木质纤维纸基吸附剂的制备及吸附分离性能文献综述

 2022-07-14 09:07

国内外同类研究概况

  1. 前言

随着人口规模的日益增长和工业化进程的加快,工农业生产以及城市生活中源源不断地产生废水,如采矿冶炼、金属加工制造、化工原料生产、废旧电池处理、电子元件生产、染料皮革制作、化肥农药使用等一系列工业生产。这些废水大多数情况下为油水混合物或乳浊液并含有大量的重金属离子,给污水废水处理增加了成本并造成了严重的环境问题。尤其是重金属通过食物链而生物富集,一旦进入人体,便与组织蛋白发生配位反应,使蛋白质丧失正常生理功能,甚至致人死亡,对生物和人体健康构成严重的威胁,是当今人类社会面临的一个严峻问题。

  1. 重金属离子吸附剂

处理重金属离子常见的方法有化学还原沉淀法[1]、吸附法[2]、离子交换法[3]、电沉积法[4]、膜分离法[5]和生物方法[6]。其中吸附法具有设计灵活、操作简单、高效快速、使用范围广、小二次污染、生成无毒无害产物、可再生利用等优点[7],而其他方法不同程度地存在着成本高、能耗大、操作困难、易产生二次污染等缺点。因此,吸附法在众多的水处理技术中被认为是最行之有效的方法,具有广泛的应用价值。

吸附主要分为物理吸附和化学吸附[8]。物理吸附是由分子间的范德华力引起的,不具有选择性,吸附容量较小,吸附剂的孔径大小、吸附容量、比表面积等会对吸附效果产生影响。化学吸附即溶质分子与吸附剂表面发生化学反应,形成牢固的化学键和表面络合物,具有较高的选择性和较好的吸附效果。相比较物理吸附,化学吸附更经济高效,在废水处理中应用更为广泛。

2.1 吸附剂材料种类

用于处理重金属离子去除的吸附剂材料的研究报道众多。吸附剂有有机、无机、碳质类之分。碳质类吸附剂中运用最多的就是本身具有的特殊孔隙结构的活性炭[9]。宋小伟[10]对活性炭作为吸附剂进行了研究,结果表明其对重金属Cd2 、Mn2 的吸附行为,分析研究了活性炭吸附最佳条件。被广泛应用的无机吸附剂主要有沸石[11]、硅藻土[12]、高岭土[13]、分子筛等等。罗道成[14]等人将天然沸石粉与优质烟煤粉按一定比例混合,在高温下灼烧成多孔质高强度的沸石颗粒应用于矿井水的处理,经过实验分析多孔质沸石颗粒对Pb2 、Cu2 、Zn2 具有较好的吸附作用,在经过解吸脱附再生处理后可重复使用。郭绍英[15]以硅藻土为原料,通过焙烧、新生碳酸钙和十二烷基磺酸钠进行改性活化,用来处理废水中的Cu2 ,探究硅藻土的最佳改性条件。结果表明:新生碳酸钙改性硅藻土对Cu2 的去除效果最好。张永利[16]使用浓度为4 mol/L盐酸处理800℃ 煅烧3h活化的高岭土,其结构和形貌均发生了显著变化;以酸改性煅烧的高岭土,其孔隙通畅,吸附性能和活性均有所增强,对100 mg/L的Cr(VI)去除率可达到 91.4%。余锋伟等[17]用含有羧基官能团的分子筛SBA-15吸附水中铬离子,结果分析表明低温、低铬离子浓度、较低的酸度、长吸附时间和高吸附剂用量利于SBA-15对铬离子去除,去除率可高达99%以上。

有机吸附剂材料近年来也受到广泛关注,如壳聚糖类、纤维素类等等。郭敏杰[18]等人综述了我国近几年来对壳聚糖处理重金属离子废水的研究,提出了纤维改性。其实验表明壳聚糖吸附重金属离子时具有一定的选择性,吸附性能主要体现在对各种金属离子的吸附上。为了有选择性的吸附某种金属离子,其进行了改性研究,如:修饰、交联、接枝等。而纤维素材料作为一种来源较广,在自然界储量丰富,成本低的廉价吸附剂材料,由于本身结构空隙均匀,所以具有一定的吸附重金属离子的能力;但直接利用木质纤维素进行物质吸附,会存在吸附容量小、选择性低等弊端。这是由于纤维素是由beta;-1,4-糖苷键组成的直链多糖,存在大量的羟基,使其在分子链间和分子链内部形成大量的氢键,这种结构影响了其反应活性。为了增强纤维素的吸附性能,目前大多数研究人员通过对其进行化学改性,来提高吸附效率。

2.2 纤维素基吸附剂

2.2.1 吸附机理

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