典型重金属污染物在双基改性壳类吸附剂上的吸附行为研究

重金属污染物具有普遍性、联合生物毒性等特点。低浓度条件下常规技术应用效果差并导致二次污染。具有合适双基改性的壳类吸附剂可实现复杂重金属离子的彻底去除和高效分离，但吸附性能缺乏系统性，作用机制研究不深入，竞争吸附研究刚起步，选择分离行为不统一。基于双基离子对软离子和交界离子的亲和性强、选择性优，本课题制备系列双基改性的壳类吸附剂，评价其对重金属的作用力形式和大小，比较不同软离子及与交界离子的竞争吸附行为及选择分离规律，并开展固定床动态吸附分离条件优化。吸附作用和分离过程可能存在离子交换、配位络合、氧化还原等多种机理，并受化学结构、离子特征等影响。本研究利用FTIR、XPS、NMR等吸附剂表征技术阐明金属离子与壳类吸附剂的结合结构，进一步阐释吸附作用机制。筛选影响选择性分离行为的离子特征，阐明竞争作用机制、优势竞争离子和最佳分离条件。该研究为壳类吸附剂的实际应用提供理论支持。

由重金属引起的水污染事件经常能够见到报到，对环境和人体的身体健康产生了严重的影响。重金属一旦污染水体，其含量虽然较低，但污染危害却非常明显，很多重金属（尤其是Cr（VI）、pb（II）等重金属）可以被生物吸收，使生物体内的蛋白质或酶发生变性，甚至失去活性，并通过食物链传递和累积，最终进入人体并富集，对人体产生器质性损害。为了避免重金属废水污染引发的环境问题和生物毒害性，在重金属废水排放之前必须进行处理，以去除其中的重金属。目前常用的重金属废水处理方法主要有物理法、生物法和化学法。物力处理法主要有膜分离处理技术和物理吸附法；生物处理法主要有植物修复法、生物絮凝沉淀法和生物吸附法；化学处理法包括化学沉淀法、氧化还原法、电化学法、化学吸附法。在研究了各种方法的优缺点的基础上，提出了本项目的研究方法，即利用农林废弃物-壳类物质（花生壳、核桃壳）为基础原料制备吸附剂，研究其对几种重金属（铜、鋅、镍、镉、铬等）的吸附效应，近3年来，陆续开展了利用花生壳、核桃壳作为吸附剂，即对几种重金属（铜、鋅、镍、铅、铬等）单一组分的吸附进行了研究，也对二种重金属（如铅和镍）共存时的竞争吸附行为进行了研究，为了进一步提高壳类物质的吸附效果，采用氨基改性、磷酸改性等方法对壳类物质进行改性，采用红外光谱分析、电子扫描电镜分析等现代仪器分析手段对改性前后壳类吸附剂的表面特性进行了结构表征，分析了改性后吸附剂表面嫁接的基团的结构和数量，通过分析得出了吸附剂通过表面P和N改性，充分提高了壳类吸附剂对重金属的吸附效率，如对Pb（II）的吸附率可从壳类吸附剂改性前的93.3%提高到改性后96.4%，通过壳类吸附剂的改性处理，也改善了壳类吸附剂对某些重金属的吸附数据，如采用粒径1.6-2.5mm新疆产核桃壳为吸附剂，对Cr（VI）的吸附时当吸附效率达98.5%时，吸附介质的pH在2-3之间，对此吸附剂进行了N基改性，利用该改性吸附剂，吸附同样浓度的Cr（VI），当吸附效率同样达98.5%时，吸附介质的pH在6-7之间，pH的改善，对于壳类吸附剂的实际应用又向前推进了一步。实验研究壳类物质对重金属的吸附参数优选的基础上，进一步利用吸附容量分析、吸附等温线、吸附竞争机理等理论知识，对改性前后壳类物质对几种重金属的吸附机理进行了分析，得出了一些有益的结论，将在正文报告中给出。