隨著工業(yè)化和城市化進程的加速，重金屬污染問題日益嚴(yán)重，對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成重大威脅。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，吸附法因其操作簡便、成本低廉和高效性，成為處理重金屬污染水體的關(guān)鍵技術(shù)。本文綜述了近年來吸附劑開發(fā)及其在重金屬去除中的應(yīng)用進展，涵蓋傳統(tǒng)吸附劑如活性炭、天然材料，以及新興吸附劑如石墨烯、碳納米管、金屬有機框架（MOFs）和沸石咪唑酯框架（ZIFs）。文章還探討了吸附機理、影響因素及實際應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，旨在為吸附法處理重金屬廢水的研究和應(yīng)用提供參考。
.png)
圖1. 用于水體重金屬（HM）處理的常見技術(shù)的優(yōu)缺點。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Bilal等人，2022）。版權(quán)所有（2021），愛思唯爾（Elsevier）B.V.公司
.png)
圖2，環(huán)境與人為來源的高氟物質(zhì)（HFMs）之間的相互作用。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Kobielska等人，2018）。版權(quán)所有（2017），愛思唯爾（Elsevier）B.V.公司
.png)
圖3. 吸附過程中的傳質(zhì)步驟。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（王J.與郭，2020b）。版權(quán)所有（2020），愛思唯爾（Elsevier）B.V.公司
.png)
圖4. 本研究中所綜述的吸附劑類別及其主要優(yōu)點和缺點。
.png)
圖5. 活性炭生產(chǎn)過程中涉及的步驟以及可作為碳源的不同材料。
.png)
圖6. 用作天然吸附劑的材料、選擇標(biāo)準(zhǔn)以及其中一些材料的缺點。
.png)
圖7. 基于微生物的吸附劑去除重金屬（HMs）的機制，經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Qin等人，2020），版權(quán)所有（2019），愛思唯爾有限公司
.png)
圖8. 可對黏土礦物進行的幾種改性類型。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（張T等人，2021）。版權(quán)所有（2020），愛思唯爾B.V.公司
.png)
圖9. 典型的層狀雙氫氧化物（LDH）結(jié)構(gòu)以及二價陽離子與三價陽離子比例變化所產(chǎn)生的影響。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（馮X等人，2022）。版權(quán)所有（2021），愛思唯爾B.V.公司
.png)
圖10. 假設(shè)的使用未改性零價鐵（pristine nZVI）去除水溶液中重金屬（HMs）的機制。經(jīng)皇家化學(xué)學(xué)會許可，轉(zhuǎn)載自（Tarekegn等人，2021）。
.png)
圖11. a) 原始石墨烯以及通過改變其尺寸得到的產(chǎn)物，經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Rout等人，2023），版權(quán)歸（2022）愛思唯爾B.V.公司所有；b) 石墨烯納米材料家族成員的化學(xué)結(jié)構(gòu)：（i）石墨烯；（ii）少層石墨烯；（iii）氧化石墨烯（氧原子以紅色標(biāo)示）；（iv）還原氧化石墨烯。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Bianco，2013），版權(quán)歸（2013）WILEY - VCH出版社有限責(zé)任公司（德國魏因海姆）所有。
.png)
圖12. 原始石墨烯合成的自上而下法和自下而上法。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Redy等人，2022），版權(quán)歸（2022）愛思唯爾B.V.公司所有。
.png)
圖13. a) 聚胍功能化氧化石墨烯（GO）吸附汞（Hg(II)）的機制。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Lin等人，2022），版權(quán)歸（2022）愛思唯爾B.V.公司所有；b) 還原氧化石墨烯 - 四氧化三錳（rGO - Mn?O?）及其對鉛（Pb(II)）和鎘（Cd(II)）的去除機制。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Lingamdinne等人，2022），版權(quán)歸（2022）愛思唯爾有限公司所有。
.png)
圖14. a) 多壁碳納米管（MWCNTs）的結(jié)構(gòu)，b) 單壁碳納米管（SWCNT）的結(jié)構(gòu)，以及 c) 碳納米管（CNTs）的螺旋矢量排列。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Hoang等人，2022b），版權(quán)歸（2022）愛思唯爾有限公司所有。
.png)
圖15. 碳納米管（CNTs）制備的不同合成流程，經(jīng)許可改編自（Hoang等人，2022b），版權(quán)歸（2021）愛思唯爾有限公司所有。
.png)
圖16.3) 鉛離子（Pb(II)）在聚乙烯/木質(zhì)素 - 碳納米管（PE/LG - CNTs）與鎳/鋁氧化物（Ni/Al?O?）復(fù)合材料上的擬議吸附機制。經(jīng)英國皇家化學(xué)會許可，轉(zhuǎn)載自（C2. Wang等人，2021）；b) 碳納米管的磁性改性及其在從污染水中吸附去除銻離子（Sb(III)）中的應(yīng)用。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（Z. Cheng等人，2022），版權(quán)歸（2021）愛思唯爾有限公司所有。
.png)
圖17，金屬 - 有機框架材料（MOFs）主要發(fā)展里程碑及其在從水溶液中去除重金屬（HMs）方面應(yīng)用的時間軸。經(jīng)許可轉(zhuǎn)載自（G.R. Xu等人，2021），版權(quán)歸（2020）愛思唯爾有限公司所有。
.png)
圖18. 一些常見報道的金屬 - 有機框架材料（MOFs）的晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)英國皇家化學(xué)會許可，轉(zhuǎn)載自（G. Silva等人，2015）。
.png)
圖19，基于金屬 - 有機框架材料（MOFs）的不同合成途徑，經(jīng)（Stock和Biswas，2012）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2012年）美國化學(xué)會所有。
.png)
圖20. a) Pb(Ⅱ)在AMO - MOF上吸附的推測機理。經(jīng)（H. Wang等人，2023）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2023年）愛思唯爾有限公司所有；b) MOF - 808對Hg(Ⅱ)的選擇性吸附。經(jīng)（B. Sun等人，2022）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2021年）愛思唯爾B.V.公司所有；c) Fe摻 808吸附去除Sb的示意圖。經(jīng)（B. Sun等人，2022）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2014年）英國皇家化學(xué)會所有；d) 殼聚糖接枝MOF（CGUNCM）與水溶液中重金屬（Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)）的相互作用。經(jīng)（Hu等人，2022）許可轉(zhuǎn)載。
.png)
圖21. 提高金屬 - 有機框架材料（MOFs）水穩(wěn)定性的方法與機制。經(jīng)C. Li等人（2021）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2021年）愛思唯爾有限公司所有。
.png)
圖22. 鋅基金屬有機框架材料（ZFs）在水凈化領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用趨勢。經(jīng)儀. Litu等人（2021）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2020年）愛思唯爾B.V.公司所有。
.png)
圖23，部分類沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料（ZIFs）的結(jié)構(gòu)（藍色為鋅基ZIFs，粉色為鈷基ZIFs）。經(jīng)Phan等人（201X年，原文缺失具體年份）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（201X年，原文缺失具體年份）美國化學(xué)學(xué)會所有。
.png)
圖24. 不同類型和形狀的類沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料（ZIF）基復(fù)合材料的示意圖。經(jīng)Hf. Dai等人（2021）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2021年）愛思唯爾B.V.公司所有。
.png)
圖25. a) 鋅（Zn）和鈷（Co）類沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料（ZIF）的合成及其對鉛離子（Pb²?）和汞離子（Hg²?）吸附的推測機理。經(jīng)K. Ahmad等人（2021）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2021年）愛思唯爾有限公司所有；b) 類沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料ZIF - 8與微生物群落協(xié)同去除受污染水中鎘離子（Cd²?）的作用。經(jīng)S. Hou等人（2022）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2022年）愛思唯爾有限公司所有；c) 磁性ZIF - 8的合成及其在從水溶液體系中吸附去除銅離子（Cu²?）和鉛離子（Pb²?）中的應(yīng)用。經(jīng)Jiang等人（2021）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2021年）愛思唯爾有限公司所有；d) 使用β - 環(huán)糊精修飾的ZIF - 8（β - CD@ZIF - 8）吸附去除二價重金屬離子（鉛離子Pb²?和銅離子Cu²?）。經(jīng)C. Chen等人（2022）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2022年）愛思唯爾有限公司所有。
圖26. a) pH對UiO - 66 - NH?和Form - UiO - 66 - NH?吸附六價鉻（Cr(VI)）能力的影響，以及Form - UiO - 66 - NH?的等電點。經(jīng)Yuan等人（2023）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2022年）愛思唯爾有限公司所有；c) 接觸時間對處理后的碳納米管（CNT）吸附多種重金屬（HMs）的影響。經(jīng)Abdulkareem等人（2023）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2022年）愛思唯爾有限公司所有；d) 吸附劑用量對氧化石墨烯（GO）去除銅離子（Cu(Ⅱ)）的去除效率和吸附容量的影響。經(jīng)W. Yang和Cao（2022）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2022年）愛思唯爾B.V.公司所有；e) 未處理和處理后的咖啡渣對六價鉻（Cr(VI)）和銅離子（Cu(Ⅱ)）的高選擇性以及攪拌速度的影響。經(jīng)Kyzas（2012）（MDPI）許可轉(zhuǎn)載；g) 溫度對殼聚糖修飾的金屬有機框架材料（UNCS）吸附汞離子（Hg(Ⅱ)）容量的影響所體現(xiàn)的放熱吸附過程。經(jīng)X. Yan和Ge（2023）許可轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸（2023年）愛思唯爾B.V.公司所有。
圖27. 涉及去除水溶液中重金屬（HMs）的協(xié)同過程，包括吸附、沉淀、還原、氧化和離子交換。
圖28. 吸附如何用于解決環(huán)境污染問題的圖示說明。
本文全面綜述了吸附法去除水中重金屬的最新研究進展，重點分析了不同類型吸附劑的性能及其優(yōu)化策略。研究表明，新興吸附劑如石墨烯、碳納米管、MOFs和ZIFs在重金屬去除中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，具有高吸附容量和良好的再生性能。然而，實際應(yīng)用中仍存在吸附劑穩(wěn)定性、成本及再生效率等挑戰(zhàn)。未來研究應(yīng)聚焦于開發(fā)更穩(wěn)定、高效的吸附材料，優(yōu)化吸附工藝條件，并探索吸附劑的大規(guī)模應(yīng)用途徑，以推動吸附法在重金屬廢水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118562
具體創(chuàng)新點總結(jié)如下：
-
多級級聯(lián)固態(tài)脈沖源創(chuàng)新：設(shè)計并研制出超高幅度的對稱輸出多級級聯(lián)固態(tài)脈沖源，將其應(yīng)用于隱蔽目標(biāo)時域多信道探測系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供了強大的脈沖源支持，有助于提升探測系統(tǒng)的性能。
-
時域天線性能優(yōu)化創(chuàng)新：首次在時域天線領(lǐng)域提出并采用漸變式背腔，有效改善了電阻加載領(lǐng)結(jié)天線的時域性能，提高了系統(tǒng)收發(fā)隔離度，增強了天線在時域探測中的穩(wěn)定性和可靠性。
-
時域陣列天線方向圖修正創(chuàng)新：針對時域陣列天線，提出了方向圖乘法的修正方法，減小了計算方向圖的誤差，進而有效提升了目標(biāo)定位精度，使探測系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地確定目標(biāo)位置。
-
光時域探測器件應(yīng)用創(chuàng)新：將光時域探測器件應(yīng)用于隱蔽目標(biāo)時域多信道探測系統(tǒng)中，為增大脈沖源幅度以擴展探測距離提供了高隔離度保障，拓展了探測系統(tǒng)的探測范圍和能力。
-
分時多信道時域接收系統(tǒng)創(chuàng)新：設(shè)計并研制出分時多信道時域接收系統(tǒng)，降低了時域探測系統(tǒng)的成本，為進一步擴展天線孔徑以及開展三維定位成像研究提供了可行的途徑，有助于推動探測系統(tǒng)向更復(fù)雜、更高效的方向發(fā)展。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
