纳米吸附剂修复重金属的研究进展

摘要

在目前的情况下，以合理的价格获得纯净饮用水是发展中国家的一个主要问题;在不断增长的经济中，重金属排放在水流中产生了污染危害。由于这些重金属具有毒性和持久性，世界各地都面临着严重的问题。这些金属可被包括人体在内的动植物吸收和积累，可能会产生严重的健康问题，如细胞损伤、癌症、神经系统损伤，在急性情况下会导致死亡。因此，水是所有生物的基本需求，被这些有毒污染物污染，成为生存的威胁。为了满足所有人对纯水的要求，文献中报道了许多技术，如混凝、化学沉淀、吸附、离子交换、溶剂萃取、电沉积、膜操作等，其中应用最广泛的技术是吸附法，因为它是最有效和经济的技术。在过去的几十年里，人们对有效吸附剂的制备进行了许多研究，但随着纳米技术和材料科学的应用，一种新的吸附剂-纳米吸附剂最近在文献中被介绍。本文对几种纳米吸附剂用于废水中重金属去除的研究论文进行了分析和讨论。

关键字

采购产品有毒金属，吸附，纳米吸附剂，废水。

简介

有毒重金属如砷、镉、铬、钴、铅、汞、镍、硒、铊、锌等不易降解，但会在生物体内累积，称为不可生物降解污染物[1]，它们在环境中的模糊存在和致癌行为，为修复技术的发展提出了值得关注的问题。文献中报道了许多物理、化学和生物方法，如化学混凝、沉淀、离子交换、电化学去除、溶剂萃取、生物修复、光催化降解、膜过滤、漂浮和吸附[2］．然而，据报道，吸附法是使用最广泛的方法，因为其有效的工作方式的可能性和经济的考虑[3.］．吸附过程是表面现象，取决于吸附剂的表面形貌和面积、吸附剂材料的粒径、吸附剂上的官能团等多种因素[4因此，选择合适的吸附剂是有效去除污染物的主要特征。纳米级颗粒具有一些特性，如表面积大、颗粒数量多、表面相互作用好等，使其适合于吸附去除，成为高效的纳米吸附剂[5］．高效的纳米吸附剂必须充分满足某些特性，如无毒、高吸附能力、选择性、可回收性、可逆性等。6，7］．用于废水处理的各种纳米吸附剂可根据其形状、结构和化学性质进行分类;这里对所有这些进行了简短的回顾。在过去的二十年中，每个班所做的一些工作的简要描述在这个手稿中进行了讨论。

纳米吸附剂的类型

纳米技术是对纳米的研究，任何纳米级的材料、化合物、分子等都在其中进行研究。更准确地说，纳米材料是那些具有至少一个维度小于100纳米的结构成分[8]它们以纳米线、纳米管、薄膜、粒子、量子点和胶体等多种形式被开发出来[9］．多种高效、环保、高性价比的纳米材料已被报道用于工业废水、地表水、地下水和饮用水的污染物修复[10-12从广义上讲，根据它们的作用，它们可以分为三种主要类型:纳米吸附剂、纳米催化剂和纳米膜。目前研究了多种有效的纳米吸附剂，旨在研究各种重金属污染物的修复。

金属Nanosorbents

许多研究小组提到纳米金属和金属氧化物是高效和强大的纳米材料，并强调了这些材料的独特性质，如大表面积、高吸附能力和表面官能团，它们可以与重金属离子相互作用[13-16］．最广泛报道的纳米金属氧化物包括铁氧化物、锰氧化物、氧化铝、铜氧化物、镍氧化物、氧化锌和钛氧化物[17-23］．研究发现，这些纳米吸附剂的效率受到合成方法和所获得的尺寸、形状和晶体结构的高度影响，这些结构可以通过控制反应的温度和pH以及所使用的起始材料很容易调节[24］．在金属纳米颗粒中，纳米零价铁负载在各种介孔材料上已被许多研究者报道[25］．为了提高纳米吸附剂的吸附能力，不同的研究人员也进行了表面改性[26，27］．结果表明，改性后的去除率有所提高。

碳质Nanosorbents

饭岛Sumio饭岛发现纳米碳[28]，称为碳纳米管(CNT)。碳纳米管在结构上可分为两种:单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT) [29］．近年来，碳纳米管和改性碳纳米管被报道用于去除污水中的重金属离子[30.，31］．许多研究人员研究了功能化碳纳米管的吸附能力，发现其在去除铅、铬、汞和许多其他重金属离子方面的效果优于普通碳纳米管[32-34］．从农业废料和改性活性炭中提取的活性炭也被报道为去除铬的有效纳米活性剂[35，36］．

聚合物Nanosorbents

纳米颗粒一旦形成，它们之间很容易团聚或坍塌，为了克服纳米颗粒在高压条件下的团聚问题，许多研究者引入了聚合物材料作为支撑或涂层基底来稳定纳米颗粒[37，38］．二氧化硅的聚合骨架[39]，氧化铝[40，41]、聚苯胺[42]、飞灰[43]，壳聚糖[44]等，已被研究人员用于去除铜和铅。聚合物支架使分离和过滤过程更有效，节省时间。

Bio-Nanosorbents

生物吸附剂来源于天然存在的生物质，如植物基农业废弃物、藻类、真菌或微生物，它们的生物吸附性能已被几个小组研究，以较低的成本吸收重金属。为此，锯屑[45]、玉米穗轴和玉米壳[46]，西米废料[47]、甜菜浆[48]、甘蔗渣[49]、麦麸[50和更多的agrowastes已经在文献中被报道。在微生物层面藻类[51]，真菌[52]和细菌[53已经被利用了。这种吸附剂的利用可能会为我们国家打开巨大的可能性，因为我们有很多植物物种未被使用或被遗弃。

含硅的Nanosorbents

由于二氧化硅在地壳中大量存在，提供了一种廉价的有效吸附材料。介孔二氧化硅被一组研究人员用于去除铅、铜和镉[54］．由于二氧化硅是表面活性材料，它的改性表面也可以更有效地利用。二氧化硅表面功能化成功地用于生物去除重金属离子中更有效的解毒[55，56］．纳米二氧化硅的无毒特性和生物相容性使其在经济方面成为各种应用的合适吸附剂。

混合Nanosorbents

杂化纳米吸附剂由上述任何一种纳米材料组合而成。聚合物基通常用于支持无机和有机纳米化合物，为此目的。加载(57，封装[58]，浸渍[59]，聚合反应[60]、溶剂铸造[61]等技术在文献中被报道用于制备纳米杂化体。与单个吸附剂相比，这种纳米吸附剂去除重金属的效果有所提高。因此，可以为今后的研究工作找到一些组合。

总结

如上所述，利用吸附技术，各种类型的纳米材料已被有效地用于去除水中有毒重金属离子。由于其简单的合成方法，在实验室规模上使用这些材料是首选，它们也提供了经济效益。然而，为了扩大这些方法的大规模使用，研究人员必须考虑更多的问题。对于未来的前景和可持续发展而言，环保做法可能更有成效。因此，纳米吸附剂可以为重金属修复提供一种有效的解决方案。

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