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    農業論文

    改性材料治理水體中鉻Cr(VI)污染研究進展

    時間:2021年09月22日 所屬分類:農業論文 點擊次數:

    摘要:含鉻化合物具有毒性大、難降解的特點,因此含鉻污廢水的治理是當下水處理技術研究的重點和難點之一。目前,污廢水中鉻污染治理仍未很好地解決,研究具有強還原、強吸附性質的修復材料仍是鉻污染治理的重點方向,為探求更為切實有效的鉻污染治理方案,

      摘要:含鉻化合物具有毒性大、難降解的特點,因此含鉻污廢水的治理是當下水處理技術研究的重點和難點之一。目前,污廢水中鉻污染治理仍未很好地解決,研究具有強還原、強吸附性質的修復材料仍是鉻污染治理的重點方向,為探求更為切實有效的鉻污染治理方案,本文基于吸附-還原治理方法,對納米零價鐵、碳系材料和半導體光催化材料修復污廢水體中Cr(VI)的研究進展進行了總結歸納和分析。結果表明,納米零價鐵有較強的還原能力,但易團聚、失活,采用有機包覆法、負載法及雙金屬法可以有效抑制納米零價鐵團聚、失活;碳系材料性質穩定,但材料的表面性質不利于Cr(VI)的吸附,選擇適當的碳前驅體、酸洗、堿洗、金屬氧化物及金屬鹽類負載等方法能夠調節改變碳系材料的孔隙結構、表面電荷及官能團情況,增加其吸附性能;半導體光催化劑不易產生二次污染,但受限于光生電子的利用率,采用金屬離子摻雜、形貌調控和構建異質結方法可以增大光催化劑的光譜吸收范圍、抑制光生載流子復合,提高光生電子利用率。通過以上改性方法可有效提高含鉻污廢水的治理效果,為污染水體中Cr(VI)治理提供理論基礎和技術支持。

      關鍵詞環境工程學;改性材料;鉻治理;吸附;還原

    環境工程學

      0引言鉻(Cr)是自然界中廣泛存在的過渡族(VI-B)重金屬,主要以Cr(VI)和Cr(Ⅲ)的形式存在[1-3]。來源于自然界中的鉻僅占很小一部分,鉻污染主要是六價鉻化物生產和使用過程中泄漏所導致[4,5]。鉻常作為一種金屬腐蝕緩蝕劑,在電鍍、制革、冶金等工業領域被廣泛使用[6]。經統計,我國關停的鉻化工企業遺留污染場地約20余塊,由于鉻渣堆放導致的污染場地40余處,電鍍池泄漏、舊制革工業造成的鉻污染場地高達數千處,現存的鞣加工企業主要集中于浙江(100家)、河南(93家)、廣東(86家)等地[7]。研究表明,Cr(VI)的毒性是Cr(III)的百倍,且具有更高的遷移性和難降解性,對人體有明顯的“三致”危害[8],同時被列為全國五種重點重金屬污染物之一[9]。

      環境工程論文: 環境工程水處理中超濾膜技術的應用分析

      自“十二五”規劃以來,我國對重金屬排放進行了嚴格的把控,但是歷史遺留的鉻污染問題仍舊比較嚴峻,因此尋求合理、高效的治理手段和修復材料仍是重中之重。水體中Cr(VI)的處理方法主要有生物方法、離子交換法、膜分離技術、電解法和吸附還原法[10]。生物方法主要包括植物對于Cr(VI)的富集作用和微生物修復,即向污染水體注入營養物質或電子供體以強化土著微生物或直接添加高度馴化的外源微生物,實現微生物對Cr(VI)的化學還原[11]、吸附[12]等作用。離子交換法是指主要以氧陰離子(HCrO4-、CrO42-、Cr2O72-)的形式存在于水體中的Cr(VI),通過與陰離子交換樹脂中可供反應的功能基團進行置換的方式脫離水體[13]。膜分離技術指依靠某種傳質動力(如壓力差、濃度差、電位差等)使水體各組分選擇性地透過膜,實現Cr(VI)的截留,傳質動力因具體方法(電滲析、反滲透、超濾、液膜法)不同而異[14]。電解法常在直流電作用下,以Fe(0)作陽極產生Fe(II),Fe(II)進一步將Cr(VI)還原至Cr(III)[15]。

      由于生物方法和離子交換法周期性長,膜分離法和電解法維護成本過高的缺點,目前對于Cr(VI)污染的治理仍聚焦于吸附-還原的方式,這類方法具有高效、經濟等特點。因此,研究發展具有高還原性、高吸附性質的修復材料仍是污廢水體中鉻污染治理的重點。截至目前,國內外眾多學者已對含鉻污廢水治理進行了研究,如王興潤等[4]深刻分析了我國涉鉻行業的狀況,并在此基礎上總結了多種Cr(VI)污染的修復技術,但對于鉻修復材料的改性發展并沒有詳細闡述。李喜林等[16]從皮革工業園區沉淀池污泥中分離出了對Cr(VI)有高耐受性和強還原力的硫酸鹽還原菌,但達到最佳修復率的條件較為嚴苛,可操作性亦不如改性材料修復方法。

      相較于其它重金屬如汞(Hg)、鉛(Pb)、鎘(Cd)和類金屬砷(As)等污染物,Cr(VI)的特殊性在于其以氧陰離子形式存在,且修復原理大多涉及Cr(VI)的還原,因此十分有必要對Cr(VI)的還原材料及改性研究進展進行歸納總結和分析。目前對于Cr(VI)的修復材料改性研究主要集中于納米零價鐵、碳系材料以及半導體光催化劑等,本文將著重從這三類材料出發,分析總結近幾年這些材料的發展情況,歸納其改性思路及修復機理,并對污染物的去除效果進行對比分析,以期為后續改性材料治理水體中Cr(VI)污染的研究提供借鑒和參考。

      1改性修復材料

      1.1納米零價鐵的改性

      在重金屬水污染治理領域,納米材料由于其巨大的比表面積,高表面能和豐富的表面活性基團,對重金屬有較高的吸附能力[17],而納米零價鐵(nZVI)具有強大的還原能力,可以有效去除Cr(VI),從而被廣泛研究。納米零價鐵特殊的核-殼結構,由Fe(0)為內核的電子供體被鐵的氧化物包覆[18],鐵氧化物具有較高的zeta電位,使納米零價鐵表面帶有正電荷,更易吸附以氧陰離子存在的Cr(VI)[19],并最終生成鐵鉻氫氧化物沉淀。

      強大的表面能使納米零價鐵極易凝聚成團,從而減少了活性位點和遷移能力;同時易于鈍化的特點也降低了與Cr(VI)的反應幾率。其改性方法主要是提高顆粒穩定性減小團聚、提高反應活性、提高電子選擇性以減少與非Cr(VI)物質的反應。將高分子有機材料包覆于納米零價鐵表面,可以增強顆粒間的靜電排斥,提高穩定性,其中高分子有機材料主要有羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、淀粉、殼聚糖、瓜爾豆膠和黃原膠等。

      趙玲子[20]利用羧甲基纖維素(CMC)改性硫化納米鐵制得CMC-S-nZVI,CMC通過雙齒橋聯的形式吸附在S-nZVI表面,減少了微粒間的團聚,同時產生的片狀殼結構增大了比表面積,提供了更多的吸附位點,材料硫化生成的FeS外層表現還原性的同時,提高了電子傳遞效率和疏水性,明顯減緩了材料在有氧環境下的腐蝕。實驗證明,其吸附容量是相同條件下S-nZVI的9~12倍,當硫鐵比S/Fe=0.35時對Cr(VI)的去除容量最大可達395mg/g。刁志強等[21]將聚丙烯酸(PAA)、羥乙基纖維素(HEC)作為包覆材料制備的P/H-nZVI在一維模擬柱下進行遷移性研究,當注入量為1PV時,改性材料在柱內遷移距離到達25cm,而未改性納米零價鐵僅遷移了3cm,可見其遷移能力得到顯著提高。在處理輕度Cr(VI)污染時,采用高效可循環的吸附材料可增加納米零價鐵的吸附性能。

      2020年,Liu等[22]首次用動物骨骼作為碳前驅體,采用厭氧熱解法合成多孔高比表面積的骨炭材料(BoneChar,BC),當納米零價鐵負載率達到15%時,BC@nZVI的比表面積為509.21m2/g,Cr(VI)的去除容量為達到516.7mg/g,而同時制備的納米零價鐵的比表面積僅為21.32m2/g。該研究還探究了不同碳前驅體制作的載體對于去除Cr(VI)的影響,結果表明相較于生物質炭和活性炭,骨炭具有更強的電子傳輸能力,同時可以加速納米零價鐵的腐蝕加大反應容量。

      Madan等[23]將火電廠中的廢棄物粉煤灰作為載體,用化學方法在其表面包覆上納米零價鐵,經表征,納米零價鐵均勻地附著在粉煤灰上,制備的復合材料比表面積為13.879m2/g,是粉煤灰的3倍,對于Cr(VI)質量濃度較低(10mg/L)的溶液,復合材料的去除率可在10min內到達100%,吸附容量為9.34mg/g;作者同時進行了循環研究,該材料可以在5次酸洗解吸后仍能保持73%的去除率?梢,對于輕度Cr(VI)污染,采用高效可循環的吸附材料具有較高的經濟效益。

      引入惰性金屬以構成原電池結構,可以防止Fe(0)表面的過度氧化,可促進電子傳遞提高反應活性。呂曉斌[24]采用液相還原法制得Fe-Cu和Fe-Ni雙金屬材料,并用凹凸棒土作為載體清除水體中Cr(VI),兩種金屬間的電位差形成無數個微小的原電池結構,結果表明,Cu的質量分數為3%時雙金屬結構反應速率是純納米零價鐵反應速率的2.28倍,吸附容量最大可達507.61mg/g,且Fe-Cu較Fe-Ni體系去除Cr(VI)效果更好,該結論與郭金輝等[25]得出的結果相似。

      同時有研究認為雙金屬結構主要作用是抑制Fe(0)表面氧化和加速反應中Fe(0)的腐蝕,Ni催化生成的氫原子對Cr(VI)不具有還原作用,Xie等[26]在反應中加入叔丁醇作為活性氫的淬滅劑,結果表明Cr(VI)和總鉻的去除并未受影響。納米零價鐵得益于其強大的還原能力,一直以來被作為修復Cr(VI)的理想材料被廣泛研究,目前的納米零價鐵改性研究主要集中于解決納米零價鐵團聚、氧化失活的問題,采用高分子有機材料表面包裹和多孔材料負載的方式可以有效提高納米零價鐵的分散性,金屬修飾可提高反應效率、而硫化一定程度上抑制了鐵在水中的鈍化,加強了電子選擇性。然而對于改性材料在水體中的遷移能力[27]和生物毒性[28]方面的認知還不完善,仍待進一步研究。

      1.2碳系材料的改性

      碳系材料主要以物理吸附的方式去除水體中的Cr(VI),同時其豐富的官能團也對Cr(VI)起到了還原作用[29]。由于碳系材料具有性質穩定、比表面積大、吸附能力強等特點,又因為其環?稍偕膬瀯,近年來成為污染修復研究的熱點。然而碳系材料表面帶有的負電荷[30]與氧陰離子形式存在的Cr(VI)間會產生靜電斥力,所以為了加強對Cr(VI)的靜電吸附,碳系材料的改性主要目的是改變材料表面的電荷發布、發展空隙結構、擴大比表面積等。

      Xu等[31]將葡萄糖和十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)作為碳前驅體,用水熱法制備納米炭球,并用KOH進行改性,因為KOH能夠顯著改變碳材料的結構形式[32],經表征,納米炭球的比表面積由原先的19.09m2/g增加到1491.21m2/g,同時產生了R-C≡C-H和R-N=C=C-R官能團,并驗證了活化后炭球在酸環境下具備一定的還原性,但吸附仍起到主導作用,總體Cr(VI)吸附容量最高可達到230.15mg/g。但經過三次吸附-解吸循環后,Cr(VI)的去除率僅61.8%,相較第一輪實驗83.8%的去除率明顯下降,這可能歸因于炭球表面的官能團損失造成的。

      Jaskiran等[33]利用納米級的磁赤鐵礦(γ-Fe2O3)修飾活性炭(AC),合成的納米吸附劑平均粒徑5~10nm,小于γ-Fe2O3的平均粒徑,這是由于活性炭的加入抑制了納米顆粒的團聚。當AC:Fe2O3為2:1時,對Cr(VI)的吸附容量最大,可到500mg/g;钚蕴吭诜磻衅鸬轿阶饔煤瓦原作用,可能是因為活性炭表面的還原性官能團(CxOH)引起的[34]。同時,其具有的磁性,使其易于從溶液中分離,在堿性環境下解吸后可以很好地再生,并且經過6次吸附-解吸循環后吸附性能僅下降了5%。

      可見,具備磁選能力的吸附材料很好地契合了經濟環保的治理理念[35]。Wang等[36]將蔗糖作為碳前驅體,用水熱法制備碳層,并用Fe3O4和g-C3N4進行表面修飾,實驗證明Fe3O4改善了復合材料表面的電荷情況,加強了對Cr(VI)的靜電吸附。整個吸附機理被概括為三個連續的環節:(1)碳層表面的羥基與Cr(VI)的離子交換;(2)碳層表面的含氧官能團和亞鐵離子作為電子供體,使Cr(VI)被還原;(3)Cr(III)與氨基在復合材料表面形成絡合物。另外,Zhong等[37]的研究也表明Fe3O4改性生物炭有利于碳中心持久性自由基(carbon-centeredPFRs)的產生,經計算實驗中PFRs對Cr(VI)還原的貢獻率達到了18.2%。

      生物質(biomass)材料(如秸稈類、樹木、稻草等),因為其優秀的處理效果和低廉的價格被廣泛的運用到水處理領域。Chen等[38]提取生物質中木質素作為碳前驅體,采用水熱法制備生物質炭(biomasscarbon)并用二硫化鉬進行表面修飾,實驗表明對Cr(VI)的吸附容量可達198.70mg/g。

      經表征,修復劑表面呈現出納米級片狀結構,反應后有大量官能團的不飽和鍵被氧化,同時檢測到SO42-的生成,表明Cr(VI)被還原成Cr(III)。經計算,吸附劑表面的Cr(III)占到吸附鉻離子總量的近三分之二,證明修復劑的主要作用包括還原作用和吸附作用。該實驗又進一步使用H2對修復劑進行等離子處理,氫自由基的加入進一步提升了Cr(VI)的還原量。四次循環使用后仍保持90%的去除率,也體現了該修復劑的耐久性。

      此外,碳點(CDs)由于其優異的光學性能,可被制成熒光探針用于檢測水體中Cr(VI)。Yuan等[39]用碳點和纖維素材料對木質素基水凝膠進行表面修飾,制得兼具Cr(VI)檢測與吸附作用的復合材料,檢出限為11.2mg/L。因此,碳系材料的改進思路在于:1.尋找合適的材料作為碳前驅體,以提高修復材料的比表面積,加強吸附能力;2.對碳系材料加入酸[40]、強堿[34]、金屬氧化物[33]、金屬鹽類[38]等以改善材料結構,增加表面活性基團。目前,由于碳系材料價格低廉、來源廣泛、易于降解等優勢,基于纖維素、殼聚糖、木質素、農林廢棄物等可再生生物質材料作為碳前驅體的研究成為一種趨勢,而碳系材料對于重金屬離子的吸附容量較小,吸附選擇性差等問題仍需要解決。

      1.3光催化半導體的改性

      面對化石能源日漸枯竭、溫室效應逐漸加劇等現實,半導體材料基于其在太陽能光電轉換體系的用途,近年來研究的主要方向聚焦于染料敏化太陽能電池、光電還原二氧化碳、光電分解水制氫、光電催化降解污染物等方面的應用[41]。由于半導體材料特殊的能帶結構,可以在光照條件下實現價帶電子向導帶的躍遷[42],形成的電子-空穴結構被稱為光生載流子。眾多研究證實,半導體的光生電子可以直接或間接地被Cr(VI)奪取,實現Cr(VI)向Cr(III)轉化。

      然而,半導體材料僅在光子的能量大于其禁帶寬度時才可以產生光生載流子,所以對于禁帶寬度較大的半導體(如ZnO、TiO2等[43])而言,其光譜吸收范圍狹窄,僅響應于強輻射;而對于禁帶寬度較小的半導體(如CdS、BiVO4[44]等),雖然可以用吸收可見光甚至紅外線,但這也意味著氧化還原能力的減弱。同時,半導體材料產生的電子-空穴結構也極易復合,且復合速度極快,如Jia等[45]制備的復合半導體材料Zn0.5Cd0.5S的平均熒光壽命僅有3.725ns,這兩點顯然不利于污染物的去除。

      目前半導體材料改性的主要方式包括金屬離子摻雜、形貌調控和異質結構建三種方式。將具有不同能帶結構的兩種或兩種以上的半導體相組合,這種復合半導體材料被稱為異質結,目前較為理想的異質結包括直接Z型與S型兩類,可以在有效實現電子與空穴的分離,延長光生電子壽命同時,保留較強的氧化還原能力。

      Zhao等[46]通過在2Dg-C3N4納米片表面自組裝3D花狀SnS2微球以進行形貌調控,構建的g-C3N4/SnS2新型結構擁有更大的比表面積,經BET比表面積測試法測算,0.4-g-C3N4/SnS2比表面積達到86m2/g,是SnS2的2.436倍,對Cr(VI)的去除率達79.9%,表觀量子效率(QE)達到30.3%,是SnS2的2.8倍。通過自由基清除實驗、電子順磁共振(EPR)實驗和理論計算,肯定了直接Z型異質結的形成,在可見光下,光生電子由SnS2的導帶復合到g-C3N4的價帶中,擁有更強氧化還原能力的SnS2價帶的空穴與g-C3N4導帶的電子得以用于污染物的降解。同時,作者認為兩種材料費米能級的差異導致能帶彎曲,使得在材料接觸面處形成內建電場,促進了電荷轉移,提高了光生載流子分離效率,增強了光催化劑的活性。

      Chuaicham等[47]利用回流法將Zn-Ti層狀雙金屬氫氧化物(Zn-Tilayereddoublehydroxid,ZTL)和蒙脫土進行復合,并采用離子交換法對蒙脫土進行Fe金屬摻雜,構成的復合材料ZTL/Fe@MT20%在可見光照射下,其光致發光光譜(PhotoluminescenceSpectroscopy,PL)相較于純ZTL顯著下降,證明電子-空穴復合被有效抑制,光生電子壽命被延長,實驗同時探究了pH值以及循環次數對Cr(VI)去除的影響,結果表明在酸環境下去除效果更好,這歸因于氫離子對反應的促進作用;在五次循環實驗后,Cr(VI)去除效果下降約15%,這可能是酸環境對ZTL引起的變形所導致。值得關注的是,金屬Fe的引入在MT的禁帶中創造了一個中間隙態(mid-gapstate),MT中的光生電子由此復合到ZTL的價帶空穴中,構成直接Z型異質結,不僅如此,由于蒙脫土的陽離子交換特性[48],產生的Cr(III)可與Na離子進行交換,實現Cr(III)的固化。

      2020年,Xu等[49]首次提出了S型異質結的概念,優化了光生載流子的電荷轉移路徑,如圖2所示,相較于早期的II型異質結保留了更強的氧化還原能力,進一步提升了異質結處理污染物的能力。Ghoreishian等[50]利用水熱法將CdS納米粒子均勻覆蓋于Bi2S3表面構成S型異質結,其中CdS作為還原性光催化劑(reductionphotocatalyst,RP),Bi2S3作為氧化性光催化(Oxidationphotocatalyst,OP),并進一步采用RGO納米片包裹構成了Bi2S3@CdS@RGO(BCG)三元復合材料,經紫外-可見-近紅外光漫反射光譜(UV–Vis–NIRdiffusionreflectancespectra,DRS)觀察,不同質量比的Bi2S3@CdS的吸收邊約1103-1129nm,而由于RGO的引入,三元復合材料的吸收邊顯著提升,達到1300-1500nm。

      另外,電化學阻抗譜(EIS)顯示,BCG-5相較于BC-5具有更小的電阻值,有利于電荷遷移,其Cr(VI)去除率為81.51%,分別是原始材料和二元復合材料的2.7倍和1.6倍;研究者又分別加入IPA、p-BQ和EDTA對羥基自由基、超氧自由基以及光生空穴進行淬滅和捕捉,在加入EDTA的實驗中,Cr(VI)去除率由81.51%上升至91.20%,這是由于空穴被捕捉,進而抑制了電子-空穴的復合;而原先的實驗中Cr(VI)的去除率分別是加入IPA、p-BQ的2.2倍和5.7倍。

      此研究還驗證了Cr(VI)的還原機理包括光生電子對Cr(VI)的直接還原,光生電子與氧氣反應生成的超氧自由基對Cr(VI)的還原,超氧自由基與氫離子進一步反應生成過氧化氫對Cr(VI)的還原[49]。金屬-有機框架(metal-organicframeworks,MOFs)是一種由金屬離子或團簇與有機配體自組裝形成的多孔配位聚合物,由于其良好的化學可修飾性與孔結構可調控性[51],被廣泛地應用于催化、儲氣以及污染物治理等方面的研究,然而有限的光譜吸收范圍是MOFs作為光催化劑的局限,通過與窄帶隙半導體構建異質結[52]可以激發其在可見/太陽光下的催化活性。

      Wang等[53]用Bi2S3改性NH2-UiO-66,在模擬太陽光照下對初始質量濃度5mg/L的Cr(VI)污染水體進行修復,180min內Cr(VI)的還原率達到96.5%,NH2-UiO-66中LUMO的光生電子傳輸至Bi2S3的CB,其電荷轉移路徑中的II型異質結,一定程度上抑制了載流子的復合。

      光催化技術應用于水污染治理是基于半導體在光照下產生的光生載流子提供的氧化還原能力,綠色環保無二次污染的特性很好地契合了綠色發展的理念,備受研究者的關注。其改性目的在于降低光生電子-空穴對的復合率、提高可見光利用率以及電子遷移效率。金屬摻雜可以在禁帶中形成中間能級,擴大了光譜吸收范圍;形貌調控通過增加活性位點以提高光子利用率;異質結則能夠實現電子、空穴的分離,有效延長光生載流子壽命。另外,由于Cr(VI)普遍在低pH值環境下具有較好的還原性,對于半導體材料在酸環境下的穩定性研究也不容忽視。

      2三種修復材料性能對比

      可見,納米零價鐵改性材料對于Cr(VI)吸附容量為9.345-516.7mg/g,差異性較大,如Liu等[22]與Madan等[23]的研究均采用負載法對納米零價鐵進行改性,Liu等[22]材料的比表面積為509.21m2/g,Madan等[23]材料的比表面積為13.8791m2/g,兩者的吸附容量因此相差57倍,可見比表面積的差異是其除Cr(VI)性能的重要影響因素。

      在一定范圍內,Cr(VI)初始濃度與吸附容量表現出正相關性,但是當Cr(VI)濃度過高時,吸附容量往往不再增大,這主要歸因于反應活性位點被反應生成物阻塞,阻止了反應的繼續進行。同時,往往反應在較小pH值下吸附容量更高,Fang等[54]認為零價鐵基改性材料對Cr(VI)的去除主要受限于pH與DO的共同影響,酸環境下溶解氧將過度消耗作為還原劑的Fe(0)與Fe(II);而堿環境本不利于Cr(VI)的還原反應正向進行,其次Fe(II)在堿性條件下更容易被氧氣氧化。碳系改性材料整體表現出較為優秀的去除Cr(VI)性能,這同樣得益于不同改性手段下發展的孔隙結構與材料表面的靜電吸附。

      對于Cr(VI)初始質量濃度較高的污染水體,采用碳系材料進行修復會具有更好的效果,其中對于500mg/L的含鉻污水其吸附可達500mg/g。Li等[57]的研究在pH=5.6下進行,去除容量明顯小于其它列出的反應pH值較小的研究,證明碳系材料修復Cr(VI)同樣反應適宜在pH值較小的環境下進行,主要受Cr(VI)的特性影響。改性材料的比表面積與吸附容量表現出一定的正相關性,同時還與改性材料所使用的碳前驅體物質有關,不同碳前驅體與改性方式引入的特殊官能團也是影響吸附性能的重要因素,如Wu等[58]的研究中,Cr(VI)被分級多孔碳(HPC)靜電引力吸附到表面,通過C=C、C-OH、-NH2等活性官能團還原成Cr(III),Cr(III)固定在C=O和C-O上,形成Cr-O鍵去除了Cr(VI)。

      3結論與展望

      改性材料對于水體中Cr(VI)的修復主要通過吸附和還原兩方面實現,其中納米零價鐵和碳系材料的改性主要是加強靜電吸附、增大比表面積以提高吸附容量,分散反應物增加反應活性位點;而光催化劑材料的改性重在抑制光生載流子復合、增大光譜吸收范圍,以此提高電子利用率。三種改性材料都不同程度提高了污廢水中Cr(VI)的去除率,但是對于改性材料去除污廢水中Cr(VI)的研究仍存在一些不足,因此,根據當前研究進展提出以下3點展望:

      1.改性修復材料在實驗室內的研究已廣泛開展,同時材料改性已不再局限于二元、單一方法,正不斷地向多元聯合修復的角度發展,因此面對更為復雜的污染情況,進一步深入探究對Cr(VI)改性修復材料的反應吸附機理,建立先進的吸附分析模型對探索新型的修復材料和實際場景中Cr(VI)的修復具有重大意義。

      2.Cr(VI)的修復方法仍舊聚焦于采用吸附、還原的手段,納米零價鐵(還原性強)及碳系材料(比表面積大)由于其本身具有特性將來仍然會是Cr(VI)治理研究的首選,而藉由我國目前大力推崇新能源發展的趨勢,相信光催化材料也將在污染物治理領域獲得空前的關注,并取得不斷地發展。

      3.當前研究多以治理單一污染物為目標,對于實際環境下復雜多變的影響因素并不能很好的把握,采用實際環境下鉻污染水體進行研究,同時評估材料的治理效果和處理成本等因素,以期為實際治理工程提供理論支撐;另外,基于通常與鉻污染共同出現的污染物,如制革廠廢棄物產生的染料、不飽和加脂劑等產生的有機污染物,應探索、實現協同治理,如開展光催化劑中光生電子還原Cr(VI)的同時利用空穴降解上述特定有機污染物的研究,將具有很大的研究和應用前景。

      (參考文獻):

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      作者:趙姍1,2,*,肖再倫1,王建華1,諶春燕1

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