不同载体的除砷吸附剂研究进展

李 培

（东北师范大学环境学院 吉林长春 130117）

引言

与有机砷相比，无机形式的砷更具有高毒性。无机砷以亚砷酸盐（AsO33-）和砷酸盐（AsO43-）两种形式在水中常见，简称砷（III）和砷（V）。砷被认为是人类致癌物，可导致皮肤癌，肺癌，膀胱癌，肝癌和肾癌等疾病[1]。

1 金属及其化合物

在开发金属吸附剂的过程中，已经探索了各种过渡金属基化合物作为除砷吸附剂，例如铁，铜，镁，铝，锆等，其中铁基吸附材料为最多。Zongming Ren 等通过共沉淀法制备铁锆二元氧化物除砷，比表面积为339 m2/g，在pH=7 时，对As（V）和（III）最大吸附量为46.1 和120mg/g。Márcia C.S.Faria 等[3]制备δ-FeOOH纳米颗粒去除As（V），比表面积为135 m2/g，pH=7 时吸附量为37.3mg/g。Dongjuan Kang[4]等通过共沉淀法合成Mg/Fe 层状双氢氧化物，发现在400℃和pH7 下煅烧的M2+/M3+比为5 的材料对砷的吸附容量50.24mg/g。现如今的除砷吸附剂多为不同载体负载金属化合物，以达到实际含砷废水的处理。

2 矿物

天然矿物产量大，资源丰富，廉价易得，因此越来越多的被人们研究应用，常见的矿物有沸石、凹凸棒石、硅藻土等，其中对沸石的研究更为广泛。Chil-Sung Jeon 等通过柱实验研究了砷在铁包覆沸石（ICZ）上的吸附，ICZ 对砷的吸附容量为0.68mg/g；将2.0mg/L 砷连续通过填充有11.7g 材料的柱子，速率为30mL/h，流出物中砷浓度为0.01mg/L 的突破发生在300BV。Kun Wu 等研究了铁-锰涂层硅藻土去除砷，原位再生后对砷的吸附能力提高，在三次循环后突破床体积从550 增加到760 个BV。

3 树脂

树脂是一种高分子聚合材料，常见的树脂多为阴离子、阳离子和螯合树脂，而由于砷酸根为阴离子，因此以阴离子交换树脂为载体的居多。Tatineni Balaji 等采用锆负载螯合树脂与赖氨酸-二乙酸官能团吸附砷，吸附机理是砷酸盐或亚砷酸盐与锆络合物之间的一种附加络合物，As（V）在pH=4 和As（Ⅲ）在pH=9 时吸附效果最好。Veronique Lenoble 等以KMnO4氧化能力为基础，以树脂为原料，合成了R-MnO2，As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的最大容量分别为0.7 和0.3mmol/g。Qiong Du 等将铁氧化物和阴离子交换树脂N-S 的吸附特性相结合，制备了双功能树脂负载的纳米零价铁复合材料，复合材料可在环境条件下高效地将毒性更强的As（III）氧化成毒性较低的As（V），而不需要贵金属。

4 碳质类

碳质类材料常见的有活性炭，碳纳米管，石墨烯等。活性炭具有大的表面积和不同的表面官能团，包括羧基，羰基，苯酚，醌，内酯，因此，它们被认为是用于去除重金属离子和其他无机物质以及来自液相和气相的许多有机化合物的良好吸附剂。粉末状活性炭具有更大的吸附表面积并且制造成本低，但在分离中有局限性和困难，因此颗粒状活性炭被广泛研究并应用于实际。Weifang Chen 等以铁浸渍活性炭，砷类物质通过与氢氧化铁表面形成络合物吸附在氢氧化铁表面。MURUGAN，M 等以银浸渍木材制得的活性炭（SIC）去除砷，柱试验最大吸附容量为9.36 mg/g。但是活性炭的掺杂物是灰分，它是活性炭的无机部分，易造成二次污染。

石墨烯是所有石墨形式的碳的基本构件。它由sp2 杂化碳原子的单个原子层组成，排列成蜂窝状结构。石墨烯作为一种坚固而柔韧的膜，为碳骨架的改性或功能化提供了无限可能。Kun Wu 等通过共沉淀将氧化石墨烯片与Fe3O4和CuO 组合制备磁性复合吸附剂，根据表征结果，氧化石墨烯的引入不仅保持了铁-铜复合材料的有利性能，如优异的磁特性和丰富的羟基，同时也抑制了纳米级氧化铁铜颗粒的聚集，从而增强了颗粒对水中砷的去除能力。Tao Wen 等以氧化石墨烯（GO）表面被锆（Zr）功能化来除砷，最大吸附容量分别为232.52 mg·g-1。二十分钟后，通过2mg/mL 的复合材料获得100%的砷去除效率。

5 其他载体

除上述常见的载体外，还存在其他一些已被研究的，例如核桃壳，玉米，甘蔗等生物质材料，这些材料廉价易得，属于废物的再利用。除此之外还有天然高分子材料，例如壳聚糖，纤维素，淀粉等也都越来越多的应用于除砷当中。

结语

吸附法除砷是众多方法中最为简便、经济、不产生二次污染的方法，因此吸附材料在砷的水处理中有着广阔的应用前景，研发出稳定、经济、吸附性能好、可循环利用等优点的材料更是未来研究的重点与热点，有望在未来能使更多地区的人免受砷得危害。