重金屬吸附農(nóng)廢材料

1、可在網(wǎng)上直接獲取危險材料雜志157 (2008) 220229復(fù)審 重金屬吸附農(nóng)廢材料：審查 作者: Ayhan Demirbas 戒學(xué)，特拉布宗，土耳其2007年8月收到； 2008年1月7日收到修改； 2008年1月8日接受2008年1月17日網(wǎng)上可用摘要 吸附已被證明是一個很好的處理工業(yè)廢水的方法，提供著顯著的優(yōu)勢，如低成本，可用性，盈利能力，易于操作和高效性。重金屬的生物吸附水溶液中是一個相對較新的進程，已證明非常有希望在去除水污染物排放。吸附是一個潛在的替代現(xiàn)有技術(shù)去除和/或恢復(fù)的有毒金屬的廢水。主要優(yōu)點是它有效地降低吸附技術(shù)濃度的重金屬離子非常低的水平和使用廉價的生物吸附劑材料。金

2、屬上的吸附和生物農(nóng)業(yè)廢物是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，受多種因素影響。機制參與吸附過程包括吸附絡(luò)合吸附絡(luò)合，表面和毛孔，微量沉淀，離子交換，重金屬氫氧化物凝結(jié)到生物面，和表面吸附。© 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.關(guān)鍵詞：重金屬離子；農(nóng)業(yè)廢棄物；吸附；生物吸附目錄1.簡介.2202.農(nóng)業(yè)廢棄物的化學(xué)性質(zhì)2213.吸附模型 2224.金屬的化學(xué)吸附研究和生物吸附研究。 2234.1金屬生物吸附的機理 2245 結(jié)論 225 參考文獻 2251.簡介如今重金屬是最重要的污染物的來源和處理過的水，并成為一個嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題。工業(yè)和城市廢水經(jīng)常含有金

3、屬離子的。工業(yè)廢水的主要來源，各類金屬污染的天然水14。吸附的應(yīng)用在環(huán)境治理已成為一個重要的研究領(lǐng)域，在過去的10年。重金屬離子的報告為優(yōu)先污染物，由于其流動性在自然生態(tài)系統(tǒng)，由于其毒性 5 , 6。重金屬離子是穩(wěn)定和持久性環(huán)境污染物，因為它們不能被降解，摧毀了。這些金屬離子可以有害水生生物和水污染的有毒金屬離子仍然是一個嚴(yán)重的公共健康問題對人類健康。重金屬去除水溶液中歷來進行化學(xué)沉淀 7。許多方法存在去除有害的金屬離子水溶液?；钚蕴渴亲畛Ｓ玫奈絼?，它是相對昂貴。為獲得廉價吸附劑，木質(zhì)纖維材料進行了研究 8。在場的銅，鋅，鎘，鉛，汞，鐵，鎳和其他金屬，具有潛在的破壞性影響人類生理學(xué)和其他生物

4、系統(tǒng)當(dāng)公差水平超過。有許多方法處理工業(yè)廢水已在文獻 9。在這些方法中，沉淀，離子交換與吸附。對于低濃度廢水中的金屬離子，吸附過程是建議取消。吸附過程意味著存在一個“吸附”固體結(jié)合分子的物理吸引力部隊，離子交換，和化學(xué)結(jié)合。這是最好的吸附劑是提供大量廉價的，容易再生， 10。重金屬的生物吸附水溶液中是一個相對較新的進程，已證明非常有希望在去除水污染物排放。吸附劑材料來自低成本的農(nóng)業(yè)廢料可用于有效去除和回收廢水中的重金屬離子流11,5,1219。吸附能力的木質(zhì)纖維金屬離子一般稱為吸附。主要優(yōu)點是它有效吸附重金屬離子的濃度降低到非常低的水平和使用廉價的生物吸附劑材料。主要優(yōu)點，吸附的傳統(tǒng)治療方法包括

5、：低成本；效率高；最小的化學(xué)和/或生物污泥生物吸附劑；再生；沒有額外的營養(yǎng)需求；可能性，金屬回收率 20。生物吸附技術(shù)的成本優(yōu)勢將保證強力滲透市場的大量重金屬污染行業(yè)。一般來說，原木質(zhì)纖維素吸附劑改性的各種方法，提高其吸附能力，因為金屬離子結(jié)合的木質(zhì)纖維素生物吸附劑被認為發(fā)生通過化學(xué)官能團如羧基，氨基，或酚類物質(zhì)。最近，很大的努力已導(dǎo)致發(fā)展新的吸附劑和吸附劑的改進現(xiàn)有的。許多調(diào)查研究的可行性，使用低成本的農(nóng)2129廢舊物資許多傳統(tǒng)技術(shù)，如化學(xué)沉淀，過濾膜，電解，離子交換，吸附和共沉淀/吸附用于去除重金屬廢水處理，但它們適用于高濃度的金屬3041。在低濃度時，這些技術(shù)在某些情況下失敗。他們也不符

6、合成本效益。出于這個原因，低成本吸附劑已被評價為去除重金屬水溶液中 42。改性木質(zhì)素從木質(zhì)纖維素材料是用于去除三價鉻和六價鉻，鉛，鋅水溶液1,4348。木質(zhì)素是眾所周知的吸附重金屬離子 49。農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品通常是由木質(zhì)素和纖維素為主要成分，也可能包括其他極性官能團的木質(zhì)素，其中包括醇，醛，酮，羧酸，酚和醚。這些團體的能力，一定程度上結(jié)合重金屬的捐贈電子對這些群體形成絡(luò)合物的金屬離子在溶液中 16。堿木素產(chǎn)生的堿法制漿軟木因此含有低含量的位置對親電反應(yīng)。天然木質(zhì)素的立場芳環(huán)對位和鄰位的羥基通常是被占領(lǐng)的烷氧基或烷基取代 50木質(zhì)素的芳香，三維聚合物結(jié)構(gòu)具有明顯的無限分子量 51 。纖維素是位于主要在

7、中學(xué)細胞壁 52。木質(zhì)素是木聚糖共價連接的情況galactoglucomannans硬木和軟木。雖然機械裂解為相對低分子量，木質(zhì)素是不溶于水。木質(zhì)素具有較強的耐化學(xué)反應(yīng)，高表面積（180 m2/克） 53。分子量聚合物木質(zhì)素的變化從2000至15000克/摩爾 54。這些性能的木質(zhì)素表明，它有可能被用來作為一個可能的吸附材料去除重金屬廢水。重金屬離子去除使用低成本大量吸附劑：農(nóng)業(yè)廢料如茶和咖啡 55，56，58榛子殼，花生殼59,21， 60 和楓紅杉木鋸末62 , 63 61 ，64，67馬尾松樹皮樹皮樣品和不同7768，棕櫚仁殼 78和79,80椰糠，花生皮 81，82,83改性纖維素材料

8、，化學(xué)改性的棉 84，85 和改性玉米芯玉米芯86 ，稻殼 87 ， 88 蘋果廢物，咖啡的理由 89，90,91改性樹皮樹皮， 37 ，92 羊毛纖維，茶葉 93 ，和羊毛，橄欖蛋糕，松針，杏仁殼，仙人掌，木炭 94，48,95,96改性木質(zhì)素，香蕉和橘子皮 97，改性糖甜菜紙漿 98 ， 25 修改葵花稈，棕櫚果束 99，20 玉米葉和不同的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品100107進行了研究。2?；瘜W(xué)性質(zhì)的農(nóng)業(yè)廢棄物長期的生物量（希臘，生物，生命+馬扎或質(zhì)量）是指木材，短輪伐期木本作物，農(nóng)業(yè)廢棄物，shortrotation草本物種，木材廢料，甘蔗渣，工業(yè)廢渣，廢紙，城市垃圾，木屑，生物固體，草，食品加工廢

9、料，水生植物，藻類，動物的廢物，以及一系列其他材料 108。這是一個相當(dāng)簡單的術(shù)語，所有的有機材料，像是來自植物，樹木，作物和藻類。兩只大的碳水化合物類有重大價值的纖維素和半纖維素（綜纖維素）。木質(zhì)素分數(shù)由無糖型分子 109。纖維素是一個了不起的純有機聚合物，僅組成單位的葡萄糖殘基在一起舉行一個巨大的直鏈分子 110。這些脫水葡萄糖單位聯(lián)系在一起-（1 , 4）-糖苷的聯(lián)系。由于這種聯(lián)系，纖維是確定為重復(fù)單位為纖維素鏈（圖1）。纖維素水解為葡萄糖，之前必須乙醇發(fā)酵。通過形成分子內(nèi)和分子間氫鍵的羥基在同一纖維素鏈和周圍的纖維素鏈，該鏈往往平行排列，形成一個晶體超分子結(jié)構(gòu)。然后，束線性纖維素鏈（在

10、縱向方向）形成一個微纖維是面向在細胞壁結(jié)構(gòu) 29。纖維素是不溶于大多數(shù)溶劑，獲得低酸水解和酶法。與纖維素，半纖維素的組成不同的單糖單位。此外，聚合物鏈的半纖維素有短枝和定形。由于非晶形態(tài)，半纖維素部分溶解或溶脹水。半纖維素（arabinoglycuronoxylan和galactoglucomannans）相關(guān)的植物膠的成分，和發(fā)生在更短的分子鏈比纖維素。半纖維素主要來源于鏈戊糖，并作為水泥材料維系纖維素膠束和纖維 111。其中最重要的糖的半纖維素部分是木糖。在闊葉木聚糖，骨干鏈由木糖單位聯(lián)系在一起-（1 , 4）-糖苷鍵和分支-（1 , 2）-糖苷鍵與4-o-methylglucuronic

11、酸組 29。此外，O -乙酰基有時代替哦組在位置（圖2）C 2、C 3。對針葉木聚糖，乙酰群體較少的骨干鏈。然而，針葉木聚糖有更多的分支，由arabinofuranose單位聯(lián)系-（1 , 3）-糖苷鍵的骨干（圖乙）。半纖維素主要是堿溶性和，因此，更容易水解112114。圖1。纖維素的結(jié)構(gòu)。葡萄糖殘基的單體是纖維素，cellolbiose是調(diào)光（參考文獻 29）。木質(zhì)素聚合物芳香化合物。它們的功能是提供結(jié)構(gòu)強度，提供密封的導(dǎo)水系統(tǒng)鏈接根與葉，和保護植物免受退化 115。木質(zhì)素是一種高分子，其中包括烷基酚和有一個復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。木質(zhì)素是木聚糖共價連接的情況galactoglucomannans硬

12、木和軟木 116?；净瘜W(xué)木質(zhì)素（主要是苯丙烷單元syringyl，愈創(chuàng)木基和羥基苯酚）如圖3所示是粘合在一起的一套的聯(lián)系，形成一個非常復(fù)雜的矩陣。這矩陣包括各種功能基團，如羥基，酯和羰基，它傳遞的高極性的木質(zhì)素大分子 29117。纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)進行了廣泛的調(diào)查，在以前的研究118119,51120122。圖3。建設(shè)單位的木質(zhì)素示意圖。 3。吸附模型等溫吸附模型已用于廢物流治療預(yù)測的能力，一定的吸附劑去除污染物排放到一個特定的值。當(dāng)大量的吸附劑和浪費流是在一個足夠長的時間，平衡的數(shù)額之間的污染物的吸附和數(shù)量在溶液中剩余的發(fā)展。任何系統(tǒng)的平衡條件下，材料的數(shù)量吸附媒體可以計算質(zhì)量平衡方程（

13、1） (1)其中×/米（通常表示毫克污染物/克媒體）的質(zhì)量是污染物每大眾媒體，是最初的污染物濃度的溶液中，行政長官是濃度的污染物在溶液平衡已經(jīng)達成，是解決方案的體積，媒體曝光，andmis大眾媒體。吸附數(shù)據(jù)的范圍廣泛的吸附質(zhì)濃度是最方便地描述吸附等溫線，如朗格繆爾的 123 或124 等溫線符合Fre und lich。一般朗格繆爾模型所定義的式（2）： (2)是吉隆坡和鋁是常數(shù)的等溫線。吉隆坡和鋁值可確定使用線性回歸。朗格繆爾等溫線可以線性的下列公式： (3)一般方程是： (4)Freundlich等溫線也可以是線性的： (5)在氟化鉀和氮的吸附能力和親和力，分別。朗格繆爾和Fre

14、 und lich等溫線模型僅適用于批量吸附系統(tǒng)在足夠的時間被允許提供平衡的污染物在溶液和污染物吸附在媒體上出現(xiàn)。在流經(jīng)吸附劑，許多污染物將接觸到的表面活性位點，從而保留在表面的吸附介質(zhì)。表1顯示了朗格繆爾和Fre und lich常數(shù)的吸附銅（）和鎘（二）從水溶液到稻殼和稻殼。床深度服務(wù)時間（百得詩特）模型，這是基于博哈特和亞當(dāng)斯準(zhǔn)化學(xué)法 125。假設(shè)后面的方程（博哈特和亞當(dāng)斯方程，1920）是平衡不是瞬間，因此，利率的吸附反應(yīng)是成正比的部分吸附能力仍然留在媒體。線性百得詩特模型方程如下125127： (6) 結(jié)核病的時間（分鐘），是突破性的污染物初始濃度（毫克/升），是突破性的污染物濃度（

15、毫克/升），是流體的速度或加載速度（米/分鐘），是孔隙度的過濾器，是準(zhǔn)化學(xué)速率常數(shù)博哈特和亞當(dāng)斯理論（升/毫克的），沒有能力的媒體各污染物在多組分溶液（毫克每立方米容積污染物過濾器），和是深度過濾床。一些實證模型中提出的文學(xué)作品（博哈特亞當(dāng)斯，燕，小楚模型）進行了調(diào)查，以便獲得最適合的列的數(shù)據(jù)，描述了一個簡單的方式突破曲線 128。4。金屬的吸附和生物研究吸附已被證明是一個很好的方法處理工業(yè)廢水，提供顯著的優(yōu)勢，如低成本，可用性，盈利能力，易于操作和效率，比較常規(guī)方法特別是從經(jīng)濟和環(huán)境角度29129131。尋找一個廉價和容易獲得的吸附劑導(dǎo)致調(diào)查的生物材料作為潛在的金屬吸附劑。吸附是一個潛在的替

16、代現(xiàn)有技術(shù)去除和/或恢復(fù)的有毒金屬的廢水 132133。的吸附研究是非常重要的從環(huán)境的角度來看，因為它可以被視為一種替代方法去除有毒污染物廢水 134135。 表1 朗格繆爾和Fre und lich常數(shù)的吸附銅（）和鎘（二）從水溶液到稻殼和稻Adsorbent Heavy metal KL RL2 Ce KF 1/n R F 2Rice husk Cu 2.48 0.996 0.143 0.693 0.288 0.968Cd 8.82 0.936 0.066 0.630 0.454 0.993Modified rice husk Cu 9.36 0.994 0.080 0.866 0.480

17、 0.931Cd 11.03 0.993 0.069 1.265 0.495 0.952從參考文獻 161。吉隆坡，行政長官和r2l是朗格繆爾常數(shù)。氟化鉀，氮和r2f均符合Fre und lich常數(shù)。原料木質(zhì)纖維素生物吸附劑在一般情況下，通過各種方法進行了修改，以增加其吸附能力，因為被認為是木質(zhì)纖維素生物吸附劑的金屬離子結(jié)合通過化學(xué)官能團，如羧基或酚的地方?；瘜W(xué)修飾的機制和測量·庫尼認為等進行了研究。 136。簡單的經(jīng)典，只適用于加熱裂解技術(shù)，將導(dǎo)致木質(zhì)素的轉(zhuǎn)換主要是固體焦炭歧化過程中的高比表面積和天然氣118120。木質(zhì)素這些屬性表明，它有可能作為一個可能的吸附材料，用于從重金屬

18、廢物水域。 化學(xué)修飾成為流行andmany研究制定了詳盡的修改程序137。生物質(zhì)的化學(xué)修飾，包括脫木素，酯化羧基和磷酸基團，胺基甲基化，水解羧基。 odozi等人。 138聚合玉米芯，鋸末和洋蔥。 sawamiappan和Krishnamoorthy 139取代磺化蔗渣酚醛陽離子矩陣。弗里蘭等人。 140用聚乙烯改性木材吸附汞。斯奈德和Vigo 141修改與chlorodeoxycellulose棉花乙二胺去除汞。 gasparrini等人。 142捕獲用纖維素衍生物的汞離子。馬錢特143去除汞的使用，通過改變pH值從1到9改性纖維素。拉茲洛和Dintzis 144研究了大豆皮和糖甜菜纖維與環(huán)

19、氧氯丙烷陽離子交換能力，改善處理。 蘭德爾等人。 145化學(xué)改性花生皮，使用重金屬去除甲醛水溶液中的廢棄物解決方案。 Kumar和達拉工作146包括蔗渣，相思樹樹皮，稻殼，水稻秸稈，小麥面粉，廢物peanutskin，Kumar和達拉147包括洋蔥皮。 銅去除木質(zhì)素的作用是有爭議的和不確定的。 camire和克萊茲148發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素和果膠，具有很高的金屬結(jié)合能力。他們還測試了銅離子去除的pH值和熱效應(yīng)。瓦瑪?shù)热恕?149150去除銅之間的pH值4.4和5.0。 普拉特和Clysdale 151研究了木質(zhì)素鐵等離子的存在具有約束力。納斯?fàn)柡蚆acDonald 152沒有對鋁在較低的pH值和鐵離子

20、的木質(zhì)素化合物與羧酸組的計量研究。木質(zhì)素在pH值5.5在清除銅，鎘在pH值6.5。 椰殼炭化作為吸附劑去除從廢水中的有毒離子，染料和農(nóng)藥使用pithwas 153。 （二）到水花生和銅電鍍工業(yè)廢水船體碳吸附去除銅154。 4.1。金屬吸附的機制 金屬吸附是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，受多種因素影響。在吸附過程中所涉及的機制，包括吸附，絡(luò)合，吸附，絡(luò)合表面和毛孔，離子交換，microprecipitation，重金屬氫氧化到biosurface凝結(jié)，表面吸附155-157。以了解金屬結(jié)合的生物，它是必不可少的，以確定負責(zé)金屬結(jié)合的官能團。在綁定過程中所涉及的大部分功能組別被發(fā)現(xiàn)在細胞壁。植物細胞壁被普遍

21、視為建纖維素分子結(jié)構(gòu)，組織微纖維和半纖維素的材料包圍（木聚糖，甘露聚糖，glucomannans，galactans，arabogalactans），木質(zhì)素和果膠以及少量蛋白68，158，159。 纖維素作為底物的行為是高度依賴后，結(jié)晶度，比表面積，并正在研究160纖維的聚合度。主要位于次生壁纖維素。在微纖絲的形式，在這種高度有序（結(jié)晶）地區(qū)較少有序（無定形）地區(qū)存在的纖維素分子束聚集在一起。纖維素的結(jié)晶和無定形區(qū)的比例根據(jù)不同類型的樣品和測量方法。通常是棉纖維比木質(zhì)纖維素119結(jié)晶。 拉茲洛和Dintzis 144表明，木質(zhì)纖維素有吸附能力，這是由他們組成的聚合物和結(jié)構(gòu)。聚合物包括提取物，纖

22、維素，半纖維素，果膠，木質(zhì)素和蛋白質(zhì)。這是一個廣泛的溶質(zhì)吸附劑，特別是二價金屬離子144。 木質(zhì)纖維素具有吸濕性，對水的親和力。水是能夠滲透非結(jié)晶纖維素和半纖維素和木質(zhì)素的部分。因此，通過吸收和吸附水溶液來接觸到了不同細胞壁成分非常大的表面積。由于其無序的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是無定形纖維素更比高度結(jié)構(gòu)化的結(jié)晶纖維素試劑。纖維素還可以從解決方案162 SORB重金屬。 的分子結(jié)構(gòu)和超分子結(jié)構(gòu)對吸附性能的強大影響力。水吸附纖維，在一個特定的方向為導(dǎo)向，必然導(dǎo)致腫脹。水吸附，更大的數(shù)額越大，腫脹。腫脹也取決于纖維的結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度和非晶和無效地區(qū)163。腫脹發(fā)生時極性溶劑，例如水和醇聯(lián)系withwood 164。

23、木材在高溫下膨脹非?？焖佟O性溶劑分子被吸引到固體基質(zhì)干和木材之間的-OH或-COOH基團的氫鍵部隊舉行結(jié)構(gòu)。 最近吸附預(yù)處理蟹和水介質(zhì)中的鉛和銅蚶殼生物質(zhì)能的潛力進行了探討。 pH值，初始濃度，吸附劑的影響批次實驗165劑量和接觸時間進行了研究。常見的如鈉，鉀，鈣，鎂離子吸附能力的預(yù)處理蟹和ARCA生物量的影響也進行了研究。在平衡，攝取由蟹殼量最高的為19.83±0.29和38.62±1.27毫克/克，鉛和銅。蚶殼量的情況下最大的吸收量為18.33±0.44 mg / g和17.64±0.31毫克/克，分別為鉛，銅，。 纖維素是一種天然高分子。纖維素接

24、枝共聚物的制備紅麻廠（紅麻）韌皮纖維與丙烯腈和甲基丙烯腈單體在水介質(zhì)發(fā)起鈰離子甲苯的氧化還原對的反應(yīng)。纖維素聚丙烯腈（細胞，PAN）和纖維素polymethacrylonitrile（細胞PMAN）接枝共聚物，用于去除鋅（II）和鉻（）303 K.鋅（II）離子在水溶液中的離子是雙方共聚物平均系數(shù)為1.80±0.40比Cr（III）離子吸附。對于每一個金屬離子，細胞PAN接枝共聚物是一個比的的細胞PMAN衍生更有效的吸附劑166。化學(xué)修飾要么太貴，或引起其他問題，如過量有色有機物，異味，或通過使用有毒化學(xué)品污染進一步出血，。 最高級別的重金屬去除纖維紅麻韌皮纖維，有非常低的水平，表明重金屬去除木質(zhì)素含量不相關(guān)的木質(zhì)素。棉花，約1的木質(zhì)素，是非常低的金屬離子吸附，而