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摘 要：纳米吸附剂具有高化学活性，吸附能力的原子大都在纳米材料表面。该文综述了纳米材料作为纳米吸附剂的潜力及其研究进展，在污水中处理重金属的应用;从吸附去除材料的角度揭示了纳米复合材料的吸附机理、吸附环境、吸附效果等，评价了它们在净水方面的优缺点。讨论了纳米材料对公众健康的影响以及在促进环境可持续性方面的发展方向。
关键词：纳米复合材料 吸附剂 吸附机理 重金属
中图分类号：X52 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）11（a）-0069-05
Review on the Research of Nano Adsorbents for Water Purification for Removal of Heavy Metals
SHEN Dechao CHEN Xiunan LI Huiying ZHANG Haodi QIU Aizhong*
（Zhengzhou Normal University， Zhengzhou， Henan Province， 450044 China）
Abstract： Nanometer adsorbents have high chemical activity， and most of the adsorbability atoms are on the surface of nanometer materials. In this paper， the potential of nanomaterials as nano adsorbents and their research progress are reviewed. The adsorption mechanism， adsorption environment and adsorption effect of nanocomposites were revealed from the point of view of adsorption and removal of materials， and their advantages and disadvantages in water purification were evaluated. The impact of nanomaterials on public health and the direction of development in promoting environmental sustainability were discussed.
Key Words： Nanocomposite; Adsorbent; Adsorption mechanism; Heavy metal
大量的廢水排放到各种水体当中，如河流、海洋、地下水。城市污水由多种有机元素和无机元素组成，海洋生物也会受到影响，然后通过食物链反过来影响人类的健康安全，其中重金属，对人体的危害最大。如今世界卫生组织已经建立了一系列的水处理策略，如化学沉淀、离子交换、反渗透、氧化等方法。然而这些常规的工艺存在着产生有毒污泥、对溶液的pH值敏感性高、腐蚀性强等缺陷。而且部分工艺经济成本过高，部分去污效果不可观。例如化学沉淀法[1]过程很简单，吸附物质种类也多（不具有选择性）经济成本低，但其产生大量的金属污泥的处置成本高、维护成本高;离子交换法[1]对重金属离子具有选择性且对pH值要求低、回收能力强，但其较高的经济成本限制了它的发展;电解法[2]不需要化学药品还能够被设计成悬浮固体，但其较高的经济成本和有时产生的氢气令人烦恼;膜过滤法[3]拥有较低的化学消耗，对部分金属存在选择性可以运用在较小的空间是其的优点，但其高额的启动资金与其较低的效率不成正比，膜还存在着极易被污染风险;吸附法[4]能够吸附多种目标污染物、高容量、效率高。吸附剂对不同的金属离子有不同的选择吸附性，但其吸附的性能取决与不同类型的吸附剂，化学衍生作用可以改变其吸附能力。吸附法在净水处理重金属方面是最有前途的方法之一，其成本低、效率高、操作简单使其在污水处理方面获得了突出地位。尽管传统的吸附剂能够吸附重金属离子，但是传统吸附剂的吸附能力与吸附效率使其无法在浓溶液中大放异彩。因此需要开发更为经济有效的吸附剂。纳米材料具有独特的高比表面积及高化学活性的特点，使其与金属氧化物、碳、硅等聚合物形成纳米复合材料。该种材料已经被开发为潜在的高效吸附剂，其有效地结合了纳米材料的吸附效率和聚合物的吸附能力。
纳米吸附剂分为介孔硅基吸附剂与非硅基吸附剂：具备螯合作用的高度有序的介孔二氧化硅具有高比表面积、孔道构造规整、孔径大且可调、高吸附容量等长处，是一种理想的吸附材料。而通过分子修饰后的介孔二氧化硅形成介孔硅基吸附剂展示出未经修饰的介孔二氧化硅所不具备的特性。它对重金属离子吸附有高效的选择性，并且在低浓度溶液中对重金属的吸附依旧高效。合成介孔硅基材料的方法主要有共聚缩合法、后修饰嫁接法、桥接法。在非硅基材料中，碳基材料尤为突出，因为碳基拥有高活化性能的结合位点能够和多种官能团相连，不仅能用金属离子修饰碳基材料，而且可以用气体分子来修饰碳基材料。所以经过分子修饰的介孔碳材料能够有选择性地吸附有机污物与无机污物（重金属离子）。而且碳基材料相对与其他材料更为绿色、可持续发展性更好。合成介孔碳基材料的方法主要有硬模板法、软模板法、无模板法。还有纳米金属氧化物，因其特殊的微观结构在重金属粒子的吸附方面表现也十分突出。
关键词：纳米复合材料 吸附剂 吸附机理 重金属
中图分类号：X52 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）11（a）-0069-05
Review on the Research of Nano Adsorbents for Water Purification for Removal of Heavy Metals
SHEN Dechao CHEN Xiunan LI Huiying ZHANG Haodi QIU Aizhong*
（Zhengzhou Normal University， Zhengzhou， Henan Province， 450044 China）
Abstract： Nanometer adsorbents have high chemical activity， and most of the adsorbability atoms are on the surface of nanometer materials. In this paper， the potential of nanomaterials as nano adsorbents and their research progress are reviewed. The adsorption mechanism， adsorption environment and adsorption effect of nanocomposites were revealed from the point of view of adsorption and removal of materials， and their advantages and disadvantages in water purification were evaluated. The impact of nanomaterials on public health and the direction of development in promoting environmental sustainability were discussed.
Key Words： Nanocomposite; Adsorbent; Adsorption mechanism; Heavy metal
大量的廢水排放到各种水体当中，如河流、海洋、地下水。城市污水由多种有机元素和无机元素组成，海洋生物也会受到影响，然后通过食物链反过来影响人类的健康安全，其中重金属，对人体的危害最大。如今世界卫生组织已经建立了一系列的水处理策略，如化学沉淀、离子交换、反渗透、氧化等方法。然而这些常规的工艺存在着产生有毒污泥、对溶液的pH值敏感性高、腐蚀性强等缺陷。而且部分工艺经济成本过高，部分去污效果不可观。例如化学沉淀法[1]过程很简单，吸附物质种类也多（不具有选择性）经济成本低，但其产生大量的金属污泥的处置成本高、维护成本高;离子交换法[1]对重金属离子具有选择性且对pH值要求低、回收能力强，但其较高的经济成本限制了它的发展;电解法[2]不需要化学药品还能够被设计成悬浮固体，但其较高的经济成本和有时产生的氢气令人烦恼;膜过滤法[3]拥有较低的化学消耗，对部分金属存在选择性可以运用在较小的空间是其的优点，但其高额的启动资金与其较低的效率不成正比，膜还存在着极易被污染风险;吸附法[4]能够吸附多种目标污染物、高容量、效率高。吸附剂对不同的金属离子有不同的选择吸附性，但其吸附的性能取决与不同类型的吸附剂，化学衍生作用可以改变其吸附能力。吸附法在净水处理重金属方面是最有前途的方法之一，其成本低、效率高、操作简单使其在污水处理方面获得了突出地位。尽管传统的吸附剂能够吸附重金属离子，但是传统吸附剂的吸附能力与吸附效率使其无法在浓溶液中大放异彩。因此需要开发更为经济有效的吸附剂。纳米材料具有独特的高比表面积及高化学活性的特点，使其与金属氧化物、碳、硅等聚合物形成纳米复合材料。该种材料已经被开发为潜在的高效吸附剂，其有效地结合了纳米材料的吸附效率和聚合物的吸附能力。
纳米吸附剂分为介孔硅基吸附剂与非硅基吸附剂：具备螯合作用的高度有序的介孔二氧化硅具有高比表面积、孔道构造规整、孔径大且可调、高吸附容量等长处，是一种理想的吸附材料。而通过分子修饰后的介孔二氧化硅形成介孔硅基吸附剂展示出未经修饰的介孔二氧化硅所不具备的特性。它对重金属离子吸附有高效的选择性，并且在低浓度溶液中对重金属的吸附依旧高效。合成介孔硅基材料的方法主要有共聚缩合法、后修饰嫁接法、桥接法。在非硅基材料中，碳基材料尤为突出，因为碳基拥有高活化性能的结合位点能够和多种官能团相连，不仅能用金属离子修饰碳基材料，而且可以用气体分子来修饰碳基材料。所以经过分子修饰的介孔碳材料能够有选择性地吸附有机污物与无机污物（重金属离子）。而且碳基材料相对与其他材料更为绿色、可持续发展性更好。合成介孔碳基材料的方法主要有硬模板法、软模板法、无模板法。还有纳米金属氧化物，因其特殊的微观结构在重金属粒子的吸附方面表现也十分突出。