竹炭在重金属废水处理中的应用

我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1%[1]，水体重金属污染治理迫在眉睫。吸附法是处理重金属废水的一种重要方法，具有高效、经济、简便、选择性好等优点。吸附法常用的吸附材料有活性炭、膨润土、沸石、壳聚糖等[2]，竹炭是竹材热解后的主要产品，具有较高的孔隙度和较大的比表面积，且价格便宜，原料易得，吸附速度相对较快，已成为应用广泛的吸附材料。研究表明，竹炭的比表面积达360m2/g，在700℃下炭化得到竹炭，然后碾碎至150至300微米，再用KOH粉进行活化，制得微孔为主的活性竹炭，其比表面积可增大到2500m2/g。目前，竹炭在环保领域广泛应用，其吸附性能成为环保研究的热点，文章主要综述了竹炭作为吸附材料对水体中重金属去除的研究现状。

一、对汞的去除

汞离子能够影响人体内酶和功能基团的活性，阻碍细胞的生物活性和正常代谢，最终导致细胞变性和坏死，危害人体健康。甲基汞可通过食物链在人体内富集，导致人体患水俣病。张启伟等[3]研究了竹炭对溶液中汞离子的吸附能力，结果表明，竹炭能有效去除水溶液中的汞离子，最大去除率达到99.5%；在pH值3.2至6.2的范围内，竹炭对溶液中的汞均有较大的吸附能力，最佳吸附pH值为5.9；溶液温度升高，吸附量相对减小，用水和微波加热的方法对吸附后的竹炭进行处理后，竹炭的吸附能力可恢复到原来的97%以上。

二、对镉的去除

镉能够在人体和环境中长期蓄积，20世纪50年代，在日本富山县神通川流域发现多例慢性镉中毒引发的“痛痛病”现象，患者全身各部位会发生神经痛、骨痛现象，患病后期，患者骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，疼痛难忍，自此以后，镉对环境的污染危害引起了广泛关注。伍婵翠等[4]研究了竹炭对溶液中二价镉离子的吸附性能，结果发现，竹炭能有效去除水溶液中的二价镉离子，单位吸附量随时间的延长而增加，14小时左右吸附达到平衡，当吸附温度为15、25、45℃时，竹炭对Cd2+的最大吸附量分别为0.81、1.05、2.01 mg/g。张启伟等[5]研究结果表明，竹炭能有效地除去水中的镉离子，在pH为3.0至6.5的范围内竹炭对镉均有较大的吸附能力，其最佳pH值为5.7，用水和微波加热的方法对吸附后的竹炭进行再生实验，竹炭的吸附能力可恢复到原来的93%以上。

三、对铅的去除

环境中的铅污染主要来源于蓄电池、冶炼、机械、电镀、自来水管等，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤，对儿童、老人及其他免疫力低下的人群毒性效应明显，当人体血铅达到每100毫升60至80微克时，就会出现头痛、头晕、疲乏、记忆力减退和失眠，常伴有食欲不振、便秘、腹痛等消化系统的症状。桑忠营等[6]采用振荡平衡法，研究了不同粒径竹炭对水中铅离子的去除效果以及不同环境因素对去除率的影响，结果发现，竹炭对Pb2+有很强的吸附能力，竹炭粒径越小，对Pb2+的吸附能力越强，粒径为0.05mm的竹炭对Pb2+的去除率达到99.76%，吸附时间4h、pH6.0至7.0、温度25℃、竹炭用量10mg/L为最佳去除条件。

四、对铬的去除

铬在化合物中存在Cr2+、Cr3+、Cr6+三种形态，六价铬的毒性相对较强，更易为人体吸收，含铬污染物主要来源于金属加工、电镀、制革等行业。胡志彪等[7]研究竹炭对六价铬离子吸附性能，结果发现，竹炭对铬离子有较好的去除效果，粒度越小，去除率越高，去除率可达90%以上；在酸性条件下，竹炭能够较好地适应铬离子初始浓度的变化，吸附效果更好。周琼[8]研究发现用1.5g 竹炭处理100ml质量浓度为20mg/L的Cr6+溶液，在25℃条件下，pH值为1.0、振荡吸附240分钟，Cr6+的吸附去除率达98.45%。李巧玲等[9]研究了竹炭对溶液中六价铬离子的吸附性能及不同环境因素对吸附的影响，结果表明，竹炭对铬离子的吸附主要受溶液的pH值、初始质量浓度和竹炭粒径的影响，pH为1时吸附效果最好，当铬离子溶液初始质量浓度为50mg/L，pH为1，震荡吸附84h后，吸附量为38.3mg/g，震荡吸附7天后，饱和吸附量增加至46.1mg/g。

五、对砷的去除

含砷污染物主要来源于采矿、冶金、玻璃工业中的脱色剂、农药、化肥、皮革等行业；含砷物质毒性较强的是三价砷化合物，如三氧化二砷，俗称砒霜，毒性极强。胡志彪等[10]研究了溶液的pH值与初始质量浓度、竹炭用量、吸附时间以及温度等因素对三价砷离子吸附效果的影响，结果表明，竹炭能够有效的去除溶液中的三价砷离子，去除率达到75%以上，在pH为3.00和12.50的条件下，竹炭对砷离子均有较好的吸附效果；同时吸附率随砷离子初始质量浓度的增加而降低，180分钟达到吸附平衡；酸性条件和碱性条件的最佳吸附温度分别为30℃和40℃。

六、对铜、锌的去除

铜、锌是人体健康不可缺少的微量营养元素，但人体过多的摄入会引起中毒。陈旭超等[11]研究了竹炭粒径和用量、吸附时间、温度以及铜离子初始浓度等因素对铜离子吸附效果的影响，结果表明，在50ml浓度为1mg/L铜离子溶液中，加入1g竹炭，铜离子去除率可达到96.49%，竹炭的粒径越小，对铜离子的去除效果越好；铜离子初始浓度增大，竹炭对其离子吸附率减小；竹炭对铜离子的吸附速度较快，其对铜离子的吸附主要发生在前30分钟内，2小时内可达到吸附平衡，最佳吸附温度为30℃。伍婵翠等[4]研究竹炭对溶液中铜离子的吸附性能，结果表明，竹炭能有效吸附水溶液中的铜离子，且单位吸附量随时间的延长而增加，14小时左右达到平衡，吸附最佳pH值为3.8左右；当吸附温度为15，25，45℃时，竹炭对铜离子的最大吸附量分别为4.13，4.45，4.23mg/g。

李松等[12]研究发现，竹炭对浓度为8mg/L的铜离子、锌离子溶液，吸附量分别达到1.87mg/g及2.20mg/g，与氧化后的煤质活性炭较为接近，竹炭作为对水中微量金属元素的吸附剂具有良好的开发前景。

王桂仙[13]研究了竹炭对溶液中锌离子的吸附行为及不同环境因素对吸附的影响，结果表明，竹炭能有效除去水溶液中的锌离子，在pH为3.2至6.2的醋酸钠缓冲液中，竹炭对溶液中的锌离子均有较大的吸附能力，其吸附最佳pH值为5.3；吸附温度升高，吸附量减小，说明吸附是放热过程；用水和微波加热的方法对吸附后的竹炭进行再生，竹炭的吸附能力可恢复到原来的97%以上。

竹炭对水体中汞、镉、铅、铬、砷、铜、锌等重金属均有较强的吸附能力，且可重复利用，加之原料易得、价格便宜等优点，其在重金属污染水体治理中具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]周怀东,彭文启等.水环境与水环境修复[M].北京：化学工业出版社,2005.

[2]邹照华,何素芳,韩彩芸等.吸附法处理重金属废水研究进展[J].环境保护科学,2010, 36(3).

[3]张启伟,王桂仙.竹炭对溶液中汞(Ⅱ) 离子的吸附行为研究[J].林业科学，2006,42(9).

[4]伍婵翠,梁英,陈锐荣等.竹炭对水溶液中Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附性能研究[J].应用化工,2011,40(10).

[5]张启伟，王桂仙.竹炭对水相中二价镉离子的吸附行为及机理[J].沈阳化工学院学报,2009,(1).

[6]桑忠营,司友斌.竹炭对水中Pb2+的去除效果及影响因素研究[J].环境科学与技术,2009,B06.

[7]胡志彪,陈杰斌,张著森等.竹炭对铬(Ⅵ)离子吸附性能的研究[J].功能材料,2008,3(39).

[8]周琼.竹炭对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附特性及动力学研究[J].工业用水与废水,2009,40(5).

[9]李巧玲,陈清松,李晓燕等.竹炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究[J].福建师范大学学报(自然科学版),2008,24(2).

[10]胡志彪,陈杰斌,沈在秋.竹炭对砷(Ⅲ)离子的吸附行为研究[J].广东微量元素科学,2009,16(6).

[11]陈旭超,胡志彪,陈杰斌等.竹炭对铜(Ⅱ)离子的吸附性能研究[J].龙岩学院学报,2007,25(6).

[12]李松,雷冬飞,黎国兰等.三种活性炭对低浓度Cu2+、Zn2+的吸附性能[J].绵阳师范学院学报,2010,29(5).

[13]王桂仙,张启伟.竹炭对溶液中Zn2+的吸附行为研究[J].生物质化学工程, 2006,40(3).