磁性吸附材料对重金属离子吸附的研究进展

郑超 刘珊珊 刘伟 袁绪峰

摘 要：随着现代城市工业的飞速发展，人们的生活水平得到提高，但是工业和生活中产生的废水中的重金属离子是一个潜在的安全隐患。专家们正在研究利用磁性吸附材料来对废水中的重金属离子进行吸附，从而防止威胁到人们的健康。石墨烯及其复合材料作为一种新型纳米材料具有极大的比表面和极强的表面化学活性，非常适合作为吸附材料治理重金属污染废水。本文就此对使用该种材料的吸附情况的研究进展进行解析，并且做出了后续研究的期望。

关键词：重金属离子;吸附;磁性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.034

工业发展一方面促进了科技的发展，给人们生活创造了各种便利，但另一方面由于涉及各种化学反应和材质，生产过后带来的环境垃圾以及废水的排放和处理也是一大难题。我们了解到的是废气已经造成了大气污染，其实废水中的重金属离子如果不经处理重新就排放到人们的生活中，就会造成不可挽回的危险。废水的排放会导致新的环境安全问题，国家对排放进行了限制，专家们也致力于研究出新的方式来处理废水，那么磁性吸附就是新兴的一种方式。此外废水的随意排放也给环境造成了大面积的污染，因此专家们正在致力于研究出有效的对废水的处理方式，如今使用特殊性能的材料利用物理或者化学原理对污染成分进行处理已经成为新兴的方式。

1 磁性吸附材料的选取灵感

据了解到，磁铁之间具有强烈的吸引作用，受此启发专家们做出了巨大的努力，尝试借助具有磁性的材料对重金属离子进行物理吸附作用，这样处理废水的设想不失专业性。因为我们知道的是工业中冶金、冶铁等制造业必然伴随着废物的产生，而且重工业对环境带来的污染很大。我们了解的重金属离子具有顽强的生命周期，在生物体内存在就会富集难以降解把毒性带给生物体，主要有 Cu、Pb、Hg、As、Cd、Cr等。选取合适而有效的吸附材料势在必行，于是专家把眼光投向具有磁性的吸附材料，比如被寄予厚望的石墨烯。由碳原子组成的石墨烯在外加磁场的条件下，具有很强的吸附性。而且结合已有的经验表明，磁性石墨烯复合材料对重金属有显著的吸附效果，因此本文来就此研究进展进行解析。

2 磁性吸附材料的制备和实验

据上述所说磁性材料在外加磁场的条件下就可以加速重金属离子与液体的分离，因此确保吸附材料具有稳定的磁性，就需要通过一番实验制得。实验发现制得的磁性氧化石墨烯取得了良好的吸附效果，比如实验将FeCl3·6H2O 作为前驱体制备出 Fe3O4修饰的三元磁性氧化石墨烯 AMGO很好的对Cr（VI）进行了吸附。还有Cu2+、Pb2+、Ni2+、Hg2+、Cd2+、As3+、As5+、Cr6+等重金属离子存在于水和土壤中给环境带来了很大的污染，简单的物理和化学方法不能高效的除去这些重金属离子，那么研究出完备的吸附法就可以解除燃眉之急。

我们都知道水体中各种成分都是可以共存的，如果采用化学反应之类的除去重金属离子，会对原来的水体造成化学污染，而且浪费了资源，过滤和回收都是需要耗费很大的代价的。在这个基础下，水中的任何物质之间都是有可能发生反应从而影响重金属离子的去除的，为了避免这个弊端，需要保证吸附材料具有稳定的磁性，同样还要保证自身的稳定性。合成物就是一种稳定存在的方式，Fe表面含有很强络合重金属离子能力的丰富的官能团，被相关人员拿来做研究，经实验发现在此基础下具有一定的吸附量，而且吸附量深受PH的影响，为了达到高效的吸附量需要对相关影响因素进行控制和调整。

比如该研究在不同的pH下还有在不同金属离子的存在下，所具备的吸附效果也是不同的。在pH為5.3的情况下GO/Fe3O4对 Cu（II）的最大吸附容量是18.26 mg/g，但是在FA存在时最大吸附容量可以达到19.09 mg/g。除此之外对重金属离子的吸附性还和吸附顺序有关，所以对于不同的重金属离子的吸附量也是不同的。如何制备出更加强效的稳定性的材料就需要通过各种离子的尝试。运用化学反应将实验收获的具有吸附能力的离子制备成稳定的合成物，在加上磁性条件的情况下加强吸附效果。比如将 Fe3+和 Fe2+与 GO 上的羧基形成配合物制得的磁性氧化石墨烯就对许多重金属离子有明显的吸附成效。因此专家和研究人员把目光和研究方向投向具有磁性的吸附材料上，经过尝试和摸索，确实得到比较完备的实验报告和收获，相信在未来会制备出更加高效的吸附材料。

3 结语

随着工业的发展人们的生活得到更多便利，但是工业制造产生的废气废水废物也给人们的生活带来了隐形隐患甚至是可接触的环境污染。从治理空气污染到治理废水污染，可以看到我国化学领域的发展的突飞猛进，以及相关研究人员的潜心研究和高智慧，如今研究人员把具有磁性的吸附材料作为研究的对象，是很有潜力有效地去除废水中的重金属离子的，也是作为比较有研究价值和制造价值的吸附材料，有望实验成熟之时带来显著的吸附效果，解决人们的安全威胁问题。

参考文献：

[1]李新宝，谷巍.石墨烯复合材料对水中金属离子的吸附研究进展 [J].功能材料，2015（S1）：5-10.

[2]杨熙.氧化石墨烯和石墨烯纳米材料制备及其重金属吸附性能研究[D].华中师范大学，2017.

安徽省质量工程安徽三联学院大学生创新训练项目

（编号：201710959013）

作者简介：郑超（1995-），男，安徽合肥人，本科，研究方向：交通工程。