金屬，特（tè）別（bié）是重金屬，是水體汙染的主要元凶之一。已（yǐ）知大（dà）多（duō）數重（chóng）金屬是致癌物質，由於其不可降解性、持久性（xìng）和累積性，對人體構成嚴重威脅。工業廢物是天然水中各種（zhǒng）金屬汙染的主要來源。去除工業廢水（shuǐ）中過量的重金（jīn）屬是健康（kāng）和環境安全的重要課題。許多方法已被（bèi）證實能應用於水體中重金屬的消除，如化學沉澱、浮選、反滲透、離子交換和超濾。然而（ér）受到一些自身（shēn）不足（zú）的限製，如效率低下、工作環（huán）境敏感和易產生有毒泥漿等。因此，迫切需要（yào）更多實用性環保技術的開發。吸附（fù）技術具有高效性、經（jīng）濟性和選擇性，對水體金屬去除表現出良（liáng）好的應（yīng）用前（qián）景。用（yòng）於水體中金屬吸附的材料種類繁多，主要包（bāo）括傳統吸附（fù）劑(活性炭、沸石、黏土、生物吸附劑和工業副產品)和新型納米吸附劑（jì）(富勒烯，碳納米管，石墨烯)。具有多孔結構的吸附劑，因（yīn）其具有大比表麵積、高的孔容和豐富（fù）的孔道結構，對金屬吸附具有優異的吸附性能。

活性炭具有發達的多孔結構( 大孔、介孔和微孔)、高比表麵積以（yǐ）及易功能化的表麵，被廣泛應用於（yú）淨化汙水中的金屬。評價活性炭對雙金屬組分 Cu2+ 和 Pb2+吸附性能時，發現對兩種金（jīn）屬的最大吸附量分別為（wéi）0.45 mmol/g 和0.53 mmol/g。采用活性炭去除溶液中 Ni2+、Co2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Cr3+ 和 Cr6+ 的研究（jiū）時，發（fā）現活性（xìng）炭對上述（shù）金屬的吸附能力由高到低（dī）順序（xù）為（wéi） Cr6+> Cd2+ > Co2+> Cr3+> Ni2+>Cu2+>Pb2+，並（bìng）證實（shí）活性炭對金屬的吸附能力與溶液的pH 值（zhí）相關。當 pH 值為（wéi）1時，該活性炭對Cr6+具有最大的去除效果，去除率為99.99%;其它金屬的最（zuì）優pH值在3~6之間（jiān），去除率達 97.48%~ 99.68%。利用硝酸和氫氧（yǎng）化鈉處理活性炭纖維，能夠對材料表麵有效改（gǎi）性，從（cóng）而促進（jìn）對金屬吸附性能的提（tí）高。研究發現硝酸氧化處理能大幅提高活性炭的酸度，總酸度3 倍於未處理的活性炭，促進了其離子交換容量的增加。硝（xiāo）酸（suān）氧化後（hòu）材料表麵氧物種濃度明顯提（tí）高，氫（qīng）氧化鈉處理後表麵羚基物種明顯下降，但酯基物種（zhǒng）濃度明顯增加。活性炭對 Cu 和 Ni 離子吸附能力與其表麵的酯基或酸性官能團有關。將表麵活性劑十二烷基硫酸鈉、十（shí）二烷基苯磺酸鈉（nà）或二辛基磺基琥（hǔ）珀酸鈉浸漬到活性炭表麵（miàn），能有效地提高（gāo）活（huó）性（xìng）炭對（duì）金屬的吸附（fù）能力。在 pH值為6時，表麵（miàn）活性劑浸漬的活（huó）性炭去除 Cd2+ 的量高達0.198 mmol/g，較不含表麵活性劑的活（huó）性炭對Cd2+的去除量(0.016 mmol/g)高出一個數量級。活性炭吸附 Cd2+的能力與其所浸漬的表麵（miàn）活（huó）性劑的（de）含量呈（chéng）正比增加。活（huó）性炭的表麵電荷在所有測試的 pH值範圍(pH值=2~6)內都是負的。這些結果表明，用陰離子表麵活性劑進（jìn）行（háng）表麵改性可以（yǐ）顯著增強活性（xìng）炭吸附陽（yáng）離子（zǐ）的能力。

黏土成本較（jiào）低，其原料來源豐富(蒙（méng）脫土、高嶺石、蛭石和針（zhēn）鐵礦等)。其具有（yǒu）較高的（de）比表麵（miàn）積、優異的吸附性能、無毒性以及大的離（lí）子交換潛力，較許多商業吸附劑表現出一定的優勢。黏土還含有可交換的陽（yáng）離子和陰離子，改性後作為吸附劑用於吸附水體（tǐ）中金屬受到各國研究者的廣泛關注。大部分黏土礦物帶負電荷，具有高的陽離子交換容量，能高效地吸附溶液中的金屬陽離子。近年來科學家進行了大量研究以探索（suǒ）天然（rán）黏土（tǔ）和處理或改性黏土的吸附性能，分別考察了初始溶液（yè） pH值、初始（shǐ）金屬（shǔ）濃度、接觸時間和吸附劑用量等因素對黏土吸附重金屬（shǔ）過程的影響。例（lì）如，采用四種突尼斯黏土吸附水體中 Pb2+，發現其對 Pb2+ 的吸附隨著溶液 pH值（zhí）的增加而增加，在中性 pH (7.0)附近（jìn）達到最大（dà）值，隨（suí）著堿性增強，一些Pb2+開始沉澱。結果還證實陽離子交換（huàn）是酸（suān）活化黏土吸附 Pb2+ 的主要機製。用金屬鹽(FeCl3、AICl3、CaCl3、MgCl3和MnCl3)對Akadama黏土進行功能化，用於去除（chú）水溶液中 Cr6+。發現（xiàn） FeCl3功能化的黏土表現出最好（hǎo）的（de）吸附性能，在 pH值區間（jiān）為2~8時，功能化黏（nián）土的吸（xī）附性能受（shòu）溶液 pH值影響不大（dà）。采用碘化鉀修飾的鈦（tài）柱撐黏土(Ti-PILC)，因較大的比表麵積對 Hg0 顯示出優異的去除能力，並且其去除（chú）效率隨（suí）著溫度升高而提高。黏土吸附性能高度依賴於煆燒溫度，一（yī）些研究報（bào）道發現吸附能力隨（suí）著煆燒溫度升（shēng）高先提高，然後在非常高的溫度下開始降（jiàng）低。通過改性或（huò）功能化可以增加黏土（tǔ）的（de）比表麵積和吸附能力，從（cóng）而使得改性黏土有更加（jiā）廣（guǎng）闊的應（yīng）用（yòng）前景。

盡（jìn）管活性（xìng）炭（tàn）和黏土有（yǒu）著自身應用的優勢，然而也存在著低吸附容量和低金屬選擇性的問題（tí）。介孔二氧化矽，例如 MCM-48、MCM-41、HMS 和SBA-15，具有較大的（de）比表麵積、較窄的（de）孔徑分布和可控的孔徑，可以通過向表麵引入合適的官能團（tuán）來改善其對目標（biāo）金屬的（de）親（qīn）和（hé）力，因（yīn）而在吸附水體中金屬（shǔ）的應用中表（biǎo）現出獨特的優勢。從最早采（cǎi）用丙硫醇改性的 MCM-41和HMS 二氧化矽，專用於廢水中的重（chóng）金屬的去除開始，功能化介孔二氧化矽用於（yú）吸附廢水中的金（jīn）屬離子引起了研究（jiū）者的關注。例如研（yán）究者對比了（le）硫（liú）醇和（hé）胺功能化對 SBA-15 吸附重金（jīn）屬能力的影響發現胺化的 SBA-15對 Cu 具有優異的吸附能力，而（ér）硫醇功能化對 Cu的吸附影響（xiǎng）不大。其（qí）它（tā）胺化和硫醇化的大孔- 介孔二氧化矽對重金屬離子的吸附研（yán）究，得到了（le）類似的結果。將 3-(2- 氨基乙基氨基)丙基三甲氧基矽（guī）烷接（jiē）枝（zhī）到 HMS 介孔二（èr）氧化矽（guī）表麵，發現其對 Cu 的吸附（fù）能力較矽膠提高 10 倍以上。除了（le）易於接（jiē）觸陽離子到達介孔材料（liào）活性（xìng）位點的速率也（yě）是影響其吸附效率的重要因素。研究（jiū）Cu離子到達（dá）氨丙基接枝二（èr）氧（yǎng）化矽的（de）活性位（wèi）點的速度時，發現金屬離子的尺寸和電荷是影響吸附速率的動力學因素。計算 Cu2+ 和H2+擴散係數時發現 Cu2+ 擴散係數是 H2+的1/4~1/3，這是因為 Cu2+具有更大的尺寸以及具有兩（liǎng）個正電荷（hé），遭到更大的排斥力。此外，研究者研究了銅離（lí）子到達孔徑為4~ 15 nm 和有機負載為1.4~ 1.9 mmol/的氨丙基接枝二氧化矽的活性位點的速（sù）率，發現均勻溶液中的擴散過程取決於許（xǔ）多參數，如吸附劑孔徑（jìng）、金屬離子尺寸、官能團表麵（miàn）密度以及二氧（yǎng）化矽（guī）的結構。不同於無序孔結構，有序介（jiè）孔材料可以（yǐ）有效避免在接枝過程中導致的孔隙堵塞。研究比（bǐ）較不同孔徑大小和形狀（zhuàng）的有序介孔二氧化（huà）矽 (MCM-41和 MCM-48) 和矽膠上的吸附過程，發現使用平均孔徑為 6~ 7 nm 的有序介孔二氧化矽具有更高的吸附效率（lǜ）和吸附速率，而孔徑為 3.5 nm 的有序介孔二氧化矽與大孔矽膠表（biǎo）現（xiàn）出（chū）相（xiàng）似的效率。

富勒烯具有較大（dà）的比表麵積，因此可以用作（zuò）工業廢水中（zhōng）重金屬的吸附淨化。富勒烯直接或作為（wéi）聚苯乙烯基複合膜材料的一部分對（duì） Cu2+ 表現出高的去除效率，單分子層石墨烯對 Cu2+的（de）吸附容量達 14.6 mmol/g，並且發現富勒烯上 Cu2+ 的吸附平衡等溫線符合Langmuir模型。良好的化學穩定性、大的比表麵積(150~1500 m2/g，遠高於富勒烯)和可用的（de）發達中孔結構，使得碳納米（mǐ）管可作為吸附劑（jì）用於去除水體中重（chóng）金屬。用濃 HNO3處理多壁碳納米管可以顯著增加其吸（xī）附能力，這是由於酸化的碳納米管表麵產生的氧官能團可以與 Pb2+ 反應形成複合物或鹽沉澱物。需要指（zhǐ）出的是，酸（suān）化（huà）的碳納米管在 pH 值為 2.0 時，20 min 即可達（dá）到吸附（fù）平衡（héng），遠遠（yuǎn）低於活性炭的 2 h。此外，石墨烯基的吸附材料（liào）同樣具（jù）有較好的吸附金屬能力。

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