水和廢水處理- Forschen科學

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影響廢水中水硬度去除的各種吸收劑和參數:綜述

Misikir TamiruGabisa貝克勒＊

阿達瑪科技大學材料科學與工程係，2020年，埃塞俄比亞阿達瑪

*通訊作者:Gabisa Bekele，阿達馬科技大學材料科學與工程係，2020年，埃塞俄比亞阿達馬，電子郵件:gebisabek12@gmail.com


摘要

重金屬從不同的來源排放到水中導致水的硬度，由於其毒性和致癌性是世界上的主要問題。在去除重金屬的幾種方法中，吸收是去除廢水中重金屬的主要技術，因為它高效、有效、低成本和環保。這篇綜述給出了關於傳統和納米結構材料上的吸附劑的詳細信息，無論是自然產生的還是商業化的。本文還綜述了影響吸附過程的性質和參數，並對研究人員給出的基本澄清。

關鍵字

水的硬度;吸附劑;工業廢水;重金屬


簡介

水是最豐富的自然資源，是生存所必需的，換句話說，水就是生命，因為它被用於各種目的，包括飲用，洗滌，沐浴，灌溉，消防，工業材料生產和空調[1]。然而，如今，由於工業化、城市化、有機和無機水汙染物以及地球表麵的農業廢棄物管理不當，造成了嚴重的水汙染，導致霍亂、麥地那龍線蟲病、傷寒、腹瀉、潰瘍、肝炎和砷中毒等疾病在全球廣泛蔓延。在水汙染物中，重金屬是不可生物降解的，容易在生物體內積累，是劇毒汙染物，對人類和水生生態係統都是有害的[3]。工業排放的常見重金屬有Cd、Ni、Cu、Fe、Zn、Ti、Hg、Mn、Cr、As和Pb[4,5]。當這些重金屬在水中溶解時，就會造成水的硬度。水的硬度對健康的影響較小，但在生活和工業使用中存在各種弊端。例如，在國內，水的硬度會導致洗滌過程中肥皂的浪費和烹飪過程中更多的燃料消耗;在工業上，向鍋爐輸送的硬水會導致水垢和汙泥的形成，但在工業上主要導致鍋爐的腐蝕[6]。

去除重金屬的方法有化學沉澱法[7]、離子交換法[8]、化學氧化法[9]、反滲透法[10]、超濾法[11]、電滲析法[12]、吸附法等[13,14]。在這些方法中，吸附法具有成本低、設計靈活、操作機製簡單、效率高、可用性好、處理後出水質量高、可循環利用等優點，是去除水硬度的最有效方法。而其他方法存在汙泥生成量大、效率低、操作條件敏感、處理成本高等固有局限性[13,15]。

吸附過程

“吸附”一詞最早是由一位名叫海因裏希·凱澤的物理學家在1881年發明的。吸附是一種物質吸收另一種物質的過程，即吸收物質吸收雜質的過程。被吸附在表麵上的分子種類稱為吸附質，而發生吸附的表麵稱為吸附劑。它通常伴隨著解吸，解吸是吸附的逆過程。解吸是指吸附離子從吸附劑表麵轉移到溶液中。目前，吸附法被認為是一種高效、低成本的去除廢水中重金屬離子的方法。該工藝設計和操作靈活，可生產高質量的處理廢水。此外，由於吸附在某些情況下是可逆的，吸附劑可以通過解吸[13]再生。

吸附有兩種:物理吸附和化學吸附。物理吸附是指吸附劑在界麵處濃度的增加是由於非比性範德華力的作用，具有弱比性、可逆性和熱效應小;而化學吸附是指吸附劑與吸附劑之間發生化學反應，形成共價鍵或離子鍵。除此之外，它還具有選擇性，通常是不可逆的，熱量範圍從幾十到數百kJ/mol[17-20]。物理吸收劑和化學吸收劑的性能概述見表1。

S / N 物理吸附性質 化學吸附的性質
1 這是一個弱過程 這是一個強有力的過程
2 活化能很低 這種類型的吸附幾乎是一種單層現象
3. 導致吸附的力是物理力 吸附的類型是由化學力引起的
4 吸附不是特異性的，這意味著它發生在整個吸附劑 化學吸附具有高度特異性，發生在吸附劑的反應中心
5 吸附劑的表麵積、溫度、壓力、吸附劑的性質都會影響吸附過程 吸附劑的表麵積、溫度、性質對化學吸附的影響

表1:物理吸附和化學吸附特性[19,20]。

吸附現象的研究通過實驗和理論應用建模軟件如吸附平衡數據的建模，分子動力學研究，密度泛函理論和吸附劑吸附前後的表征。等溫線法對吸附數據進行建模是最合適、應用最廣泛的方法。此外，等溫線吸附數據的建模可以得到最大吸附容量的信息，這對評價吸附劑[21]的性能很重要。

等溫線吸附數據建模已經應用於吸附係統，如Langmuir模型、Freundlich模型、線性模型、Temkin模型、Sips模型和Brunauer、Emmet和Teller (BET)模型。在這些模型中，線性模型、Freundlich模型、Sips模型、Temkin模型等是經驗模型，它們缺乏實際的理論支持[21]。從字麵上看，等溫線是指在一定溫度下，液相中的平衡吸附量與固相上的平衡吸附量之間的關係。

等溫線根據其物理意義和理論推導可分為經驗模型、波蘭尼勢理論、描述單分子吸附過程的化學吸附模型;物理吸附模型描述了多層吸附;離子交換模型，根據它們的物理意義[21]。

吸附等溫線經驗:

•線性模型(亨利定律):這個模型用來表示吸附物在固相和液相之間的分配。其機理為範德華相互作用、靜電相互作用和疏水相互作用。它有以下形式

問e= KCe

問在哪裏e為吸附量，Ce為吸附濃度，K為分配係數[21]。

•弗倫德裏希等溫線:-該模型是吸附中應用最廣泛的等溫線模型之一，用來表示非線性吸附現象。

Freundlich模型由以下公式給出:

問e= KFCe1 / n

logqe= logKF+ 1 / n logCe

KF和n為常數，則Freundlich模型簡化為線性模型

當n = 1時[21]。

•Redlich-Peterson (rp)等溫線:-該模型是均相或非均相吸附過程中常用的Langmuir和Freundlich模型的經驗混合模型。

•口等溫線模式:-該模型是單分子吸附最適用的三參數等溫線模型。它是Langmuir和Freundlich[21]的結合。

•Temkin等溫線:-模型中吸附過程假定為多層過程[21]。

基於波蘭尼電位理論的吸附模型:這個理論假設吸附係統包含一個“吸附空間”，在那裏分子失去勢能。勢能與溫度無關，因為勢能在吸附劑內部的孔隙或裂縫中達到很高。基於Polanyi電位理論[21]，將DubininRadushkevich (D-R)模型和Dubinin-Astakhov (D-A)模型歸為吸附模型。

a)化學吸附模型:這些吸附等溫線模型考慮的是吸附質分子被吸附在吸附劑吸附部位的單分子層吸附過程。Langmuir和Volmer等溫線模型是化學吸附模型[21]中常見的例子。

b)物理吸附模型:該吸附等溫線模型模擬了多層吸附過程。物理吸附的主要驅動力是範德華力。Brunauer, Emmet, and Teller (BET)等溫模型和Jovanovich等溫模型屬於物理吸收模型[21]。

上述吸附過程的理論討論促使科學界尋找能夠從介質中去除目標汙染物的材料。由於我們的綜述是針對廢水中重金屬的去除，我們將在接下來的章節中討論已使用的吸附劑材料。

用於吸附的材料

有各種各樣的吸附劑，無論是天然的或商業的，用於去除廢水中的重金屬[16]。此外，根據吸附劑的大小和去除廢水中雜質的效率，吸附劑被分為傳統吸附劑和納米結構吸附劑。在這一部分的回顧中，我們將看到最常用的吸附劑是用來有效地去除重金屬。

傳統的吸附劑

常規吸附劑是汙水處理中常用的吸附劑。它們價格低廉，可以天然獲得，也可以很容易地從廢料中合成。一些傳統的吸附劑是活性炭，生物材料，粘土礦物和其他將在下一副標題討論。

活性炭:活性炭是一種非石墨、非晶態、微晶、無味的黑色固體物質，是碳的一種形式。被碳原子包圍的孔隙叫做活性炭;孔隙度呈狹縫狀，具有分子大小。活性炭由不同的材料製成，如煤、椰子殼、硬木、果核和合成分子係統[15]。活性炭是一種優良的吸附劑，因為它具有較高的比表麵積、孔隙率和表麵[24]上的各種含氧官能團。由於這種新的特性，它可以以優先的方式吸引和保留某些化合物。例如，活性炭被用於許多工業應用，包括分離和純化技術，催化過程，生物醫學工程和能源儲存。這是因為它的廣泛可用性，在吸附過程中的高性能，表麵反應性，以及修改其物理和化學性能以合成具有非常特定特性的吸附劑[26]的多功能性。

有不同的激活劑，可分為物理激活劑和化學激活劑。一些物理活化是蒸汽，大氣，空氣，一氧化碳2化學活化如KOH, H3.阿寶4, ZnCl2．研究表明，化學活化法製備[16]活性炭比物理活化法製備[16]活性炭更有效，且孔隙率良好。

活性炭是煤製的，價格昂貴，因此其使用受到限製。由於活性炭的可獲得性和便宜的性質，人們進一步努力將農業廢棄物轉化為活性炭[27-35]。在過去的幾十年裏，世界各地的研究人員提出了幾種農業和工業廢料作為低成本來源，以獲得生產活性炭的原料。這些研究人員不僅考慮到降低其生產成本，而且考慮到減少農業和工業廢物對環境的影響，並避免固體廢物處理的相關成本[25]。

生物材料:生物吸附劑具有高效、高效、成本低等優點，是目前最具優勢的重金屬吸附劑。許多生物材料都有降低重金屬濃度的潛力。有些類型的生物吸附劑用於去除沒有特定性質的重金屬，但其他類型的生物吸附劑則針對特定的金屬，這就是為什麼生物吸附受到主要關注，並成為一個活躍的工作領域[36]。從三個不同來源獲得的生物吸附劑:

非生物生物量:非生物生物量是指可以從不同來源獲得的非生物。非生物生物質由於使用時間長，不需要營養供應，在去除重金屬方麵比活微生物具有很大的優勢。一些常用的非生物生物量將被討論，一些常見的非生物生物量如圖1所示。

圖1:非生物的生物量。

其中一種非生物生物質是甘蔗甘蔗渣，它是從甘蔗破碎和榨汁後的纖維材料中獲得的，它含有50%的纖維素，27%的polyposis和23%的木質素。甘蔗主要生長在熱帶和亞熱帶地區。巴西是世界上生產甘蔗最多的國家，其次是北美和亞洲。

甘蔗渣可以天然使用，也可以改良使用。由於這些生物組分聚合物，甘蔗甘蔗渣中含有豐富的羥基和酚基團，這些基團可以通過化學修飾來提高吸附能力[39]。表2和表3列出了甘蔗甘蔗渣對不同類型重金屬吸附能力的一些研究[40-45]。

S / N 原材料 激活劑 拆卸的金屬種類 問(毫克/克) 參考
1 麻瘋樹的木頭 鉻 106.4 [28]
2 蝦殼 鉻 One hundred. [29]
3. 椰子殼 鎘 93.4 [30]
4 Pterocladiacapillacea 鉻 66 [31]
5 甜菜漿 磷酸 鎘 68.03 [32]
6 甘蔗蔗渣 酸改性 鉻 15.42 [33]
7 橄欖石 鎘 17.665 [34]
8 椰子殼的纖維 鉻 12.2 [35]

表2:用活性炭去除重金屬。

S / N 原材料 改性劑 拆卸的金屬種類 問(毫克/克) 參考
1 甘蔗蔗渣 引領 47.89 [40]
2 原料甘蔗蔗渣 汞 35.71 [41]
3. 甘蔗蔗渣 丙烯腈和羥胺 庫珀 101.01 [42]
4 甘蔗蔗渣 鎘 6.79 [43]
5 甘蔗蔗渣 由Pleurotusostreatus殖民 引領 47.89 [40]
6 甘蔗蔗渣 丙烯酸改性 庫珀 265.252 [44]
7 甘蔗蔗渣 碳酸氫鈉 庫珀 114 [45]

表3:用甘蔗渣去除重金屬。

另一種非生物生物質是麥麩。這是一種從農業廢棄物中獲得的生物吸附劑，是最經濟的生物可降解吸附劑之一，由纖維、蛋白質、脂肪酸和礦物質等重要營養物質組成。麥麩含有多種有機官能團，內表麵積大，能有效去除硬水中的重金屬。不同的官能團，如酚羥基，甲氧基和羰基使材料具有良好的結合重金屬[47]的能力。麥麩對不同類型重金屬的去除情況及吸附能力見下表4[48-51]。

S / N 原材料 改性劑 拆卸的金屬種類 問(毫克/克) 參考
1 麥麩 鉻 93 [48]
2 麥麩 引領 62 [48]
3. 麥麩 汞 70 [48]
4 麥麩 硫酸 鉻 133 [49]
5 麥麩 酒石酸 鉻 5.28 [50]
6 麥麩 硫酸 銅 51.5 [49]
7 麥麩 硫酸 鎘 101 [50]

表4:用改性麥麩去除重金屬。

如今，全世界每年生產數噸椰子，特別是在印度尼西亞、菲律賓和印度等國家。這使得椰子髓和椰子殼都是最有效的，也是最適合去除重金屬[52]的椰子廢物。2016年，在全球90多個種植椰樹的國家和地區，椰樹產量超過5900萬噸。椰子產量占世界總產量72%以上的主要國家是熱帶亞洲、印度尼西亞、菲律賓和印度。椰子的羥基和羧基等官能團使材料具有良好的吸附性能[54]。表5顯示了用於去除不同類型重金屬的椰子廢料的吸附潛力。如本表所示，椰子殼、椰子髓、椰子殼和這種生物質的其他形式已被用於去除來自不同工業來源的不同類型的重金屬[55-60]。

S / N 生材料 改性劑 類型的金屬去除 問(毫克/克) 參考
1 椰子殼 鉻 18.25 [55]
2 椰棕髓 Amine-modified 鉻 12.43 [56]
3. 椰子殼木炭 被硝酸氧化 鉻 10.88 [57]
4 椰殼髓 鎘 93.4 [58]
5 椰殼髓 十六烷基三甲基
溴化		 鉻 76.3, 1.24 [52]
6 椰子殼碳 引領 26.5 [59]
7 椰殼髓 鈷
鉻
鎳		 12.82
11.56
15.95		 [60]

表5:利用椰子廢料去除重金屬。

眾所周知，雞蛋是世界範圍內最常見的日常食品。中國是世界上最大的雞蛋生產國，目前世界雞蛋總產量的45%左右都在中國。根據2012年收集的數據，美國和印度的雞蛋產量分別排在第二和第三位[61]。蛋殼也是全球造成環境問題最多的廢物之一，如圖2所示。例如，在美國，每年大約有15萬噸蛋殼被丟棄[62]。但這種材料具有優異的機械性能，如強度高，具有良好的剛度、抗衝擊性和韌性結合[63]。蛋殼被用作改性和非改性形式的重金屬吸附劑[64]。表6[65-69]給出了蛋殼去除重金屬吸附能力的一些指示性例子。

圖2:蛋殼的沉積。

S / N 原材料 修改
代理		 類型的金屬
刪除		 問(毫克/克) 參考
1 蛋殼 鉻 1.45 [65]
2 蛋殼 鉻 160 [66]
3. 蛋殼 銅 44.843 [67]
4 蛋殼 α-FeOOH (F-ES) 鉻 41.57 [68]
5 蛋殼 裴 鉻 160 [69]

表6:使用蛋殼去除重金屬。

另一種生物吸附劑是鋸木廠大量生產的固體廢物鋸末。我們可以通過切割、研磨、鑽孔或粉碎從木材中獲得鋸末[70]。木屑含有木質素和纖維素，這使它成為去除重金屬的良好吸附劑[71]。鋸末對不同類型重金屬的吸附能力見下表7[72-77]。

S / N 原材料 修改
代理		 拆卸的金屬種類 問(毫克/克) 參考
1 鋸末 氫氧化鈉 鎘 73.62 [72]
2 鋸末 氫氧化鈉 鎳 10.47 [73]
3. 鋸末 甲醛 鉻 3.6 [74]
4 鋸末 硫酸 銅 13.95 [75]
5 鋸末 鹽酸 鉻 1.74 [70]
6 鋸末 硫酸中的甲醛 引領 9.78 [76]
7 鋸末 活性橙13 鋅 17.09 [77]

表7:用鋸末去除重金屬。

稻殼是一種從碾米廠獲得的農業廢棄物，如圖3所示，其中含有32.24%的纖維素、21.44%的木質素、21.34%的半纖維素和15.05%的礦物灰[78]。稻殼是一種農業廢棄物，在許多生產水稻的國家都可以得到。稻殼呈粒狀結構，化學穩定性好，機械強度好，不溶於水[79]。二氧化矽來源於稻殼，對鉻的吸附具有良好的親和力，而氧化鐵改性二氧化矽的吸附量最高，約為63.69 mg/g[80]。除此之外，稻殼是二氧化矽的主要來源之一，我們用它們作為重金屬的吸附劑，已經進行了許多工作，其中一些列在表8[81-83]。

圖3:去除重金屬的稻殼。

S / N 原材料 改性劑 拆卸的金屬種類 問(毫克/克) 參考
1 稻殼 水清洗 鎘 8.58 [81]
2 稻殼 氫氧化鈉 鎘 20.24 [81]
3. 稻殼 碳酸氫鈉 鎘 16.18 [81]
4 稻殼 環氧氯丙烷 鎘 11.12 [81]
5 稻殼 Ozone-treated 鉻 13.1 [82]
6 稻殼 鐵的氧化物 鉻 63.69 [80]
7 稻殼 酒石酸 銅鉛 31.85
120.48		 [83]

表8:利用稻殼去除重金屬。

最後，表麵活性劑也被認為是非生物生物質，是降低表麵和界麵張力並穩定界麵的化合物[84]。親水性基團的性質使它們可以是陽離子、陰離子、非離子和兩性離子。表麵活性劑改性吸附劑的這種行為導致了優越的去除效率和促進選擇性吸附[84]。使用各種表麵活性劑對農業廢棄物進行了改性[85,86]。我們可以看到表麵活性劑及其對重金屬去除的影響，這是針對不同種類的非生物生物量構建的表。

藻類生物量:藻類是一種龐大而多樣的光合真核生物群體，其生物量可用於各種各樣的應用[87]。Alga代表單數名詞，需要動詞單數，而algae代表複數名詞，需要動詞複數。幾個世紀以來，藻類一直被用作肥料、食物和飼料，但目前它們在生物材料、營養藥品、生物燃料、製藥和生物修複等諸多領域都有應用[88]。藻類作為一種新型的重金屬離子吸附劑，具有易獲得、成本低、質量規律、吸附能力高等優點[89]。藻類是可再生的天然生物量，在世界的地中海地區到處都有繁殖能力。它們作為可用於去除重金屬的新型吸附劑受到了許多研究者的關注[16,89]。

海洋藻類有紅藻、綠藻和褐藻，這些藻類的主要區別在於它們的細胞壁，而細胞壁發生生物吸附作用[90]。紅藻細胞壁由纖維素組成，但其生物吸附能力主要取決於硫酸多糖的存在。綠藻細胞壁中也有纖維素，但結合蛋白含量高。褐藻細胞壁含有纖維素、藻酸和甘露糖醛酸和guluronic酸與金屬和其他多糖絡合的聚合物[90](圖4)。

圖4:a)紅藻，b)綠藻，c)褐藻[91]

藻類按大小也可分為大藻和微藻[91,92]。

Macroalgae:-是多細胞的大尺寸海藻，不用顯微鏡就可以用肉眼看到[92]。微藻是指肉眼可見的海藻和其他底棲(附著在海底的)海洋藻類的統稱。大型海藻也被稱為海草，但並不是真正的“雜草”[91]。大型藻類有不同的形態，包括具有簡單分支結構的最簡單的形態，如簡單結殼、葉狀(葉狀)和絲狀(線狀)，也包括具有高度特化結構的更複雜的形態[91]。珊瑚礁巨藻的大小從幾毫米到高達3-4米[91]。

大型藻類可以根據生態特征和生長形態劃分為不同的“功能形態”類群，而不是按係統分類。官能團有助於我們了解藻類群落的分布，從官能團可以了解它們對環境因子的響應。具有相同生態特性的藻類對環境壓力的響應相似，但分類學相關的藻類大多具有不同的生態特性和響應。此外，功能方法對藻類的分類是有用的，因為藻類很難在物種水平上進行識別，它有助於在珊瑚礁生態學研究中描述藻類群落的特征[91]。

藻領地:包括許多種微小藻類，主要是絲狀的。它們生長速度快，生產力高，殖民率高[91]。

肉質macroalgae:是大型藻類的形式，比藻類草皮更堅硬，在解剖學上也更複雜。它們大量存在於低草甸帶[91]。

殼狀藻類:是一種堅硬的植物，通常生長速度較慢，它們以結皮的形式生長，與非典型植物相比，結皮以漆狀層緊密地附著在基質上[91]。

大型藻類在不同的領域發揮著多種作用，包括初級生產(食物網形式的基礎和生態係統中產生的有機物總量)、生物侵蝕、珊瑚礁框架的構建和膠結、促進珊瑚定居以及為其他珊瑚礁物種創造棲息地[91]。

微藻:是他們在淡水、海水、高鹽湖泊、甜點和北極生態係統等所有水生係統中發現的單細胞、小型微觀生物體[92]。微藻又分為真核藻類和原核藻類，具有真核生物特性。細胞核、線粒體、葉綠體和原核生物等細胞細胞器是原始的，具有細菌的簡單細胞結構。它們將光能和二氧化碳(CO2)轉化為生物量，其光合作用機製與陸生植物相似，但其細胞結構簡單，能有效地獲取水分、CO2因此，它們能更有效地將太陽能轉化為生物質[93]。以豐度為基礎的三類微藻是矽藻(矽藻)、綠微藻(吊藻)和金藻(金藻)[94]。

微藻是一種能量豐富的飼料資源，因其產量高、應用廣泛、在光生物反應器或露天池塘中適應性強而受到廣泛關注。微藻具有數日內生產力高、易適應新環境、脂質含量高等優點[93]。微藻可用於多種用途，如生物燃料、藥品、保健品和化妝品。它們也用於廢水處理和大氣CO2緩解。此外，微藻還被用於生產多種生物產品，如蛋白質、多糖、色素、脂類、維生素、抗氧化劑和生物活性化合物[92]。微藻被用來從廢水中積累重金屬，有些還可以降解聚芳香烴和其他有機物。微藻在汙水處理中具有非常重要的作用;它們用於去除廢水中的重金屬、營養物質、有機汙染物和病原體[94-100](表9)。

藻 生物質

類型的金屬
刪除

 問(毫克/克) 參考
海藻sp。

鋅

 118

[95]
Apanothece halophytic

鋅

 133

[96]
Fucusvesiculosus

引領

 270

[97]
Ascophyllumnodosum 鎘 215

[98]
Macroalga,海藻Muticum 銅

71

[99]
Cystoseira Crinitophylla 銅 160 [100]

表9:使用藻類去除重金屬。

下表中列出了一些藻類對重金屬去除的吸附能力的工作。

微生物生物量(細菌、真菌和酵母):真菌生物量產量高，易於種植，也可在基因和形態上進行操縱。真菌生物吸附劑包括根黴arrhizus[101],黑曲黴[102],香菇[103],釀酒酵母等。盡管生物吸附劑具有來源廣泛、吸附成本低、吸附速度快的特點，但吸附過程後生物吸附劑很難分離[104]。

細菌是最豐富的微生物，細菌去除廢水中的金屬離子被認為是高效的[105]。細菌和藍藻細胞壁具有捕獲重金屬的潛力，因為其結構帶負電荷[106]。去除重金屬有幾個過程，如沉澱法、細胞壁生物吸附法、跨細胞膜運輸法、胞外囊包埋法、氧化/還原法和絡合法[107]。細菌種類，如芽孢杆菌，黃體微球菌，洋蔥假單胞菌，枯草芽孢杆菌,鏈黴菌屬coelicolor已被研究人員用於去除廢水中的銅[108,109]。

酵母是一種比細菌更大的真菌，它像其他真核生物一樣有細胞核和相關的細胞質細胞器。活細胞中的細胞質對於與金屬離子的相互作用非常重要，進入細胞後，重金屬離子被分離到分隔室中去除[110]。研究人員發現，釀造工業的副產物廢棄啤酒酵母是一種廉價且有前景的廢水銅去除吸附劑[111]。下表顯示了微生物生物量(細菌、真菌和酵母)對不同類型重金屬的吸附能力[112-120](表10)。

細菌真菌酵母 生物質 拆卸的金屬種類 問
(毫克/克)		 參考
Thiobacillusferroxidase 鉻 82 [112]
芽孢杆菌firmus 銅 381 [113]
鏈黴菌屬rimosus 引領 135 [114]
Pleurotussapidus 引領 69.77 [115]
Phanerochaetechrysosporium 鎘 127 [116]
Penicilliumchrysogenum 引領 116 [117]
麵包酵母 銅 65 [118]
釀酒酵母酵母 銅 9.01 [119]
釀酒酵母生物量 銅 2.59 [120]

表10:利用微生物生物量去除重金屬。

膜生物反應器(MBR)具有質量好、體積小、去除效率高、日廢活性汙泥量少等優點，是汙水處理中水回用的可選方法。膜中的汙染是一個主要的難題，它顯著增加了維護和運行成本，而且細胞在膜上的沉積、胞外聚合物質(EPS)和可溶性微生物產物(SMP)的發揮會導致嚴重的生物汙染[121]。

硝化是硝化菌與活性汙泥中釋放的不同代謝產物異養菌進行比較的好氧過程。在好氧異養代謝過程中，會產生大量的活性汙泥亞硝化單胞菌而硝化菌則通過異養菌及其廢物的積累而被阻止。異養生物在達到硝化作用之前吸收氨和消耗氧氣。由於存在大量的有機負荷率，異養細菌在競爭中勝過硝化菌[121]。

硝化反應是最廣為人知的耗堿反應，也是硝化生長和活性的反應。用堿度來提供適當的非生物因子。汙垢不足和堿度不足是近年來引起微生物失活的兩個不同問題。因此，汙垢的去除比為微生物提供烷烴要困難和費時得多。在低碳氮比的廢水中，A硝化富活性汙泥(NAS)方法低汙染，比常規活性汙泥(CAS)增加2.5倍的製備量，減少NAS中的微生物產物，均取得了不同的效果[121]。

這是一種獨特的營養循環策略，體現為共生藻類細菌和去除城市和工業水處理中的汙染物。藻類產生的氧氣為需氧菌所吸收，通過產氧光合作用刺激基質的生物降解。藻類具有與競爭微生物物種(如病原體)建立網絡的潛力，還可以改善溶解氧濃度、PH值和溫度。不同的單細胞微藻包括小球藻chlamydonas,尋常的而且phormidium已用於藻類細菌培養。藻類用於控製CO的消耗2同時也為機械曝氣提供安全、經濟的替代方案。氮和磷的去除需要使用90%以上，可以達到5:1(藻類/汙泥，w/w)培養，而且在傳統活性汙泥工藝中，較高的有機負荷率會導致較高的汙泥產量[122]。

除銨的結果與研究接種比的結果幾乎沒有區別。亞硝酸鹽群落中亞硝酸鹽的濃度遵循一個盛衰試驗和饑荒周期。當C.vulgaris主張增加硝化活性是由於其較低的重量百分比增加的同化和碳捕集活性C.vulgaris．磷肥用於磷肥的可持續生長C.vulgaris磷酸鹽化合物在介質中的運氣導致了光合成的抑製。轉換成有限公司2其他可溶性碳和二氧化碳是碳循環的主要組成部分之一[122]。

封存是CO的化學反應2在溶解於水中後通過平衡反應完全依賴於PH值。無機碳需求由b10增加到b90，主要是由於硝化菌的硝化活性和較高的同化作用。在這項研究中小球藻尋常的和NAS通過行為來檢查產生的去除和氨的去除。b10需要7天作為其他組分大於14天的最大p去除率達到B100[122]。

在培養和有機代謝物生成過程中，分析EPS與SMP的比例呈正相關C.vulgaris此外，膜生物反應能更有效地去除營養物質，並影響膜生物與土壤的相互作用C.vulgaris——NAS文化。當氯與廢水中的EPS和SMP反應時，會形成各種致癌或遺傳毒性副產品，如三鹵甲烷[122]。

粘土礦物:粘土是一種小顆粒，在一些行星表麵或附近自然存在。水、氧化鋁、二氧化矽和風化的岩石是粘土的主要成分[123]。粘土礦物的基本結構由Si-O四麵體(T)和Al-O八麵體(O)的重複單元組成，它們形成層或片，通過共享氧氣結合在一起，如圖2[124,125]。粘土礦物的特征是層狀結構單元，由一個或兩個四麵體矽片圍繞一個八麵體排列組成，由Fe、Mg或Al原子包圍6個羥基或氧原子鋁片[126]。粘土具有不同的物理性質，如硬度、顆粒細度、塑性好、收縮適宜、結合性高耐火度和表麵裝飾性[127]。粘土具有複雜的多孔結構，如小顆粒和高比表麵積，這導致了與溶解物質的物理和化學相互作用。結晶性、靜電排斥、吸附和一些陽離子交換反應是相互作用的原因[127](圖5)。

圖5:粘土的晶體結構[125]。

黏土主要有三大類，分別是高嶺土、膨潤土和雲母[18]。

高嶺土組:礦物是溫暖潮濕氣候中最常見的粘土形式之一[128]。它具有由四麵體SiO組成的1:1分層結構4薄片和八麵體薄片。高嶺石在水淨化中的應用迅速增長，其他粘土礦物與H+離子的結合促進了酸性環境中從層結構邊緣釋放出的重金屬離子的吸附，如鉛、銅、汞、鎘等水溶液[129]。

膨潤土:是一種主要由典型的2:1層結構的粘土和Na+、鈣2+，層間鋰離子濃度較高。八麵體和四麵體薄片是這樣一種模式，在每個矽薄片的四麵體的尖端和八麵體薄片中的一個羥基層組成一個單層。由於層的不斷膨脹，無法確定2:1層之間的距離。在其他類型的粘土礦物中，以蒙脫土為主的膨潤土具有最大的陽離子交換能力。由於它具有高選擇性和可再生性，並且與活性炭相比更便宜，因此倍受關注[130]。

雲母組:也有2:1層，但在四麵體層中雲母族粘土礦物發生同構取代，其中Si4 +被Al取代3 +．常見的雲母族礦物包括雲母、白雲母和黑雲母。大多數天然伊利石是類白雲母礦物和類蒙脫石礦物的混合層，雲母團通常被稱為伊利石[131]。伊利石是古頁岩的主要組成部分，在矽碎屑物質成岩作用晚期，伊利石作用反應很常見[132-145](表11)。

高嶺土

膨潤土
雲母
 類型的金屬
刪除		 問(毫克/克) 參考
鎘 41.84 [133]
銅 10.78 [134]
鈷 11 [135]
鎳 140.84 [136]
鋅 4.95 [137]
鎘 11.2 [138]
銅 17.87 [139]
鈷 0.91 [140]
鎳 92.59 [141]
鋅 8.21 [142]
鎘 22.17 [143]
銅 42.43 [143]
鎳 6.68 [144]
鋅 98.04 [145]

表11:利用粘土礦物去除重金屬。

沸石:沸石是最好的吸附劑之一，因為它們是由矽[SiO]的四麵體相互連接而成的三維結晶水合矽酸鹽鋁組成的4］4 -和氧化鋁(A1O4］5．沸石開放四麵體骨架的兩大特點是離子交換和可逆脫水[146]。沸石具有良好的離子交換性能、高比表麵積、無毒、低成本、豐富度和親水性等特點，具有重要的科學和工業意義。由於這些特性，沸石可應用於許多領域，如幹燥、淨化、水軟化、環境處理、放射性廢物儲存、催化活性等。沸石主要適用於水處理，因為它們在去除溶液中的金屬離子方麵具有令人滿意的潛力[6,147](圖6)。

圖6:沸石晶體結構[148]。

多孔材料按其孔徑大小可分為微孔材料和介孔材料。孔徑在20到500Å之間的材料稱為介孔材料。它們有很大的表麵積，並提供了許多可以發生吸附過程的位點。所以這些材料在催化、分離和許多其他領域都有一定的應用。從報道的材料來看，一些種類的二氧化矽和氧化鋁，鈰、铌、鉭、鈦、錫和鋯的介孔氧化物是最廣為人知的介孔材料。孔徑小於2納米的材料稱為微孔。這些材料主要用於實驗室中，以促進氣體、細菌和其他汙染物的無汙染交換，因此它們可以在封閉區域內實現無菌環境。沸石也是這一家族的成員[148-150]。

沸石是天然存在的[151]，但也可以合成[152]。根據產生的來源，沸石可分為天然沸石和合成沸石。天然和合成形式的沸石都有商業數量。天然沸石和化學雜質的可變相純度決定了天然沸石和合成沸石的區別。天然和合成沸石都有不同的用途[152]。

天然沸石:天然沸石是一種天然存在的沸石，最早是由瑞典礦物學家Freiherr Axel Fredrick Cronsted在銅礦收集礦物時發現的。這種新礦物被稱為沸石，因為在他發明的新晶體的吹管測試中，crested觀察到了它的特性。沸石(Zeolite)由兩個希臘單詞“zeo”和“lithos”派生而來，“zeo”意為煮沸，“lithos”意為石頭。自從第一個通過結殼發現的沸石以來，大約已經檢測到50個天然沸石。這些礦物在被認為是一種獨特的礦物學物種之前就已為人所知。在墨西哥的卡帕多西亞，這種礦物被用作建造金字塔和廟宇的維數石，羅馬人還用它來生產火山灰水泥。獵人和地質學家在玄武岩和火山岩的洞穴中發現了不同的沸石晶體。

然而，1950年以後的重大地質發現揭示了天然沸石的廣泛存在。自上世紀初以來，源於沉積的天然沸石在不同的環境保護領域得到了不同的應用。這些應用是由於這些材料表現出的重要性能，如陽離子交換、堿金屬反應性、物理吸附和膨脹傾向、隔熱、抗壓強度和耐久性[153-155]。

一些國家擁有這些礦物資源和生產潛力，如古巴、美國、俄羅斯、日本、意大利、南非、匈牙利、保加利亞和土耳其擁有大量沸石資源。沸石的數量在世界上沒有確定的數字，但眾所周知，即使礦物的含量和種類不同，它們在所有大陸上都可以獲得[156]。

天然沸石根據其結構又可分為若幹亞群，其中有:-鈉石是基本的鏈狀單元，Harm tome的鏈狀橫向相連，包含四重環和八重環，Chabazite的結構存在單雙六重環的四麵體，Faujasi四麵體由於加入Cubo八麵體籠狀單元而形成假對稱形式。現代石含有四麵體的五重環，可以以各種方式連接，與Heulandite[157-160](表12)。

S / N 原材料 類型的金屬
刪除		 問(毫克/克) 參考
1 天然絲光沸石 鉻 3．5 [158]
2 天然鈣沸石 鉻 14.5 [158]
3. 斜發沸石 鉻 4．1 [159]
4 斜發沸石 引領 78.7 [159]
5 膨潤土 鎘 9.44 [160]
6 Na-clinoptilolite 銅 4.8 [160]
7 Na-clinoptilolite 引領 91.2 [160]

表12:利用天然沸石去除重金屬。

這種材料的表麵活性非常高，因為該材料具有與大型有機分子的表麵相互作用、電荷交換能力和極性吸附[155]。由於合成沸石具有較好的熱穩定性和特異性催化劑性能，使得天然沸石的應用受到了限製。合成沸石作為可變相和化學雜質的海岸淨化方法比天然沸石更受關注。相反，當均勻性和純度都沒有用處時，天然沸石可能會因其便宜而受到青睞[152]。

合成沸石:沸石合成的想法是由Richard Barrer和Robert Milton在20世紀40年代提出的。在1940-1950年A、X和Y沸石的合成過程中，為1954年引入工業吸附劑類的想法開辟了道路，1959年發現A和X沸石的最終結構後，它們被命名為碳氫化合物轉換催化劑[161]。

合成沸石也被稱為分子篩，它是通過加熱製造的結晶矽鋁矽酸鹽。沸石被認為是天然礦物，但最近合成了一百多種不同類型的沸石[162]。沸石是火山灰和堿性湖泊的水經過數千年的反應形成的。然而，在實驗室條件下，它需要很短的時間，可以通過水熱工藝從天然原料或合成矽酸鹽[162]。

沸石，通常，非骨架陽離子是可替換的水分子也可移除，他們可以在合成沸石的孔中發現幾種元素;金屬矽酸鹽和微孔磷酸氧化鋁被列入分子篩的類別[161]。當晶體內部的孔徑範圍或平麵範圍小於20 Å時，被確定為微孔，表現為孔隙或致密。

用SiO製備了幾種沸石2或低於或高於天然沸石在同一骨架類型。高SiO吸附劑具有酸性催化活性強、水熱穩定性好、疏水性強等特點2．與低SiO相反2導致更大的陽離子交換能力和更高的吸收極性分子。有時候像Ga這樣的元素3 +或通用電氣4 +一直在用阿爾3 +,如果4 +在某些情況下，這種強元素替換部分地或全部地給予信息更明確的替換紊亂。許多來源如煤灰、SCBA和稻殼灰被用來製備合成沸石[163-166]。合成結晶材料有固相反應和液相反應兩大類。固相反應采用300℃以上的溫度來克服分子運輸的困難，而液相反應由於溶劑的存在，分子運輸更容易，因此合成過程是在低溫下進行的。液相合成沸石的方法有三種:水熱法、溶劑熱法和離子熱法[167]。

基於金屬吸附效率的幾種吸附劑的比較。正如我們上麵討論的，不同的吸附劑有不同的效率，它們對不同的金屬有不同的反應。這可以在下表[168-177](表13和14)中進行總結。

S / N 原材料 類型的金屬刪除 問(毫克/克) 參考
1 合成沸石 鎘 315.65 [168]
2 沸石來自飛灰 鎘 195 [169]
3. X沸石 鎘 92 [170]
4 沸石的 銅 41.6 [160]
5 X沸石 鋅 41 [170]
6 沸石的 鎳 24.65 [160]
7 沸石的 引領 213 [160]

表13:用合成沸石去除重金屬。

S / N 類型的材料 類型的金屬刪除 效率（％） 參考
1 石墨烯氧化物 鉻 92.65% [171]
2 活性炭 鉻 84.8% [172]
3. 粘土 引領 88％ [173]
4 橄欖石中的活性炭 鎘 23% [34]
5 蛋殼 鉻 93％ [65]
6 底灰 鎘 72.47% [174]
7 醋酸改性粉煤灰 銅 60.07% [175]
8 沸石來自飛灰 鎘和鋅 95.6% [169]
9 天然沸石 銅 99.86% [176]
10 用矽膠合成沸石 引領 91.86 [177]

表14:利用各種吸附劑去除重金屬。

納米材料

納米結構材料是具有微觀結構的材料，其結構元素、團簇、晶體或分子的尺寸範圍為1到100納米。納米材料是由有限數量的原子組成的一組可區分的單元的集合。在過去十年中，它們的基本電學、光學和磁性引起了學術界和工業界的極大興趣[178]。納米結構材料的性能不同於具有相同平均化學成分的塊狀材料。這種差異源於納米材料的尺寸和尺寸的減小。納米材料的特性使其偏離於體塊材料，包括高表麵能、大量表麵原子、減少缺陷和空間限製[179]。

以上列出的方法都是傳統材料的吸附能力有限，不能為廢水中重金屬的大多數處理提供理想的去除效率，這是科學家進行研究以開發具有最佳特性的新型吸附劑的原因[180]。納米材料是一種吸附劑，由於其活性位點增強，表麵積大，表麵官能團多，可有效去除廢水中的重金屬[181]。納米材料具有獨特的物理、化學和機械性能，因此在廢水中去除重金屬等特定領域也有應用。除了它們的高比表麵，這些材料有非常高的強度，電導率，電阻和熱穩定性，因此他們被用作有效的吸附劑。

類型的納米粒子:來自不同種類的細菌、火山爆發、宇宙塵埃等自然形成的納米材料很少。許多人造納米材料包括富勒烯、石墨烯、碳納米管、金屬氧化物納米棒、量子點等[182]。由於形貌、尺寸、物理性質和化學性質的不同，納米顆粒有不同的類別。其中一些是碳基納米顆粒、金屬納米顆粒、陶瓷納米顆粒、半導體納米顆粒、聚合物納米顆粒和脂基納米顆粒[179]。在這篇綜述中，我們將隻看到碳基納米顆粒和金屬納米顆粒，它們通常用於廢水中重金屬的吸附。

碳基納米粒子:碳基納米顆粒包括富勒烯、石墨烯和碳納米管。

富勒烯:富勒烯是碳的同素異形體，代表碳分子的封閉籠子，這些結構中的碳單位有五邊形和六邊形排列。它們是1985年通過光譜測量發現的，看起來像空心足球，C-60的結構被稱為巴克明斯特富勒烯。它們的導電性、結構、高強度和電子親和性使其具有許多商業應用[183]。

富勒烯的大比表麵積和低聚集傾向使其成為工業廢水處理的吸附劑[184]。這些材料還因為其疏水表麵、高電子親和度和高表麵體積比從水中提取不同的物種[185]。

石墨烯:-石墨烯是一種碳基的，是一種二維的原子尺度，由碳原子製成，於2004年首次發明。與碳納米管一樣，它也具有獨特的結構、機械、物理和化學性質，使其可用於不同的領域[186]。

原始石墨烯、氧化石墨烯和還原氧化石墨烯是石墨烯的多種形式。為了添加親水基團去除重金屬，石墨烯可能被氧化[187]。

近年來，石墨烯和石墨烯基材料在環境方麵的應用迅速增長，包括廢水處理，因為它們具有增強的活性部位、高比表麵積和官能團以及良好的化學穩定性[181]。研究人員還證實，這些材料對重金屬的去除具有較高的吸附活性[188,189]。

碳納米管:-碳納米管是將石墨烯片卷成管狀，其強度是鋼的100倍，因此主要用於結構加固。這些材料發明於1991年[190]。這些材料分為單壁碳納米管和多壁碳納米管[179]。碳納米管具有獨特的結構、半導體、機械、化學、電子、光電子和物理特性，使研究進入了一個新的領域。由於具有上述特性，再加上化學穩定性、比富勒烯大的比表麵積和良好的介孔性能[191]，它們是高效的重金屬吸附劑。

金屬納米粒子:金屬納米顆粒由金屬前體通過化學、電化學或光化學方法從純金屬如銀、金、鉑、鐵、鋅、鈰、鈦或其化合物如氧化物、氫氧化物、磷酸鹽、氟化物、氯化物和硫化物中產生。金屬納米顆粒可以吸附小分子，因此可應用於不同的研究領域[179]。

金屬氧化物納米粒子:金屬元素可以製造多種氧化物化合物，可用於物理、化學和材料科學等不同領域。納米技術領域的目標是製造具有特殊性質的納米材料，這些納米材料可以采用各種幾何結構，電子結構可以表現出金屬、半導體或絕緣體的特性。由於氧化納米顆粒體積小且邊緣表麵密度高，因此具有獨特的物理和化學性質[192]。

金屬氧化物納米顆粒的性質:納米材料的物理化學性質取決於其尺寸，在化學中具有特殊的用途。許多應用使用的納米材料與氧化納米材料的尺寸依賴性直接相關，如機械、傳輸、電學、光學和表麵化學[192]。

機械性能:-低屈服應力、硬度和高超塑性是力學性能的主要考慮因素。由於缺乏氧化物納米材料的信息，主要分析的參數是延性和超塑性[192]。

傳輸屬性:-金屬氧化物材料具有離子或混合離子電子導電性。這兩者都可以受到氧化物納米結構的影響，這在實驗上得到了定義，玻爾茲曼靜力學提出電子載流子的數量是帶隙能的函數[192]。

光學性能:-這是金屬氧化物最基本的性質之一，可以通過反射率和吸收測量實驗得到[192]。

化學性質:-在氧化還原和酸/堿性質中，氧化物對吸收和催化是必不可少的。吸附劑的應用有三個關鍵的重要特征:表麵原子的配位環境、氧化還原性質和表層的氧化狀態[192]。

在幾種金屬氧化物納米粒子中，一些氧化物被歸類為吸附重金屬的理想材料，其中一些是氧化鐵、氧化銅、氧化鈦、氧化鎂、氧化銫、氧化氧化鋁和氧化鋅。這種材料的有趣和有前景的用途是由於它們的高選擇性和從廢水中去除重金屬的能力，除此之外，它們的尺寸還有助於它們穿透大塊材料無法穿透的汙染區[193]。

與金屬氧化物納米顆粒的所有優點相反，由於金屬氧化物的尺寸減小而出現了一個問題。由於表麵能的增加，金屬氧化物尺寸的減小導致穩定性較差[193]。由於範德華力或其他相互作用，顆粒的穩定性差導致團聚，因此表麵積會降低，去除雜質的高選擇性和效率也會降低，不僅如此，材料可能會失去其機械強度[194-199](表15)。

S / N 原材料 類型的金屬刪除 問(毫克/克) 參考
1 氧化鋅 引領 6.7 [195]
2 TiO2 鋅
鎘		 15.3
7.9		 [196]
3. α鐵2O3. 銅 84.46 [197]
4 γ狀態”2O3. 鎳 176.1 [198]
5 α-FeOOH 銅 149.25 [197]
6 首席執行官2 鉻 121.95 [199]

表15:使用金屬氧化物納米顆粒去除重金屬。

科學家們一直致力於改進金屬氧化物納米顆粒去除水中重金屬的用途，他們建議將這些材料與其他多孔材料結合，作為穩定劑或支撐劑，形成納米複合吸附劑，從而克服金屬氧化物納米顆粒應用的局限性[193]。

複合材料

一種由兩種或兩種以上具有不同化學和物理性能的成分材料組成的材料，然後將其組合成一種與單個材料在性能上不同的材料。通過將金屬氧化物納米顆粒與替代材料結合使用，克服了多孔支撐材料作為基質的限製，提高了金屬氧化物納米顆粒在水處理中的應用[200]。

用作金屬氧化物納米材料載體的基質多種多樣，而在這些基質中，沸石因其大表麵積、親水性、高離子交換容量、高熱穩定性、可調節的化學性質、直徑1.3 nm的孔隙、環保和廉價而被認為是最佳的宿主和穩定劑[193,201]。采用共沉澱法吸附鉛和砷成功合成了沸石/氧化鋅納米複合材料(Zeolite/ZnO NCs)，並獲得了較高的吸附能力[193]和鐵的磁性納米複合材料3.O4合成了/沸石/纖維素納米纖維用於去除水中的鋅，結果顯示效率最高[202]。

影響吸附過程的參數

吸附劑在水淨化中的效率受多種因素的影響，如攪拌速度值、溫度、吸附劑表麵積、接觸時間、吸附劑劑量、雜質初始濃度等。通過增加上述因素[193,202-206]，可以提高從水溶液中去除重金屬的比例(表16)。

S / N 原材料 類型的金屬刪除 問(毫克/克) 參考
1 G-MgAl-LDH 鉻 172.55 [203]
2 GO-NH2 鈷 116.35 [204]
3. 西米氣凝膠 引領 267.4 [205]
4 G-nZVI 鉻 162 [206]
5 菲3.O4/沸石/纖維素 鋅 9.45 [171]
6 沸石和氧化鋅 鉛砷 24.5 - 21.2 [162]

表16:使用複合材料去除重金屬。

雜質初始濃度

隨著重金屬初始濃度的增加，由於水溶液和吸附劑表麵之間形成梯度濃度，吸附的重金屬增加，這導致吸附劑和雜質的有效相互作用[202,207]。這一現象如下圖所示。隨著濃度的增加，鉛和砷的吸附量也會增加[208](圖7)。

圖7:初始鉛和砷濃度對吸附能力的影響[208]。

其他出版物也顯示了吸附能力的增加，因為隨著金屬初始濃度的增加，可以吸附更多的金屬離子[209]。對鋅的去除進行了研究+ 2得到的初始鋅濃度的結果與我們之前看到的幾乎相同，唯一的區別是它在3ppm時達到最大值(圖8)。

圖8:初始Zn+2濃度的影響[209]。

接觸時間

吸附效率在吸附過程中首先迅速提高，然後以恒定的速度緩慢提高，這是由於在吸附過程的初始階段吸附劑表麵是空的，所以分子吸附迅速。但隨著時間的推移，吸附劑表麵的飽和度對吸附過程沒有影響。通過使用不同作品中獲得的一些結果(圖9和圖10)，可以詳細說明這種效果[202,209]。

圖9:接觸時間對鋅脫除效率的影響[209]。

圖10:接觸時間對鉛和砷去除率的影響[208]。

攪拌速度的影響

隨著攪拌速度的增加，吸附劑的容量首先增加，這是因為首先吸附劑的傳質從本體溶液到圍繞吸附劑顆粒的水動力層，從而提高了效率和吸附劑的容量，然後由於水動力層的厚度有所減小，吸附劑的容量趨於恒定[210]。在這裏我們可以看到發表的結果，這是從廢水中去除鋅離子(圖11)。

圖11:攪拌速度對鋅脫除效率的影響+ 2離子[209]。

PH值

在ph值較低(即高酸性)時，氫離子會與金屬離子競爭占據吸附劑的位置[211];在ph值較高(即高堿區)時，會產生更多的羥基位置，這也會降低吸附效率[212]。從下圖中可以獲得更好的信息，這些結果是由不同的納米複合材料對不同的金屬進行的(圖12和13)。

圖12:pH溶液對鉛和砷吸附率的影響[208]。

圖13:pH對Zn+2離子去除效率的影響[209]。

溫度

許多研究表明，吸附過程的效率與溫度成正比。隨著溫度的升高，金屬離子的遷移率增加，這增加了在吸收劑上找到空位點的可能性，這導致了吸附能力的增加。[202213]。溫度對鋅離子去除率的影響如下圖所示(圖14)。

圖14:pH對Zn+2離子去除效率的影響[209]。

劑量的吸附劑

吸附量的增加導致吸附能力的增加，因為吸附劑的表麵積更大，形成更多的吸附位點，從而可以吸附更多的重金屬[214]。在達到最大效率後，由於吸附劑的聚集導致表麵下降，去除效率將下降[215,216]。下麵發表的結果顯示了吸附劑用量對吸附效率的影響(圖15和16)。

圖15:吸附劑用量對鉛和砷吸附率的影響[208]。

圖16:吸附劑用量對Zn+2離子去除效率的影響[209]

吸附劑比表麵積(SSA)

較高的表麵積在吸附劑結構的表麵和通道內形成了多孔層，因此表麵積大的吸附劑提供了大量增強吸附過程的官能團[217,218](圖17和18)。

圖17:裸二氧化矽納米顆粒與改性二氧化矽納米顆粒吸附能力的比較[219]。

圖18:表麵改性對二氧化矽納米空心球比表麵積和吸附容量的影響[219]。

在研究中，通過比較不同改性納米顆粒對不同重金屬離子(Cu, Cd, Co, Ni, Pb, As, Cr, Zn, Mn, Hg)的吸附能力來評估其性能。如上圖所示，隨著多功能基團材料的引入，由於特定區域的增加，吸附容量普遍增加[219]。

結論

在最近的文章中，詳細討論了傳統和納米結構材料在吸附方麵的信息。本文主要研究了沸石、金屬氧化物納米顆粒和複合材料在吸附過程中的應用前景。在這方麵，納米基材料具有獨特的物理、化學和機械性能，使其成為很有前途的吸附劑。與這些優點相反，由於顆粒的穩定性差，當材料的尺寸減小到納米級時，會出現團聚問題。為了克服這一障礙，科學家們開始使用具有高表麵積的多孔材料作為支撐材料，並將其與納米結構材料相結合，取得了成功的結果，為未來的研究提供了借鑒。從這方麵進行的一些工作中，本文對其中一些進行了綜述，並展示了更多的研究。


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條信息

文章類型:評論文章

引用:Tamiru M, Bekele G(2020)影響廢水中水硬度去除的各種吸收劑和參數:綜述。國際J水廢水處理6(3):dx.doi.org/10.16966/2381-5299.173

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出版的曆史:

  • 收到日期:09年10月,2020年

  • 接受日期:2020年11月06

  • 發表日期:2020年11月14日,