粉煤灰吸附废水中重金属的研究现状与进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0698

摘要/Abstract

摘要：

粉煤灰作为煤炭燃烧过程中产生的一种颗粒物，由于其对土壤、水、空气等环境的影响，已成为亟待解决的问题。研究人员在粉煤灰综合利用方面做了许多尝试，利用粉煤灰处理重金属废水，既能解决废水污染问题，又使粉煤灰得以有效利用。粉煤灰的外观、物相、化学成分等特性使其在重金属废水处理中具有潜在的应用前景。而粉煤灰的改性能够有效提高粉煤灰对重金属的吸附能力。归纳了改性粉煤灰吸附废水中重金属的研究进展，分别对火法改性、碱法改性、酸法改性、盐法改性以及其他方法进行了介绍，分析了各种改性手段下不同重金属离子的吸附量、去除率、吸附温度等参数。此外，还着重探讨了粉煤灰对重金属的吸附机理、吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学等，以期为改性粉煤灰在重金属废水处理行业应用提供参考。最后，对粉煤灰在重金属废水处理中的应用现状和发展前景进行了展望。

关键词: 粉煤灰, 吸附, 重金属, 废水处理

Abstract:

As a kind of particulate matter produced during coal combustion，fly ash has become an urgent problem to be solved due to its impact on the soil，water，air and other environments. Researchers have made many attempts in the comprehensive utilization of fly ash. Using fly ash to treat heavy metal wastewater can not only solve the problem of wastewater pollution，but also enable the effective use of fly ash. The appearance，phase，chemical composition and other characteristics of fly ash make it have potential application prospects in the treatment of heavy metal wastewater. The modification of fly ash can effectively improve the adsorption capacity of fly ash to heavy metals. This article summarized the research progress of modified fly ash to adsorb heavy metals in wastewater，respectively introduced fire modification，alkali modification，acid modification，salt modification and other methods，and analyzed various modification parameters，such as adsorption capacity，removal rate，adsorption temperature of different heavy metal ions under the method. In addition，this article also focused on the adsorption mechanism，adsorption kinetics，adsorption isotherms，adsorption thermodynamics，etc. of fly ash to heavy metals，in order to provide a reference for the application of modified fly ash in the heavy metal wastewater treatment. Finally，the application status and development direction of fly ash in the treatment of heavy metal wastewater were prospected.

Key words: fly ash, adsorption, heavy metal, wastewater treatment

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I9/46

图/表 8

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63	ULATOWSKA J， POLOWCZYK I， SAWIŃSKI W，et al. Use of fly ash and fly ash agglomerates for As（Ⅲ） adsorption from aqueous solution［J］. Polish Journal of Chemical Technology，2014，16（1）：21-27. doi:10.2478/pjct-2014-0004
64	DIAMADOPOULOS E， IOANNIDIS S， SAKELLAROPOULOS G P. As（Ⅴ） removal from aqueous solutions by fly ash［J］. Water Research，1993，27（12）：1773-1777. doi:10.1016/0043-1354(93)90116-y
65	ZHANG Kaihua， ZHANG Dongxue， ZHANG Kai. Arsenic removal from water using a novel amorphous adsorbent developed from coal fly ash［J］. Water Science and Technology：A Journal of the International Association on Water Pollution Research，2016，73（8）：1954-1962. doi:10.2166/wst.2016.028
66	LI Yi， ZHANG Fushen， XIU Furong. Arsenic（Ⅴ） removal from aqueous system using adsorbent developed from a high iron-containing fly ash［J］. Science of the Total Environment，2009，407（21）：5780-5786. doi:10.1016/j.scitotenv.2009.07.017
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68	FEBRIANTO J， KOSASIH A N， SUNARSO J，et al. Equilibrium and kinetic studies in adsorption of heavy metals using biosorbent：A summary of recent studies［J］. Journal of Hazardous Materials，2009，162（2/3）：616-645. doi:10.1016/j.jhazmat.2008.06.042
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70	ANASTOPOULOS I， KYZAS G Z. Are the thermodynamic parameters correctly estimated in liquid-phase adsorption phenomena？［J］. Journal of Molecular Liquids，2016，218：174-185. doi:10.1016/j.molliq.2016.02.059
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地区	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	K₂O	Na₂O	MgO	TiO₂	P₂O₅	SO₃	烧失量（LOI）	文献
法国	50.05	26.14	7.27	5.28	1.08	2.40	2.44	1.81	0.71	13.0	27.9	〔5〕
墨西哥	59.60	22.82	5.57	3.11	1.28	0.45	0.87	0.94	0.04	0.40	—	〔9〕
南非	55.21	26.85	6.20	5.53	0.58	0.10	1.56	1.64	0.38	—	6.27	〔10〕
加拿大	41.50	18.9	6.3	16.41	0.86	9.12	3.66	0.71	0.41	—	0.4	〔11〕
中国	34.87	50.97	1.91	2.25	0.34	0.09	0.13	2.15	—	0.58	6.73	〔12〕

地区	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	K₂O	Na₂O	MgO	TiO₂	P₂O₅	SO₃	烧失量（LOI）	文献
法国	50.05	26.14	7.27	5.28	1.08	2.40	2.44	1.81	0.71	13.0	27.9	〔5〕
墨西哥	59.60	22.82	5.57	3.11	1.28	0.45	0.87	0.94	0.04	0.40	—	〔9〕
南非	55.21	26.85	6.20	5.53	0.58	0.10	1.56	1.64	0.38	—	6.27	〔10〕
加拿大	41.50	18.9	6.3	16.41	0.86	9.12	3.66	0.71	0.41	—	0.4	〔11〕
中国	34.87	50.97	1.91	2.25	0.34	0.09	0.13	2.15	—	0.58	6.73	〔12〕

重金属元素	吸附剂	吸附量/（mg·g^-1）	温度/℃	去除率/%	参考文献
Cd²⁺	碱改性粉煤灰	55.77	25~45	97.3	〔17〕
	碱改性粉煤灰	86.96	25	98.55	〔35〕
	粉煤灰/膨润土	—	25	98.38	〔36〕
	碱改性粉煤灰	183.7	25	95	〔18〕
Hg²⁺	粉煤灰/氧化石墨烯	42.2	25	80	〔37〕
	碱改性粉煤灰	—	25	95	〔38〕
	粉煤灰	2.82	30	—	〔39〕
	粉煤灰	11	30~60	—	〔40〕
	粉煤灰-c	0.63~0.73	5~21	—	〔41〕
	粉煤灰沸石	20	5~25	90	〔42〕
	K-粉煤灰	—	25	19.43	〔43〕
	K-粉煤灰沸石	—	25	92.29	〔43〕
Cu²⁺	热改性粉煤灰	21.55~42.55	20~40	—	〔14〕
	盐酸改性粉煤灰	10.53	20	95.41	〔20〕
	粉煤灰	1.39	30	—	〔44〕
	粉煤灰	207.3	25	—	〔45〕
	酸改性粉煤灰	198.5	25	—	〔45〕
	粉煤灰	7.0	30	—	〔46〕
	FA	178.5~249.1	30~60	—	〔47〕
	FA-600	126.4~214.1	30~60	—	〔47〕
	FA-NaOH	76.7~137.1	30~60	—	〔47〕
Zn²⁺	粉煤灰分子筛	39.96	25	—	〔30〕
	粉煤灰分子筛	—	25	97.71	〔29〕
	酸改性粉煤灰空心微珠	—	25	75	〔48〕
	酸改性粉煤灰	—	25	80	〔22〕
Ni²⁺	粉煤灰分子筛	47		94	〔49〕
	粉煤灰分子筛/电场辅助	64.44	25	94.49	〔50〕
	粉煤灰	9~14	30~60	—	〔51〕
Pb²⁺	粉煤灰分子筛	55.53	25	—	〔52〕
	碱改性粉煤灰	126.55	25	—	〔53〕
	焙烧改性粉煤灰	—	30	97.97	〔54〕
Cr³⁺	粉煤灰沸石	1.33	25	99.62	〔55〕
Cr³⁺	聚氯化铝改性粉煤灰	—	25	99.3	〔25〕
Cr⁶⁺	草酸还原-碱改性	—	15~25	97.48	〔56〕
	碱洗-氧化钙煅烧粉煤灰	16.06	25	96.38	〔57〕
	微波碱改性	0.341	25	—	〔58〕
	粉煤灰-硅灰石	2.92	30~40	—	〔59〕
	粉煤灰	23.86	30	—	〔60〕
As³⁺	粉煤灰-煤炭	3.7~89.2	25	—	〔61〕
	粉煤灰沸石还原的石墨烯	0.049	25	97	〔62〕
	粉煤灰	5.7	25	—	〔63〕
As⁵⁺	粉煤灰	7.7~27.8	20	—	〔64〕
	粉煤灰-煤炭	0.02~34.5	25	—	〔61〕
	粉煤灰	0.75	25	38.4	〔65〕
	碱改性粉煤灰	0.19	25	96.4	〔65〕
	铁-碱改性粉煤灰	0.2	25	99.8	〔65〕
	高氧化铁粉煤灰	19.46	25	99	〔66〕

重金属元素	吸附剂	吸附量/（mg·g^-1）	温度/℃	去除率/%	参考文献
Cd²⁺	碱改性粉煤灰	55.77	25~45	97.3	〔17〕
	碱改性粉煤灰	86.96	25	98.55	〔35〕
	粉煤灰/膨润土	—	25	98.38	〔36〕
	碱改性粉煤灰	183.7	25	95	〔18〕
Hg²⁺	粉煤灰/氧化石墨烯	42.2	25	80	〔37〕
	碱改性粉煤灰	—	25	95	〔38〕
	粉煤灰	2.82	30	—	〔39〕
	粉煤灰	11	30~60	—	〔40〕
	粉煤灰-c	0.63~0.73	5~21	—	〔41〕
	粉煤灰沸石	20	5~25	90	〔42〕
	K-粉煤灰	—	25	19.43	〔43〕
	K-粉煤灰沸石	—	25	92.29	〔43〕
Cu²⁺	热改性粉煤灰	21.55~42.55	20~40	—	〔14〕
	盐酸改性粉煤灰	10.53	20	95.41	〔20〕
	粉煤灰	1.39	30	—	〔44〕
	粉煤灰	207.3	25	—	〔45〕
	酸改性粉煤灰	198.5	25	—	〔45〕
	粉煤灰	7.0	30	—	〔46〕
	FA	178.5~249.1	30~60	—	〔47〕
	FA-600	126.4~214.1	30~60	—	〔47〕
	FA-NaOH	76.7~137.1	30~60	—	〔47〕
Zn²⁺	粉煤灰分子筛	39.96	25	—	〔30〕
	粉煤灰分子筛	—	25	97.71	〔29〕
	酸改性粉煤灰空心微珠	—	25	75	〔48〕
	酸改性粉煤灰	—	25	80	〔22〕
Ni²⁺	粉煤灰分子筛	47		94	〔49〕
	粉煤灰分子筛/电场辅助	64.44	25	94.49	〔50〕
	粉煤灰	9~14	30~60	—	〔51〕
Pb²⁺	粉煤灰分子筛	55.53	25	—	〔52〕
	碱改性粉煤灰	126.55	25	—	〔53〕
	焙烧改性粉煤灰	—	30	97.97	〔54〕
Cr³⁺	粉煤灰沸石	1.33	25	99.62	〔55〕
Cr³⁺	聚氯化铝改性粉煤灰	—	25	99.3	〔25〕
Cr⁶⁺	草酸还原-碱改性	—	15~25	97.48	〔56〕
	碱洗-氧化钙煅烧粉煤灰	16.06	25	96.38	〔57〕
	微波碱改性	0.341	25	—	〔58〕
	粉煤灰-硅灰石	2.92	30~40	—	〔59〕
	粉煤灰	23.86	30	—	〔60〕
As³⁺	粉煤灰-煤炭	3.7~89.2	25	—	〔61〕
	粉煤灰沸石还原的石墨烯	0.049	25	97	〔62〕
	粉煤灰	5.7	25	—	〔63〕
As⁵⁺	粉煤灰	7.7~27.8	20	—	〔64〕
	粉煤灰-煤炭	0.02~34.5	25	—	〔61〕
	粉煤灰	0.75	25	38.4	〔65〕
	碱改性粉煤灰	0.19	25	96.4	〔65〕
	铁-碱改性粉煤灰	0.2	25	99.8	〔65〕
	高氧化铁粉煤灰	19.46	25	99	〔66〕

重金属元素	吸附剂	吸附动力学	吸附等温线	参考文献
Cd²⁺	碱改性粉煤灰	准二级吸附模型	Langmuir	〔17〕
	粉煤灰/膨润土	准一级吸附模型	Freundlich	〔36〕
	碱改性粉煤灰	准二级吸附模型	Langmuir	〔18〕
Hg²⁺	粉煤灰/氧化石墨烯	Elovich方程模型	Redlich-Peterson	〔37〕
	粉煤灰	准一级吸附模型	Langmuir	〔40〕
	粉煤灰沸石	准一级吸附模型	Langmuir、Freundlich	〔42〕
Cu²⁺	热改性粉煤灰	准二级吸附模型	Freundlich	〔14〕
Cu²⁺	生活垃圾焚烧飞灰	准二级吸附模型	Freundlich	〔71〕
Ni²⁺	粉煤灰分子筛	准二级吸附模型	Langmuir	〔34〕
Pb²⁺	碱改性粉煤灰	准二级吸附模型	Langmuir	〔53〕
Pb²⁺	焙烧改性粉煤灰	准二级吸附模型	Freundlich	〔54〕
Cr⁶⁺	草酸还原-碱改性粉煤灰	准二级吸附模型	Langmuir	〔56〕
	碱洗-氧化钙煅烧粉煤灰	准二级吸附模型	—	〔57〕
	微波碱改性粉煤灰	—	Langmuir、Freundlich	〔58〕
	粉煤灰	准二级吸附模型	Langmuir、Freundlich	〔60〕

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