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通常以為比重大于5g×mL-1的元素能夠稱為重金屬，重金屬是自然界自然組成局部。人類活動中的礦山廢水、冶煉廠排出液、電鍍液、鑄造排出液以及其它金屬加工過程也不可防止會含有重金屬離子，這些重金屬離子包括銅離子(Cu2+)、鋅離子(Zn2+)、鉻離子(Cr2+)、鎳離子(Ni2+)、鎘離子(Cd2+)等，現(xiàn)代工業(yè)的疾速開展大大增加了這些重金屬的排放量。

　　重金屬可在有機體里富集，且較難降解，容易引發(fā)疾病，對人類安康帶來危害，以至可能危及整個生態(tài)系統(tǒng)。此外，重金屬很難完整脫除，對環(huán)境會形成污染。因而，脫除廢水中的重金屬離子具有生態(tài)維護、環(huán)境維護雙重意義。

　　常規(guī)脫除重金屬離子的辦法有化學(xué)沉淀、電化學(xué)、吸附、離子交換、膜分離等，除此之外，還有一些近些年新提出的辦法用于重金屬離子脫除，例如，水合物法脫除廢水中的重金屬離子。

　　本文分別引見了常規(guī)脫除重金屬離子辦法以及新型脫除重金屬離子辦法近些年研討發(fā)展，同時對將來廢水中重金屬離子脫除研討實行評述。

　　1、常規(guī)脫除重金屬離子的辦法

　　1.1 化學(xué)沉淀法

　　化學(xué)沉淀法是經(jīng)過加與化學(xué)質(zhì)實行化學(xué)絮凝，然后將沉淀實行別離，從而完成重金屬離子脫除的辦法?；瘜W(xué)沉淀主要是構(gòu)成難溶物質(zhì)，如氫氧化物、碳酸鹽沉淀、硫化物沉淀、鐵酸鹽沉淀等。以構(gòu)成鐵酸鹽沉淀脫除重金屬為例，此種也稱“鐵氧體法”，通常狀況下此種辦法用于工業(yè)廢水處理中重金屬離子實驗溫度在65℃以上。出于節(jié)能思索，需將處置溫度降至常溫或室溫。添加晶種、降低二價鐵離子氧化速率，延長老化時間與提升pH值等均用于嘗試室溫鐵氧體法。例如Klas等經(jīng)過研討了室溫下經(jīng)過鐵氧體法脫除Zn2+、Co2+、Ni2+等重金屬離子。除了脫除單一重金屬離子，在多種重金屬離子存在下，化學(xué)沉淀法也能夠實行一定的嘗試，如Fang等經(jīng)過參加硫化鋅分步將汞離子、銅離子、鉛離子、鎘離子等構(gòu)成相應(yīng)的硫化物實行沉淀脫除重金屬離子。化學(xué)沉淀法關(guān)于重金屬離子濃度較高的狀況具有很好的處置效果，但是重金屬離子濃度很低的狀況下，處置效果不佳。

　　1.2 電化學(xué)法

　　電化學(xué)辦法是應(yīng)用電極使金屬離子遷移，發(fā)作氧化復(fù)原反響析出到達脫除重金屬離子的目的。由于整個過程需求應(yīng)用電能，關(guān)于重金屬離子含量較少而言，將其脫除需求要能耗相對較大，因而，電化學(xué)辦法對重金屬離子濃度較高的廢水較為適用。針對電化學(xué)辦法，研討較多的為土壤的修復(fù)過程。但電化學(xué)修復(fù)土壤的辦法可嘗試用于廢水中的處置，如Fu等用電化學(xué)辦法脫除重金屬鎘，他們發(fā)現(xiàn)，相關(guān)于去離子水，參加檸檬酸對鎘金屬與鎘離子有更高的脫除效率，可嘗試在廢水中參加檸檬酸，然后用電化學(xué)辦法對重金屬離子脫除效率實行研討，看能否會提升鎘離子或其它重金屬離子的脫除效率。此外，電化學(xué)辦法處置重金屬離子或回收重金屬通常都會采用平板電極，通常平板電極不可防止存在濃差極化現(xiàn)象，因而，能夠引入旋流電堆積技術(shù)減少或處理電化學(xué)法處置廢水中重金屬離子中呈現(xiàn)的濃差極化現(xiàn)象。圖1展現(xiàn)了平板電堆積與旋流電堆積過程表示圖。

　　由圖1所示，關(guān)于傳統(tǒng)的電堆積過程，陽極和陰極放置在靜滯的(或遲緩活動的)電解質(zhì)溶液中，如圖3(a)所示。在電場作用下陰離子向陽極遷移，而陽離子向陰離子陰極遷移。最終陽離子在陰極沉淀下來，從而到達脫除重金屬離子的目的。旋流電堆積技術(shù)由于電解質(zhì)溶液不斷處于旋轉(zhuǎn)活動狀態(tài)(如圖3(b))，由于濃差極化過程削弱，因而，得到的重金屬質(zhì)量相對較高，同時也處理了廢水中重金屬污染的問題。旋流電堆積技術(shù)已應(yīng)用于廢渣中金屬的回收等，旋流電堆積技術(shù)更細(xì)致的引見可參見Liu等發(fā)表的文章。電化學(xué)辦法能很好的處置重金屬離子，但是需求耗費大量電能，在重金屬離子濃度較低時，不適合運用電化學(xué)辦法。

　　1.3 吸附法

　　吸附的辦法通常以為經(jīng)過吸附劑的吸附作用、靜電作用等，將重金屬離子吸附以到達廢水中脫除重金屬離子中的目的。關(guān)于吸附法除去重金屬離子的研討近些年也是比擬注重，基于效率，經(jīng)濟，設(shè)計與操作靈敏性等要素，吸附辦法脫除重金屬被以為是在常規(guī)辦法里應(yīng)用最普遍的技術(shù)。吸附資料如活性炭，碳鈉米管與石墨烯，殼聚糖，沸石，生物吸附劑等均可用于脫除重金屬的研討。在活性炭的研討中，目前傾向于生物炭的研討。例如Xu等比照了生物炭與活性炭吸附重金屬汞的特性，發(fā)現(xiàn)生物炭在汞的吸附上較活性炭好。新型資料用于重金屬離子的脫除也是研討熱點，金屬有機骨架資料(MOFs)就是其中之一。金屬有機骨架資料外表積、孔隙率和通常多孔資料相比有很大的提升，而且其品種多樣，是研討較廣、應(yīng)用前景寬廣的多孔資料之一。Kobielska等在綜述文章中引見了MOFs資料脫除重金屬離子的停頓，表1選取了局部對重金屬離子脫除效果較好的MOFs資料，其相應(yīng)參數(shù)與研討結(jié)果也列于表1。

　　分離表1，資料吸附處置重金屬離子不只與實驗溫度、pH、時間等有關(guān)，還可能與被吸附的重金屬離子組成物質(zhì)的陰離子有關(guān)。關(guān)于其它MOF資料用于重金屬離子脫除可參見Kobielsk等發(fā)的文章。此外，新型MOFs資料也值得關(guān)注，如Shen等制備出新型有序MOFs資料，此類資料及相應(yīng)的改性資料也能夠嘗試用于廢水中重金屬離子脫除研討。固然吸附法脫除重金屬離子是目前研討最普遍的辦法，同時具有吸附量較大的優(yōu)勢，但其選擇性以及吸附后期吸附效率有待增強。資料吸附廢水中重金屬離子的打破點是需求尋覓到適宜的吸附資料，也可依據(jù)一定請求將資料功用化，提升吸附資料的后期吸附效率以及吸附選擇性。

　　1.4 離子交換法

　　離子交換是經(jīng)過參加離子交換物質(zhì)，應(yīng)用重金屬離子與參加物質(zhì)的離子實行交流到達脫除重金屬的目的。離子交換法在脫除廢水中的鉻、銅、鎳、鉛、錳、汞等均有應(yīng)用。Xiao等經(jīng)過離子交換法除去重金屬鎘離子。在美國環(huán)境維護局關(guān)于Cr6+的排放規(guī)范為0.05mg×L-1。經(jīng)過離子交換處置Cr6+大多運用帶一定官能團的樹脂，主要的官能團為含季銨鹽構(gòu)造的官能團。除了交流樹脂之外，離子交換膜也常被應(yīng)用于重金屬離子脫除，如謝昀映等應(yīng)用離子交換膜從不銹鋼酸洗廢水中去除鎳鉻。離子交換膜脫除重金屬離子是離子交換研討的重要方向之一。

　　1.5 膜分離法

　　膜分離技術(shù)是應(yīng)用膜的選擇性將重金屬離子脫除的技術(shù)。應(yīng)用膜辦法脫除重金屬離子也是近些年應(yīng)用較多的辦法之一，例如一些聚合物膜，Zhang等研討了聚酰胺-胺樹枝大分子中空纖維膜脫除Cu2+，Pb2+，和Cd2+。關(guān)于功用聚合膜脫除重金屬的研討可參考Hayashita的文章。目前，最常用的脫除重金屬離子的膜為反浸透膜與納米過濾膜，因反浸透過程需求一定的壓力，增加了相應(yīng)的能耗。此外，膜污染也是一個需求處理的問題。納米過濾膜惹起了普遍的興味。Thong等研討了新型的納米過濾膜，同時也總結(jié)了局部關(guān)于納米過濾膜脫除重金屬離子的研討。納米過濾膜也成為脫除重金屬研討的熱點方向之一。

　　2、非常用脫除重金屬離子的辦法

　　2.1 水合物法

　　如應(yīng)用水合物法脫除廢水中的重金屬離子就是近幾年提出的新辦法。水合物是客體分子與主體水分子在低溫高壓下構(gòu)成的固體籠型物質(zhì)?？腕w分子包括甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體分子，也包括四氫呋喃、環(huán)戊烷等液體分子。水合物近些年特別是2017年倍受關(guān)注的緣由在于自然氣水合物(俗稱可燃冰)能夠作為一種型潛在的新能源。自然氣水合物(可燃冰)存在于永世凍土帶或海底，其儲量是一切常規(guī)化石能源總量的兩倍。2017年，中國在南海實行了連續(xù)試開采實驗，累計產(chǎn)氣超越30萬立方米，發(fā)明了產(chǎn)氣時長和總量的世界紀(jì)錄。2017年11月自然氣水合物被國務(wù)院正式批準(zhǔn)為我國第173個礦種。關(guān)于自然氣水合物用為能源的研討主要集中水合物在堆積層物中的生成與合成、水合物在堆積層中的相關(guān)物理特性、水合物開采等。

　　水合物除可作為能源以外，以其特性衍生出的相關(guān)技術(shù)近些年也備受關(guān)注。如水合物法別離氣體混合物，水合物法海水淡化，水合物法蓄冷，水合物法儲氣等。水合物法脫除重金屬離子也是近些年提出的水合物的相關(guān)衍生技術(shù)。其原理是應(yīng)用水合物的構(gòu)成或合成過程將重金屬離子富集于液相，而到達脫除重金屬離子的目的，如圖2所示。

　　圖2最左邊為含重金屬離子的溶液在水合反響釜中，經(jīng)過調(diào)控溫度與壓力反響釜中構(gòu)成水合物，如圖2中圖所示，由于水合物構(gòu)成過程中對重金屬離子的排擠作用，將重金屬離子富集于未構(gòu)成水合物的液相。水合物構(gòu)成后對鹽離子的排擠作用通常稱作“排鹽效應(yīng)”。翻開閥4將富集重金屬離子的溶液排出，將水合物留于反響釜中，如圖2右圖所示。經(jīng)過升溫或降壓將水合物合成，翻開閥5將脫除重金屬的水排出。經(jīng)過水合物的構(gòu)成與合成過程完成了廢水中重金屬離子的脫除。

　　經(jīng)過水合物脫除廢水中的重金屬離子具有本身的優(yōu)勢，只需溫度、壓力、水合物構(gòu)成體系選擇適宜，水合過程的流體能夠循環(huán)運用。

　　2.2 冷凍法

　　冷凍法有不同的辦法，其中一種辦法的過程與水合物法脫除重金屬離子的原理相似。冷凍法應(yīng)用水結(jié)冰過程中的“排鹽效應(yīng)”將含重金屬離子的溶液富集于液相，排出富集溶液后將構(gòu)成的冰消融得到相對較純潔的水，完成重金屬離子脫除的目的。另一種就是經(jīng)過降溫將局部重金屬離子溶液與水構(gòu)成共晶同時析出。張巖等就經(jīng)過此種辦法研討了黃河水體中重金屬元素的去除。

　　冷凍法與水合物法相似，均需求外界提供相應(yīng)的冷能。若在較為冰冷的中央應(yīng)用可節(jié)約冷能的供應(yīng)。此外，在有液化自然氣的場所，液化自然氣的再氣化，也能夠為冷凍法提供大量的冷能。同時也為液化自然氣找到適宜的應(yīng)用方向，防止了液化自然氣再氣化過程中冷能的糜費。

　　3、總結(jié)

　　重金屬離子脫除在環(huán)境維護、生態(tài)維護方面都具有重要的意義。因而，需求更進一步實行研討處理此問題，針對現(xiàn)有的辦法提出以下幾點倡議。

　　(1)因吸附法為應(yīng)用最為普遍的脫除重金屬離子的辦法，新型低價的、高選擇性的、后期吸附效率高的資料可作為后續(xù)重點研討方向。

　　(2)針對單一的辦法脫除重金屬離子均不可防止有其缺陷，倡議兩種或兩種以上辦法實行分離或耦合運用提升重金屬離子脫除效率，如經(jīng)過結(jié)冰與水合過程相耦合，一方面可整個過程的溫度條件，節(jié)約冷量，另一方面，可減少水合劑用量，節(jié)約試劑用量。

　　(3)有些脫除重金屬離子過程會產(chǎn)生其它污染，因而，在重金屬離子脫除過程中盡量減少污染也需求實行相應(yīng)的研討。

　　(4)脫除重金屬離子過程大多只是脫除，未思索重金屬離子富集后如何處置，倡議后續(xù)研討將重金屬富集后實行系統(tǒng)研討，從基本上處理重金屬離子污染問題