无机吸附材料在水处理中的研究进展

原国庆

摘要：随着我国经济的飞速发展，人们对重金属工业污水带来的严重污染和金属资源的不可再生更加重视。作为吸附材料的一种，无机吸附材料来源很广、种类众多，同时还具备吸附容量大成本较低等一系列优势，因此在水处理方面的适用性更为突出。基于此，本文详细阐述了矿物类吸附材料的研究情况，并对其发展前景进行了展望，以期能够对行业发展带来一些裨益。

关键词：无机吸附材料；离子选择性；重金属离子；水污染

引言

近年来，随着我国工业经济的快速发展，在矿藏开采、钢铁提炼、汽车制造等一系列过程中产生了总量巨大的工业废水。为有效治理水污染，业内人士开发出了生物法、化学沉淀法、离子交换法等一系列方法。其中，吸附法凭借原料来源广泛、效果良好、副产物少等优势，日渐成为重金属离子吸附领域的研究热点。在当前采用的众多吸附材料中，无机吸附材料因自身比表面积大、多孔结构以及离子交换能力等特点被广泛采用。具体包括碳质类、矿物类以及金属氧化物类，等等。

一、无机吸附材料的主要类型

2.1碳质类

碳质类无机吸附材料，有活性炭、碳纳米管等等。活性炭呈黑色粉末或固体颗粒，是一种多孔结构的吸附材料。其常常由树木残骸或者石油焦、煤矿等含碳材料，经热解、活化加工制成，有着极为丰富的微孔结构、较大的表面积，同时外表含丰富的化学基团。因此，选择性吸附能力较强。碳纳米管是比较特殊的一维材料，是石墨烯片层卷曲的结果，其比表面积较大、强度很高、化学性能特别稳定，对重金属离子吸附能力突出。Takaaki等以造纸厂污泥、K2S溶液作为原材料，通过浸渍法合成一种新型碳质吸附剂，并经400℃热解获得对镍、铅离子吸附性能较强的硫浸渍碳质吸附剂。

2.2矿物类

2.2.1沸石

作为一种吸附材料，沸石内部孔径非常均匀、数量众多，而且比表面积较大。具体包括丝光沸石、方沸石以及斜发沸石，等等。Belova利用吸附测试表明，亚戈宁斯基沸石于室温之下对浓度0.5～3.5mg/L的重金属溶液吸附时，对Cu2+、Fe3+、Ni2+三类离子最大吸附容量为0.023、0.021、0.020mg/L。

2.2.2 高岭土

其也称白云土，呈洁白色、松软、颗粒细腻，可塑性强。其广泛存在于自然界中，成本低廉，因此，常被用于重金属离子吸附研究中。Li等将海藻酸钙、高岭土作为原料，利用硫酸铝对高岭土进行酸改性，获取改性高岭土，然后利用溶胶凝胶法获得新型Cu2+吸附材料。经测试表明，酸改性使高岭土的比表面积有了较大的提升。

2.2.3 膨润土

也被称为斑脱岩。其以蒙脱石为主要成分，属于非金属矿产的一种。其性质和蒙脱石较为相似，比表面积较大，粘结性、阳离子交换性能较为良好，经吸水后，膨润土的体积可膨胀到20～30倍。酸、碱改性之后，能够比较明显地增大膨润土对Cd2+、Pb2+等金属离子的吸附容量。

2.2.4 粉煤灰

一般指煤电厂将煤燃料高温燃烧时排放的细小颗粒，常包含飞灰、炉底灰两部分，以及少量重金属。其比表面积较大、内部活性位点较多，同时有着堆积孔结构。酸、碱改性后，粉煤灰能够有效吸附工业废水中的Ni2+。

2.2.5 硅胶

其是有着较高活性的吸附材料，属于非晶态物质，主要成分是SiO2，不溶于水或其他溶剂，化学稳定性较强，比表面积较大。螯合物与SiO2两者结合之后，能够有效提升其灵敏度、选择性。

2.3 金属氧化物类

一般指氧化铁、氧化铝等金属氧化物，其往往有着较大的比表面积、较为特殊的表界面特性以及反应活性。所以，常被用来去除工业废水里的重金属离子。根据表面络合理论，金属氧化物吸附材料的性能由溶液里金属离子和金属氧化物表面的羟基的交换与络合反应所决定。

3 重金属离子吸附材料的发展趋势

重金属离子吸附材料具有种类多、来源广、改进工艺多等一系列特征。然而，在水处理的过程中，也有着较为明显的不足，例如成本高、对单一金属离子的选择性吸附缺乏、对离子浓度低的工业废水吸附效果较差等等。为更好地克服这些缺陷，离子选择性吸附材料、可降解吸附材料便成为了新兴研发领域。比如离子选择性吸附材料、可降解生物质基吸附材料等等。

4 结语 吸附法目前仍是水处理领域的重要方法，研发成本低廉、吸附容量高、选择吸附性能良 好、可再生且环境友好型的吸附材料是重金属离子吸附领域的重要研究方向。重金属吸附材 料在自然水体净化、工业污水防治、重金属资源回收等领域具有广阔的发展前景，但仍有较 大的进步空间。

参考文献

[1]孔彦姣,张美一,王东升,杨建军,时艺.污灌水重金属污染阻控材料与技术研究[J].环境保护科学,2021,47(01):49-57.

[2]段舒畅. 多环高分子聚合物制备及吸附水中溴代阻燃剂效能研究[D].北京林业大学,2020.

[3]陈亚诗. 污水处理用功能材料的制备与应用研究[D].西南大学,2019.

[4]于静,王建龙.无机吸附材料处理放射性废水中铀的研究进展[J].核化学与放射化学,2018,40(02):81-88.

[5]吕晓凤,殷平,胡玉才,徐晓慧.无机吸附材料在处理含重金属离子废水中的应用进展[J].化学与生物工程,2007(06):8-10+33.