47-48〕
聚乙烯醇纳米纤维素	171.00									〔49〕
磺化纳米纤维素	248.60									〔50〕
丝光化纳米纤维素	192.70									〔51〕
硫醇纳米纤维素	137.70								87.50	〔52〕
氨基丙基三乙氧基硅烷改性纳米纤维素		200.20				471.50		159.50		〔53〕
甲基丙烯酸/马来酸纳米纤维素	166.00					134.00	136.00	115.00		〔54〕
COOH/NaIO₄-NaClO₂纳米纤维素	157.73	38.36								〔55〕
SO₃ ^-/COO^-纳米纤维素晶体	201.00			34.40						〔50，56〕
琥珀酸酐/胺化纳米纤维素晶体									2 770.00	〔57〕
磷酸盐和羧基改性纳米纤维素晶体		117.00		136.00	115.00					〔58〕
二亚乙基三胺细菌纳米纤维素	24.00	25.00								〔59〕
Fe₃O₄细菌纳米纤维素	65.00									〔60〕

材料	最大吸附量/（mg·g^-1）									参考文献
材料	Pb（Ⅱ）	Cu（Ⅱ）	Co（Ⅱ）	Ag（Ⅰ）	Fe（Ⅲ）	Cd（Ⅱ）	Zn（Ⅱ）	Ni（Ⅱ）	Cr（Ⅵ）	参考文献
花椰菜	47.63									〔35〕
石榴皮		30.12								〔36〕
黄瓜皮	133.60									〔37〕
橙皮		63.00								〔38〕
琥珀酸酐/碳酸氢钠（羧酸盐）-纤维素			144.98					144.38		〔39〕
甲基亚苄基苯胺-纤维素	153.50	157.30								〔40〕
纳米纤维素		114.00		120.00	73.00					〔41〕
磷酸化纳米纤维素		117.00		136.00	115.00					〔41〕
琥珀酸酐/碳酸氢钠羧酸盐-纳米纤维素	367.60					259.70				〔42〕
琥珀酸酐纳米纤维素	465.10					344.80				〔42〕
卤化+吡啶二酸微晶纤维	177.75		122.70							〔43〕
聚丙烯腈（PAN）/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纳米纤维膜	260.00								100.00	〔34〕
硝基氧化纳米纤维	2 270.00					2 250.00				〔44-45〕
聚乙烯亚胺纳米纤维素		52.32								〔46〕
二羧酸纳米纤维素晶体		185.00								〔33〕
TEMPO/氧化羧基基团纳米纤维素		112.00					66.00			〔47-48〕
聚乙烯醇纳米纤维素	171.00									〔49〕
磺化纳米纤维素	248.60									〔50〕
丝光化纳米纤维素	192.70									〔51〕
硫醇纳米纤维素	137.70								87.50	〔52〕
氨基丙基三乙氧基硅烷改性纳米纤维素		200.20				471.50		159.50		〔53〕
甲基丙烯酸/马来酸纳米纤维素	166.00					134.00	136.00	115.00		〔54〕
COOH/NaIO₄-NaClO₂纳米纤维素	157.73	38.36								〔55〕
SO₃ ^-/COO^-纳米纤维素晶体	201.00			34.40						〔50，56〕
琥珀酸酐/胺化纳米纤维素晶体									2 770.00	〔57〕
磷酸盐和羧基改性纳米纤维素晶体		117.00		136.00	115.00					〔58〕
二亚乙基三胺细菌纳米纤维素	24.00	25.00								〔59〕
Fe₃O₄细菌纳米纤维素	65.00									〔60〕

材料	元素	吸附量/（mg·g^-1）	参考文献
甜菜甘蔗渣	Cr（Ⅵ）	52.80	〔113〕
稻草	Cd（Ⅱ）	37.14	〔114〕
花椰菜叶	Cu（Ⅱ）	75.99	〔115〕
竹子	Cd（Ⅱ）	73.45	〔116〕
非热等离子体改性活性炭	Cu（Ⅱ）	19.60	〔117〕
偕胺肟接枝活性炭纤维（ACFs-AO）	U（Ⅵ）	191.60	〔108〕
氢氧化铵改性活性炭	Cr（Ⅵ）	48.51	〔118〕
BAC@SiO₂-EDTA	Pb（Ⅱ）	123.00	〔110〕
BAC@SiO₂-EDTA	Cu（Ⅱ）	42.00	〔110〕
聚乙烯亚胺/活性炭	Cd（Ⅱ）	45.00	〔119〕
CS和均苯四酸二酐（PMDA）改性活性炭	Cu（Ⅱ）	70.28	〔120〕
CS和均苯四酸二酐（PMDA）改性活性炭	Pb（Ⅱ）	11.43	〔120〕
Fe₃O₄面包酵母生物质炭	Pb（Ⅱ）	99.26	〔121〕
	Cd（Ⅱ）	48.70
	Ca（Ⅱ）	33.46
Mn/活性炭	As（Ⅴ）	19.35	〔122〕

材料	元素	吸附量/（mg·g^-1）	参考文献
甜菜甘蔗渣	Cr（Ⅵ）	52.80	〔113〕
稻草	Cd（Ⅱ）	37.14	〔114〕
花椰菜叶	Cu（Ⅱ）	75.99	〔115〕
竹子	Cd（Ⅱ）	73.45	〔116〕
非热等离子体改性活性炭	Cu（Ⅱ）	19.60	〔117〕
偕胺肟接枝活性炭纤维（ACFs-AO）	U（Ⅵ）	191.60	〔108〕
氢氧化铵改性活性炭	Cr（Ⅵ）	48.51	〔118〕
BAC@SiO₂-EDTA	Pb（Ⅱ）	123.00	〔110〕
BAC@SiO₂-EDTA	Cu（Ⅱ）	42.00	〔110〕
聚乙烯亚胺/活性炭	Cd（Ⅱ）	45.00	〔119〕
CS和均苯四酸二酐（PMDA）改性活性炭	Cu（Ⅱ）	70.28	〔120〕
CS和均苯四酸二酐（PMDA）改性活性炭	Pb（Ⅱ）	11.43	〔120〕
Fe₃O₄面包酵母生物质炭	Pb（Ⅱ）	99.26	〔121〕
	Cd（Ⅱ）	48.70
	Ca（Ⅱ）	33.46
Mn/活性炭	As（Ⅴ）	19.35	〔122〕

吸附材料	元素	吸附容量/（mg·g^-1）	参考文献
GNs	Sb（Ⅲ）、Fe（Ⅱ）、Co（Ⅱ）	10.92、299.30、370.00	〔138〕
GNS-500（773 K）、GNS-700（973 K）	Pb（Ⅱ）	22.42、35.47	〔139〕
（CTAB）-GNs	Cr（Ⅵ）	21.57	〔133〕
δ-MnO₂-GNs	CU（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）	102.94、161.82	〔134〕
SiO₂-GNs	Pb（Ⅱ）	113.60	〔140〕
CP8-GNS	Pb（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）	74.18、30.05	〔141〕
PF6-GNS	Pb（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）	406.40、73.42	〔141〕
GNs/C-MWCNTs	Ag（Ⅰ）、Cu（Ⅱ）、Hg（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）	104.90、93.30、64、33.80	〔142〕
Mg-Al层状石墨烯	Cr（Ⅵ）	183.82	〔143〕
G-NZVI-BNs	Cr（Ⅵ）	162.00	〔144〕
GNS-MnO₂	Ni（Ⅱ）	46.55	〔145〕
GN/Fe@Fe₂O₃	Cr（Ⅵ）	53.56	〔146〕
GNs/MnO₂/Fe₃O₄	As（Ⅲ）	14.42	〔147〕
聚3-氨基丙基三乙氧基硅烷-GO、3-氨基丙基三乙氧基硅烷-GO	Pb（Ⅱ）	312.50、119.05	〔148〕
GO	Zn（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）、Pb（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、U（Ⅵ）、Na（Ⅰ）、Co（Ⅱ）、Mg（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Cs（Ⅰ）	Zn（326.00）、Fe（587.60）、Pb（381.30）、Cd（252.50）、U（180.90）、Na（9.430）、Co（75.43）、Mg（23.09）、Ni（112.68）、Cu（129.28）、Cs（95.69）	〔149-151〕
NH₂-GO	U（Ⅵ）	215.20	〔152〕
Fe₃O₄/GO-NH₂	Ag（Ⅰ）	114.90	〔153〕
EDTA-GO	Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）、Co（Ⅱ）	Pb（740.70）、Cu（97.00）、Ni（84.10）、Zn（70.80）、Co（68.20）	〔154〕
氨基硅烷-GO	Cr（Ⅵ）	260.50	〔155〕
氨基/硫醇-GO	Pb（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）	Pb（285.94）、Cd（216.93）、Ni（174.90）、Zn（195.49）	〔156〕
PAMAM-GO	Pb（Ⅱ）	864.02	〔137〕
RGO、HA-RGO	Cu（Ⅱ）	11.40、18.60	〔157〕
NZVI-RGO	As（Ⅲ）、As（Ⅴ）	35.83、29.04	〔158〕
聚苯胺-RGO	Hg（Ⅱ）	1 000.00	〔136〕
RGO-FeO、RGO-Fe₃O₄、RGO-FeO/Fe₃O₄	As（Ⅲ）	37.30、21.20、44.40	〔137〕
MnO₂-RGO水凝胶	Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）	Cu（318.14）、Pb（350.17）	〔159〕
RGO-PDTC/Fe₃O₄	Cu（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）、Hg（Ⅱ）	Cu（113.67）、Cd（115.77）、Pb（140.90）、Hg（182.54）	〔160〕

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