近年来，重金属排放导致的环境污染问题引起
人们的广泛关注。重金属污染物种类非常繁多，其中汞、镉、铬、铅和砷因其显著的生物毒性，而被称为工
业“五毒”[1]
。水体重金属污染主要来源于矿山开采、电镀金属加工、冶金、塑料、制革、钢铁、油漆和涂料等排出的工业废水。重金属污染具有高毒性、持久性、难降解等特点，它可以通过食物链进入生物体后与蛋白质、脂肪酸、羧酸或氨基酸等结合，严重危害人体和其他生物体健康[2]。比如，铅可直接降低甲状腺摄取碘及血浆蛋白结合碘的能力[3]。镉会引起全身疼痛，骨节变形，有时也会引起心血管疾病[4]。汞中毒会引起神经衰弱症、肾功能损害和甲状腺肿大等症状[5]。砷很容易进入机体而对人体和生物产生毒性效应[6]。近年来，历史上出现的一系列重金属污染事件都向人类敲响了警钟。鉴于目前严峻的水体重金属污染状况，发展低耗能、高效率、环境友好、适用范围广泛的重金属污染水体修复方法和技术，已越来越受到研究者的关注。
目前，国内外去除水体重金属离子的方法主要有化学沉淀法、膜分离法、电解法、离子交换法、生物法以及吸附法等。其中，吸附法因其成本低、操作简
单、不易造成二次污染等优点，而成为被研究和应用
得最多的一种重金属污染物去除方法。传统的吸附剂如活性炭、沸石以及分子筛等，是基于吸附剂较大的比表面积及较高的表面能通过物理吸附去除水中的重金属。经过对吸附剂进行表面修饰，引入活性反应基团（如氨基、羟基、羧基以及磺酸基等），重金属离子间可以通过静电、螯合、离子交换、配位等方式与活性基团特异性结合，从而达到选择性去除废水中的重金属离子。近年来，纳米材料和纳米技术的出现极大促进水处理技术的进步，纳米材料作为新兴的水处理吸附剂在重金属去除领域已经展现出巨大的应用潜力。然而，普通纳米吸附剂因其纳米级的尺寸很难从溶液中分离出来，可能会对环境造成二次污染。Fe 3O 4磁性纳米颗粒具有比表面积大、超顺磁性、易从溶液中分离、低毒性以及表面易于修饰等特点，在水处理领域有着很广阔的应用前景。
本文结合国内外最新研究进展，系统阐述了多功能化Fe 3O 4磁性纳米颗粒吸附剂在水体重金属污染治理领域的应用，总结了多功能化磁性纳米颗粒吸附去除重金属离子的优缺点。在此基础上，针对目前水体重金属污染现状提出今后的研究重点及发展方向。
Fe 3O 4基多功能磁性纳米颗粒吸附
重金属研究进展
刘旸，赵雪松，潘学军，陈
波
（昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明650500）
摘要：近年来，水体重金属污染越来越引起人们的关注。吸附法是去除水中重金属污染的一种简单高效的方法。磁性纳米颗粒作为吸附剂，具有比表面积大、便于分离等特点，但同时也存在着易团聚、分散性差的缺点。因此，需要对其进行表面修饰与功能化，以改进其分散特性及反应活性。综述了不同方法修饰的Fe 3O 4基多功能化磁性纳米颗粒在水体重金属吸附去除领域的应用，总结了功能化磁性纳米颗粒吸附去除重金属的优缺点，并对磁性纳米颗粒在重金属污染水体治理中的应用前景进行了展望。
关键词：磁性纳米颗粒；多功能化；重金属；吸附去除；研究进展中图分类号：TQ424
文献标识码：A
文章编号：1000-3770(2014)12-0005-006
收稿日期：2014-07-07基金项目：国家自然科学基金青年项目（21307048）；云南省应用基础研究计划面上项目（2013FB011）作者简介：刘旸（1989－），女，硕士研究生，研究方向为水污染控制工程联系作者：陈波，硕士生导师；电子邮件：chenbo83@https://www.doczj.com/doc/0014325534.html,
第40卷第12期2014年12月水处理技术
TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT Vol.40No.12Dec.,2014
5
表1无机材料修饰Fe 3O 4磁性纳米颗粒吸附重金属
Tab.1Adsorption of heavy metals by Fe 3O 4magnetic nanoparticles modified with inorganic materials
参考文献[23][24][25][26][27][28][29]
吸附剂
制备方法磁性活性炭
磁性MWCNTs
石墨烯-碳纳米管-MNPs
磁性石墨烯
Fe 3O 4@SiO 2磁性核壳结构Fe 3O 4@/MnO 2磁性核壳结构
双金属氧化物修饰磁性纳米颗粒（Mag-Fe-Mn ）
水热法湿式化学法微波辅助合成法
热分解法
改进St ber 方法
水热法异质成核技术
Cu 2+
Cd 2+、Cu 2+和Zn 2+
As 5+Cr 6+U 6+
Cd 2+、Cu 2+、Pb 2+和Zn 2+
As 3+
37.96
Cd 2+
：19.93、Cu 2+：19.57、Zn 2+：5.66
6.51.0352Cd 2+：53.24
7.76
吸附质
吸附量/(mg ·g -1)
o ..
1磁性纳米颗粒概述
磁性纳米颗粒（Magnetic nanopaticles ，MNPs ）是自20世纪80年代纳米材料的出现以来而发展出的新型磁性材料，目前磁性纳米材料主要包括铁、锰、钴等金属氧化物及其复合物。磁性Fe 3O 4纳米颗粒特殊的磁性结构、巨大的比表面积、优异的吸附性能以及其良好的稳定性和生物相容性等特点，使得其在诸如生物分离、药物传输、免疫分析、酶的固定化、
磁共振成像等[7-14]
领域得到了深入研究。Borlido 等[12]综述了Fe 3O 4磁性纳米颗粒在生物分离中的应用，文献表明磁分离技术可实现细胞、病毒、蛋白质和核酸等的有效分离。Uzun 等[13]通过硅烷化反应得到聚乙烯咪唑（PVI ）负载型Fe 3O 4磁性纳米颗粒
（Fe 3O 4@PVI ），其与不同金属离子螯合后可用于转化酶固定化，当与铜离子螯合后，pH 5.0条件下转化酶的最大固定量可达142.9mg/g 。宣守虎等[14]通过模板法合成单分散的磁性介孔Fe 3O 4纳米微球，系统研究了其在药物传输及磁共振成像领域的应用；结果表明，Fe 3O 4磁性纳米颗粒具有良好的生物相容性、磁导向性和低毒性，在生物医学领域具有广阔的应用前景。
2磁性纳米颗粒吸附重金属研究进展
目前，磁性纳米颗粒在环境领域的应用受到人们的广泛关注。纳米Fe 3O 4本身具有的高比表面积和表面原子配位不足等特点，使其对金属离子具有很强的吸附能力，且纳米Fe 3O 4超顺磁性使其容易实现磁分离，避免材料的浪费和对环境可能造成的二次污染。因此，Fe 3O 4磁性纳米粒子可直接用于重金属污染水体治理。
雷国元等[15]研究发现，中性条件下，细粒磁铁矿对Cu 2+、Zn 2+和Ni 2+的吸附去除率近100%，此外它还对水中微量的Mn 2+和Fe 2+有一定的吸附去除能力。成翠兰等[16]考察了纳米Fe 3O 4颗粒对水中Hg 2+的吸附性能，最佳实验条件下，Hg 2+的去除率达到
97%以上。Nassar [17]通过实验证明，纳米Fe 3O 4颗粒对水中Pb 2+的吸附在较短时间内即可达到平衡，并且有较高的吸附效率。张王兵等[18]研究表明，在超声波激发下Fe 3O 4对Cr 6+的吸附容量和吸附速率显著提高。另外，特殊形貌的磁性颗粒对重金属有特殊的吸
附能力。
胡劲松等[19]利用CTAB 为软模板，制备了对砷和铬有强烈吸附去除能力的花状γ-Fe 2O 3和Fe 3O 4微纳米颗粒。此外，他们制备出的层状金属氧化物纳米结构同样对对砷和铬有强烈吸附去除能力[20]。周少敏等[21]在SDS 存在下，采用“一步”溶剂热法合成的单分散Fe 3O 4中空磁性微球，可用于工业废水中Cr 6+的吸附去除，Cr 6+的饱和吸附容量达到180
mg/g ，
是一种理想的环境修复材料。Lee 等[22]制备出的海胆状的铁氧化物纳米结构（γ-Fe 2O 3/Fe 3O 4）对水溶液中的As 5+和Cr 6+的饱和吸附容量分别为39.6mg/g 和35.0mg/g 。
然而，纳米Fe 3O 4本身具有的强磁性以及较高的比表面积，使得Fe 3O 4纳米颗粒有着强烈的聚集倾向，为了增强其分散性和稳定性，同时改善其生物相容性和反应活性，有必要对其进行功能化修饰和包覆处理。目前，磁性纳米颗粒的表面修饰方法主要有以下3种类型：无机材料修饰、有机官能团修饰和高分子聚合物修饰。
2.1无机材料修饰磁性Fe 3O 4纳米颗粒
无机材料修饰磁性纳米颗粒就是通过物理或化学方法将无机材料与磁性纳米颗粒相结合，制备成无机材料功能化磁性纳米复合吸附剂。目前，活性炭[23]、碳纳米管[24]、石墨烯[25-26]、硅胶[27]、金属氧化物[28-29]等修饰的磁性纳米颗粒已被成功应用于重金属污染水体的治理，如表1所示。另外，唐玉霖等[30]研究表明，由PEI 修饰磁性介孔硅胶和氧化石墨烯组成的层状结构复合物（MMSP-GO ）可有效去除水体重金属离子，Pb 2+和Cd 2+的最大吸附容量分别为333mg/g 和167mg/g ，腐殖酸的存在能增强重金属离子的吸附，
水处理技术第40卷第12期
6
参考文献[41][42][43][44][45][46]
吸附剂
制备方法2,6-二氨基吡啶修饰Fe 3O 4
HA-Fe 3O 4
甘氨酸修饰Fe 3O 4复合物
EDTA-Fe 3O 4
罗丹明修饰Fe 3O 4
巯基功能化磁性介孔硅胶
化学键合水热共沉淀吸附法溶剂热法化学键合缩合反应
Cu 2+和Zn 2+
Cr 6+Cu 2+Ni 2+Hg 2+Hg 2+
Cu 2+：45、Zn 2+：32
3.3762541.37.48207.7
吸附质吸附量/(mg ·g -1)表2有机材料修饰Fe 3O 4磁性纳米颗粒吸附重金属
Tab.2Adsorption of heavy metals by Fe 3O 4magnetic nanoparticles modified with organic materials MMSP-GO 吸附体系可用于废水中重金属离子和腐殖酸的协同去除。Chen 等[31]通过超声将纳米Fe 3O 4颗粒接到氮化硼纳米管上，制备得到的材料能有效
吸附去除水中的As(Ⅴ)。Nata 等[32]采用两步液相反应合成了碳质外壳包裹的磁性纳米颗粒，此吸附剂可用于吸附处理水中的Pb 2+。
吸附特异性差是无机材料修饰磁性纳米吸附剂的主要缺点，它们主要靠巨大的比表面积或丰富的孔结构对金属离子吸附去除。因此，开发吸附特异性强、吸附容量大的重金属离子吸附剂显得极其重要。2.2有机官能团修饰磁性Fe 3O 4纳米颗粒
有机官能团修饰磁性纳米颗粒就是通过特异化学反应如硅烷化偶联反应、络合反应或酯化反应等将各种有机配体修饰到磁性纳米颗粒的表面，从而制备得到含有不同功能基团的磁性纳米复合吸附剂。利用不同有机官能团与重金属离子间作用方式各异的原理可设计和合成对重金属离子具有选择识别能力的纳米复合吸附剂。
郭利民等[33]采用一种简单有效的真空纳米铸造技术合成磁性核中空介孔微球，进一步对其进行1,4-双（三乙氧基甲硅烷基）丙烷四硫化物（BTESPTS ）表面修饰，制备得到的磁性纳米复合吸附剂可选择性吸附去除水溶液中Hg 2+。Hakami 等[34]制备得到的硫醇功能化介孔Fe 3O 4磁性纳米颗粒（TF-SCMNPs ）同样对Hg 2+具有特异吸附性，15min 内即可达到吸附平衡，且吸附剂具有良好重复使用性。Reguera 等[35]通过XPS 手段证明，配体交换反应制备得到2,3-二巯基琥珀酸修饰Fe 3O 4磁性纳米颗粒（Fe 3O 4@DMSA ）可通过二硫键将Au 3+还原为Au 0。郝永梅等[36]将1,6-己二胺共价键合到磁性Fe 3O 4表面制备得到的新型氨基功能化磁性纳米颗粒（MNP-NH 2），对Cu 2+的最大吸附容量为25.77mg/g ；且吸附剂重复使用15次以上仍然保持稳定的吸附效率。童美萍等[37]采用简单共沉淀的方法合成的CTAB 修饰核壳结构磁性纳米粒子（Fe 3O 4@CTAB ）具有超顺磁性，在外加磁场作用下
5min 内即可实现固液分离，其对水溶液中As(Ⅴ)的平衡吸附容量为23.07mg/g 。Zargoosh 等[38]人将巯基水杨酰肼共价固定到Fe 3O 4磁性纳米颗粒表面，
制得的Fe 3O 4@PAA@TSH 纳米复合吸附剂对Pb 2+、Cd 2+、Cu 2+、Zn 2+和Co 2+的饱和吸附容量分别为188.7、107.5、76.9、51.3和27.7mg/g ，该吸附剂具有重复使用性好、操作简单、环境友好等优点，适用于工业废水中重金属离子的有效去除。Singh 等[39]通过软化学方法合成氨基、羧基、巯基功能化磁性纳米颗粒，通过螯合、离子交换方式或静电作用能有效去除水溶液中重金属离子（Cr 3+、Co 2+、Ni 2+、Cu 2+、Cd 2+、Pb 2+和As 3+）和微生物病原体。江桂斌等[40]利用共沉淀法获得腐殖酸包覆的Fe 3O 4磁性纳米颗粒（Fe 3O 4@HA ），利用腐殖酸分子结构中的活性官能团如羟基、羧基、羰基等与重金属离子形成稳定的螯合物吸附去除水溶液中的Hg 2+、Cd 2+和Pb 2+离子。其他有机修饰Fe 3O 4基磁性纳米颗粒吸附去除重金属应用实例如表2所示。
从文献报道来看，虽然有机官能团修饰磁性纳米微球对重金属离子具有强烈的吸附选择性，但有机官能团含量较低导致的吸附容量下降是这类吸附剂目前存在的主要问题。
因此，设法对材料设计和制备方法进行优化，制备吸附选择性更好、吸附容量更高的优质吸附材料越来越受到研究者的关注。2.3高分子聚合物修饰磁性Fe 3O 4纳米颗粒
高分子聚合物修饰磁性纳米颗粒就是通过适当方法将高分子聚合物与无机磁性颗粒结合形成的具有特殊结构和功能的纳米复合材料。高分子聚合物的引入抑制了磁性颗粒的聚集，降低了纳米毒性，增大了颗粒的表面效应。同时，通过高分子聚合物表面改性赋予磁性纳米颗粒新的表面功能基团，如羧基、羰基、氨基、巯基等，更有利于重金属离子的吸附。作为修饰剂的高分子聚合物主要有两类，一类是天然高分子聚合物（壳聚糖、明胶、纤维素、淀粉等），另一类是人工合成高分子聚合物，主要有聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚酰胺类、聚苯胺等。
刘
旸等，Fe 3O 4基多功能磁性纳米颗粒吸附重金属研究进展
7
2.3.1天然高分子修饰磁性纳米颗粒吸附重金属
近年来，天然高分子聚合物修饰磁性纳米颗粒在水处理领域得到广泛的应用。Chen等[47]通过碳化二亚胺方法将羧甲基壳聚糖键合到磁性纳米粒子表面制备得到对Cu2+具有高效去除能力的单分散壳聚糖功能化Fe
3
O4纳米粒子。Thinh等[48]通过环氧氯丙烷交联反应制备得到的磁性壳聚糖纳米粒子对Cr6+有强烈的吸附能力，最佳实验条件下Cr6+最大吸附容量高达55.80mg/g。Peng等[49]以离子液体为溶剂，采用溶胶-凝胶法合成一种具有纳米孔结构的磁性壳聚糖-纤维素复合微球，复合微球结构中大量螯合基团的存在有利于Cu2+的吸附去除，环境友好复合微球有望应用于污染水体中重金属离子的去除。Agrawal等[50]研究了一种氧化铁负载明胶颗粒对Cr6+吸附去除作用，结果表明这种材料在酸性条件下对Cr6+有很好的去除效果，并且对低浓度的Cr6+去除效果明显。贾士儒等[51]用生物发酵法合成
了Fe
3
O4/纤维素复合吸附剂，研究发现这种材料对重金属Pb2+、Mn2+和Cr3+均有很好的去除效果，且具有良好的重复使用性。Farrukh等[52]通过表面激发自由基聚合反应得到聚（2-氨乙基甲基丙烯酸酯盐酸
盐）（poly-AEMA·HCl）聚合物链修饰Fe
3
O4磁性纳米颗粒，进一步将其侧氨基转化为二硫代氨基甲酸，得到的聚合物刷功能化磁性纳米颗粒对Hg2+展现出高度螯合亲和力，高密度表面功能基团对吸附起到决定性的作用。总体上，天然高分子虽可有效吸附去除水中重金属离子，但其吸附容量不高。
2.3.2合成高分子修饰磁性纳米颗粒吸附重金属
合成高分子较天然高分子吸附容量更高，且易于交联上特定的官能团而具有选择吸附性。刘峥嵘等[53]以二乙烯苯为交联剂，采用悬浮聚合法制备得到可有效去除水中的Hg2+、Cu2+和Ni2+的Fe3O4/聚丙烯酸磁性微球。张朝辉等[54]以3-丙基三甲氧基硅烷为功能单体，正硅酸乙酯作为交联剂制得的离子
印迹聚合物磁性微球（Fe
3
O4@SiO2@IIP）对Pb2+具有选择吸附性。另外，增加合成高分子表面活性基团的量，对于增强磁性复合吸附剂对重金属离子的吸附选择性和提高吸附容量具有非常重要的意义。黄群武等[55]首先以乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，
采用悬浮聚合法制备得到Fe
3
O4/聚甲基丙烯酸羟乙酯磁性微球，然后进一步改性制得一种新型磁性复合微球（M-mPHEMA），M-mPHEMA对Al3+有较强的选择吸附性，去除率高达98%。周利民等[56]制备了Fe
3
O4/聚丙烯酸甲酯磁性复合微球，并经胺基化改性得到一种新型磁性复合微球，这种磁性复合微球对水中的Hg2+、Cu2+和Ni2+的吸附容量大大提高，效果要远优于Dowex-50-100磺酸型树脂。曾光明等[57]用水溶性PEI分子对水热法合成的核壳结构γ-Fe2O3@Fe3O4进行表面修饰，制备得到阳离子聚合
物修饰磁性纳米颗粒（γ-Fe
2
O3@Fe3O4-PEI），可通过静电吸附快速去除水溶液中Cr6+，且γ-Fe2O3@Fe3O4-PEI对Cr6+的吸附具有选择性，共存离子（K+、Na+、Ca2+、Cu2+、Cl-和NO3-）对Cr6+几乎没有影响。罗川南等[58]通过戊二醛化学交联方法将磁性环糊精-壳聚糖复合物共价修饰到氧化石墨烯表面，利用氧化石墨烯巨大的比表面积、环糊精分子结
构中丰富羟基和氨基官能团以及Fe
3
O4的超顺磁性有效吸附去除水溶液中的Cr6+。Badruddoza等[59]采用碳化二亚胺方法将羧甲基-β-环糊精嫁接到磁性Fe3O4纳米粒子表面，合成的磁性纳米复合物（CM-CD-MNPs）可快速吸附去除水溶液中Cu2+；该吸附剂还可用于选择性吸附水中的Pb2+、Cd2+和Ni2+离子[60]。王祥科等[61]利用等离子体诱导接枝技术使β-环糊精枝接到多壁碳纳米管/铁氧化物上形成复合磁性材料，该复合材料表面多羟基以及β-环糊精的疏水空腔结构能与金属离子和有机污染物形成配合物，增强其吸附能力。
总之，尽管高分子功能化磁性复合微球在去除水中重金属离子方面已经得到广泛深入的研究，但仍然存在诸如吸附容量有限、吸附剂结构不稳定性以及吸附特异性差等问题。因此，高分子功能化磁性复合微球在水污染治理领域的应用研究还需加强。3结论与展望
通过对国内外磁性复合微球吸附去除水体重金属离子研究的综述可以看出，磁性复合微球已经在水处理领域得到非常广泛的应用，但仍然存在一些问题：（1）重金属离子与磁性复合微球作用机理研究尚不深入；（2）磁性复合微球对重金属离子的吸附容量不能令人满意；（3）吸附特异性差是磁性复合微球吸附重金属普遍存在的问题之一；（4）磁性复合微球结构稳定性不够。因此，针对目前严峻的水体重金属污染现状，吸附能力强、吸附选择性好以及结构稳定的多功能磁性纳米复合材料设计、制备以及在水体污染治理中的应用仍将是未来几年水环境保护领域的研究热点之一。
水处理技术第40卷第12期8
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,
（下转第18页）
PROGRESS OF COMBINED PHOTOCATALYTIC AND MEMBRANE SEPARATION
TECHNOLOGIES FOR THE APPLICATION OF WATER TREATMENT
Fei Xizhi,Yang Jingjing,Bai Renbi
(Center for Separation and Purification Materials &Technologies,Suzhou University of Science and Technology;School of Environmental Science and Engineering,Suzhou University of Science and Technology;Key Laboratory of Environmental Science and Engineering:Suzhou 215009,China)
Abstract:The combined photocatalytic and membrane separation process had been developed to solve the problem in the difficulty associated with the traditional photocatalytic technology to separate and recover the used fine photocatalyst particles from reactors and thus ensure the treated water quality.The hybrid approach of combining photocatalysis and membrane separation technology together for improved applications in water and wastewater treatment and their characteristics and possible limitations were reviewed.It also provided a brief summary on the factors that affecting the performance of those hybrid photocatalytic and membrane reactors.It showed that the catalytic efficiency of the hybrid photocatalytic and membrane reactor with the suspending catalyst was much higher than with the loaded catalyst.The photocatalysis integrated with pervaporation or distillation system had the obvious advantages on the low power input for the driving force of membrane and the pollution control of membrane surface which were the common problems of the hybrid reactor with the suspending catalyst.The hybrid photocatalytic and membrane reactor was recommended as a promising technology for water and wastewater treatment.The research should focus on the development of the catalyst with high efficiency,the preparation of the antioxidant and antifouling membrane,and the optimization of the reactor structure.
Keywords:photocatalysis technology;membrane separation technology;hybrid photocatalytic and membrane reactor
filtration[J].Desalination,2006,192(1/3):280-287.
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PROGRESS ON THE ADSORPTION OF HEAVY METALS BY Fe 3O 4BASED
MULTIFUNCTIONAL MAGNETIC NANOPARTICLES
Liu Yang,Zhao Xuesong,Pan Xuejun,Chen Bo
（Faculty of Environmental Science and Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China ）
Abstract:Recently,water pollution caused by heavy metals has attracted more and more attention.Adsorption isconsidered to be a simple and efficient method for the removal of the heavy metal from waters.Magnetic nanoparticles (MNPs),as the adsorbents,have large specific surface area and could be easily isolated.However,it also has the disadvantagessuch aseasy agglomeration and poor dispersion,hence it is necessary to modify the magnetic nanoparticles to improve its dispersion and reaction activity.In this paper,the application of Fe 3O 4based multifunctional magnetic nanoparticles to removal of heavy metals from water by adsorption was reviewed.The advantages and disadvantages of magnetic nanoparticles adsorbents for heavy metals were summarized.Based on the review,this paper also forecasted the potential applications ofmagnetic nanoparticlesin thetreatment of heavy metal contaminated waters.
Keywords ：magnetic nanoparticle;multifunctionalization;heavy metal;adsorptive removal;research progress
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浅谈植物对土壤中重金属的吸附摘要：针对中国土壤中重金属污染加剧的趋势，为提高人们对土壤重金属污染的认 识，和人们对土壤中重金属污染的重视，特简要介绍相关情况。本文从土壤重金属 污染现状概况、植物对土壤重金属的吸收、影响植物吸收土壤中重金属的因素三个 方面介绍。并对植物修复土壤中重金属污染的理论提出展望。 关键词土壤；重金属；植物；吸收 Introduction to Plant for the Adsorption of Heavy Metals in Soil Abstract：With the soil pollution of heavy metals getting worse and worse,In order to improve people's knowledge on the soil heavy metal pollution,and the importance of heavy metal pollution in soil,so introduce something about heany metal pollution.This studies about soil heavy metal pollution status、the absorption of heavy metals from soil、the factors affecting plant absorption of heavy metals in soil. The prospect of the theory of phytoremediation of heavy metal pollution in soil is also proposed. Key words:soil;heavy metal;plant;absorption 引言 土壤是环境要素的重要组成部分，它不仅是农业生产的基础，而且还是人类环境的重要组成部分。它处于自然环境的中心位置，承担着环境中大约90%的来自各方面的污染物。然而，局部地球化学作用或者人为活动的强烈作用，尤其是近年来由于城市和工业的迅速发展，工业废弃物、城市固体废弃物、农业灌溉水污染、肥料和农药的施用，和城市污水处理厂污泥及大气污染的沉降，污染已从城市向周围蔓延。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中的重金属含量过高，并造成生态环境恶化的现象，土壤中的一些重金属元素在低浓度时，对植物而言是必须元素，但有些重金属元素在过量时就会对植物物产生毒害作用，如锌、铜、铬、镍、镉、汞、砷、铅等。 在我国，土壤重金属污染主要来自采矿、冶炼、电镀、化工、电子、制革、染料等工业生产的三废以及污灌、农药、化肥的不合理施用等。重金属在土壤中积累到一定限度就会对土壤一植物系统产生毒害，并可能通过接触食物链直接或间接地对人体健康产生严重危害。
微生物处理重金属废水的常规研究进展2010-8-23 来源：谷腾水网点击：37 重金属废水的常规处理方法主要包括：化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、电解法、活性炭和硅胶吸附法和膜分离法等，但这些方法存在去除不彻底、费用昂贵、产生有毒污泥或其他废料等缺点。因此，人们一直致力于研究与开发高效环保型的重金属废水处理技术和工艺。微生物处理法是利用细菌、真菌（酵母）、藻类等生物材料及其生命代谢活动去除和（或）积累废水中的重金属，并通过一定的方法使金属离子从微生物体内释放出来，从而降低废水中重金属离子的浓度。近年来，国际上在微生物处理重金属废水的研究中取得了较多成果，该技术在投资、运行、操作管理和金属回收、废水回用等方面优越于传统的治理方法，展现出广阔的应用前景。我国在微生物处理废水重金属这方面的研究尚处于起步阶段，因此，本文就微生物处理重金属废水的机理及其影响因素做一概述，以期促进国内该领域的研究。 1微生物处理重金属废水的机理 1.1微生物对重金属的吸附作用 微生物的吸附作用是指利用某些微生物本身的化学成分和结构特性来吸附废水中的重金属离子，通过固液两相分离达到去除废水中的重金属离子的目的。生物吸附剂为自然界中丰富的生物资源，如藻类、地衣、真菌和细菌等。微生物结构的复杂性以及同一微生物和不同金属间亲和力的差别决定了微生物吸附金属的机理非常复杂，至今尚未得到统一认识。根据被吸附重金属离子在微生物细胞中的分布，一般将微生物对金属离子的吸附分为胞外吸附、细胞表面吸附和胞内吸附。 1.1.1胞外吸附 一些微生物可以分泌多聚糖，糖蛋白，脂多糖，可溶性氨基酸等胞外聚合物质（extracellularpolymericsubstances，EPS），EPS具有络合或沉淀金属离子作用。如蓝细菌能分泌多糖等胞外聚合物，一些白腐真菌可以分泌柠檬酸（金属螯合剂）或草酸（与金属形成草酸盐沉淀）。Suh等研究发现，当茁芽短梗霉（Aureobasidiumpullulans）分泌EPS时，Pb2 便积累于整个细胞的表面，且随着细胞的存活时间增长，EPS的分泌量增多，积累于细胞表面的Pb2 水平就越高，从最初的56.9上升到215.6mg/g（干重）；当把细胞分泌的EPS提取出来后，Pb2 便会渗透到细胞内，但Pb2 的积累量显著减少（最高量仅为35.8mg/g干重）。 1.1.2细胞表面吸附 细胞表面吸附是指金属离子通过与细胞表面，特别是细胞壁组分（蛋白质、多糖、脂类等）中的化学基团（如羧基、羟基、磷酰基、酰胺基、硫酸脂基、氨基、巯基等）的相互作用，吸附到细胞表面。如将酵母细胞壁上氨基，羧基，羟基等化学基团进行封闭，则会减少其对Cu2 的吸收量，表明这些基团在结合Cu2 方面具有重要的作用，这也间接证明了细胞壁上蛋白质和糖类在生物吸附中的作用。 金属离子被细胞表面吸附的机制包括离子交换、表面络合、物理吸附（如范德华力、静电作用）、氧化还原或无机微沉淀等。不同的微生物对不同金属的吸附作用机制不同（表1）。Kratochvil等认为，离子交换是许多非活性真菌和藻类吸附金属离子的主要机理，主要是细胞表面的羧基，其次是硫酸脂基和氨基在生物吸附中发挥了重要作用。Davis等也认为离子交换是褐藻吸附金属离子的主要机制，特别是以前被认为的物理和化学的结合机制都可以用离子交换来解释。细胞表面功能基团中的氮、氧、硫、磷等原子，可以作为配位原子与金属离子配位络合。例如Zn、Pb可以与产黄青霉（P.chrysogenum）表面的磷酰基和羧基形成络合物，溶液中的阴离子（EDTA、SO42-、Cl-、PO33-等）可以与细胞竞争重金属阳离子，形成络合物，从而降低产黄青霉对Zn、Pb的吸附量，这也间接地说明细胞表面对金属离子的吸附确实存在络合机制。关于氧化还原和无机微沉淀的机制也有少量报道。如Lin采用X 射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）以及光电子能谱（XPS）技术，研究了废弃酵母吸附Au3 的过程，发现还原性糖（细胞壁肽聚糖层的多糖水解产物）半缩醛基团中的自由醛基，可以
氧化石墨烯改性PVC的性能研究 摘要通过共混方法制备了分散均匀的聚氯乙烯（PVC）/氧化石墨烯（GO）复合材料，研究了材料的力学性能、热稳定性能、导电性能。结果表明，微量GO能较大幅度提高PVC的拉伸强度，且保持较高的断裂伸长率；添加GO还能提高PVC的起始分解温度、最大分解温度以及PVC的成碳量。 关键词：聚氯乙烯；氧化石墨烯；改性 石墨烯(Graphene，又称单层石墨或二维石墨，图1所示)是单原子厚度的呈二维蜂窝状排列的碳原子晶体，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨（图2所示）的基本结构单元[1]。在石墨烯中，碳原子以sp2杂化轨道与其它原子通过强σ键相连接，这些高强度的σ键使石墨烯具有优异的结构钢性，平行片层方向具有很高的强度。碳原子有四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键π电子，这些π电子在同一平面层碳原子的上下形成大π键，进而形成垂直于石墨烯片层的互相平行的π轨道，这种离域π电子在碳网平面内可以自由流动，类似自由电子，因此在石墨烯面内具有类似于金属的导电性和导热性，它的抗磁性也十分明显。因其特殊结构石墨烯具有高的比表面积[2] ，良好的力学和电学性能。石墨烯中载流子具有弹道输运特性，室温下载流子的平均自由程和相干长度达到微米量级，迁移率(200000 cm2／Vs)大约是硅的100倍，有利于制造更小的快速转换信号的晶体管[3-5]，因其一系列优异的性质，引起科技工作者的极大兴趣。 图1 石墨烯基本结构示意图图2 单层石墨烯及其派生物 石墨烯丰富和奇特的物理化学性质，这使人们联想到石墨烯衍生物是否也具备如此的优异性能。因此，多种具有不同性能的石墨烯衍生物也逐步被发现，其中包括氧化石墨烯(grapheme oxide) [6],,反磁性半氢化石墨烯（graphone）[7],和半导体氢化石墨烯（graphane）[8]等等。在这些物质中氧化石墨烯以其低廉的制备成本，高度的可加工性能，在多个领域的应用都有所涉及。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，成为制备石墨烯和基于石墨烯复合材料的理想前驱体。氧
石墨烯对水中重金属的处理技术 摘要：石墨烯作为目前自然界最薄、强度最高的材料，具有极大的比表面积、良好的化学稳定性以及表面活性，是一种高效的去除水中重金属的吸附材料。本文介绍了石墨烯材料的种类、特征，分析了去除废水中重金属离子的机理，应用情况，影响因素。指出了石墨烯作为吸附剂的潜在劣势，以及在水处理过程中的应用前景。 Abstract: As the thinnest and strongest material, graphene has huge surface area, excellent chemical stability and suface activity, which is an efficient absorption material for removing heavy metals from water. This paper introduces the types and characteristics of graphenematerials; analyzes the mechanism of graphenen materials removing heavy metal ion from waste water, the applications and influencing factors; points out the disadvantages and prospects of the graphene as an absorbent. 关键词：重金属污染石墨烯吸附水处理 前言 水乃生命之源，不管是对于人类，动植物，还是微生物，但是随着工业的发 展，各种各样的重金属离子被排入水体，随后被动植物吸收，又随着食物链浓缩， 进入人体，在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性， 也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急 性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，严重危害人类的健康。如日本发生的水俣病 和骨痛病等公害病，都是由重金属污染引起的。 面对亟待解决的重金属污染问题，寻求一种高效便捷的处理技术极其重要， 常见的重金属处理方法有化学沉淀法、混凝沉淀法、电解法、离子交换法、吸附 法和生物处理法等，其中吸附法操作简单，成本低廉，备受青睐，而吸附剂的选 择是吸附法的关键。
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用高度定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨烯，打破了传统的物理学观点:二维晶体在常温下不能稳定存在。两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯是一种碳原子分布在二维蜂巢晶体点阵上的单原子层晶体。被认为是构建所有其他维数石墨材料的基本单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨，如图所示。石墨烯晶体C-C键长为0.142nm，每个碳原子4 个价电子中的3 个通过σ键与临近的3个碳原子相连，S、Px 和Py3个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构。这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。拉伸强度高达130Gpa，破坏强度为42N/m，杨氏模量为1.0TPa,断裂强度为125Gpa 与碳纳米管相当。石墨烯的厚度仅为0.35nm左右，是世界上最薄的二维材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。（百度百科）石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。
石墨烯结构示意图（10） 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。传统的半导体和导体，例如硅和铜，由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能。而在石墨烯中，每个碳原子都有一个垂直于碳原子平面的σz轨道的未成键的p电子，在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大π键，可以在晶体中自由高效的迁移，且运动速度高达光速的1/300，电子能量不会被损耗，赋予了石墨烯良好的导电性。晶格平面两侧高度巡游的大π键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性宽
重金属污染土壤的治理是当今世界的一大难题，由于土壤中重金属污染是一个不可逆的过程，且土壤中的重金属具有非降解性及难以清除性。采用传统方法修复重金属污染土壤是非常困难和昂贵的[1]。而生物修复法能克服传统方法中的缺点，越来越受到重视[2]。土壤中微生物种类繁多，数量庞大，有的不仅参与土壤中污染物的循环过程，还可作为环境载体吸附重金属等污染物[3]。由于微生物对重金属具有积累和解毒作用的功能，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，使土壤重金属污染生物处理技术的发展和应用倍受关注。虽然近年来人们已经对土壤重金属污染的微生物效应、微生物学评价及修复机制做了大量的研究，但往往这些研究都是独立进行，缺乏相互之间的联系，造成很多结论的不统一性，对它们的综合评价产生一定的影响。因此，系统综述土壤重金属污染的微生物效应、微生物学评价及微生物的修复作用等方面的研究进展，研究和运用微生物与重金属间的相互关系和作用特点，对重金属污染土壤的微生物修复具有重要的意义[4]。 1土壤重金属污染的微生物效应及毒性 1.1重金属污染对土壤微生物活性的影响 当土壤受外来重金属污染物污染时，微生物为了维持生存可能需要更多的能量，而使土壤微生物的代谢活性发生不同程度的反应[5]86。微生物的代谢商（qCO 2）是微生物活性反应指标之一，它反映了单位生物量的微生物在单位时间里的呼吸作用强度[6]138。土壤微生物的代谢商通常随着重金属污染程 度的增加而上升。Chander 等[7]613研究认为，含高浓度重金属的土壤中微生物利用有机碳更多地作为能量代谢，以CO 2的形式释放，而低浓度重金属的土壤中微生物能更有效地利用有机碳转化为生物量碳，土壤中的重金属含量的高低影响了微生物的呼吸及代谢，进而影响了土壤的呼吸作用。张玲和叶正钱[6]139研究了铅锌矿区污染土壤的微生物活性，在矿口处土壤基础呼吸为33.69mg/（kg ·d ），明显高于其他地段，在远离矿口800m 的地方土壤基础呼吸为24.57mg/（kg ·d ），明显高于对照的4.06mg/（kg ·d ），矿口土壤的土壤基础呼吸和微生物代谢商分别是对照土壤的1.6倍和2.3倍。Fliepbach 等[8]1202也研究认为，代谢商是评价重金属微生物效应的敏感指标，它可以反映出土壤重金属污染程度。 1.2重金属污染对土壤微生物生物量的影响 土壤微生物生物量代表着参与调控土壤中能量和养分循环以及有机质转化所对应生物量的数量，而且土壤微生物碳或氮转化速率较快，可以很好地表征土壤总碳或总氮的动态变化，是比较敏感的生物学指标[8]1201。大量的研究表明，由于土壤重金属污染造成微生物生物量发生变化。Khan 等[9]30研究指出，Pb 污染矿区土壤的微生物生物量受到严重影响，靠近矿区附近土壤的微生物生物量明显低于远离矿区土壤的微生物生物量。Fliepbach 等[8]1201研究结果表明，低浓度的重金属能刺激微生物生长，可增加微生物生物量碳，而高浓度重金属污染则导致土壤微生物生物量碳的明显下降。Khan 等[9]31采用室内培养实验，研究了Cd 、Pb 和Zn 对红壤微生物生 土壤重金属污染的微生物效应研究进展 王彬杨胜翔徐卫红 （西南大学资源环境学院，重庆 400716） 摘 要 文章综述了土壤重金属污染的微生物效应、重金属污染土壤的微生物学评价及微生物的修复机制等方面的研究进展，并对今后土壤重金属污染的微生物修复的研究重点进行了展望。 关键词 重金属污染 土壤微生物 修复 收稿日期：2007-11-28，修改稿收到日期：2008-01-07 第23卷第2期 2008年6月广州环境科学 GUANGZHOU ENVIRONMENTAL SCIENCES Vol.23，No.2Jun.2008 6
土壤对重金属的吸附解吸的研究概况 摘要：本文主要对土壤吸附重金属离子的研究现状进行了综述，介绍了土壤对重金属吸附一解吸的反应机理，以及各种环境因子的影响；同时综述了土壤对重金属吸附模式的研究情况。 关键词：土壤，重金属，吸附，解吸 The study of adsorption and desorption of heavy metals on soil YAO xiao-fei (Department of Municipal and Environmental Engineering, Beijing Jiao Tong University, Beijing 100044) Abstract:The adsorption and desorption of heavy metals on soil were studied in this paper，it Describes the reaction mechanism about adsorption and desorption of heavy metals in soil，and the impact of various environmental factors 。At the same time we can have an overview of heavy metal adsorption model 。 Keywords: soil，heavy metal，absorption，desorption 长期以来，土壤中的重金属污染一直是人们关注的焦点，随着人类活动的加剧，越来越多的重金属元素进入到土壤中，进入土壤的重金属可以被植物吸收，进入食物链，也可在一定的条件下向下迁移污染地下水，威胁生态环境的平衡和人类健康[1]。吸附是重金属元素在土壤中积累的一个主要过程，是一个溶质由液相转移到固相的物理化学过程，其决定着重金属在土壤中的移动性、生物有效性和毒性［2］。因此，国外学者在土壤对重金属吸附一解吸方面进行了大量研究，取得了一系列成果。。本文主要对这些研究所采用的方法、条件及其进展进行综述。 1 研究方法与条件 研究土壤对重金属的吸附与解吸特征通常所采用的方法主要有序批实验，柱状淋滤实验，单一化学提取方法和连续提取方法。序批实验也叫静态实验，是将一定比例的土壤与溶液混合，在一定温度下在震荡器中震荡平衡或搅拌器中搅拌，溶液经过离心、过滤后进行测定。柱状淋滤实验也叫动态实验，是将一定土壤按一定空隙率和含水率装填在柱中，流动溶液由上而下，定时收集接收液测定以及土壤中重金属的测定［3］。由于不同土壤具有不同性质、不同方法的研究结果不适宜直接比较，同时动态实验需要使用均一体系来保证实验结果的重现性，具有一定难度。而静态研究的结果相对稳定，实验条件容易控制，因此，目前采用较多。其操作步骤一般都是加入不同浓度的重金属离子溶液于土壤中，再加入支持电解质，恒温振荡若干时间后恒温平衡若干时间，再离心，过滤，用原子吸收分光光度计测定上清液重金属的含量。这些研究的具体操作步骤因研究目的而异，通常下列几个因素对研究结果的影响较大。 1．1 土样粉碎度 吸附解吸实验中所用的土样一般为20目或60目，土壤的不同粉碎度对土壤吸附性能的影响没有专门报道。然而，样品研磨太细，容易破坏土壤矿物晶体。矿物晶粒遭破坏后，暴露出新的表面使土壤颗粒的总表面积增大，因而就会改变土壤对金属离子的吸附性能，故选用通过20 目筛的土样相对更合理。
微生物处理重金属污染 摘要：重金属污染的修复是目前研究的热点之一，其中生物治理技术尤其得到了广泛关注。利用菌类微生物的表面结构特性及其生化代谢作用，通过生物化学法、生物絮凝法等将重金属元素分离或降低其毒性，可达到治理污染的目的。基因工程技术在这一领域的应用，加强了菌类和微藻的吸附、代谢、絮凝功能，提高了重金属污染的处理能力。固定化技术的应用提高了治理重金属污染的效率及稳定性，有力地推动了重金属微生物治理技术的发展。文章综述了近年来国内外在利用微生物及植物技术治理重金属污染方面的研究进展，并对其发展方向进行了展望。 关键词：重金属；微生物；研究现状；应用前景 Review on Microbiological for Heavy Metal Pollution LI Dong-xiao Abstract：Development in the treatment of heavy metal pollution at home and abroad by means of microbiological techniques were summarized，and present studies and application prospects of Biological chemical method，Biological flocculation method. the application of gene engineering technique and immobilized microorganism technique to heavy metal pollution treatment were introduced. The prospects of development of treatment technology for heavy metal pollution were also discussed. Key words：heavy metal pollution；microorganism；status; review 1.前言 由于工业的发展,重金属的使用越来越广泛,伴随而来的重金属污染问题也日趋严重。特别是重金属废水,因其中的铅、铬、镉等可通过食物链最终在生物体内累积,破坏正常的生理代谢活动甚至产生“三致”(致癌、致畸、致突变)作用,而成为一种对生态环境危害极大的工业废水。因此,寻找一种能有效地治理重金属废水污染的技术已显得紧迫而重要。 治理重金属的传统方法有:中和沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、蒸发和凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透和电渗析法等。它们各有优点,但又不同程度地存在着投资大、能耗高、操作困难、易产生二次污染等不足,特别是在处理低含量重金属污染时,其操作费用和原材料成本相对过高[1]。利用微生物体系制备的生物吸附剂处理和回收重金属,是目前实践证明最有发展前途的一种新方法。它与传统的处理方法相比,具有以下优点[2]: (1)在低浓度下,金属可以被选择性地去除; (2)节能,处理效率高; (3)操作时的pH值和温度条件范围宽; (4)易于分离回收重金属; (5)吸附剂易再生利用; (6)对钙、镁离子吸附量少;(7)投资小,运行费用低,无二次污染。 2. 重金属污染的微生物处理方法
大学生创新训练项目 研究报告 项目名称：氧化石墨烯和磁性氧化石墨烯的制备及其吸附性的研究 项目类型：一般项目 项目年度：2014年 项目负责人：李柯学号：32012080015 负责人院（系）：安全与环境工程学院环境工程系 专业（方向）：环境工程 项目组成员：杨梦凡、杨舒、卢光远 指导教师：任冬梅 教务处制 二〇一五年 摘要
石墨烯是由单层碳原子排列组合而成，呈六边形网状结构，因其特殊的二维结构表现出许多优异的性质。而氧化石墨烯由于在表面及边缘上大量含氧基团的引入，易于修饰与功能化，且保持着化学稳定性。本文采用改良hummers法制备氧化石墨烯。本文采用改良hummers 法制备氧化石墨烯。改进后制备较高氧化程度的氧化石墨的原料：天然鳞片石墨1g，浓硫酸23ml，高锰酸钾3g，硝酸钠0.5g，30%双氧水10ml，35%的盐酸，蒸馏水若干（实验中采用了多组不同的原料用量配比，过程记录以此组数据为例）。并得到如下结论：制取氧化石墨烯时，一定范围内，天然鳞片石墨用量减少可以提高氧化程度；硝酸钠用量的变化对石墨烯氧化程度影响不大；适度增加高锰酸钾和双氧水的用量同样可以提高氧化程度。实验过程中，高锰酸钾对石墨烯的氧化起着至关重要的作用，加入高锰酸钾时长时间缓慢增加对石墨烯氧化程度的效果比一次性直接加入要好。改进后的方法有利于提高实验室合成氧化石墨烯的效率，一定程度上降低了实验操作的难度。制取磁性氧化石墨烯的过程中，是在强碱性（PH>12）的环境下，让氧化石墨烯与FeCl3和FeCl2水浴恒温，使生成的纳米Fe3O4直接镶嵌复合到氧化石墨烯上。最后在不同浓度的PH条件下测得氧化石墨烯和磁性氧化石墨烯对甲基橙和重金属离子的吸收。 关键词：氧化石墨烯、磁性氧化石墨烯、吸附性
生物技术修复土壤重金属污染 任课教师：XXX 姓名：XXX 学号：XXX 专业：生物科学基地班 年级：XXX 学院：生命科学学院 成绩______________________
土壤重金属污染 摘要：随着社会经济特别是重工业的发展，土壤重金属污染的形势也越来越严峻。污染治理已成备受关注的焦点。已有许多物理工程、化学修复、生物修复等技术相继涌现。本文就土壤重金属污染的现状、现有生物修复技术做综述。 关键词：重金属污染现状修复技术 Abstract：With the development of social economy especially heavy industry, the situation of soil heavy metal pollution is becoming more and more control has become the focus of the are many physics engineering, chemical remediation, bioremediation technology have article reviews the current situation, the existing soil heavy metal pollution bioremediation technology. Keyword：Heavy metal pollution status quo Technology to repair 前言：随着工农业的发展，土壤重金属污染问题日益严重，土壤中过量的重金属会被植物吸收到体内，通过食物链和生物富集作用对人体健康造成巨大危害。治理土壤环境重金属污染问题已成为当今的研究热点，而物理化学修复手段显然不能快速高效地解决这一难题，生物修复因其廉价、环境友好而备受青睐。[1] 1.现状 国内重金属污染现状 重金属资源是国民经济发展的基础和重要组成部分,一方面重金属资源的开发为我国社会经济的快速发展做出了巨大的贡献,另一方面大量的重金属资源开发活动势必造成严重的重金属污染,尤其是乡镇、个体矿山的开发,由于其各方面的技术、设备简陋,环保意识缺乏等原因对环境的破坏和污染是特别严重,甚至引发严重的环境污染事件,直接威胁到人类的生命安全. 中国的土壤重金属污染已较为严重和普遍，污染源主要是污灌、金属矿开采、冶炼与
碳材料对重金属的吸附及gamma射线辐照还原 一：碳材料的选择 活性炭；活性炭纤维；碳纳米管；磁性多孔碳材料；氧化石墨烯①。 材料的选择主要考虑材料的吸附容量和吸附速度，还需要考虑材料的机械强度，选择性跟抗干扰性。然后再对材料进行一系列的预处理。 常用的处理方法： 1 化学试剂处理 2 辐射照射处理 3 共聚接枝 比如具有吸附能力碳纳米管（CNTs）的预处理，就是选用一定浓度的过氧化氢，次氯酸钠，硝酸，高锰酸钾溶液。吸附能力增强的几个原因。 二：材料的吸附 材料的吸附性实验，即是一种探究性优化实验。 资料中一般用材料吸附一些生活生产中常见的重金属污染物。如：镉离子，铜离子，铅离子，铬离子等等。随即研究这种材料在不同时间，不同的pH，不同的吸附剂用量。依此得出这种材料最佳的吸附条件。 最后绘制等温吸附曲线。用朗缪尔，弗罗因德等温吸附方程式拟合。继而进一步分析这种材料的吸附机理。 三：gamma射线的辐照还原 辐照还原的实质就是对已经吸附的重金属离子进行解析。使这种吸附材料能够重复利用。 附录： ①：其吸附机理可大致分为三大类：10 不发生化学反应，由分子间的相互引力
产生吸附力即物理吸附。20 发生化学反应，通过化学键力引起的化学吸附。30 由于静电引力使重金属离子聚集到吸附剂表面的带电点上，置换出吸附剂原有的离子的交换吸附。 活性炭对金属离子的吸附机理是金属离子在活性炭表面的离子交换吸附，同时还有金属离子同其表面含氧基团之间的化学吸附以及金属离子在其表面沉积而产生的物理吸附。 两个常用的等温式：langmuir，freundlich
斜对角线原则 材料的吸附容量和吸附速度，还需要考虑材料的机械强度，选择性跟抗干扰性。孔径跟比表面积。 材料对金属离子吸附效果的依赖性。 酸处理跟碱处理 酸处理会增加含氧官能团，酸性官能团，从而提高亲水性跟离子交换性能 碱处理会增加微孔数目。 典型制备方法： 将ACF GAC反复用蒸馏水冲洗至溶液的pH不变，再于80℃干燥过夜。 干燥过的ACF GAC 中分别加入1.0mol/l 硝酸溶液加热煮沸3h，再用蒸馏水洗涤，于80℃干燥过夜。 碱处理即把硝酸改为KOH溶液。 负载ZnO-GAC 碳纳米管吸附性好坏明显依赖溶液的PH和碳纳米管的表面状态。
Home Search Collections Journals About Contact us My IOPscience Adsorption of ammonia on graphene This article has been downloaded from IOPscience. Please scroll down to see the full text article. 2009 Nanotechnology 20 245501 (https://www.doczj.com/doc/0014325534.html,/0957-4484/20/24/245501) View the table of contents for this issue, or go to the journal homepage for more Download details: IP Address: 218.197.201.89 The article was downloaded on 02/03/2012 at 03:40 Please note that terms and conditions apply.
IOP P UBLISHING N ANOTECHNOLOGY Nanotechnology20(2009)245501(8pp)doi:10.1088/0957-4484/20/24/245501 Adsorption of ammonia on graphene Hugo E Romero1,Prasoon Joshi2,Awnish K Gupta1, Humberto R Gutierrez1,Milton W Cole1,3, Srinivas A Tadigadapa2,3,4and Peter C Eklund1,3,4 1Department of Physics,Pennsylvania State University,University Park,PA16802,USA 2Department of Electrical Engineering,Pennsylvania State University,University Park, PA16802,USA 3Materials Research Institute,Pennsylvania State University,University Park,PA16802,USA E-mail:sat10@https://www.doczj.com/doc/0014325534.html, and pce3@https://www.doczj.com/doc/0014325534.html, Received26January2009,in?nal form28April2009 Published26May2009 Online at https://www.doczj.com/doc/0014325534.html,/Nano/20/245501 Abstract We report on experimental studies of NH3adsorption/desorption on graphene surfaces.The study employs bottom-gated graphene?eld effect transistors supported on Si/SiO2substrates. Detection of NH3occurs through the shift of the source–drain resistance maximum(‘Dirac peak’)with the gate voltage.The observed shift of the Dirac peak toward negative gate voltages in response to NH3exposure is consistent with a small charge transfer(f～0.068±0.004 electrons per molecule at pristine sites)from NH3to graphene.The desorption kinetics involves a very rapid loss of NH3from the top surface and a much slower removal from the bottom surface at the interface with the SiO2that we identify with a Fickian diffusion process. (Some?gures in this article are in colour only in the electronic version) 1.Introduction Graphene is a single?at atomic sheet of carbon with the atoms arranged in a two-dimensional(2D)honeycomb con?guration.Recent progress in isolating graphene on an insulating substrate(e.g.,SiO2or SiC)now enable this exotic 2D system to be probed experimentally[1–3].It has been shown to be a promising building block for novel generation of high speed and sensitive electronic devices[4–12].Electron transport experiments on graphene have demonstrated,among other effects,unusual carrier-density-dependent conductiv-ity[1,13,14],anomalous quantum Hall effect[13–15], minimum quantum conductivity[13],and exceptionally high electron mobilities[16,17].These remarkable electronic properties stem from the unique band structure of graphene, which exhibits conduction and valence bands with near-linear dispersion that touch at the Brillouin zone corners to make a zero gap semiconductor. Similar to earlier experiments on carbon nanotubes[18], the transport properties of graphene have been shown to be sensitive to molecules adsorbed on the surface(e.g.NH3,NO2, H2O and CO)[10,19].The details of the strength and character of the adsorption(chemi versus physisorption),and the degree of charge transfer between the analyte and graphene is still 4Authors to whom any correspondence should be addressed.under debate.Geim and co-workers were the?rst to report that a graphene Hall effect sensor device is capable of detecting individual molecules of NO2[10].Charge transfer between the graphene and NO2is thought to be important in this particular case[19,20]. Here,we report studies of the interaction of NH3with graphene?eld effect transistors(FETs)supported on Si/SiO2 substrates in order to provide further insight into the nature of the molecule–graphene interaction.The SiO2is used as a gate dielectric and the heavily doped Si substrate as the bottom gate electrode.By sweeping the gate voltage,we can follow the time evolution of the peak in the drain-source resistance (known as the‘Dirac’peak)to monitor the change of the Fermi level in graphene in response to the adsorption and desorption of NH3.Presumably,this shift of the Dirac peak is dominated by charge transfer effects.The Dirac peak shift and the thermodynamic data for NH3on graphite are used to determine the effective charge transfer per NH3molecule(f) to the graphene.Our value for f will be compared to recent theoretical calculations for NH3bound to the surface[20]and to the edges[21]of graphene. 2.Experimental details The graphene FETs studied here were supported on Si/SiO2 substrates and bottom-gated using the SiO2(300nm thermal
土壤中重金属 镉的迁移转化 由于土壤的强吸附作用，镉很少发生向下的再迁移而累积于土壤表层，在降水的影响下，土壤表层的镉的可溶态部分随水流动就可能发生水平迁移，进入界面土壤和附近的河流或湖泊而造成次生污染土壤中水溶性镉和非水溶镉在一定的条件下可相互转化，其主要影响因素为土壤的酸碱度氧化- 还原条件和碳酸盐的含量。与铅铜锌砷及铬等相比较，土壤中镉的环境容量要小得多，这是土壤镉污染的一个重要特点。 铅的迁移转化 铅是人体的非必需元素土壤中铅的污染主要来自大气污染中的铅沉降和铅应用工业的三废排放土壤中铅的污染主要是通过空气水等介质形成的二次污染铅在土壤中主要以二价态的无机化合物形式存在，极少数为四价态多以 2)(PbOH、3PbCO或243)(POPb等难溶态形式存在，故铅的移动性和被作物吸收的作用都大大降低在酸性土壤中可溶性铅含量一般较高，因为酸性土壤中的 H+ 可将铅从不溶的铅化合物中溶解出来植物吸收的铅是土壤溶液中的可溶性铅绝大多数积累于植物根部，转移到茎叶种子中的很少。植物除通过根系吸收土壤中的铅以外，还可以通过叶片上的气孔吸收污染空气中的铅。 铬的迁移转化 铬是人类和动物的必需元素，但其浓度较高时对生物有害土壤中铬的污染主要来源于铁铬电镀金属酸洗皮革鞣制耐火材料铬酸盐和三氧化铬工业的三废排放及燃煤污水灌溉或污泥施用等土壤中铬通常以四种化合形态存在，两种三价铬离子3Cr 2CrO，两种六价铬阴离子Cr2O7和Cr2O4其中3)(OHCr的溶解性较小，是铬最稳定的存在形式，而水溶性六价铬的含量一般较低，但六价铬的毒性远大于三价铬的毒性土壤中的有机质如腐殖质具有很强的还原能力，能很快地把六价铬还原为三价铬，一般当土壤有机质含量大于 2 时，六价铬就几乎全部被还原为三价铬[7-9] 由于土壤中的铬多为难溶性化合物，其迁移能力一般较弱，而含铬废水中的铬进人土壤后，也多转变为难溶性铬，故通过污染进入土壤中的铬主要残留积累于土壤表层铬在土壤中多以难溶性且不能被植物所吸收利用的形式存在，因而铬的生物移作用较小，故铬对植物的危害不像 Cd、Hg等重属那么严重有研究结果表明，植物从土壤溶液吸收的铬，绝大多数保留在根部，而转移到种子果实中的铬则很少。 砷的迁移转化 砷是类金属元素，不是重金属但从它的环境污染效应来看，常把它作为重金属来研究土壤中砷的污染主要来自化工冶金炼焦火力发电造纸玻璃皮革及电子等工业排放的三废冶金与化学工业含砷农药的使用砷主要以正三价和正五价存在于土壤环境中 ,其存在形式可分为水溶性砷，吸附态砷和难溶性砷三者之间在一定的条件下可以相互转化当土壤中含硫量较高且在还原性条件下，可以形成稳定的难溶性32AsS。在土壤嫌气条件下，砷与汞相似，可经微生物的甲基化过程转化为二甲基砷 [sHACH23）（]之类的化合物由于土壤中砷主要以非水溶性形式存在，因而土壤中的砷，特别是排污进入土壤的砷，主 要累积于土壤表层，难于向下移动.一般认为，砷不是植物动物和人体的必需元素但植物对砷有强烈的吸收积累作用，其吸收作用与土壤中砷的含量植物品种等有关砷在植物中主要分布在根部在浸水土壤中生长的作物，砷含量较高.