微胶囊法处理含重金属废水

Posted 2023-01-11 重金属

篇首语：有时候总感觉别人忽略了自己，想想可能是自己太闲了。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了微胶囊法处理含重金属废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

近年来，随着世界经济的迅速发展，人类对水资源的需求量越来越大，但同时生活用水的污染问题也日益严重。为此，人们研究了许多处理此类废水的方法。很多研究者用化学沉淀法、电渗析法、光催化法、膜渗析法、吸附法、离子交换法等物理化学法处理重金属废水。郑宾国等利用粉煤灰的吸附作用来处理各类废水。也有人将固定化微生物技术应用于废水处理。然而，以上方法各有其局限性。物理化学法会造成二次污染，粉煤灰中吸附质的性质对其吸附作用有影响，单一降解功能的微生物难以处理多种污染物。微胶囊作为一种微小“容器”，不仅能够保持芯材微细分散状态，并根据需要释放囊芯组份，亦可在一定程度上改善物质外观及性能。近年来，微胶囊技术日趋成熟，由于其独特的性能，广泛应用于医学、农药、化妆品、涂料、油墨以及添加剂等多个领域。特别是在含重金属离子的废水处理方面，微胶囊技术的优势逐渐显现。具体有以下两个方面：(1)吸附容量高，易回收；(2)可以快速达到平衡，有很好的选择性。

1 微胶囊及微胶囊技术

微胶囊是粒径在2～1000 μm 之间，将与成膜材料不溶的物质包覆在成膜材料内部，可保留内部物质物理化学性质的具有一定功能的微小粒子。微胶囊有多种形态，如图1 所示。微胶囊吸附水中重金属离子的过程是在微胶囊投入含重金属离子的水中后，重金属离子通过壁材进入囊心，囊心发挥其吸附作用，从而达到处理废水的目的。形成微胶囊的过程称为微胶囊技术。微胶囊的制备方法分为物理法、化学法和物理化学法。其中，最常用的方法是界面聚合法、原位聚合法和复合凝聚法。

2 微胶囊在污水处理中的应用

由于微胶囊的特性以及其拥有简单的制备方法，微胶囊技术在污水处理方面成为一种新的方法，在国外已经有很多研究。本文按照囊心物质的不同对微胶囊作出分类并且叙述了其在污水处理中的应用。

2.1 螯合树脂微胶囊在水处理中的应用

用成膜材料将能够与金属离子配位螯合的树脂包覆而形成微胶囊，从而达到除去水溶液中重金属离子的目的。Singh D K[12]等合成出吸附了阴离子交换树脂的2-(对偶氮磺酸苯)-1,8-二羟基-3,6-萘二磺酸离子的螯合树脂，之后用界面聚合法制备了包覆螯合树脂的聚苯乙烯微胶囊，并研究了该微胶囊在适宜的pH 范围及室温为25 ℃时对Cd2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+和Zr4+等金属离子的吸附速率。结果表明，当pH 在1～7 范围内时，外部环境对微胶囊吸附金属离子影响不大，即使在1mol/L 的 HCl 溶液中，微胶囊对Cd2+离子的吸附仍不会受影响。微胶囊的吸附机理如图2 所示。

Hosseini-Bandegharaei A[13]等合成了用XAD-7 树脂包覆甲苯胺蓝-O 的微胶囊，并对此微胶囊吸附 Cr6+ 离子的过程做了动力学、平衡常数和热力学的研究。结果表明，XAD-7 树脂包覆甲苯胺蓝-O 微胶囊在外界条件25 ℃、pH 为3.5，50 min 时水溶液中的Cr6+离子的吸附量达到最大。微胶囊对Cr6+离子的吸附具有易得、大容量、高效率等优点，因此，可以将该微胶囊应用于高浓度含铬废水的处理。

2.2 萃取剂微胶囊在水处理中的应用

用成膜材料将能够对金属离子选择性提取的萃取剂包覆而形成的微胶囊，可用于吸附和提取溶液中的金属离子。Araneda C等用原位聚合法制备了乙二醇二甲基丙烯酸酯和聚乙烯共聚物包覆萃取剂的微胶囊，并研究了其吸附金属离子的能力和动力学。结果表明，当以65 %的乙二醇二甲基丙烯酸酯和35 %的聚乙烯共聚制备微胶囊时，其吸附Cd2+离子和Cu2+离子的容量是最大的，而且有很好的亲水-疏水平衡特性。在电子扫描电镜(SEM)下观察，可以得到微胶囊的整体形貌和表面形貌，如图3 所示。烷基膦萃取剂作为囊心对Cd2+离子的吸附稳定性比对Cu2+离子的吸附稳定性高，且达到平衡所需时间短。

Ozcan S等用溶剂蒸发法制备了聚砜包覆Cayanex 923 萃取剂的微胶囊，并用于去除水中Cr6+。为此，他们做了一系列的吸附实验。结果表明，当Cayanex 923 与聚砜之比为1.0，pH 为1.0时，聚砜包覆Cayanex 923 的微胶囊在30 min 内即可对Cr6+离子吸附，而不会吸收Cr3+，Ni2+，Pb2+，Cu2+，Zn2+，Cd2+，Co2+等离子，由此可以证明其选择性，且此微胶囊使用次数可超过3 次。

2.3 磁性微胶囊

将萃取剂或具有吸附性的材料与磁性材料一起微胶囊化，在外磁场作用下，达到去除水中杂质的目的。常用的磁性材料是Fe2O3。Lin Z Y等用Fe2O3 做磁性材料、微悬浮聚合法制备了磁性聚合物微球，之后用氨基修饰其表面。在pH 为3～5 的条件下，这种微胶囊可以提取回收水溶液中将近98 %的金属离子(Cu2+、Co2+、Ni2+)。磁性微胶囊吸附金属离子效果如图4 所示。

Adeli M等用十二烷基硫酸钠包覆Fe3O4纳米粒子制备的微胶囊在1 min 后对引用水和废水样品中的Cu2+、Ni2+和Zn2+等金属离子的吸附量达到最大。此时，由Langmuir 吸附方程可以得到微胶囊对Cu2+、Ni2+和Zn2+三种离子的吸附量分别是：24.3mg/g，41.2 mg/g 和59.2 mg/g。此磁性微胶囊吸附金属离子的示意图如5 所示。。

3 结语

综上所述，微胶囊技术在重金属废水处理方面的应用已经有一定的成就，显示出了该技术在污水处理方面的两大优势：(1)可以重复利用；(2)吸附效率高。基于微胶囊在水处理领域的高效性，我们应加大微胶囊吸附金属离子的机理和工艺优化的研究，使其能够用于工业生产。