1.2重金屬離子廢水的研究現狀1.2.1金屬離子來源及其危害發生在日本的萊污染事件“水侯病”和鎘污染事件“骨痛病”均被列為世界八大公害事件，這給世人敲響了警鐘，重金屬離子污染問題明顯的暴露出來。在我國近些年也發生過多件重金屬污染的惡性事件，有關鎘污染事件就有東北江韶關事件湖南株洲段、湖南瀏陽市事件，廣西龍江事件，其他重金屬的有血鉛事件，淮河流域的癌癥村，云南曲靖鉻污染事件等，這些都是重金屬污染給人們帶來嚴重危害的典型例子。常見的重金屬有銅、鉛、鋅、鐵、猛、鎘、萊、金、銀等 ，一般是指比重大于4或5的金屬，約有45種。所有重金屬超過一定濃度都對人體有毒。主要來自―些工業廢水，主要有金屬電鍍、采礦工業、冶煉工業、電池加工、皮革染坊、石油精煉、油漆加工、農藥生產、染料生產、印刷和攝影工業等。重金屬和有機污染物不同，重金屬在環境中很難降解，還可以通過大氣、水、食物鏈在生物體內蓄積，具有致癌、致畸及致突變作用，對人體會造成很大的危害［8】。1.2.2重金屬離子廢水的處理與有機物不一樣，金屬離子不容易降解，反而可以在生物體內累計，導致各種疾病因此重金屬的處理非常重要。傳統的水處理工藝，如化學沉淀法、電化學法、活性炭吸附、離子交換法、膜分離法等，它們不僅造價較高，而且比較適用于高濃度的金屬離子溶液，對于低濃度的溶液不太適用，目前很多科學家熱衷于研宄用廉價吸附劑取代傳統工藝，不僅使吸附法的應用更為廣泛，而且還能降低成本，變廢為寶。1.3吸附法處理工業廢水的研究現狀吸附法主要是物質在兩相界面的積累，如固液界面和固氣界面。在界面積累的物質叫做吸附質，發生吸附的固體叫做吸附劑。雖然與吸附相關的現象在很早就被發現了，但是第一個真正被報道出來的定量研究是在1773年,Scheele用木炭和粘土吸附氣體［9］，后來是Lowite通過實驗觀察到木炭能使酒石酸溶液脫色上arvitz在1792年和Keh|在1793年分別通過植物和動物制成的炭也觀察到相類似的現象。后來由Bois-Reymond提出“吸附”的概念，并由Kayser正式引入［|0］。從此以后，吸附概念被廣泛應用在液體和氣體里面溶質的去除。在固體表面與吸附質之間,如果存在的是弱的范德華力，則為物理吸附過程；如果存在的是化學鍵，則吸附為化學過程。化學鍵的鍵能大于范德華力，因此化學過程產生的熱量要比物理過程的熱量大，而且化學反應后，所形成的物質更加穩定。吸附法，操作簡單，效果好而具有廣泛的應用前景。活性炭吸附是一種非常好的方法，具有優良的吸附性能，去除效果好，但是活性炭價格昂貴，再生效果差⑴］。相比較來看，農業副產物如花生殼、麥稻桿、樹葉、橘皮等也可以應用到一些典型的污染物去除中，比如重金屬cod［i4］、粉類物質［15］、有毒氣體［16］、染料［17］等，這些農業副產物有明顯的經濟優勢和現實可行性。 為了更進一步的提高各類農業副產物的吸附容量，研究者精心設計采用多種活化方法，有物理方法包括把原材料的碳化、微波福照等，還有各種化學方法，主要是來用活化劑改變表面官能團活性等。實際工業廢水成分復雜，存在染料、有機物、重金屬離子、固體懸浮物、可溶解的物質、鹽類、含氯化合物、化學需氧量和生物需氧量高等問題 Ahmad和Hameed研究了用竹子活性炭去除染料和COD,最高的去除率分別為91.84%和75.21%［14］。I.4.5廉價的農業副產物農業副產物以其產量大，種類豐富，價格低，兼顧了經濟效益和環境保護，吸引了眾多研究者。其含有大量的有機成分，主要是纖維素、半纖維素、木質素等，少量的無機成分，容易改性活化，具有潛在的吸附容量，優勢明顯，近些年直接利用農業副產物或者利用簡單物理或化學改性后的農業副產物處理工業廢水的文章層出不窮。主要包括殼類物質花生殼［35_39］、稻殼［4。_45］、栗子殼［46］、棉花殼［47］、椰子殼148］，橘皮［49］、香蕉皮［50］、西瓜皮［51］、木薯皮［52］、柚子皮［53］、芒果皮［54］、蒜皮［55］、葡萄皮［56］等其它皮類吸附劑［57-6。］，茶葉［61］、咖啡廢料［62］、玉米桿［63］、玉米芯［M］、甘鹿渣［65］、向日葵秸稈［66］等其它物質。Kumar和Bandyopadhyay利用一些簡單廉價的化學方法改性稻殼，吸附水溶液中的鎘離子，取得了較好的效果。他們分別研宄環氧氯丙燒改性、氫氧化鈉改性、碳酸氧鈉改性稻殼，稻殼的吸附容量從天然稻殼的8.58mg/g增加到11.12、20.24、16.18mg/g吸附平衡時間從天然稻殼的10h減少到2、4、1hl67］。Hameed利用茶葉吸附陽離子染料亞甲基藍，在303K下,其最大吸附容量達到300mg/g［68］。Parab等人研究利用玉米芯吸附Co(ll)、Cr(in)、Ni(ll),最大吸附容量分別達到12.82、11.5615.95mg/g最佳pH值分別為4.3、3.3、5.3［69］。Hameed等還研宄把椰子殼制備成活性炭，探索最佳條件下對2,4,6-三氯苯粉的吸附情)兄，結果表明酸性條件更有利于吸附，在303K時最大吸附量為716mg/g準二級動力學方程可以很好地描述吸附過程［7G］。Namasivayam和Periasamy研究了利用改性花生殼作為吸附劑去除HgUI),他們先利用濃硫酸使花生殼在空氣中炭化 ，然后利用1%的碳酸氧鈉浸泡過夜，其吸附數據能夠很好地符合Langmuir和FreundHch模型［71］。在295K時,Han等研究了花生殼吸附水溶液中的染料中性紅，對實驗的pH值、吸附劑用量、反應時間和染料的初始濃度進行了考察 ，最大吸附容量為37.5mg/g,吸附數據的符合準一級和準二級動力學方程［38］。Memon等采用香蕉皮作為吸附劑,去除水溶液中的Cd(n)和Cr(VI),吸附容量分別為35.52、131.56mg/g［72-73］。Singh等人利用麥稻軒去除水溶液中的 Cd(II)在pH值為8.6,初始濃度為12.5mg/L,2(rC時去除率為87.15%［74］。Bulut等人利用麥稻稈去除Pb(II)在20、40、60°C下的最大吸附容量分別為69.0、80.7、87.0mg/gP5］。Fatma等人利用麥稻稈去除染料活性藍19、活性紅195、活性黃145在6(rC下理論單分子層吸附量分別為1］7.6、119.1、196.Img/gf76］。還有一些綜述性文章也大量涌現，主要是討論利用農業副產物處理工業染料廢水，重金屬離子和粉類污水等的重要性，匯編各類廉價吸附劑的研宄現狀，最大吸附容量等相關信息。這些研宄使得農業廢棄物轉換成了吸附劑，解決環境問題，減少污染，又降低了成本，帶來經濟效益，其中AmitBhatnagar等最新詳細的討論了廉價農業副產物在水處理方面的應用［79］。1.5麥稻軒的利用現狀1.5.1天然麥稻稈的利用現狀小麥是重要的谷類作物之一，可以做成面粉食用，世界上一大部分人口以小麥為主食。據報道世界上小麥的產量逐年穩步上升，到2007年小麥產量約為60.7億噸。和其它的農業副產物一樣，小麥稻稈主要含有纖維素、半纖維素和木質素，還含有少量的粗蛋白，低分子碳水化合物，無機鹽等,具體的小麥稻稈成分可能會因為小麥的種類，氣候條件，甚至是種植的地理位置不同而有所不同。小麥稻稈是一種廉價易得的農業資源，目前主要的利用途徑有一下幾個方面：一是作為肥料，主要是小麥稻稈粉碎翻壓還田技術，通過利用小麥稻稈中的大量有機成分，少量無機微量元素,增加土壤肥力，提高土壤有機質含量，透水.透氣性，也是改良土壤的好方法；二是作為飼料，麥稻稈本身含有粗纖維和木質素，是一種粗飼料。目前還可以通過麻化以及糖化等方法對其進行加工處理，制作成牲畜詞料，用于發展養殖業，節約糧食;三是作為工業原料，主要是用于造紙，工藝品制造等業，還可用于制作纖維板，輕體隔墻板，保溫板等，也可用于餐飲業，制作一次性衛生餐盒、疾子等，還可以用于生產乙醇，李穩宏等人和程旺開等分別研究了麥稻軒發酵生產乙醇的技術？四是作為能源，稻稈大多數被焚燒和閑置，這都不能充分利用資源，而且污染環境，最好是利用稻桿氣化和厭氧發酵產出沼氣這兩種方法把稻稈轉化為燃氣，再作為能源使用。麥稻稈本身具有纖維素等結構，有一定的吸附能力，因此隨著農業副產物在吸附方面研宄的增多，對麥稻稈的研究也逐漸增加。張繼義等用麥稻稈處理含銅廢水，并研究了稻稈投加量、溶液pH值和反應時間等的影響，結果3(rc時飽和吸附量為24.6mg/g用0.2mol/L的HCI對吸附飽和的稻桿解析效果良好［82］。梁麗萍研究了小麥結稈對Cr(VI)的吸附,3(rC時飽和吸附量可達6.28mg/g,吸附的最佳pH值為1.0,吸附動力學反應符合準二級動力學方程，熱力學反應符合Langmuir吸附等溫方程程強強等研宄了麥結奸對 Cd2+的吸附，去除率可達52.4%［W。Wu等利用麥稻稈吸附水溶液中的染料亞甲基藍和 Cu(II)，在273K,pH=5時,Cu(II)和亞甲基藍的理論吸附量分別為7.05和60.66ing/g［85］。Robinson等研究用麥秸桿和蘋果渣去除染料廢水中五種人工合成的染料，考察染料初始濃度，吸附劑顆粒大小,吸附劑用量等對吸附的影響Chojnacka臂考查利用麥稻稈去除水溶液中CrOII)的可行性，結果吸附反應非常迅速，不到20min就達到平衡，吸附的最佳pH為5,在309K時，其單位吸附量為2L0mg/g【87］。Farooq等用麥稻稈去除Pb(ll),85%的Pb(II)在15min之內基本被去除，推測吸附過程可能是以離子交換為主［88］°Tan和》ao研宄了麥稻桿對Cd(n)的吸附情況，發現吸附達到平衡可能是在2~4h以后，但大部分Cd(II)在20min之內就己經被去除，在pH為5時吸附量為11.60mg/g［89］。Dang等也研究麥稻稈對Cd(II)的吸附，并得到了類似結論，在pH為6時吸附量為14.56mg/g,Dang等還研究了麥稻稈對Cu(n)的吸附，在pH為6時吸附量為11.43mg/g［90］。Yadav等利用麥稻稈去除溶液或地下水中的氟離子，當吸附劑的用量為4g/L、接觸時間為60min、pH值為6.0、氟離子溶液濃度為5nig/L時，去除率為40.2%相比較商業活性炭的去除率為57.6%［91］。直接用麥稻稈作為吸附劑，吸附容量較小，選擇性較低，限制了其廣泛應用。為了達到人們所預期的吸附能力，需要對其進行物理方面或化學方面的改性。1.5.2改性麥稻稈的研究現狀麥稻桿的改性有物理方法，如微波法、超聲法、高溫炭化法等，化學法主要有酸改性法、堿改性法、表面活性劑改性、鹽類改性法、胺類改性等。潭光群等人研究氧氧化鈉水解處理后的小麥稻稈和酯化處理后的小麥稻稈對 Pb2+、Cd2+和Cr3+的吸附，結果表明，未改性麥稻稈的理論飽和吸附量分別為 0.15、0.11、0.098mmol/g,氫氧化鈉水解處理后的小麥結稈的理論飽和吸附量增加至 0.31、0.22、0.14mmol/g,酯化處理后的小麥稻稈吸附量能力減弱［92_93］。Han等利用梓檬酸改性麥稻稈去除水溶液中的亞甲基藍和銅離子 ，在293K時上angimiir模型的理論吸附量分為396.9mg/g和39.17mg/g,反應自發吸熱［94］。Wang等利用乙二胺對麥稻稈進行改性去除水溶液中的染料中性紅，在293K時,Langmuir模型中理論吸附量為68.6mg/g,推測吸附過程可能是離子交換，計算熱力學參數表明反應自發吸熱［95】。Ma等利用丙稀酸、丙燒酰胺、二甲基二中條丙基氯化銨通過一系列復雜的化學方法改性麥稻稈以去除水溶液中的 NH4+和PO/-,取得了比較好的吸附效果并且吸附后的稻稈可以作為農業肥料，加以利S［96］oTian等利用Fe304經過復雜的化學過程，將麥稻稈制備成磁性麥稻稈，用來吸附水溶液中的 Ason)和As(V),Fe304含量越高吸附量越大［97］。RumiChand等在80(rC,pH為5時把麥稻稈炭化，炭化后的麥稻稈對Cr(VI)吸附效果很好，最高吸附容量為1.67mol/kg［98］。豆嬋禪用物理和化學處理法制得十六燒基三甲基溟化銨改性麥稻稈作為吸附劑去除水溶液中的染料甲基澄和剛果紅，吸附最佳pH值分別為3.00和5.00,293K時單位吸附量分別為48.6mg/g和72.2mg/g,升高溫度不利于吸附,333K下分別用熱水溶液和熱堿溶液(0.01mol/L)解析再生效果最好［99］。改性麥秸稈對酸性鉻藍 K、亮綠和Cr(VI)的吸附研究馬丹、韓潤平等環境科學(碩士論文)重金屬離子Cd2+是常見的水環境污染物及人體有害物， 主要通過飲用水和食物鏈進入人體，并不斷累積，進而威脅人體健康，如何對其進行有效地處理一直是熱點課題之一.對含鎘廢水常見的處理有化學藥物混凝、石灰軟化、活性炭吸附、反滲透和離子交換等方法近年來，生物吸附技術發展迅速，其中生物吸附劑的研究成為熱點話題.該方法具有吸附效果好、綜合成本低廉等優點，特別是利用鋸末、樹皮、果殼等一些廢棄物作為生物吸附劑，越來越引起人們的關注］1-2］,花生殼等吸附重金屬離子多有報道［3—6］,有關小麥秸稈吸附重金屬離子的報道尚不多見］7—8］筆者以花生殼和小麥秸稈兩種廢棄物作為吸附劑，對其吸附Cd2+的效果進行試驗，分別研究了溶液pH值、溶液溫度、Cd2+初始質量濃度、花生殼粉及秸稈粉的用量和吸附時間等因素對吸附效果的影響，并探討了該兩種吸附劑對Cd2+的吸附機理，2,6吸附機理探討花生殼粉和小麥秸稈粉均具有良好的親水性，其內部的大量孔隙和粗糙表面對Cd2+有很好的物理吸附效果.同時，花生殼粉和秸稈粉中的許多官能團(羧基、羥基和氨基等)在Cd2+的吸附過程中也有較佳的化學吸附效果. 但究竟是哪些官能團在化學吸附過程中起主要作用，還需要進行深入研究.花生殼和小麥秸稈處理廢水中Cd2 +的試驗研究采用一種新型固定載體絲瓜瓢，固定簡青霉(Penicilliumsp.),研究其在溶液中對金屬離子Pb2+和Cu2+的吸附效果，并探討其生物吸附機理，分析其動力學特性.實驗結果表明，用絲瓜瓤固定簡青霉能高效去除廢水中 Pb2+和Cu2+.研究發現，溶液pH值對吸附過程有較大影響，最佳吸附pH值在5.5附近；最佳吸附溫度為25-35溶液濃度在10-500mgL-1范圍內，固定化簡青霉菌對重金屬的吸附隨金屬離子濃度的增加而增加；吸附過程符合Langmuir等溫吸附模型；生物吸附平衡時間約為60min.用0.1molL-1HCl解吸，循環吸附解吸5次后，固定化簡青霉吸附金屬離子的能力幾乎不受影響.絲瓜瓤固定簡青霉吸附廢水中 Pb2+和Cu2+的機理本文以麥