重金屬離子競爭吸附特性的研究進(jìn)展

許秀云

摘 要：通過分析國內(nèi)發(fā)表的多篇根據(jù)不同物質(zhì)、不同類型的吸附劑對重金屬競爭吸附的各方面的研究成果及理論文章，筆者對重金屬離子競爭吸附特性的問題進(jìn)行了匯總分析。因與自身工作崗位息息相關(guān)，筆者特借本文對研究分析結(jié)果予以表述，并對競爭吸附的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：吸附劑 ;重金屬離子;競爭吸附

1 ?前言

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境中重金屬對人類健康構(gòu)成的潛在威脅已越來越多地引起了廣泛關(guān)注。許多國內(nèi)學(xué)者對重金屬在土壤、水、巖石等上的吸附行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同金屬離子對土壤、水、巖石等存在競爭吸附。本文主要綜述了國內(nèi)發(fā)表的詳細(xì)論述根據(jù)不同物質(zhì)、不同類型的吸附劑對重金屬競爭吸附的各方面的研究成果。

2 不同物質(zhì)中不同類型的吸附劑對重金屬競爭吸附的研究成果

2.1水中不同類型的吸附劑對重金屬離子競爭吸附特性研究成果

天然水體是自然界受重金屬污染的主要生態(tài)系統(tǒng)之一。進(jìn)入水體的重金屬污染物絕大部分以一定速率沉積于底泥當(dāng)中。在這一過程中，吸附作用對水體中重金屬的形態(tài)分布、遷移轉(zhuǎn)化、歸宿以及水體重金屬污染的控制等都起到了十分重要的作用。

2.2不同土壤對重金屬離子競爭吸附特性的研究成果

污水灌溉、污泥的土地利用、農(nóng)藥化肥的施用、冶煉等人類活動使大量的重金屬元素進(jìn)入土壤，造成土壤重金屬元素的復(fù)合污染。進(jìn)入土壤的重金屬可以被植物吸收，進(jìn)入食物鏈，也可在一定的條件下向下遷移污染地下水，威脅生態(tài)環(huán)境的平衡和人類健康。吸附是重金屬元素在土壤中積累的一個主要過程，是個溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)移到固相的物理化學(xué)過程，其決定著重金屬在土壤中的移動性、生物有效性和毒性。許多國內(nèi)學(xué)者對重金屬在土壤上的吸附行為進(jìn)行了較為深入的研究，發(fā)現(xiàn)不同金屬離子對土壤表面存在競爭吸附，并分析研究了競爭吸附的作用機理。張金池等采用等溫吸附法，研究了重金屬銅、鉛、鎘、鎳在膨潤土中的吸附特征。結(jié)果表明膨潤土對銅、鉛的吸附明顯強于鎘、鎳，吸附強度大小順序為Pb2+>Cu2+>Ni2+>Cd2+。其中雙組分競爭吸附表明，由于Pb2+、Ni2+、Cd2+的存在使黏土礦物對Cu2+的吸附產(chǎn)生不同程度的影響。100mg/LCu2+對Pb2+影響較小，卻能完全抑制黏土礦物對Cd2+和Ni2+的吸附。

2.3天然沸石對重金屬離子競爭吸附特性的研究成果

由于沸石獨特的空間結(jié)構(gòu)，沸石施入土壤中，可以增加土壤對銨離子、鉀離子等陽離子的吸附能力，減少養(yǎng)分損失，提高肥料利用率;鈍化土壤中的重金屬離子，降低其生物有效性。胡克偉等以天然沸石為吸附劑，以Cd2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+4種重金屬離子的混合溶液體系為吸附質(zhì)，開展了天然沸石對重金屬離子的競爭性吸附特性。結(jié)果表明，與單一離子體系比較，沸石在競爭體系中對Cd2+、Zn2+ 、Cu2+、Pb2+4種重金屬離子的吸附量均呈下降的趨勢。競爭體系下，其它重金屬離子的存在顯著地抑制了沸石對Cd2+的吸附，而對Pb2+的吸附幾乎沒有影響。天然沸石對4種重金屬離子的富集系數(shù)，其大小順序依次為Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+。

2.4生物吸附對重金屬子競爭吸附特性的研究成果

生物吸附法是利用生物體或其衍生物吸附廢水中的金屬離子。生物吸附作為處理重金屬污染的一項新技術(shù)，在工業(yè)或?qū)嶋H技術(shù)運用中，固定化微生物與自由的懸浮細(xì)胞相比，有很多優(yōu)點。朱一民等以Mycobacterium phlei菌為吸附劑，以Pb2+，Zn2+，Ni2+，Cu2+4種離子的混合溶液體系為吸附質(zhì)，開展了重金屬離子在水相中的吸附規(guī)律。結(jié)果表明，Mycobacterium phlei菌株對水相中的這四種重金屬離子均有一定的吸附作用;吸附過程均在10 min內(nèi)就達(dá)到平衡;pH對吸附過程影響較大，在pH=3.0～4.0時，Mycobacterium phlei菌對這四種金屬離子吸附效果最好;其重金屬離子在Mycobacterium phlei菌上的吸附的選擇性大小的順序為：Pb2+> Zn2+> Cu2+> Ni2+。

2.5粉煤灰對重金屬離子競爭吸附特性的研究成果

粉煤灰是一種高分散度的集合體，是人工火山質(zhì)材料.它由大小不等、形狀不規(guī)則的粒狀體組成，其粒徑在0.5～300.0μm之間。它是燃煤電廠常年不斷的排出物，數(shù)量很大，嚴(yán)重污染環(huán)境。從國家相關(guān)部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中不難發(fā)現(xiàn)，我國燃煤電廠每年排出的粉煤灰高達(dá)數(shù)千萬噸以上。孫賢斌等學(xué)者選取淮南市洛河發(fā)電廠灰場的粉煤灰和粗沙、細(xì)粉沙、菜地土顆粒物，在不同的pH和顆粒大小條件下，通過室內(nèi)實驗，探討了粉煤灰對Cu2+和Zn2+的吸附特性。結(jié)果表明，粉煤灰與粗沙、細(xì)粉沙、菜地土3種顆粒物對重金屬Cu2+ 和Zn2+吸附作用比較的結(jié)果顯示，顆粒物對重金屬Cu2+ 和Zn2+吸附作用受顆粒物本身物質(zhì)組成、粒徑大小和pH條件三個因素影響。

3 ?研究展望

綜上所述，目前對土壤、水、巖石等重金屬離子的研究多用分配系數(shù)、吸附等溫式等經(jīng)驗方法，這些方法并沒有描述金屬離子與土壤、水、巖石表面官能團(tuán)的反應(yīng)機理，使各種研究的結(jié)果帶有猜想性，總的來說并不統(tǒng)一。大多數(shù)研究由于其沒有考慮到化學(xué)因子（如pH值）時空變化對吸附反應(yīng)的影響，使研究的結(jié)果具有一定的局限性。筆者認(rèn)為，在今后的研究工作中，應(yīng)當(dāng)加強以下幾方面的工作：首先，應(yīng)當(dāng)加強多因子綜合作用影響下金屬離子競爭吸附的研究;其次，要注意總結(jié)重金屬離子在固-液界面上的微觀作用過程;再次，要注重有機物質(zhì)尤其是持久性有機污染物與重金屬離子之間的相互影響研究;最后，要總結(jié)出重金屬離子在固-液界面上吸附的理論和模型。

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