【正文】 中文 5238 字 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）附 件 外 文 文 獻(xiàn) 翻 譯 學(xué) 號： 姓 名： 所在系別： 建筑工程系 專業(yè)班級： 給排水 08K2 班 指導(dǎo)教師： 原文標(biāo)題： Agricultural waste material as potential adsorbent for sequestering heavy metal ions from aqueous solutions – A review 2020 年 3 月 2 日 1 出處 :Bioresource Technology 99 (2020) 6017– 6027 關(guān)于農(nóng)業(yè)廢料作為潛在的螯合吸附劑 從水溶液中吸附重金屬離子的研究 Dhiraj Sud , Garima Mahajan, . Kaur 摘 要： 河 流 重金屬 整治是 對 環(huán)境中 的頑固 和 持久性 重金屬的特別關(guān)注。 用于去除這些有毒 重金屬 的傳統(tǒng)處理 技術(shù)是不 經(jīng)濟(jì)的，且產(chǎn)生大 量的有毒化學(xué)污泥。吸附 技術(shù) 是對 從水溶液中去除 或 回收金屬離子 的 現(xiàn) 存 常規(guī)技術(shù) 的一種新興 潛在的替代。吸附 技術(shù) 對比傳統(tǒng) 處理技術(shù) 的主要優(yōu)點(diǎn)包括：成本低，效率高，減少 化學(xué)或生物污泥 量 ，生物吸附劑的再生性好 以及 金屬 能夠 被 回收 利用 。 含 纖維素 的農(nóng)業(yè)廢棄物是 強(qiáng) 金屬吸附劑 的 豐富來源。 農(nóng)業(yè) 廢棄物 中 含有 的 官能團(tuán) 如 乙酰胺基、羥基 、羰基、酚醛、酰胺基、 氨基 、 巰基等 。這些官能團(tuán)對重金屬具有 親和力 從而 形成金屬絡(luò)合物或螯合物。吸附過程的機(jī)制 包括 ： 化學(xué)吸附，絡(luò)合， 表面 吸附 ，通過 間隙 擴(kuò)散 以及 離子交換等 。本 文的目的是提供 關(guān)于 利用農(nóng)業(yè)廢棄物 去除重金屬各 方面 的 零散 的 相關(guān) 信息 。農(nóng)業(yè)廢料作為高效、 低廉和可再生的 生物來 源可 用于重 金屬整治。 此外 ， 可以 改善 這些吸附劑 以提高效率和多重利用來加強(qiáng)在工業(yè)方面的應(yīng)用 。 關(guān)鍵詞： 農(nóng)業(yè)廢棄物 生物 吸附 工業(yè)廢水 重金屬整治 吸附劑 1 引言 有毒 重金 離子 屬 通過 礦石開采、礦石精煉、 化肥 制造、皮革制造 、 電池 生產(chǎn) 、造紙、 制造 農(nóng)藥等 各種工業(yè)活動 被排放 到 河流 ，對 環(huán)境 造成嚴(yán)重危害 [17],[26],[53],[80]。主要 的 對人類 有危害的 有毒金屬 離子 包括 鉻 、 鐵、硒、釩、銅、 鈷 、鎳、鎘、 汞 、砷、 鉛 、 鋅等 。 這些重金屬 由于其毒性、 生物 富集 和持久性 的性質(zhì) 而備受關(guān)注[26],[31],[90]。過去的一些災(zāi)害正是 由于水產(chǎn)品中的重金 屬污染造成的，比如日本甲基汞污染造成的水俁悲劇和鎘污染造成“痛病 ” 在日本京東河的流行 [26],[53]。各監(jiān)管機(jī)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)規(guī)定了水生態(tài)環(huán)境中有毒重金屬的最高限額，然而很多工業(yè)活動排放的金屬離子濃度遠(yuǎn)超過規(guī)定的限額，從而導(dǎo)致對健康的危害和環(huán)境的惡化（見表 1）。 從 水溶液中 去除金屬離子的 傳統(tǒng)方法 包括化學(xué)沉淀法、離子熱交換器、化學(xué)氧化、還原法、 反滲透法 、電透析、 超濾等 [29],[81],[120]。 然而這些 傳統(tǒng)的技術(shù)有其自身固有的局限性 ， 如 ： 效率 低 、 工作條件 苛刻 、產(chǎn)生 二次污泥 以及進(jìn)一步 的 處理 費(fèi) 用 昂貴 等 [2]。另一個 強(qiáng)有力的 技術(shù)是 通過活性炭處理生活和工業(yè)廢水 [44],[45]。然而活性炭 成本昂貴以及在更新過程的損耗限制了它的應(yīng)用。 自 1990 年 重金屬離子 技術(shù) 已經(jīng) 憑借 低成本可再生有機(jī)材料獲得廣泛應(yīng)用 [10],[77],[88],[114]。 人們一直在探索 利用海藻 、霉菌、酵母菌 和其他死 的 土壤微生物 以及 農(nóng)業(yè)廢料去除重金屬 技術(shù) [10],[42],[94],[121]。 人們 最近 的注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)移到生物材料，這些生物材料 是 來自大規(guī)模工業(yè)運(yùn)作和農(nóng)業(yè)廢料 的副產(chǎn)品或廢物 。 2 吸附技術(shù)對 比傳統(tǒng) 處理方法的主要優(yōu)勢包括：低成本 、 高效率 、極少的 化學(xué)或生物污泥 量、 不需 額外的 營養(yǎng)需求、 生物吸附劑 可 再生 以及 金屬 可回收 。 特別是那些含纖維素 的農(nóng)業(yè)材料 顯示 了 潛在的金屬吸附能力。 農(nóng)業(yè)生物廢料的基本組成部分包括半纖維素、木質(zhì)素、提取物、脂類、蛋白質(zhì)、單糖、水烴類、含各種官能團(tuán)的淀粉等 有利于金屬絡(luò)合和重金屬螯合 [10],[39]。 經(jīng)濟(jì)又 環(huán) 保的農(nóng)業(yè)廢料由于其獨(dú)特的化學(xué)成分， 豐富 的來源 、可再生、低成本、 高效率 ， 似乎是 整治重金屬的 可行 方法 。 研究表明：各種農(nóng)業(yè)廢料如米糠、稻殼 、麥麩、小麥稻殼、 各種植物 木屑、樹皮、花生殼、椰子殼、黑克稻殼、榛子殼、核桃殼 、棉籽殼、廢茶葉、決明子瘺葉、 玉米芯 、 脫油蛋糕 、甘蔗渣、 蘋果皮 、 香蕉 皮、橘子皮、大豆皮、葡萄秸稈、 水葫蘆 秸稈、 甜菜渣 、 葵花子 秸稈、咖啡豆、 阿瓊堅(jiān)果 、 棉稈等 已經(jīng) 使用 過 。這些有 前景 的 無論 是 天然還是經(jīng)物理或化學(xué)改性 后 的 農(nóng)業(yè)廢 料被用來去除金屬離子 [9],[41],[60],[63],[71],[77],[88],[109]。 本綜述文章是針對農(nóng)業(yè)廢料作為生物吸附劑 從河流中 除去有毒重金屬離子 的應(yīng)用問題 。 表 1 影響健康的各種有毒金屬的允許極限 值 2．生物吸附機(jī)理 使用 農(nóng)業(yè)廢料從河流中 去除金屬離子是根據(jù)金屬的 生物 吸附 機(jī)理 [115]。 生物吸附過程涉及含有被吸附的可溶 解 生物 的固相（吸附劑）和液相（溶劑） 。由于各種金屬離子吸附劑的 強(qiáng) 親和力， 后者受青睞也受一些機(jī)理影響的相當(dāng)復(fù)雜的過程的約束，這些機(jī)理包括 化學(xué)吸附，絡(luò)合 ， 表面 及空隙吸附，離子交換 ，螯合，物理吸附 ， 內(nèi)部殘留， 毛細(xì)血 管及 空間結(jié)構(gòu)多糖網(wǎng)絡(luò) 是 濃度 差 和通過細(xì)胞壁和細(xì)胞膜擴(kuò)散 作用的結(jié)果 [13],[96],[84]（圖 1） 。 農(nóng)業(yè)廢料一般主要由 木質(zhì)素和纖維素 組成 ， 其它成分是 半纖維素 ，萃取物，脂類， 蛋白質(zhì)， 單糖，淀粉，水，碳?xì)浠衔?，灰分?更多的 含有多種官能團(tuán)的化合物 的組合 。纖維 素是 葡萄糖的 一種 結(jié)晶同源聚合物 ，它 由 β → 4 糖苷鍵 和分子內(nèi) 及 分子間的氫鍵 組成 [20],[21]。半纖維素是 木糖的 一種 雜化物 ， 木糖 含 β→ 4糖苷鍵 、 乙酰氨基 以及 葡萄糖醛酸官能團(tuán) [32]。木質(zhì)素 是芳類共價鍵化合物的 3維 聚合物， 它與 闊葉樹 中的 木聚糖 和針葉樹中的 半乳葡甘露聚糖 相關(guān) [31],[103]。 功能組別在生物分子乙 酰氨基組，羰基，酚，結(jié)構(gòu)性多糖，氨基，氨基，巰基羧基醇 3 類和酯類 [15],[33]。 這些 官能團(tuán)對 金屬絡(luò)合 物具有 親和力。一些生物吸附劑非選擇性 地吸附多種 重金屬 ， 沒有特定的優(yōu)先級，而其它一些生物吸附劑只 能吸附 某些特定 類型的 金屬 ，這 取決于 金屬的 化學(xué)成分。 很多 利用光譜技術(shù) [2],[107]進(jìn)行研究的工作人員 已經(jīng) 報道 了 各種 官能團(tuán) 以及它們與在生物吸附過程中的重金屬的絡(luò)合物 [2],[107]。 圖 1 可能的吸附機(jī)理 3． 吸附 模型 預(yù)測吸附作用在特定系統(tǒng)中的發(fā)生 率 可能是 吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的 最重要因素， 吸附系統(tǒng)的吸附停留時間和反應(yīng)器的尺寸 由 系統(tǒng)的動力學(xué) 所決定 。許多動力學(xué)模型已經(jīng) 描述 了 不同 溶液濃度的吸附系統(tǒng)的反應(yīng)次序 。 這些次序?yàn)椋?可逆 反應(yīng)的 第一階 段 和第二階 段 ，不可逆反應(yīng) 的第一階 段 和第二階 段 ， 偽一階 段 和偽二階 段 。吸附等溫線 代表 單位重量的固體吸附劑吸附的金屬 質(zhì)量 和溶液處于平衡狀態(tài)時的剩余溶質(zhì) 質(zhì)量 間的關(guān)系 [79]。 Langmuir 等溫線模型 和 Freundlich 等溫線模型 都 已被證 明 適合于描述 不同生物吸附劑 對 金屬離子 的 短期單組分 吸附 作用 [8],[44]。 另一方面， 對具有 不同吸附能力的吸附劑的反應(yīng)次 也進(jìn)行了研究， 例 如 Lagergren的第一階 段 方程， Redlich Peterson模型和 BET模型 [43]。 Langmuir和 Freundlich等溫線模型經(jīng)常用于描述 不同 材料 對 金屬離子 的 短期單組分 吸附作用 [8],[119]。 4．熱力學(xué)參數(shù) 通過方程 式 （ 1）可以計(jì)算出 吸附 的自由能變化量。 4 （ 1） 其中 △ G0是標(biāo)準(zhǔn)自由能變化 量 ， R 是 通用 氣體常數(shù)（ 焦耳 /摩爾 / K）， T為絕對溫度 ， K 是平衡常數(shù)。 顯然吸附平衡常數(shù) K’c 可通過方程式（ 2）求得。 （ 2） 其中 C（吸附劑）和 C（溶液） 分別是被吸附劑吸附 的金屬離子量和平衡時溶液中的金屬離子量。 表 2 各種研究使用低成本的農(nóng)業(yè)廢物材料去除鉻的工作概要 5． 農(nóng)業(yè)廢料用作除去重金屬的吸附劑的性能 利用 農(nóng)業(yè)廢 料從河流中除去重金屬離子是一種創(chuàng)新和有前景的技術(shù) 。廢料的效率取決于廢物量、親和力以及物理化學(xué)性質(zhì)等特性。 人們已經(jīng)完成了對各種 生物 吸附劑的研究，這些 生物 吸附劑用于除去 鉻，銅，鎳，鉛，鎘，砷，汞等金屬離子 。 無論是 自然狀態(tài)還是經(jīng) 化學(xué)改性和熱處理增加其吸附能力 的吸附劑都已被采用 。 鉻的去除 鉻是一種有毒重金屬 ， 通過 諸如 制革， 木材防腐顏料，塑料 染料 ，涂料，紡織品 等的制作過程被釋放到環(huán)境中 。 部分鉻發(fā)生氧化反應(yīng) ， 但存在于環(huán)境中的主要是 六 價鉻和三價鉻 [118]。 關(guān)于利用農(nóng)業(yè)廢料除去鉻的大量工作已被報道。 據(jù)報道農(nóng)業(yè) 廢料 像榛子殼、橘子皮，玉米芯，花生殼，大豆殼， 菠蘿蜜 等 天然 或修改 后 的形式 已被用來除去金屬離子并且去除效率顯著 [57]。不同的植物部分， 例如：椰子纖維芯，椰子殼纖維，植物的樹皮（ 阿拉伯膠樹 ，桉樹），松針，仙人掌葉，苦楝 粉也已 被用來 去除鉻 ，結(jié)果顯示 最適 pH條件下去除效率 90100％以上 [19],[62],[69],[95],[113]。 報道稱用米糠和麥糠作為吸附劑去除鉻，其效率較低，只有 50%的去除率 [56]。 GardeaTorresdey et al 報道稱 燕麥 （ 整個植物生物量 ）在最適 條件下 六價鉻 的去除率 達(dá) 90％ [19],[62],[68],[95],[113]。 天然稻殼和活化稻殼對去除 六 價鉻的效率與活性炭及其它吸附劑相當(dāng) [16],[65],[103]。 印度玫瑰實(shí)木的木屑經(jīng) 甲醛和硫酸 處理后能夠 高效去除 六價鉻。山毛櫸木屑和橡膠木木屑也被用來去除鉻 [1],[52]。 天然的甘蔗渣和修改后的 甘蔗渣 對鉻的去除效率相當(dāng) [34],[54],[88]。 據(jù)報道 利用芥末油 餅去除鉻效果顯著，人們將制糖工業(yè)廢物 5 的活性炭和商業(yè)粒狀活性炭對來自水溶液中的重金屬離子的螯合 作用進(jìn)行了比較 [5],[24]。最近 人們用甘蔗渣 ，玉 米芯和 芥末油餅 等 在合適條件 去除鉻 [31]。 大多數(shù)研究表明， 由農(nóng)業(yè)廢料 吸附 的鉻 量 是相當(dāng)高的， 其值在 50％到 100％之間。大多數(shù)生物吸附發(fā)生在酸性范圍內(nèi)，尤其在 pH 為 的條件下。因此在pH 為 2 的條件下，鉻的 當(dāng)前 價 態(tài) 3 價 對去除率起著決定作用 。表 2 總結(jié)了 用農(nóng)業(yè)廢料去除鉻 的文獻(xiàn)著作。 ．鉛 的 去除 環(huán)境中的鉛主要來自塑料、修整工具、陰極射線管、陶瓷、焊料、 防漏薄鉛片及其它副產(chǎn)品、鋼鐵和電纜回收 [26]。 鉛可導(dǎo)致廣泛的生物效應(yīng)，這取決于曝光的程度和持續(xù)時間 。環(huán)境中的強(qiáng)烈地結(jié)合成顆粒，例如：石油、沉積物 和污泥，因此鉛的去除受到人們的極大關(guān)注。 據(jù)報道 農(nóng)業(yè) 廢料 ，如： 稻草，大豆殼，甘蔗渣，花生殼，核桃殼在 各自的 自然狀態(tài)下用于除去鉛的效率 可 達(dá) 98% [48]。 Bankar 和 Dara (1985)對山 樹皮 的自然形態(tài) 進(jìn)行 了 研究 。 Petioler 對 棕櫚 鞘 （ PFP）、 黑克稻殼 的農(nóng)業(yè)廢料、 啤酒花 、 廢茶葉和水葫蘆進(jìn)行了研究 ，這些材料對鉛的 去除 效率在 70%到 98%之間[2],[30],[46],[50],[93]。 Lee et al. 等人 (1999) 以 批次及管柱 研究 的形式 調(diào)查 利用經(jīng)氯氧磷改性過的蘋果殘?jiān)コU和其它 金屬離子 的效果，并將結(jié)果進(jìn)行了比較 。 用 氫氧化鈉 處理后 的 玫瑰花瓣 、 鈣處理 后的 馬尾藻和 經(jīng) 琥珀酸酐改性 過的 甘蔗也 被 用 來去除鉛，其處理效果顯著 [53],[75],[110]。 工作人員也探索了從農(nóng)業(yè)廢料中制備出活性炭，據(jù)報道這些活性炭能夠高效率去除鉛。 廢物也已由不同的工人和高效率的探索 去除鉛 [27],[49],[112],[117]。 Gupta et al. 等 (1999)用蔗渣