浅谈石英砂对水环境中重金属的去除

重金属由于自身的毒性和丰度使其在土壤和水中的低浓度和高浓度都具有很高的毒性，对环境和生物体具有严重危害。废水中重金属主要有自然和人为两种来源。土壤侵蚀、火山活动、岩石和矿物风化以及矿物加工、燃料燃烧、街道径流、垃圾填埋场、农业活动和工业活动等都会造成水环境的金属富集，同时因为重金属的不可生物降解特性将持续对环境造成危害。

目前处理重金属常用的方法有离子交换、化学沉淀、反渗透和吸附等。其中，化学沉淀法因沉淀剂会产生大量的絮状污泥，从而造成二次污染；反渗透技术操作成本高、酸碱度范围有限，离子交换是一种处理铬等重金属离子的简便方法，但成本高。吸附法相比较而言具有处理效率高、成本和能耗低等优点，对水环境中重金属离子的去除具有重要意义。

1 常用重金属吸附剂及吸附原理

吸附剂一般具有比表面积大、孔结构适宜、表面结构复杂及带特殊官能团等特性，从而有效地从气体或液体中吸附其中某些成分。其中，吸附剂中活性炭类具有丰富的空隙和较大的比表面积，主要通过静电引力对污染物进行吸附；分子筛类有较大的比表面积，主要通过离子交换吸附和表面吸附；黏土矿石类通过配体交换或静电引力等吸附；生物吸附剂类通过生物体内的化学成分进行吸附；农作物主要通过物理吸附和化学吸附相结合；树脂凝胶类主要通过离子交换吸附；纳米材料类具有较大的比表面积，通过静电吸引和配位与金属离子结合；高分子吸附剂类，通与重金属离子的螯合作用。

2 石英砂的获取及特点

石英砂是由石英岩加工而成，目前由于化学和电子工业的发展，硅石废料的产量每年都在增加，由此可见，石英砂资源丰富、价格低廉。同时，工业废石石英中含有SiO₂、 CaO、Al₂O₃、Na₂O、MgO、K₂O等金属氧化物或杂质，颗粒表面具有较复杂的表面形貌，且颗粒内部可能还存在着各种尺度的孔隙。

3 改性石英砂对重金属的吸附

石英砂的研究方向侧重于通过不同改性方式提高重金属的吸附性能。采用碱性条件下共沉淀法制成了改性石英砂，能增强比表面积、附着点和基本成分的增强。采用加热蒸法制备涂铁石英砂，静态吸附实验表面石英砂吸附效果增强。

4 石英砂吸附重金属的影响因素

4.1 石英砂粒径

石英砂颗粒大小对吸附能力有一定的影响，颗粒越小，比表面积就越大，吸附效果也就越好。但是由于粉末状的石英砂容易随水流走，难经控制，故很少采用，多采用颗粒状石英砂。波涛石英砂厂家研究石英砂负载壳聚糖吸附剂去除含Cu²⁺废水时发现石英砂越细，对Cu²⁺的吸附效果越好。吸附吸附25min后，粒径小于0.28mm的石英砂对Cu²⁺的吸附率仅为98.13%；0.45-0.90mm的石英砂对Cu²⁺的吸附率仅为91.57%；0.90-2.0mm的石英砂对Cu²⁺的吸附率仅为52.10%。

4.2 改性剂浓度

一般情况下，随着改性剂浓度的加大，重金属去除率加大，到达某一浓度值后，去除率趋于稳定。改性剂浓度较小时，不能充分覆盖石英砂表面，因此还有部分石英砂处于裸露的状态，比表面未能达到较大。随着改性剂浓度的加大，石英砂表面状态趋向稳定。

4.3 反应温度

温度对石英砂的吸附效果有一定的影响，升高温度有利于吸附反应的进行。波涛石英砂厂家研究锰氧化物改性石英砂对铜和铅离子的吸附，发现在单一体系以及混合体系中对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附均符合Langmiur吸附等温式，温度从15℃升高到45℃，Cu²⁺和 Pb²⁺的饱和吸附容量分别从13.4μmol·g-1和15.5μmol·g-1升高到16.4μmol·g-1和18.1μmol·g-1。Cu²⁺和 Pb²⁺吸附反应的△Go均为负值，焓变△Ho为正值，说明该吸附过程是自发的吸热反应。

4.4 吸附时间

重金属的吸附量随吸附时间变化一般呈现为初期快速上升而后期趋于稳定的规律，吸附剂上吸附位点的数量是影响吸附快慢的主要因素之一，吸附时间增加则吸附位点会减少。

4.5 重金属的初始浓度

氯化铝改性石英砂和氯化镁改性石英砂吸附Zn2⁺、Cd²⁺时，随着Zn²⁺、Cd²⁺溶液初始浓度的增加，金属离子去除率降低，原因在于改性石英砂表面吸附容量一定，当浓度加大，吸附表面慢慢减少，砂滤料表面因饱和而电性吸附作用下降，溶液有效浓度降低，吸附量降低。

4.6 溶液的pH

pH值是影响吸附效果的主要因素。一般情况下，随pH的加大，吸附量不断增加，到达某一pH值后，吸附量趋于稳定。波涛石英砂厂家研究了4种微量金属（Cd、Zn、Co和Mn）在石英砂颗粒表面的吸附pH范围为4~9微量金属在石英砂颗粒表面的吸附量随着pH值的加大而增加，当pH小于6时，吸附量很少，这时的吸附量可能主要来自阳离子交换量；当pH大于6时，吸附量随pH值的加大而快速增加。

5 展望

石英砂吸附已经成为了一种重要的处理重金属废水的方法，具有价格低廉、资源易得等优点，克服了一些吸附剂价格昂贵的缺点，目前石英砂可以通过物理、化学等方法进行改性，以增强石英砂对重金属离子的吸附效果。

石英砂未来研究的方向主要有：

① 如何通过改性去除重金属。

② 研究解析剂以及解析原理实现石英砂的循环利用，并且在处理废水过程中提高对重金属离子的回收和利用。