改性生物炭吸附水中六价铬离子的研究文献综述
2020-04-18 20:41:43
如今,随着人们环保意识的提高,重金属污染问题已经受到社会越来越广泛的关注。过量的重金属会对生态环境和人类健康产生不利影响。重金属不能生物降解,并会通过食物链的生物积累对人体造成伤害。Cr(Ⅵ)已被国际癌症研究机构确定为人类致癌物之一。铬(Cr)的污染主要是由采矿业和冶炼业等行业引起的。
Cr通常以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的形式存在于自然环境中。Cr(Ⅲ)作为哺乳动物必需的微量元素之一,可以调节胰岛素和血糖水平。Cr(Ⅲ)主要以Cr(OH)2或Cr2O2的形式存在,易于形成复合物并稳定存在于沉积物中。Cr(Ⅵ)毒性比Cr(Ⅲ)高100倍。据报道,人体皮肤长期暴露于Cr(Ⅵ)废水可导致皮炎和湿疹,而吸入Cr(Ⅵ)会导致打喷嚏,流鼻涕,流鼻血,溃疡,甚至导致肾脏和肝脏受损。在危急情况下,Cr(Ⅵ)可能会损害人体循环系统甚至威胁人类生命。
Cr(Ⅵ)在水和土壤中具有高度流动性。植物修复是处理土壤中重金属的有效方法。植物可直接利用重金属,从而有效除去土壤中的重金属。水中的Cr(Ⅵ)主要以含氧阴离子(CrO42-,Cr2O72-)的形式存在,几乎不能被水中的胶体物质吸附。世界卫生组织(WHO)确定饮用水中铬的最大允许浓度为0.05mg#183;L-1, 目前已经开发了不同的处理技术,用于从水中去除铬,以符合适用法规的最大允许限值,并减少处理后流出水的毒理效应。
从水中分离重金属离子的传统方法有化学分离,过滤,膜分离,电化学纯化,离子交换,化学沉淀和反渗透等,这些方法通常存在缺陷和局限性,例如效率低,能源需求高,对特定化学品的需求,大量污泥的产生以及污染污泥的去除相关的问题。重金属吸附过程简单,高效,易于操作和灵活,因此,在学术研究和工业应用中,许多材料已被设计和实施为吸附剂,以去除水中的重金属。
活性炭是目前废水处理中应用最广的非极性吸附剂之一。活性炭又称活性炭黑,是呈黑色颗粒状或粉末状的无定型碳素材料。它是由生物有机质(如石油,沥青,煤等)经过碳化,活化等一系列工序而制成。活性炭内部有无数微小孔隙纵横相通,其孔径一般为10-10-10-6μm, 尤其以 10-10-10-9μm 孔径居多,孔隙结构非常发达,并且有巨大的比表面积,可高达 1000-3000m2/g。活性炭化学性质很稳定(能耐热,耐酸,耐碱),机械强度高,灰分含量低,不溶于水和有机溶剂,表面官能团丰富,能再生重复利用。活性炭的环境应用包括酚类化合物、重金属、染料的吸附,可用于去除废水中内分泌干扰化合物,药物中的活性化合物和饮用水中的蓝藻毒素,还可用于垃圾填埋场渗滤液处理、CO2捕获、VOC吸附以及催化清除污染物。此外,饱和活性炭可以再生并再次重复使用,回收的污染物可以返回到生成过程中。
活性炭表面官能团作为活性中心决定着活性炭的表面化学性质,而表面化学性质的不同对活性炭的吸附选择性,酸碱性,催化特性及湿润性等都会产生非常大的影响。一般认为生产活性炭的原材料对活性炭表面官能团的种类和数量起着决定性作用,因此对制成的活性炭进行改性处理可在一定程度上改善其吸附性能。
活性炭的表面化学性质改性是指利用一些方法使炭表面官能团及表面负载的离子和化合物产生变化,使之成为特定吸附过程中的活性点,进而起到控制活性炭亲水/疏水性能的作用并增强结合金属或金属氧化物的能力。活性炭材料吸附表面化学性质的改性方法一般包括表面氧化法、表面还原法、负载物质改性法、酸碱法和表面电化学改性法等。
Cr(Ⅵ)主要以阴离子的形式存在于水中,纯活性炭在Cr(Ⅵ)吸附中的应用很少,对活性炭进行改性处理可改善其对Cr(Ⅵ)的吸附性能。黄丹莲等人将负载有乙二胺四乙酸(EDTA)嵌入的Mg/Al层双氢氧化物(LDH)的竹生物质煅烧以获得新型纳米吸附剂(BC@EDTA-LDH),并且使用BC@EDTA-LDH去除水溶液中的Cr(Ⅵ)。BC@EDTA-LDH显示出高吸附能力,可能适用于去除水中的重金属。Hassan等人利用Ag纳米颗粒(AgNPs)对活性炭进行处理,用于从水中去除Cr(Ⅵ),成功的进行了五次连续吸附-解吸循环,表明其高可重复使用性。山东大学王晓光等人以玉米秸秆为原料,通过铁盐辅助活化及炭表面季铵基团接枝两种工艺制备改性活性炭,并将其用于吸附处理含铬废水,提高了活性炭对废水中Cr(Ⅵ) 的选择吸附性。因此,经过改性处理的活性炭是吸附水中Cr(Ⅵ)的较优方式。