環境中重金屬離子檢測研究進展

王琪慧

摘 要：人類賴以生存的自然環境受到重金屬離子污染的情況日益嚴峻，其中采礦、冶金、化工等行業是水體中主要的人為污染源。如何去除環境中的重金屬離子，來保護生態環境是我們需要關注和亟需解決的問題。該文分析了用于分離去除環境中重金屬離子的方法，以便更好地應用于環境檢測與保護。

關鍵詞：環境保護 化學 重金屬離子 檢測

中圖分類號：X4 文獻識別碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0088-02

隨著我國工業化進程的不斷加快，重金屬的使用范圍日益擴大，在加速經濟發展的同時，也帶來了諸多的環境污染問題。1953年，于日本熊本縣水俁灣附近漁村發現的水俁病震驚世界，其原因為甲基汞為主的有機汞中毒，是慢性汞中毒的一種類型。骨痛病發病的主要原因是鎘中毒造成腎損害，進而導致骨軟癥。嚴重的重金屬離子污染問題已經引起越來越多環保人士的關注。如何分離檢測和回收環境中的重金屬離子更是值得研究的內容。環境中主要的有毒重金屬離子通常包括鈷、鋅、鎳、鎘、汞、銅、鉛和砷，它們以不同的形態存在于環境之中，并在環境中遷移、積累。研究這些重金屬離子的去除將大大推動環境保護的進一步發展。

1 固相萃取法

固相萃取（Solid Phase Extraction）是近年來發展十分迅速的樣品前處理技術。采用固體吸附劑將液體樣品中的金屬離子吸附，不僅與樣品的基體和干擾化合物相分離，而且具有富集的作用，之后采用洗脫液進行洗脫，達到分離和富集環境中重金屬離子的目的。固相萃取表現出非常顯著的優點，可同時完成樣品富集與凈化，大大提高檢測靈敏度；比液液萃取更快，更節省溶劑， 可自動化批量處理；重現性好。常用于固相萃取的填料包括C18，硅膠、活性炭、膨潤土、多壁碳納米管等。C18這種傳統固相萃取填料簡單、價錢低廉，但是在處理環境中的重金屬離子方面存在pH值不穩定等不足。一些新發展的固相萃取填料如多壁碳納米管展示出較強的優勢。孫娜[1]等人研究發現未修飾的多壁碳納米管對環境水樣中的鉛、鎘、銅和鐵具有較好的吸附能力，該方法的回收率為95.3%～99.5%。

2 生物吸附法

近年來，生物材料來源豐富、廉價易得，已經被廣泛應用于環境中重金屬的吸附。原始的生物材料因其吸附容量較低，限制了其發展。目前一些功能化修飾的生物材料因可以提供更多的結合位點，大大提高了生物材料的吸附能力。蛋殼膜是一種非常容易得到的生物吸附材料，是位于石灰殼與蛋白之間的淺粉色雙層薄膜，為禽蛋產品的副產物。蛋殼膜是典型的親水性半透膜，常規條件下比較穩定，不溶于水、耐有機溶劑，具有很好的透氣性和吸附性質。王廈等人采用巰基乙酸銨成功改性了蛋殼膜，用于有效地去除工業廢水中的Cr5+、Hg2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+和Ag+等重金屬離子并且可以將五價鉻還原為三價鉻，實現了五價鉻的解毒[2]。另外，廣泛存在的真菌也為去除環境樣品中的重金屬離子提供了廣泛的可選擇的空間。這些真菌吸附劑成本非常低，充分利用其潛在應用價值可以變廢為寶。如釀酒廠釀造啤酒后廢棄的啤酒酵母菌可以吸附多種重金屬離子；醬油廠的醬油曲霉對Pb2+的吸附率達到了70%，對Cd2+的吸附率達到了75%；一些藻類對重金屬離子也具有非常好的吸附作用，馬尾藻類對Cd2+吸附率則達到了100%[3]。

3 協同萃取法

協同萃取法為采用兩種或兩種以上的萃取劑而組成的混合萃取劑來萃取金屬離子的方法，其比使用單一萃取劑具有更高的萃取率。1958年，Brown等人發現了協同效應，發現采用協萃體系可顯著提高萃取劑的可選擇性及金屬離子的萃取效率。從20世紀60年代以后，協同萃取便用于工業生產。主要的協同萃取體系包括：協萃體系分為螯合萃取劑-有酸體系、吡啶羧酸酯-有機酸類體系、有機磷酸類混合體系和胺類-有機酸類體系。有研究發現摩爾比為 1∶1 的 LIX860（水楊醛肟）和 LIX84（酮肟）的混合物，LIX984表現出優異的萃取性能，被認為是銅的特效萃取劑[4]。HRJ- 4277 （ 5-壬基水楊酸） /TIBPS 體系特別適合于鋅、鎘離子的分離。協同萃取技術具有選擇性好、流程簡單、回收率高和操作連續化等優點，將成為處理環境中重金屬離子的主要研究與發展方向。

4 化學沉淀法

向廢水中加入某些化學物質，使其與廢水中的重金屬離子直接發生化學反應，生成難溶于水的沉淀從而除去重金屬離子的方法為化學沉淀法。根據使用的沉淀劑的不同，化學沉淀法有氫氧化物沉淀法、碳酸鹽沉淀法、鋇鹽沉淀法、硫化物沉淀法、鹵化物沉淀法等。其中在環境中的重金屬離子除去方面，最常用的方法為氧化物沉淀法。氫氧化物沉淀法是基于重金屬離子在一定的pH條件下，生成難溶于水的氫氧化物沉淀。汞、鉛、銅、鋅、六價鉻、砷等有毒化合物的廢水，可以采用氫氧化物沉淀法。另外向廢水中加入石灰可與水中的氟化物形成氟化鈣沉淀可以去除水中的氟。向廢水中投加鋇鹽可以使工業廢水中的六價鉻生成鉻酸鹽沉淀，從而除去六價鉻。

5 結語

采礦、冶金、化工等行業是水體中主要的人為污染源。上述四種方法的使用可以有效的緩解重金屬離子對于環境的危害，其中的固相萃取法、生物吸附法和協同萃取法還可以選擇性地回收廢水中的某些金屬資源，可實現金屬資源的再循環利用。而化學沉淀法需要加入額外沉淀劑，有可能會產生二次污染的問題。因此在實際的應用中，可根據具體的要求，合理的選擇其中的方法來去除環境中的重金屬離子。

參考文獻

[1] 孫娜，遲曉峰，胡風祖，等.多壁碳納米管固相萃取快速檢測水樣中鉛鎘銅鐵[J].巖礦測試，2014（33）：545-550.

[2] Sha Wang，Minghong Wei，Yuming Huang.Biosorption of multifold toxic heavy metal ions from aqueous water onto food residue eggshell membrane functionalized with ammonium thioglycolate[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2013（61）：4988-4996.

[3] 崔振波.清除金屬離子工作中生物吸附法的研究進展[J].環境與生活，2014（81）：158-160.

[4] 邱胤軒，楊麗梅，黃松濤，等.協同萃取法分離和回收廢水中重金屬離子的研究現狀[J].稀有金屬，2015（39）：749-758.