重金属处理技术及秸杆类农作物作为吸附剂的研究进展

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1、重金属处理技术及秸杆类农作物作为吸附剂的研究进展　　水是人类赖以生存和发展的物质基础，维系着整个社会的进步。中国水资源总量居世界第6位，但人均水量约为世界人均水量的1/4，是水资源严重不足的国家之一，预计到XX年总缺口将达到1140亿吨[1]。　　近年来随着工业生产和城市现代化水平发展，冶金、机械、电镀、制革、医药、染料、化工等工业所排放的“三废”日益增多，水源中重金属积累加剧，由于重金属离子不能够被微生物降解，而且容易通过生物链传入人体，不易去除，所以重金属污染对生态环境和人类健康的影响日益严重。因此含有重金属废水的处理已得到工业界与学术界越来越多的重视。　　1重金属离子的去除

2、方法　　目前，处理工业废水中的重金属离子的主要方法有光催化还原法、化学沉淀法、膜分离法、电化学法、吸附法等，其中吸附法应用最为广泛。　　光催化还原法　　光催化还原法是一种环境友好型水处理方法，利用光催化剂表面的光生电子或空穴等活性物种，通过还原反应去除重金属。目前，光催联盟化法降解废水中的重金属大多还处于实验研究阶段，最常用的光催化剂是TiO2。光催化的氧化还原的过程通常可以描述如下：溶液中的金属离子捕获TiO2导带上受光激发产生的电子被还原，溶液中的水或有机污染物被TiO2价带上受光激发产生的空穴氧化。氧化还原反应的过程可以表达如下[2]：　　光催化还原法耗能低、无毒性、选择性

3、好、常温常压、快速高效，在重金属废水处理中前景广阔且日益受到重视，但从实际应用的角度出发光催化法还存在着许多问题，如重金属离子在光催化剂表面的吸附率低，光催化剂的吸光范围窄等。　　化学沉淀法　　化学沉淀法是传统的重金属离子处理技术，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法和铁氧体共沉淀法等。向重金属废水中投加碱中和剂，使废水中的重金属形成溶解度较小的氢氧化物或碳酸盐沉淀而去除。含铜、镉、铬、铅等废水均可采用此法处理。化学沉淀法是工艺较成熟的方法，它具有去除范围广、效率高、经济简便的特点，但需要投加大量的化学试剂，并以沉淀物的形式沉淀出来，存在二次污染问题。　　膜分离法　　膜分离技

4、术是利用一种特殊的半透膜，在外界压力作用下，不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。膜技术包括反渗透、超滤、电渗析、液膜和渗透蒸发等。膜分离法分离快、耗能少、重金属资源可回收，但造价昂贵，不能大量工业化应用，也存在使用过程中膜的污染和膜通量下降问题。随着膜技术在废水领域中不断的深入研究，膜分离技术处理重金属废水将是今后的发展趋势。　　电化学法　　电化学法是指应用电解的基本原理，使废水中的重金属通过电解，在阳、阴两极上分别发生氧化还原反应使重金属富集的方法。按照阳极类型的不同，电解法可分为电解沉淀法和回收重金属电解法。其中电解沉淀法主要用于含铬工业废水的治理

5、，一般采用铁板作为阴极和阳极，在直流电作用下，铁阳极不断溶解，产生的亚铁离子在酸性条件下将六价铬还原成三价铬，随着反应进行，氢离子的浓度逐渐降低，溶液从酸性变为碱性，使Cr3+生成氢氧化物沉淀。电化学法工艺成熟，设备简单，占地面积小，无二次污染，所沉淀的重金属可回收利用；缺点是耗电量大，废水处理量小，出水水质差，不适合处理低浓度废水。　　吸附法　　吸附法主要是利用具有高比表面积或表面具有高空隙结构的物质，吸附去除重金属的方法。吸附法操作简单，吸附材料种类多样，因而应用最为广泛。目前常用的吸附剂为活性炭，但活性炭价格高。所以，为降低吸附法废水处理的成本，需要寻找地产的、可更新的及低

6、成本材料作为吸附剂，一些廉价的农作物材料已被直接用做废水处理的吸附剂，如苹果渣、麦草、桔子皮、香蕉皮、大麦皮、玉米茎杆、碎木片及树皮等。　　2农作物秸秆的综合利用　　农作物秸秆是一种生物质资源，是当今世界上仅次于石油、煤炭、天然气的第4大能源[3]。我国是农业大国，也是秸秆资源最为丰富的国家之一，每年生产亿多吨的秸秆[4]。随着人们对环境保护和再生资源有效利用的重视，农作物秸秆资源的利用越来越受到世界各国的关注[5]，科技进步也为秸秆的利用开辟了新途径和新方法。　　农作物秸秆的化学组成　　农作物秸秆是由大量的有机物和少量的无机物以及水所组成的，其有机物的主要成分是纤维素类的碳水化

7、合物，此外还有少量的粗蛋白质和粗脂肪。碳水化合物又由纤维素类物质和可溶性糖类组成。纤维素类物质是植物细胞壁的主要成分，它包括纤维素、半纤维素和木质素等。几种农作物秸秆的化学组成见表1[6]。　　从上表中可以看出，农作物秸秆主要由粗纤维组成，然而粗纤维包含丰富的纤维素、半纤维素和木质素等多聚物，具有一定的比表面积和吸附能力，因此农作物秸秆是一种较好的重金属吸附材料。　　国内外农作物秸秆的综合利用现状　　作为一种生物质资源，农用秸秆含有丰富的营养和可利用的化学成分。目前国内外农作物秸