環境礦物材料治理鉛Pb(Ⅱ)污染
1 概述
水體中的鉛來自于巖石、土壤和大氣沉降，含鉛的廢水和廢渣污染局部的地面水和地下水，沸石、磷灰石等環境礦物材料因其廉價高效、廣泛易得為水污染治理提供了材料。
環境礦物材料其最大特點是來源廣泛、對資源和能源消耗少、對生態環境影響小、成本低廉和無二次污染、污染小，在土壤污染修復和重金屬廢水處理方面顯示出了眾多的優勢，治理鉛污染的環境礦物材料的研究越來越被關注和重視，現就目前應用比較廣泛、治理環境效果較好的環境礦物材料綜述如下。
2 各種礦物材料對Pb(Ⅱ)的治理
(1)沸石：沸石是最早用于重金屬污染治理的環境礦物材料。Leppertt研究結果證實斜發沸石，對Pb有很強的親和力，吸附能力為155.4mg/g。斜發沸石是天然沸石中儲量最豐富的環境礦物材料。沸石的吸附特性源于它們離子交換的能力。沸石的三維結構使之具有很大的空隙，由于四面體中Al取代Si而使局部帶負電荷，Na、Ca、K和其它帶正電荷的可交換離子占據了結構中的空隙，并可被Pb替代。
(2)方解石：方解石是普遍存在于土壤和沉積物中的一種環境礦物材料，在低溫條件下，用間歇吸附和射線吸收光譜相結合方法，對方解石-水界面對Pb2+的吸附機理進行評價方面Rouff.AshakiA同期研究表明：當金屬初始濃度較低時(1MPb)，X射線吸收精細結構的數據表明在界面處有單核P的內生絡合物形成一框架第一層上長度為2.34的Pb-O鍵與其鄰近的氧原子在激活孤對電子后形成三或四折的扭曲的三維或二維立體化學構型；當廢水中金屬Pb初始濃度較高時(20-60MPb)第二相界面的水白鉛礦和白鉛礦的沉淀控制著對Pb的吸收，吸附機理是持續的單核吸附絡合與白鉛礦不斷沉淀二者共同的作用，這就是在宏觀上觀測到的Pb對方解石具有親和力的機制。
(3)高嶺石和伊利石：V.Chantawong等研究采用來自太過的高嶺石和伊利石對鉛的吸附特征。主要研究了pH值對吸附的影響，金屬溶液在30-600C時的吸附等溫線，研究表明在pH值不超過4.34(高嶺石和3.25(伊利石)時隨著溶液中pH的增加，金屬的吸附量也增加，且符合Langmuir和Freundlich方程。伊利石對鉛的吸附量略高于高嶺石，二者吸附的主要機制是鉛與礦石經過復雜的作用形成了穩定的化學鍵。
(4)蛭石：蛭石是一種天然的粘土礦物，具有較大的比表面積和較高的離子交換容量，A.K.Padhitgl研究了以蛭石作為吸附劑從廢水中除Pb的過程。研究了廢水中鉛的濃度、吸附劑顆粒的大小對吸收系數的影響，研究數據表明蛭石對鉛有較好的吸附性。劉勇等研究了溶液pH值對吸附平衡的影響結果表明，調節溶液pH=6.0，吸附時間30min，蛭石對濃度為10-160mg/LPb的吸附率超過99%，最大吸附容量為87.72mg/g。
(5)碳黑泥：碳黑泥是以重油為原料的化肥廠合成氨工段排放的固體廢棄物，它具有高的吸附容量。夏暢斌對電鍍、采礦等工業產生的含Pb廢水用炭黑泥進行吸附處理，考察了吸附時間、pH值Pb初始濃度對吸附反應的影響。結果表明碳黑泥對Pb+具有較強的吸附能力，pH值是影響吸附的要因素，在pH≥5的弱酸性到中性溶液中對Pb吸附性能較佳，吸附量可達80mg/g，吸附后的碳黑泥經過一定的處理可將其吸附的Pb2+回收利用。
(6)礬土和鐵礦：礬土即氧化鋁，Schecke1.KirkGI研究了鉛在鎂、鐵、鋁和錫的氧化物上的吸附效果大量實驗表明，鉛吸收的主要機制是吸附作用，也有一些研究得出鉛被吸收是因為鉛與這些氧化物起沉淀的結論，通過X射線吸收光譜檢測出在吸收鉛的過程中鉛與赤鐵礦和針鐵礦吸附形成復雜的絡合物。Kraemer~19J對人工和天然含鐵的氧化物去除鉛的效果作了研究，表明二者對鉛均有較好的吸附性。
(7)泥炭和樹脂泥炭：泥炭和樹脂泥炭是一種多孔性的、成分復雜的混合物，含有大量的木質素、纖維素和腐殖質。孫慶業用濃硫酸處理原泥炭獲得氧化泥炭，再利用樹脂對氧化泥炭進行粘結、包膜等處理制備出的泥炭一樹脂顆粒。實驗結果表明，泥炭、樹脂顆粒對水溶液中的重金屬的吸附等溫過程符合Langmuir或Freundlich吸附等溫方程。鉛的最大吸附量為達到47.39mg/g，在溶液pH為3.5-5.0時，顆粒對Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+和Ni2+的吸附量幾乎保持恒定。泥炭樹脂顆粒對于水溶液中重金屬的吸附主要是化學吸附，吸附機制包括陽離子交換、絡合(螫合)作用被泥炭、樹脂顆粒吸附的鉛可以用1N硝酸進行快速解吸，泥炭-樹脂顆粒去除污水中的某些污染物質具有廣泛的應用前景。
3 結論與展望
綜上所述，1)環境礦物材料和非金屬材料因其價格低廉、容易獲得以及沒有二次污染在環境中的利用日益受到重視，其去除污水和土壤中的金屬離子更是有較好的效果；2)環境礦物材料與固體廢棄物復合，既解決了環境污染問題，又處理固體廢棄物，使固體廢棄物變廢為寶；3)對環境礦物材料進行合理的改性處理，研究天然礦物材料的復合以及解吸再生，提高吸附鉛的能力，為環境鉛污染的治理提供了一條低成本、無毒副作用的途徑；4)環境礦物材料與微生物相互作用治理鉛(Pb2+)污染。盡管我國環境礦物材料資源豐富，但開發利用程度還是很低的，成熟地應用于環保的品種也不多，應不斷地開發新的環境礦物材料環保產品。
另外，對今后用環境礦物材料治理鉛污染有以下幾點建議：
1)天然環境礦物材料治理鉛污染時，普遍存在著用量大，吸附效率不高等弊病，所以今后還要著重研究天然礦物材料的改性及循環再生方法，以提高其吸附效率，向環境礦物實際應用的減量化方向努力。
2)用環境礦物材料治理鉛污染時，也只能改變鉛的存在方式和轉移其存在的位置，并不能消除其毒性，因此，在實際應用中，應加強從吸附后的礦物材料中回收利用鉛方法的研究。
3)目前開展的研究大部分是在實驗室條件下進行的，而實際廢水處理和土壤修復的情況會復雜的多，因此有必要加強把實驗成果應用于實際治理的研究。
4)加強環境礦物材料在解決環境問題中的微觀細節和機理的研究，并在此基礎上進行優化工藝過程方面的研究。
5)把環境礦物材料和有機生物方法相結合治理污染和修復環境。這兩種方法共同構筑了由無機界和有機界組成的自然界中存在的天然自凈化系統，有著各自的特點和優勢，把環境礦物材料與微生物相結合，一定會取得更好的效果。隨著環境礦物學研究的不斷發展，對環境礦物材料治理廢水和修復土壤方面研究的不斷深入，環境礦物材料在環保領域的開發應用會越來越廣泛。
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