重金属吸附材料及应用分析

当前，我国环境状况总体恶化的趋势尚未得到根本遏制，环境矛盾凸显。一些重点流域、海域水污染严重，重金属污染物超标。环境问题已成为威胁人体健康、公共安全和社会稳定的重要因素之一。节约用水，做好污水处理，降低污水中的重金属含量，实现污水的净化和循环再利用刻不容缓。

现有的处理重金属废水的方法主要有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法和吸附法等。其中，吸附法操作简单、使用方便，是废水处理最常用的方法之一。目前应用于污水处理的吸附材料主要有活性炭、生物吸附材料和其他一些尚处于实验室阶段的吸附材料。近年来，工业和农业废弃物的重金属吸附性能引起了人们的广泛关注，一些蛋白质材料，如羽毛、羊毛、皮革胶原、豆皮、酵母等都显示出较好的金属吸附能力。羽毛是一种廉价的天然角蛋白纤维，全球每年的鸡毛产量可达数亿吨，羽绒除用作保暖填充材料外，其余80%的羽毛纤维只被利用了3%～5%，主要用作填充料、羽毛球及工艺品，少数用来提取蛋白质，剩下的大部分基本作为废弃物处理，给生态环境造成了较大污染。相对于其他生物材料，羽毛纤维具有成本低、强度高和在吸附过程中质量损失少等优点，特别适合开发为可以循环使用的重金属吸附材料。合理有效地处理并利用羽毛纤维，一直是近些年来国内外学者研究的热点。

羽毛纤维离散性较大，实现其对重金属离子的吸附性能，需将其制备成易拿、易用、可回收的吸附材料。有人将羽毛与双组分纤维混合，通过气流成网、针刺和热熔双重加固制成羽毛非织造材料。有人采用熔喷非织造成形技术，在聚丙烯熔喷过程中将羽毛纤维分散到高速气流中，制成羽毛/聚丙烯熔喷滤芯，并测试了样品对Pb2+的动态吸附性能，发现经过焦硫酸钠改性的羽毛/聚丙烯熔喷滤芯表现出较好的Pb2+吸附效果，且经NaOH溶液解吸附后可二次使用。羽毛纤维质量轻，非常容易混入熔喷纤维流中。采用熔喷工艺制得的填充羽毛纤维的复合滤芯材料芯层和表层为纯PP纤维，中间层掺杂羽毛纤维，滤芯的整体均匀度好、表面平整、不掉毛，具有良好的过滤性能；而且易拿、易用，可定期更换，解决了羽毛纤维难以反复使用的问题。图5-58所示为羽毛/聚丙烯熔喷复合滤芯。

另外，我国作为制革大国，大量制革废弃物造成严重的资源浪费，如何合理利用皮革废弃物，变废为宝，成为制约经济可持续发展的重要因素。为不断拓宽废弃物的用途，有人将皮革边角料梳理开纤得到的鞣革胶原纤维，利用非织造气流成网和水刺加固方法制成鞣革胶原纤维水刺非织造材料，测试其对Cu2+、Pb2+吸附和解吸附性能。结果发现，该材料对重金属离子的吸附能力较强，但解吸附效果较差，重复再生性不理想。(www.xing528.com)

有人基于壳聚糖吸附重金属离子的特性，将其交联改性后制成凝胶整理液，然后填充到针刺涤纶非织造材料中，获得具有吸附重金属离子的功能性非织造材料。另外，还有将丙纶非织造材料进行丙烯酸接枝改性用作重金属吸附材料方面的研究。

图5-58　羽毛/聚丙烯熔喷复合滤芯

总之，重金属吸附非织造材料的研究报道较多，产业化应用方面的报道相对较少。