新兴固吸法净化废水的论证与研究

新兴固吸法净化废水的论证与研究

近年来，染料工业废水已成为主要的水体污染源之一，其颜色深、组成复杂、分布面广，具有致癌、致畸、致突变效应，易在生物体内富集并通过食物链放大，终危害人体健康。因此，有效处理染料废水是一项十分必要和有意义的工作。

国内外研究人员尝试了多种处理废水的方法，如化学沉淀法、双氧水氧化法、生物法、光催化降解法、固体吸附法等[1-6]。其中，双氧水氧化法对降低废水的色度、COD有工艺简单、无二次污染的优点，但污染物去除率不高；生物法不能使染料废水完全脱色，因为大部分的染料废水中的有机物对生物有毒副作用；光

催化降解法设备复杂，成本高，目前还不能广泛应用[7-9]；固体吸附法作为一种重要的方法，在处理废水方面有着广泛的用途。

近年来报道较多的固体吸附剂主要是活性炭、有机果壳滤料和分子筛。笔者综述了近年来活性炭、果壳滤料和分子筛等固体吸附剂用于废水处理的研究。

1 活性炭

活性炭具有较大的表面积和强吸附性能，是常用的吸附剂。但由于其运行费用较高，一般只用于废水的深度处理。活性炭主要包括粒状活性炭、粉状活性炭和活性碳纤维等，制备活性炭的原料有木材、果壳、煤、沥青和农业废弃物等。

MONSER等[10]用四丁基碘化铵和二乙基二硫代氨基甲酸钠改性活性炭，用

来处理废水中的Cu2+、Zn2+、Cr6+、CN－，结果显示，四丁基碘化铵改性后的活性炭对CN－的吸附量为29.2 mg/g，二乙基二硫代氨基甲酸钠改性后的活性炭对Cu2+、Zn2+、Cr6+的吸附量分别为38、9.9、6.84 mg/g，均超过未改性的活性炭。MARTIN等[11]把预处理的淤泥与浓硫酸混合、干燥，700 ℃氮气氛围下焙烧30 min后冷却，经盐酸、蒸馏水洗涤后得到所需的活性炭；通过吸附比较发现，制备的活性炭的性能优于商业活性炭。MALIK[12]利用锯屑获取活性炭并用于废水中染料的消除，当溶液pH<3时，活性炭的吸附行为遵循一级反应速率方程，饱和吸附量可达到300 mg/g。HAMADI等[13]通过高温热分解废旧轮胎制备活性炭，用百草枯溶液作为模拟废水进行吸附性能测试，并与商业活性炭进行比较，结果显示，高温分解废旧轮胎制备的活性炭的吸附速度很快，反应开始5 min内百草枯去除率达90%以上，效果优于商业活性炭；吸附后的活性炭通过碱液淋洗可以再生，百草枯去除率仍可达70%以上。

2 无机果壳滤料

常通过往果壳滤料中加入无机盐改性剂，使分散的果壳滤料形成柱层状缔合物结构，缔合颗粒之间形成较大的空间，从而改变了果壳滤料在水中的分散状态及性能，提高果壳滤料的吸附能力和离子交换能力。

GUPTA等[14]用聚合的Zr对果壳滤料进行改性，用于处理废水中的Pb2+，发现随着pH的增大Pb2+吸附量增加，整个吸附过程是自发的、放热的。TAHIR等[15]研究了果壳滤料用于处理废水中的Fe2+，Fe2+去除率可达98%以上；同时还研究了废水中其他阳离子对Fe2+去除的影响。孙家寿等[16]用铝锆混合对果壳滤料进行改性，大幅度提高了果壳滤料对有机污染物的吸附能力，吸附率达89.6%。MA等[17]用Cu改性的果壳滤料处理亚甲基蓝，发现改性后的吸附量比原土有所减小；净水混凝剂吸附能力与溶液的离子强度、温度等有关。 

由于果壳滤料表面具有亲水疏油性，不利于其在有机相中的分散以及对有机污染物的吸附，因而当果壳滤料用于有机体系时需要对其进行有机改性，以使果壳滤料表面疏水化。常用的有机改性剂主要有烷基铵盐、有机硅烷等。

AKCAY等[18]用十二烷基胺对果壳滤料进行改性处理p-氯酚和p-硝基酚，通过结构表征发现，改性后的果壳滤料层间距明显加大，表面积降低。朱利中等[19]用十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基三甲基溴化铵改性果壳滤料，对废水中的萘胺、萘酚、硝基苯和苯胺进行了吸附研究，发现去除效率α-萘胺>β-萘胺>萘酚>硝基苯>苯胺。PAL等[20]研究了十四烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、氯化十六烷基吡啶改性的果壳滤料处理马拉松等杀虫剂，发现改性果壳滤料的吸附能力与有机碳的含量有关，即十六烷基氯吡啶改性土>十四烷基三甲基溴化铵改性土>十二烷基三甲基溴化铵改性土。ZCAN等[21]发现十二烷基三甲基溴化铵改性的果壳滤料对AB193（Acid Blue 193）的吸附量为740.5 mg/g，远超原土的吸附量(67.1 mg/g)。

SONG等[22]采用正己烷或氯仿为溶剂，用C18H37SiCl3和C18H37Si(OMe)3对果壳滤料进行修饰，利用XRD、TG、BET等结构表征发现，改性后的果壳滤料层间距没有变化而表面积却较小，说明有机硅烷成功地嫁接在果壳滤料的片层表面。赵春贵等[23]采用(CH3)3SiCl和(CH3)3CSi(CH3)2Cl为有机交联剂制备有机交联果壳滤料，研究了分散剂的极性对改性效果的影响，发现极性分散剂更有利于氯硅烷在果壳滤料片层间的插入。

烷基铵盐除了作为单一组分的果壳滤料改性剂外，还可以与其他成分作为多组分改性剂。SMITH等[24]用苄基三乙基、四甲基分别与十六烷基三甲基复合制备双交联剂改性果壳滤料，去除水中非极性有机物。朱利中等[25-28]制备了一系列的双阳离子、阴阳离子、阳非离子用于吸附水中的苯胺、苯酚、对硝基苯酚等，研究了交联果壳滤料的吸附性能及吸附机制，发现吸附性能随着长碳链有机阳离子含量的增加而增强，是表面吸附和分配作用共同作用的结果。

3分子筛

分子筛是一种硅铝酸盐，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。由于分子筛的微孔分布单一均匀，因此是一种高效能、高选择性的吸附剂。

WANG等[29]用MCM-22分子筛吸附处理染料废水，发现对亚甲基蓝、结晶紫和若丹明B的吸附量分别为1.8×10-4、1.2×10-4、1.1×10-4 mol/g；热力学参数计算表明，该吸附过程是一个吸热过程。ZOU等[30]制备了氧化锰负载型分子筛，利用SEM、XPS、BET对其结构进行了表征，并用于处理溶液中Cu2+和Pb2+，发现Cu2+和Pb2+分别在pH为2.0～6.5、1.7～3.5时，吸附量随溶液pH的增加而增大，后达到平衡。JUANG等[31]用MCM-41分子筛处理BG5和BV10（Basic Green 5和Basic Violet 10）两种染料废水，发现吸附后BG5和BV10后对分子筛的结构产生的影响是不同的；中性条件下MCM-41对BV10的吸附效果佳。

结  论:目前，废水处理中的常用吸附剂是活性炭，但价格昂贵，使其广泛应用受到限制，因而开发廉价、聚合氯化铝将是水处理药剂研究的一个重要方向。果壳滤料是一种天然黏土矿物，由于其特殊的结构而具有良好的吸附和离子交换能力，其低廉的价格和丰富的储量，使其在废水处理领域具有良好的应用前景。