近年來(lái)，我國(guó)砷污染事件頻發(fā)，對(duì)地下水以及河流造成了嚴(yán)重污染。雖然沉淀法除砷技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，但是沉淀物含有As、Fe等元素，易發(fā)生二次污染;膜處理法處理效果好，但存在著投資運(yùn)行成本高、膜易被污染等缺點(diǎn)。相比上述方法，吸附法具備操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)勢(shì)，且吸附材料來(lái)源廣泛、可重復(fù)使用，很多學(xué)者正在開(kāi)展吸附法治理水體As污染研究。
天然材料吸附
1殼聚糖
殼聚糖作為一種天然多糖類(lèi)物質(zhì)，因其具備陽(yáng)離子交換性以及含有氨基可去除As(V)，其機(jī)制為R-NH3++H2AsO4-<=>R-NH3˙H2AsO4。此外，殼聚糖負(fù)載硅酸鹽后可在pH=3條件下選擇性地吸附As(V)，在此條件下，殼聚糖中的氨基處于質(zhì)子化狀態(tài)，As(V)主要以H2AsO4-的形式存在，有利于離子交換作用的發(fā)生。
2沸石
沸石是由硅氧四面體[SiO4]和鋁氧四面體[AlO4]通過(guò)共享氧原子連接而成的硅鋁酸鹽晶體。研究表明合成的H-MFI-24和H-MFI-90兩種沸石對(duì)As(V)最大理論單層飽和吸附容量分別為35.8mg/g和34.8mg/g。此外，用P、La、Ce、Fe分別對(duì)斜發(fā)沸石、天然沸石(其組分為[Na2O]：[0.4K2O]:[0.6CaO]:[2.9Al2O3]:[18.3SiO2]:[3.2H2O])、P沸石和天然沸石凝灰?guī)r進(jìn)行改性，均能提高對(duì)As(III)的去除能力，其中變化最明顯的是P改性的斜發(fā)沸石，它對(duì)As(III)的吸附容量較改性前提高6倍。
3天然礦物
赤鐵礦和菱鐵礦可作為吸附劑來(lái)去除飲用水中的As，研究表明，菱鐵礦的吸附效果優(yōu)于赤鐵礦，主要原因是菱鐵礦顆粒表面形成的Fe(III)氧化物起到了良好的吸附作用。此外，用Fe(II)納米管對(duì)硅鋁酸鹽進(jìn)行改性，使其表面負(fù)載有鐵氫氧化物，可將其吸附量從0.5mg/g增加至20mg/g以上。紅外光譜的結(jié)果表明，吸附了As(V)的改性礦物表面出現(xiàn)大量As—-O振動(dòng)峰，從而證明了改性礦物的吸附性能的改善。2.4活性炭
活性炭不僅具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，還含有大量羧基、羥基、酚羥基、醌型羰基等官能團(tuán)。近年來(lái)，人們用Fe、Cu、Zr改性的活性炭來(lái)吸附As(III)和As(V)，其中Fe(III)改性的活性炭吸附效果最好。研究表明活性炭中Fe(III)含量從9.4%增到16.9%，其Langmuir飽和吸附量為51.3mgAs(V)/g和38.8mgAs(III)/g。但是天然吸附材料也存在顆粒強(qiáng)度小，易破碎，吸附效果不佳等缺陷，在一定程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。
生物質(zhì)/體吸附
有些生物由于本身或馴化而對(duì)砷有一定的耐受性，可通過(guò)離子交換、表面絡(luò)合、氧化還原和無(wú)機(jī)微沉淀等原理將As(III)和As(V)從水中去除。除利用傳統(tǒng)的活性污泥除As(III)和As(V)之外，也可以利用霉菌、植物提取物、纖維素和一些農(nóng)林廢棄物吸附去除As(III)和As(V)。研究表明氧化鐵涂層的黑曲霉菌對(duì)砷的吸附容量分別為880μgAs(III)/g和1080μgAs(V)/g。此外，將厭氧微生物負(fù)載到活性氧化鋁上可去除37%的總砷，主要以As(III)的形態(tài)被厭氧微生物吸附。老化的生物過(guò)濾器也可以去除地下水中的砷，其過(guò)程為As(III)先氧化為As(V)，而后被吸附。然而，微生物代謝產(chǎn)物可能會(huì)影響水質(zhì)，且吸附時(shí)間較長(zhǎng)，不適用于突發(fā)性污染的應(yīng)急治理。
樹(shù)脂吸附
1陽(yáng)離子交換樹(shù)脂
Amberlite200CT樹(shù)脂負(fù)載Ce(III)后可有效吸附As(III)，最大吸附量達(dá)到0.4592mol/kg，而負(fù)載Fe(III)的200CT樹(shù)脂可有效吸附As(V)，吸附量達(dá)到1.450mol/kg。此外，采用浸漬法將鈰負(fù)載到陽(yáng)離子樹(shù)脂上，其對(duì)As(III)和As(V)的吸附速率常數(shù)分別為0.3159g/mg˙min-1和0.5215g/mg˙min-1，用0.5mol/L的氫氧化鈉溶液可以進(jìn)行有效脫附，脫附后的吸附量仍可達(dá)到原來(lái)的97.8%[As(V)]和69.61%[As(III)]。
2陰離子交換樹(shù)脂
負(fù)載了N-甲基-D-葡糖胺基的納米復(fù)合離子交換樹(shù)脂，可在磷酸鹽和硫酸鹽的存在下，選擇吸附As(III)，吸附容量達(dá)到55mg/g。填充聚丙烯酰胺樹(shù)脂的吸附柱可快速去除水中的As(V)，其高吸附選擇性得益于樹(shù)脂氨基與As(V)發(fā)生作用。此外，將非晶態(tài)氫氧化鐵納米顆粒負(fù)載至強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂表面也可以吸附砷，且Fe(III)原位沉淀法制備的樹(shù)脂對(duì)As(V)的吸附效果要優(yōu)于KMnO4/Fe(II)處理法改性的樹(shù)脂。研究還發(fā)現(xiàn)負(fù)載MnO2的聚苯乙烯型陰離子樹(shù)脂對(duì)As(III)和As(V)有較高的動(dòng)態(tài)穿透吸附容量，分別為53mg/g和22mg/g。
3螯合樹(shù)脂
將吡啶基接枝到XAD系列商品樹(shù)脂，負(fù)載Cu(II)后，該樹(shù)脂對(duì)對(duì)As(V)具有極好的吸附選擇性，并且吸附后可在pH=10條件下，用8%的NaCl溶液再生。此外，載Zr的賴(lài)氨酸螯合樹(shù)脂(Zr-LDA)對(duì)As(V)和As(III)的最大吸附容量分別為0.656mmol/g和1.1843mmol/g，其吸附機(jī)理是As(V)或As(III)與LDA表面的Zr產(chǎn)生了絡(luò)合作用。樹(shù)脂可以用1mol/L的NaOH進(jìn)行再生。然而傳統(tǒng)的顆粒狀樹(shù)脂材料由于粒徑小、溶脹率高，在工程應(yīng)用中存在著流失的問(wèn)題;另一方面，如果用于治理天然河道、湖泊中的突發(fā)As(III)或As(V)污染事件，存在著回收困難的不足。
金屬氧化物吸附
活性氧化鋁由于比表面積大、多孔結(jié)構(gòu)，可吸附水中As(III)和As(V)，其機(jī)理主要是表面吸附和內(nèi)擴(kuò)散。用離子模板劑法合成介孔氧化鋁，最大吸附量[121mgAs(V)/g，47mgAs(III)/g]是普通活性氧化鋁(比表面積約為200m2/g)的7倍多。而采用水熱法制備無(wú)定形氧化鋯納米顆粒，具有高比表面積、中孔結(jié)構(gòu)以及大量的羥基，可在中性條件下吸附砷[As(III)為83mg/g，As(V)約為32.4mg/g]，且在低平衡濃度0.01mg/L時(shí)，吸附量達(dá)到0.92mg/g[As(III)]，5.2mg/g[As(V)]，其吸附機(jī)理為內(nèi)層絡(luò)合。研究還發(fā)現(xiàn)CuO納米顆粒，吸附As(III)和As(V)在幾分鐘內(nèi)即可達(dá)到平衡，最大吸附容量分別為26.9mg/g和22.6mg/g。其機(jī)理為As(III)首先被氧化，而后以As(V)的形態(tài)被吸附。然而金屬氧化物吸附后難以回收，且可能在吸附過(guò)程中釋放金屬離子，造成重金屬污染。
新型纖維吸附材料
1活性炭纖維
將納米級(jí)磁鐵礦摻雜到活性炭纖維中，可顯著提升其對(duì)砷的吸附量，甚至當(dāng)As(V)的濃度低于10μg/g時(shí)，仍然表現(xiàn)出較高的吸附性能。而且改性后的活性炭能在一個(gè)較寬的pH值范圍內(nèi)有效將As(V)濃度降低至EPA標(biāo)準(zhǔn)以下，同時(shí)不生成有毒的As(III)。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明表面反應(yīng)是吸附As(V)的速率決定步驟。除此之外，其對(duì)有機(jī)污染物仍然保持良好的吸附效果。
2天然纖維素
用N,N-二甲基氨乙基丙烯酸酯對(duì)天然纖維素進(jìn)行改性，制備的陰離子吸附纖維可有效去除水體中的As(III)和As(V)。即使在很低的初始濃度下，吸附過(guò)程在1min內(nèi)即可達(dá)到平衡，吸附量順序是As(V)>As(III)。
3離子交換纖維
用納米水合氧化鐵對(duì)纖維狀聚合離子交換劑進(jìn)行改性，可以提高對(duì)As(III)和As(V)吸附選擇性，柱吸附實(shí)驗(yàn)表明，改性后填料柱可將10000個(gè)床體積(5t)的原水中含As(V)的量從60μg/g降至10μg/g。此外，通過(guò)電子輻射制備含有伯氨基團(tuán)的弱堿性陰離子交換纖維，填柱后可以在4.4h內(nèi)將11.2L被1.0mg/LAs(V)污染的水中As(V)濃度降至0.01mg/L。研究還發(fā)現(xiàn)，用聚乙烯腈纖維和高氮胺解試劑進(jìn)行反應(yīng)得到胺化聚丙烯腈纖維，其對(duì)As(V)1h的最高吸附量可達(dá)256.1mg/g，其機(jī)理為纖維表面氨基與As(V)之間的靜電作用。進(jìn)一步研究表明，如將Zr(VI)負(fù)載于配體交換基纖維狀吸附劑上，連續(xù)流的柱吸附實(shí)驗(yàn)表明，即使在競(jìng)爭(zhēng)離子的存在下，痕量級(jí)的As(V)(0.015mmol/L)仍然有著很高的去除率(流率為750BV/h)，且經(jīng)過(guò)再生后可循環(huán)使用。
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