林蕊 欧阳峰
（西南交通大学，四川 成都611756）
摘 要：重金属离子污染已成为目前最重要的环境问题之一，研究有效去除重金属离子的方法意义重大。本文简要介绍了重金属废水的处理方法，主要包括化学沉淀、离子交换、吸附、膜过滤、电化学法、生物法等。简要介绍磁性纳米粒子(MNPs)在吸附处理重金属废水中的应用，并对该领域的发展前景进行了展望。
关键词：重金属废水；磁性纳米粒子；综述
1．前言
重金属是指原子量在63.5到200.6之间，比重大于5.0的金属元素[1]。随着金属电镀设施、电池、采矿作业等工业的快速发展，越来越多重金属废水排放到水环境中。重金属不能被生物降解，能在生物体内积累，造成生物体的慢性中毒，危害环境和人类健康。采取有效的方法处理水体中过量的重金属，能够减轻重金属污染对环境和人类的危害。目前，已有一系列的重金属废水治理方法。
2．重金属废水处理方法
2.1 化学沉淀法
化学沉淀法是目前应用最广泛的重金属废水处理方法[2]，因为它操作简单、处理费用相对便宜。在化学沉淀过程中，化学物质与重金属离子形成不溶性沉淀物。形成沉淀物可以通过沉淀或过滤与水分离，经处理的水可达标排放或重复利用。传统的化学沉淀处理方法主要包括氢氧化物沉淀、硫化物沉淀和铁氧体沉淀。
2.2 离子交换
离子交换法是通过离子交换剂与水体中重金属离子的离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力使重金属离子与离子交换剂进行交换，来降低水体中重金属离子浓度，从而使废水得以净化的方法[3]。常用的离子交换剂有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂等。但是离子交换树脂存在强度低、不耐高温、易氧化失效，再生频繁，操作费用高等缺点。提高交换树脂的吸附容量、吸附选择性、交换速度以及再生利用性能及机械强度是现在乃至今后的一个重要发展方向。
2.3 吸附法
吸附现在被认为是一种有效且经济处理重金属废水的方法。吸附过程操作简单、灵活，且在多数情况下出水水质好。此外，由于吸附有时是可逆的，吸附剂可以通过合适的解吸过程再生利用[4]。
2.4 膜过滤
膜过滤法包括反渗透发、纳滤法、微滤和超滤。其中反渗透是渗透的逆过程，它主要是在压力的推动下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的溶剂和溶质分开的膜分离过程；纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术。
2.5 电化学法
电化学法利用电解的基本原理，使废水中重金属离子通过电解在阴-阳两级上分别发生氧化还原反应使重金属富集，是近几年发展起来的颇具竞争力的重金属废水处理方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电化学法具有无需添加任何氧化剂、絮凝剂等化学药品，不会或很少产生二次污染，设备体积小、占地少、操作灵活简单等优点，但也存在着能耗大、成本高、析氧和析氢等副反应多的不足。
2.6 生物法
生物法包括生物絮凝法和植物修复法。其中生物絮凝法是借助微生物或植物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种方法。目前的生物絮凝剂主要有淀粉类、半乳甘露聚糖类、纤维素衍生物类、微生物多糖类和复合型生物混凝剂五大类。
3．纳米材料在重金属废水处理中的应用简述
重金属离子污染给人类健康和生态系统造成了严重威胁，因此，重金属离子的处理问题已引起广泛关注。Towler等［5］用二氧化锰包覆磁铁矿的磁性吸附剂来回收海水中的镭、铅和钋。此后，磁性材料在处理重金属离子方面得到了广泛应用。磁性纳米粒子是磁性材料和纳米粒子结合的产物，具有表面和界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和磁学特性。氧化铁纳米粒子是最常用的纳米吸附材料，因其成本低、吸附能力强、易于分离，常被用来除去水溶液中的重金属离子。但由于磁性纳米粒子具有较大的比表面积，在表面效应的驱使下，未修饰的磁性纳米粒子极易发生团聚，因此常需对磁性纳米粒子表面进行修饰，其中，二氧化硅、活性炭、分子筛、高分子聚合物等为常用的修饰材料。修饰的磁性纳米粒子表面可进一步嫁接如羧基、羟基、硫酸盐、磷酸盐、酰胺和氨基等功能基团，这样不仅提高了磁性纳米粒子的稳定性，也提高了其对金属离子的吸附选择性和吸附容量。
4．展望
磁性纳米粒子因其独特的性质而在催化、生物医药、磁共振成像、数据存储和环境修复等领域得到了广泛的应用，但将磁性纳米粒子用于吸附重金属离子尚处于起步阶段，在很多方面还有待于进一步深入研究:①在合成方法上；②如何提高磁性吸附材料的选择性；③目前有关磁性纳米粒子吸附机理方面的研究还较少，提出的吸附机理多基于一些假设；④磁性纳米粒子在重金属离子的处理上，目前还只局限于实验或试点阶段，将磁性纳米粒子从实验室放大到工业应用中目前仍有许多工作要做。
参考文献：
[1]Srivastava N K，Majumder C B．Novel biofiltration methods for the treatment of heavy metals from industrial wastewater[J]．J．Hazard．Mater，2008，151：1-8．
[2]Ku Y，Jung I L．Photocatalytic reduction of Cr(VI) in aqueous solutions by UV irradiation with the presence of titanium dioxide[J]．Water Res，2001，35：135-142．
[3]郭嘉，陈延林．新型离子交换纤维的应用研究及展望[J]．高科技纤维与应用，2005，30(6)：35-38．
[4]Fu F，Wang Q．Removal of heavy metal ions from wastewaters：A review[J]．Journal of Environmental Management，2011，92：407-418．
[5］ Towler P H，Smith J D，Dixon D Ｒ． Anal. Chim. Acta，1996，328(1):53 －59．
作者简介：林蕊（1992.12—），女，四川省内江市人，成都市郫都区西南交通大学 环境科学与工程专业 研究生
论文作者:林蕊,欧阳峰
论文发表刊物:《知识－力量》2017年11月下
论文发表时间:2018/3/16
标签：重金属论文; 粒子论文; 纳米论文; 磁性论文; 离子论文; 离子交换论文; 方法论文; 《知识－力量》2017年11月下论文;