固体吸附剂在环境科学中的应用
邱祖楠
（华南师范大学化学与环境学院，510006）
摘 要： 综述了纤维素离子交换剂、硅胶、活性炭等3种固体吸附剂在环保中的应用。特别是新型纤维素离子交换剂,是一种很有发展前途的固体吸附材料。
关键词： 固体吸附剂，环境科学，应用
在环境保护呼声日渐高涨的今天，特别是工农业生产排放的含重金属离子的废水以及大气中的有害气体严重影响人们健康之际，固体吸附剂在处理环境废物中的显著作用就越来越引起了环保工作者的高度重视。纤维素离子交换剂、硅胶、活性炭等固体吸附剂目前已得到广泛的应用。
1 纤维素离子交换剂
纤维素离子交换剂是一种新型的吸附材料,具有发达的比表面积,由于是以天然纤维素为基体,因此成本低,且有良好的亲水性和多孔结构,吸附速度快,同时具有用量少,淋洗体积小,使用方便等优点.
1.1 纤维素离子交换剂及特性
纤维素是自然界分布最广的一种多糖,其分子式可以用(Ｃ6Ｈ7Ｏ2(ＯＨ)3)表
示。由于其大分子单体上的3个醇羟基可以发生各种酯化、醚化和螯合反应，因而就能在纤维素上引入具有酸性、碱性或螯合性的选择性离子基团,在很大程度上可以改变纤维素原有的性质，使其既具有离子交换树脂的特点，又可保持纤维素的结构，这样的物质称为纤维素离子交换剂。现将纤维素离子交换剂与离子交换树脂性能进行比较，见表1。
由表1可知:纤维素离子交换剂在许多方面优于离子交换树脂。虽然纤维素离子交换剂交换容量小于离子交换树脂，但对于痕量元素富集而言已满足要求.以纤维素离子交换剂为基础，通过各种工艺,可制备出多种类型的离子交换纤维材料，它能以各种织物的形式(如机织布、传送带、织网等)使用，以满足各种处理环境废物工艺的需要。
1.2 在气体净化及废水处理中的应用
纤维素离子交换剂制备成适当的织物形状，使其有可能在一个体积较小的操作单元中提供相当大的过滤面积，而且其比表面积大，有极好的渗透稳定性，对空气流动阻力低（在同样线速度下，对空气流动阻力最多只有球形离子交换剂的十分之一）。因此,可利用纤维素离子交换剂的纤维浆、平行线条、纤维材料层填充交换柱以净化气体；或将纤维素离子交换剂装入化学气体过滤器以及防毒面具和口罩中。
纤维素离子交换剂在处理废水时，不必装柱，直接泡在水中或待净化的溶液中便可使用，非常方便。如可将纤维素离子交换剂安装制成净化废水的传送带（可连续再生）；或制成置于轮船后的拖网等。文献报道了甘蔗楂黄原酸酯，能吸附废水中的Ｃｒ(ＶＩ)，残留浓度达到国家排放标准；木屑柠檬酸酯能较好地吸附废水中Ｃｕ2+、Ｎｉ2+,残留浓度达到国家排放标准；纸屑黄原酸酯能吸附废水中的Ｚｎ2+、Ｃｕ2+,吸附率达98%以上；稻草黄原酸酯对废水中Ｃｒ6+进行处理：初始浓度为60ｍｇ/Ｌ，处理后为0 2ｍｇ/Ｌ；对Ｈｇ2+进行处理：初始浓度为9ｍｇ/Ｌ，处理后为0 04ｍｇ/Ｌ；木屑黄原酸酯对Ｎｉ2+、Ｃｕ2+、Ｐｂ2+、Ｃｄ2+进行处理，残留浓度达到国家排放标准。疏基棉处理甲基汞，饱和吸附量达30～35ｍｇ/ｇ，对Ｃｄ2+、Ｓｂ3+的饱和吸附容量分别为25ｍｇ/ｇ、20ｍｇ/ｇ。
纤维素离子交换剂由于具有上述独特的优越性，所以它作为新一代离子交换材料从70年代以来就受到人们的重视。有人称它为第三代离子交换剂，并有可能取代离子交换树脂。
2 硅胶
硅胶是由多聚硅酸经分子间脱水而形成的一种多孔性物质。硅胶亲水性强,表面积大,作为吸附剂母体材料引人注目。其中螯合硅胶吸附速度快，化学稳定性好.8-羟基喹啉硅胶富集分离环境水中超痕量的Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ等，下限达20ｎｇ/ｌ；2-氨基-1-环戊烷-1-二硫代羧酸键合硅胶对汞的亲合水，在5ｍｉｎ内可吸附90%。螯合硅胶制备条件不易控制，因此，使用受到一定限制。
3 活性炭
把木炭、椰子壳、煤等含炭原料经炭化和活化以后，便得到活性炭。活性炭具有不规则的石墨结构，其比表面积非常大，有的甚至超过2000m2/g。所以，活性炭是一种优良的吸附剂。
活性炭由于可由多种原料制取，制备条件也互不相同，所以，其种类很多。它的吸附特性主要来源于它具有的很大比表面积及发达的细孔结构。活性炭的吸附特性往往表现在下面几个方面的特点：
1. 容易吸附临界温度及沸点较高的物质；
2. 容易吸附分子链较长的物质；
3. 有利于低温下吸附；
4. 相对来说，蒸气压较大的物质容易吸附。
人们对活性炭的吸附性早有所知，如对水中无机汞、有机汞的分离可采用不同条件下用活性炭分离吸附的方法，也可采用活性炭对废水中重金属Ｐｂ、Ｃｄ进行分离。学者谢旭一提出，采用乙基黄原酸钾-活性炭吸附环境水中Ｃｕ,Ｃｏ,Ｃｄ,Ｚｎ取得满意结果。
2 结语
综上所述,具有交换吸附功能的固体吸附材料,性能优异,特别是在环境保护方面都具有广阔的应用前景 其中,新型的吸附材料纤维素离子交换剂在气相和液相介质的吸附过程中表现出良好的效果,除了常规的离子交换树脂用的柱法工艺外,它还可以开拓许多新的工艺技术,如以连续的移动带的方式来使用,而且成本低廉,制备简单,目前在日本已有中试规模的生产和应用;然而其制备工艺、性能和应用研究仍在不断地深入 合成螯合树脂、螯合硅胶所用成本都高,而且制备工艺较复杂 同样活性碳纤维也面临着一个降低生产成本,研究潜在功能，开发新的应用领域的问题.随着人们研究的不断深入,将会开发出更多性能优异的吸附材料。
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