不同載體的除砷吸附劑研究進展

李 培

（東北師范大學環境學院 吉林長春 130117）

引言

與有機砷相比，無機形式的砷更具有高毒性。無機砷以亞砷酸鹽（AsO33-）和砷酸鹽（AsO43-）兩種形式在水中常見，簡稱砷（III）和砷（V）。砷被認為是人類致癌物，可導致皮膚癌，肺癌，膀胱癌，肝癌和腎癌等疾病[1]。

1 金屬及其化合物

在開發金屬吸附劑的過程中，已經探索了各種過渡金屬基化合物作為除砷吸附劑，例如鐵，銅，鎂，鋁，鋯等，其中鐵基吸附材料為最多。Zongming Ren 等通過共沉淀法制備鐵鋯二元氧化物除砷，比表面積為339 m2/g，在pH=7 時，對As（V）和（III）最大吸附量為46.1 和120mg/g。Márcia C.S.Faria 等[3]制備δ-FeOOH納米顆粒去除As（V），比表面積為135 m2/g，pH=7 時吸附量為37.3mg/g。Dongjuan Kang[4]等通過共沉淀法合成Mg/Fe 層狀雙氫氧化物，發現在400℃和pH7 下煅燒的M2+/M3+比為5 的材料對砷的吸附容量50.24mg/g。現如今的除砷吸附劑多為不同載體負載金屬化合物，以達到實際含砷廢水的處理。

2 礦物

天然礦物產量大，資源豐富，廉價易得，因此越來越多的被人們研究應用，常見的礦物有沸石、凹凸棒石、硅藻土等，其中對沸石的研究更為廣泛。Chil-Sung Jeon 等通過柱實驗研究了砷在鐵包覆沸石（ICZ）上的吸附，ICZ 對砷的吸附容量為0.68mg/g；將2.0mg/L 砷連續通過填充有11.7g 材料的柱子，速率為30mL/h，流出物中砷濃度為0.01mg/L 的突破發生在300BV。Kun Wu 等研究了鐵-錳涂層硅藻土去除砷，原位再生后對砷的吸附能力提高，在三次循環后突破床體積從550 增加到760 個BV。

3 樹脂

樹脂是一種高分子聚合材料，常見的樹脂多為陰離子、陽離子和螯合樹脂，而由于砷酸根為陰離子，因此以陰離子交換樹脂為載體的居多。Tatineni Balaji 等采用鋯負載螯合樹脂與賴氨酸-二乙酸官能團吸附砷，吸附機理是砷酸鹽或亞砷酸鹽與鋯絡合物之間的一種附加絡合物，As（V）在pH=4 和As（Ⅲ）在pH=9 時吸附效果最好。Veronique Lenoble 等以KMnO4氧化能力為基礎，以樹脂為原料，合成了R-MnO2，As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的最大容量分別為0.7 和0.3mmol/g。Qiong Du 等將鐵氧化物和陰離子交換樹脂N-S 的吸附特性相結合，制備了雙功能樹脂負載的納米零價鐵復合材料，復合材料可在環境條件下高效地將毒性更強的As（III）氧化成毒性較低的As（V），而不需要貴金屬。

4 碳質類

碳質類材料常見的有活性炭，碳納米管，石墨烯等。活性炭具有大的表面積和不同的表面官能團，包括羧基，羰基，苯酚，醌，內酯，因此，它們被認為是用于去除重金屬離子和其他無機物質以及來自液相和氣相的許多有機化合物的良好吸附劑。粉末狀活性炭具有更大的吸附表面積并且制造成本低，但在分離中有局限性和困難，因此顆粒狀活性炭被廣泛研究并應用于實際。Weifang Chen 等以鐵浸漬活性炭，砷類物質通過與氫氧化鐵表面形成絡合物吸附在氫氧化鐵表面。MURUGAN，M 等以銀浸漬木材制得的活性炭（SIC）去除砷，柱試驗最大吸附容量為9.36 mg/g。但是活性炭的摻雜物是灰分，它是活性炭的無機部分，易造成二次污染。

石墨烯是所有石墨形式的碳的基本構件。它由sp2 雜化碳原子的單個原子層組成，排列成蜂窩狀結構。石墨烯作為一種堅固而柔韌的膜，為碳骨架的改性或功能化提供了無限可能。Kun Wu 等通過共沉淀將氧化石墨烯片與Fe3O4和CuO 組合制備磁性復合吸附劑，根據表征結果，氧化石墨烯的引入不僅保持了鐵-銅復合材料的有利性能，如優異的磁特性和豐富的羥基，同時也抑制了納米級氧化鐵銅顆粒的聚集，從而增強了顆粒對水中砷的去除能力。Tao Wen 等以氧化石墨烯（GO）表面被鋯（Zr）功能化來除砷，最大吸附容量分別為232.52 mg·g-1。二十分鐘后，通過2mg/mL 的復合材料獲得100%的砷去除效率。

5 其他載體

除上述常見的載體外，還存在其他一些已被研究的，例如核桃殼，玉米，甘蔗等生物質材料，這些材料廉價易得，屬于廢物的再利用。除此之外還有天然高分子材料，例如殼聚糖，纖維素，淀粉等也都越來越多的應用于除砷當中。

結語

吸附法除砷是眾多方法中最為簡便、經濟、不產生二次污染的方法，因此吸附材料在砷的水處理中有著廣闊的應用前景，研發出穩定、經濟、吸附性能好、可循環利用等優點的材料更是未來研究的重點與熱點，有望在未來能使更多地區的人免受砷得危害。