王紫欣，劉漢湖

（中國礦業大學環境與測繪學院，江蘇徐州，221116）

摘要：鉛是一類具有毒性、生物累積性的難降解重金屬，隨著鉛在化工、造紙、電鍍、紡織、印染、化纖、農業等行業的廣泛應用，我國水體鉛污染問題已越來越嚴重，嚴重威脅到人類的健康。吸附作為一種成本低、高效且操作簡便的方法，常用于研究水中鉛的去除。目前對于吸附處理水中鉛的全面總結較少，故本文綜述了近年來吸附法去除水中鉛的吸附劑類型及吸附效果，最后就吸附法、高性能吸附材料在含鉛廢水去除領域中的應用前景進行了分析。

關鍵詞：鉛污染、吸附法、吸附材料

1 重金屬鉛的污染現狀及含鉛廢水危害

重金屬污染是最嚴重的全球環境問題之一，也是水體中的主要污染物，因為在自然界中很難被降解，即使低濃度重金屬也時刻威脅著人類健康以及損害著水生生物。鉛(Pb)作為污染生態環境的有毒重金屬之一,具有較強的遷移轉化能力,會通過礦山開采、金屬冶煉、汽車尾氣排放、油漆涂料、含鉛藥物和化學品的使用及鉛蓄電池的制造等一系列活動進入人類環境, 并以不同的形態存在且含量較高，它的理化性質較為穩定，對環境和人類生活構成了很大的威脅。含鉛污水排放量增加，導致水體被污染，如何高效地治理含鉛廢水是目前重金屬廢水處理領域中面臨的突出問題。

2 吸附法研究進展

目前，處理含鉛廢水主要有化學沉淀、吸附、膜分離、離子交換、生物修復和電解技術等方法，其中以吸附法研究頗多。吸附法是使用多孔的固體吸附劑將水中的重金屬離子吸附于材料的表面，再用適當的方法將重金屬離子解吸，從而達到從重金屬廢水中分離和富集重金屬離子的目的。按照吸附機制的不同，吸附法可以分為物理吸附、化學吸附和生物吸附三類。物理吸附吸附速度快，吸附容量往往取決于吸附材料本身的孔隙率、比表面積等，因吸附過程不發生化學反應而容易發生解吸。而化學吸附吸附速度相對較慢，吸附容量不僅僅取決于材料本身的孔隙率、比表面積還受化學反應發生的難易程度、化學鍵的類型等影響，因為其吸附過程伴隨著化學反應，因而不易發生解吸。目前已開發了多種類型的吸附劑用于水中重金屬離子的去除，如活性炭吸附材料、礦物質吸附材料、生物質吸附材料以及碳納米管吸附材料。一般吸附劑主要為活性炭，活性炭是一種環境友好型吸附劑，比表面積廣、多孔結構發達且對重金屬離子具有一定吸附作用。當前含鉛廢水處理的主要研究方向是尋找高性價比、高效的吸附劑。

筆者對吸附法在含鉛廢水處理中的研究現狀進行了介紹，總結了不同研究者開發性能良好的吸附劑處理技術的優點和存在的問題。

2.1 活性炭吸附材料

活性炭是由木質、煤質和石油焦等含碳的原料經熱解、活化加工制備而成，具有發達的孔隙結構、較大的比表面積和豐富的表面化學基團，以及較強的特異性吸附能力。關于利用活性炭及利用某些改性方法制得改性活性炭吸附水中鉛離子的研究由來已久。未經改性的活性炭吸附容量低，對于鉛離子的吸附效果并不好。因而研究重心集中在以活性炭為基體，通過恰當的改性手段獲得改性活性炭，進而提高對水中鉛離子去除的效果。李玉^[1]等利用十二烷基硫酸鈉(SDS)對活性炭進行改性處理，在SDS濃度為5mmol/L、改性時間為10min的條件下，當溫度達到45℃時，Pb²⁺的去除率可高達89.56%。在吸附過程中，活性炭的孔徑、 比表面積和顆粒度對 Pb²⁺的去除效果均有較大影響。 該技術操作簡便、應用范圍較廣，是一種比較成熟的除鉛方法。

2.2 礦物質吸附材料

礦物改性是提高礦物吸附性能的主要研究方向，已廣泛應用于處理水中重金屬離子領域。中國是世界上最大的煤炭消費國，煤炭消費占全國能源消費總量的60%以上。粉煤灰是燃煤火力發電廠在煤粉燃燒過程中產生的固體廢棄物，是中國目前最大的固體廢棄物之一。粉煤灰處置不當，會造成嚴重的空氣、水和土壤污染。粉煤灰中的主要成分是石英和莫來石。雷暢^[2]等對堿改性和火法改性的兩種改性粉煤灰進行鉛的吸附試驗，研究結果表明，在火法改性粉煤灰(PFA)用量為1.2g/L，初始Pb²⁺濃度為100mg/L，pH為5，溫度為25℃，時間為180分鐘的條件下，PFA對Pb²⁺的去除率達到了88.1%。在堿改性粉煤灰(AFA)用量5g/L，初始Pb²⁺濃度100mg/L，pH為5，溫度25℃，時間180分鐘的條件下，AFA對Pb²⁺的去除率達到80.2%。在相同條件下，PFA的Pb²⁺吸附量高于AFA。PFA和AFA的吸附容量分別為300.62mg/g和56.87mg/g。

王旻^[3]等將伊利石與活化輔料石膏、石灰石和白云石組成伊利石-硫酸鹽-碳酸鹽礦物體系，焙燒活化制備新型礦物吸附材料（MAM），進而用于水中Cd²⁺和Pb²⁺的去除。結果表明，在25℃、pH值為4、吸附時間為1h的條件下，MAM對Cd²⁺和Pb²⁺的吸附率達98.91% 和99.87%。趙維^[4]等制備谷氨酸插層鎂鋁( Mg-Al-G)水滑石，并研究了其對水中鉛離子的吸附性能。結果表明，Mg-Al-G水滑石對水中鉛離子具有較好的吸附性能，在Mg-Al-G水滑石的鎂鋁比為 2∶1、Mg-Al-G水滑石用量為4.0000g、鉛離子溶液初始濃度為30mg·L^-1、鉛離子溶液pH值為6、吸附時間為90min、吸附溫度為20℃的最佳條件下，Mg-Al-G水滑石對水中鉛離子的吸附率達到97.17%。

2.3 生物質吸附劑

近年來，隨著石油和煤炭資源的逐漸枯竭，樹脂、活性炭等傳統吸附材料將面臨著原料短缺、價格上漲的威脅。因此，來源豐富可再生的生物質作為吸附劑受到了越來越多的關注。生物質指的是自然界內所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物等。生物質吸附材料具有來源廣泛、成本較低、吸附效果好、易解吸、回收性好、環保等優點，主要包括農牧林廢棄物類、微生物類及其細胞提取物類、有機物大分子等。農業廢棄物中比較有代表性的有稻殼、木屑、生物炭等。微生物類及其細胞提取物類包括藻類、真菌、細菌等微生物及一些細胞提取物。目前以農業廢棄物為生物吸附材料用于含重金屬廢水治理的研究非常活躍，如農作物秸稈、甘蔗渣、木屑、果殼和食用菌等，這類吸附劑原料來源廣泛、成本低廉、吸附效果較好，具有廣闊的應用前景。

趙建兵^[5]等以玉米秸稈為原料，借助高溫焙燒制得了玉米秸稈生物炭，并通過對水中鉛鎘的吸附實驗，考察了高熱解溫度生物炭的重金屬脫除性能。結果顯示: 在25℃、pH值4、960min、Pb²⁺、Cd²⁺初始質量濃度分別為429.24和280.34mg/L時，生物炭對Pb²⁺、Cd²⁺最大吸附量分別為94.79和24.47mg/g；在鉛、鎘初始質量濃度均為150mg/L時，所得平衡吸附容量可達69.0、24.4mg/g。

朱俊波^[6]等以農業廢棄物花生殼為原料，探討了高熱解溫度下所得花生殼生物炭對單一溶液及混合溶液中鉛鎘離子的去除性能。結果表明：熱解溫度為700℃的花生殼生物炭具有較高的比表面積及孔容，當鉛鎘離子的初始濃度均為150mg/L、固液比為1∶100、初始pH為4、吸附時間為 24 h 時，花生殼生物炭對Cd²⁺的去除率超過80%，對Pb²⁺的去除率達到 99.04%；當鉛鎘離子共存時，溶液中的Cd²⁺對Pb²⁺的去除率幾乎無影響，但Pb²⁺卻會顯著抑制花生殼生物炭對Cd²⁺的吸附，且平衡吸附容量可達57.23、17.75mg/g。

易慶平^[7]等對橘皮進行磷酸微波炭化－NaOH改性制備新型生物吸附劑，結果表明，在pH=5.0～6.0是橘皮吸附劑吸附Pb²⁺的適宜pH范圍。吸附劑對Pb²⁺飽和吸附容量約為140mg/g，對低濃度（50～100mg/Ｌ）的Pb²⁺吸附率超過99％。

劉睿^[8]等將硫酸鈣作為添加劑與污泥共熱解制備硫酸鈣/污泥基生物炭（SBC），研究了其對Pb²⁺的吸附去除特性。結果表明，硫酸鈣已負載在生物炭表面并對去除Pb²⁺有促進作用。 在最適條件下Pb²⁺去除率可達99.69%，最大吸附量為280.899mg/g。由于生物質來源廣泛，用其吸附廢水中的Pb²⁺可大大降低廢水處理成本。

2.3 復合吸附劑

研究使用復合材料吸附鉛已受到人們的廣泛關注。復合吸附劑一般由兩種或兩種以上材料制備而成。復合吸附劑通常被認為比單一吸附劑的吸附效果好。鐵氧化物復合材料比其它金屬氧化物復合材料具有更好的吸附效果，因此，開發出經濟、低廉，適用于不同污染水體的復合吸附劑，通過深入研究吸附機理來提高吸附劑的性能是新的研究熱點。

由于鐵氧化物具有良好的吸附陰陽離子的能力，以鐵氧化物為主要成分的吸附劑的開發應用受到了國內外學者的廣泛關注，可用作吸附劑改性或負載材料的鐵化合物包括無定形氧化鐵、水鐵礦、纖鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦。一些文獻研究結果表明，以鐵氧化物為主要成分的吸附劑可以吸附砷、鉻、鉛等重金屬離子。近年來的研究表明，在吸附劑上適當地負載鐵氧化物可以提高其對鉛的吸附能力。梁美娜^[9]以甘蔗渣為主要原料，采用沉淀一步炭化加熱化學改性法，制備了氧化鐵/甘蔗渣生物質炭復合吸附劑（N-Fe₂O₃-BC)，在最適條件下，N-Fe₂O₃-BC對Pb²⁺的最大吸附量為17.57mg/g。

還有一種復合吸附劑是將生物法去除水中鉛與吸附法結合，例如楊亮^[10]等以徐州市銅山區楚河河岸邊的淤泥為研究對象，從中分離篩選到耐受和吸附鉛、銅的細菌，并將細菌與沸石粉一起培養成沸石-細菌復合礦物材料吸附劑。結果表明，沸石-細菌復合礦物材料吸附劑對Pb²⁺和Cu²⁺的吸附量在7-10mg/g, 吸附效率最高可達90%。

2.4 碳納米管吸附劑

碳納米管帶有負電，可通過靜電引力吸附金屬離子，達到去除Pb²⁺的目的。其吸附面積較大，可通過管壁外表面、管壁內腔和管壁空隙進行吸附。王麗波^[11]等通過實驗測定結果可知，碳納米管對水中Pb²⁺去最大吸附量為2.69μg/mL,去除的最大效率達到89%，是一種很理想的環境材料。碳納米管對水中Pb²⁺的去除最佳使用濃度為6g/L,最佳溫度為80℃，溶液pH值對水中鉛離子的去除有一定的影響，在中性和弱堿性條件下的去除率大于酸性，離子強度的升高，會導致水中鉛離子的去除率有所下降。納米碳管對鉛離子在水體中吸附行為，去除效果良好，證明了納米碳管去除水中鉛離子的效果優于其他傳統材料和方法，但納米碳管在水溶液中進行吸附時容易發生卷曲和漂浮，不能最大程度與水中鉛離子接觸，減少了接觸面積的，直接影響其吸附效果。今后的研究中應當在使用方法上進行改良。

3 結語

含鉛廢水的處理技術各有利弊，在保證去除率的同時，也要兼顧成本和實際運行情況。對四類技術進行比較，發現生物質吸附具有更大的發展空間（見表1）。

表1 吸附材料用于吸附水中Pb²⁺時的優勢與不足

生物質吸附技術的未來研究方向在于根據生物質材料的特性，制備具有理想物化性質和機械性能，適應性強的生物吸附劑、尋找更廉價、高效的生物質；此外，活性炭的部分吸附研究脫離了實際水環境條件，相關試驗研究應加強對實際應用的指導等，都將是含鉛廢水處理技術的發展方向。

參考文獻

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作者簡介

王紫欣（1999-），女，江蘇徐州人，中國礦業大學碩士在讀研究生，資源與環境（環境工程）專業。 聯系電話：18761475674，郵箱：1724086447@qq.com