水中铬吸附法在水处理技术中的应用现状及其进展

【摘 要】铬作为水质检验以及废水检验控制中的重要污染物之一，在众多的水中除铬方法中，以吸附法最为高效便捷，水中铬吸附法在水处理技术中被广泛关注。本文主要针对吸附法常用且有较好应用前景的吸附剂材料除铬的研究现状以及当前最新材料技术进展情况进行论述，具体探讨各类吸附剂的材料结构、使用性能以及除铬效果，并对未来水中铬吸附方法及其技术的发展方向进行了展望。

【关键词】吸附法 铬 吸附剂 性能 除铬效果

一、铬-金属元素的危害及其在水中的存在形态

铬――金属元素对于动物以及人体都会产生一定的有毒害作用，在我国地质地壳中的储量位列于第十位，其主要通过三种氧化态形式存在（+2价、+3价、+6价），其中三价铬（Cr（III）） 和六价铬（Cr（VI））可以长期存在于在水中，并且在一定的条件下还可以进行相互转化。当前学界普遍认为，Cr（III）对于人体的危害较小，而Cr（VI）能够对人体造成较大的危害，轻则引起人导致皮肤过敏现象、重则致使人体出现遗传性基因缺陷等疾病， Cr（VI）具有较强的氧化能力以及转移能力改元素对于生态环境以及人类身体健康造成了严重的威胁。

通常Cr（III） 在水中以阳离子形式存在，由于不同的水溶液的pH值不同，Cr（III）就可以水解成不同的单核或者多核形态物质存在于水中；而Cr（VI）则以酸根阴离子形式存在于水中，同样，在不同pH值以及浓度条件下，Cr（VI）可通过水解反应生成CrO/、HCrCV和Cr2^2-三种形态。当前工业生产中，特别是基于石油、造纸以及钢铁行业而言，对铬需求和应用最为广泛，这也造成了更多的含铬的废水排放，造成大面积的水体污染。 为此，如何对含铬水以及工业含铬废水进行除铬就成为了当前主要的热点问题。在众多的方法中吸附法成为近年来被广泛关注的热点之一。由于其能够适应不同的水质以及水量变化条件下进行吸附作业，并且操作便捷、成本较低，吸附效果较好不宜产生铬再生。吸附法除铬已成为当前应用最为有效且应用较为广泛的一种除铬方法

二、吸附法除铬中常见的吸附剂材料

（一）矿物质吸附剂。矿物质主要包括：石英砂、沸石、蒙脱石、蛭石等广泛存在于自然环境中，一般具有较大的比表面积，在通常的pH范围内，会对水中的金属离子能够具备较为理想的吸附能力，其原理就是通过这些物质表面的官能团利用离子交换以及络合作用对水中污染物的吸附和去除。

（二）金属氧化物质吸附剂。金属氧化物作为近几年来关注较多的一种吸附剂使用材料。其最为常见的几种物质有：铝氧化物、铁氧化物、锆氧化物和钛氧化物等。这些氧化物拥有较多的活性位点一级自身独特的结构性质，在水质治污中显示出其强大的应用潜力。加之，这些金属氧化物由于具备绿色高效的特点被广泛作用于饮用水处理行业中，对于水质除污的效果较为理想，另外，由于这些物质绿色高效同时也能够很好的被进行工艺制备，从而能够广泛的作用于实现治污工程的应用。

（三）水滑石类吸附剂。水滑石类吸附剂通常也被称为“层状双金属氢氧化物吸附剂（LDHs）”，其结构存在为一种纳米阴离子粘土，广泛存在于自然界中，在实际应用用进行人工合成也较为经济、简单。水滑石类吸附剂的材料结构为比较典型的八面体，主要通过带正电荷的金属氢氧化物层一级带负电荷的层间阴离子构成，其作用原理是使用其层状结构中的阴离子的嵌入平衡了正电荷，致使层间结合力表现较弱，因而能够对水中有机物以及水中的无机阴离子都有比较好的吸附效果。

（四）炭类吸附剂。根据当前实际应用来看，炭类吸附剂材料主要包括：活性炭和碳纳米管两种。活性炭材料是最早被作用于水处理技术中的一种吸附剂，而碳纳米管主要由20世纪90年代开始被研究和使用，至今只有20多年的应用历史，但其因对水质中的某些特定的污染物具有较强的吸附能力，也被业界以技术处理技术领域中在近年来被广泛关注。

1.活性炭。活性炭作为一种黑色的无定形碳，分为粉末炭或颗粒炭，由于其具有较为发达的孔隙结构以及巨大的比表面积，是当前水处理中较为常用的一种吸附剂材料。活性炭作用于水中Cr（VI）的去除，其主要机理概括起来主要有：还原作用、沉积作用以及静电引力或络合作用。活性炭对于对于水中的铬、铅等物都能有较为理想的去除效果特别是对于水中六价铬而言，能够起到很好去除作用。

2.碳纳米管。碳纳米管（CNTs）从结构上来看，通常直径达2～20mm，其比表面积通常在15～400m2/g，碳纳米管材料因其具备特殊的纳米管状微观结构，其结构中的孔隙结构非常丰富，对于水中的铬以及其它有机物和金属离子都具有将强的吸附性能，成为近年来在水处理领域应用比较广泛的一种吸附材料。

（五）树脂类吸附剂。离子交换树脂为半透明或者不透明的球状颗粒（粒径通常达0.3～1.2 mm），在水处理领域应用也较为广泛。由于离子交换树脂具有较强的理化性能以及具备丰富的离子交换基团，其原理就是借助其含有的可交换离子和水中的离子进行交换反应而去除水中的污染物离子。

三、结语与展望

目前，各种吸附剂在水处理中的吸附使用都有相对理想的效果。特别是矿物、金属氧化物、树脂和活性炭等，而碳纳米管则相对处于比较初期的阶段，且价格相对较高，但最为21世纪比较有代表的纳米材料，在水处理领域将有更为广阔的应用范畴和空间。总的来说，吸附法作用于水质中的铬的去除是一个相对新颖的领域，但这些吸附剂使用材料已经凸显出在去除水质中的铬方面的应用效果。在未来的应用以及研究中，还应重点关注几个方面：

（一）就是吸附剂的使用效能方面，应侧重开发一些成本更低的吸附剂，特别是要开发一些更为优良的吸附剂来提升水处理过程中的吸附能力以及吸附速率；为此，建议可选用一些有机物质或者无机物改剂改进和强化对铬的吸附能力；

（二）就是吸附剂在污水工程应用方面，应结合因地制宜的原则开发更多相对原地壳中金属氧化物用作吸附剂的制备，如对于修复铬污染水体时，就可以可以采用原位制备和投加吸附剂的方法，当前，基于原位制备和投加吸附剂的相关研究相对较少，为此，应强化该方法对地下水、地表水以及工业废水中的应用当；

（三）就是吸附剂的再生回收利用方面，应强化对其吸附剂再生方法的探讨和研究，从而确保有效实现吸附剂的多次再生利用率。

参考文献：

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