2019, Vol. 10引用本文 |
| 农业废弃物吸附稀土离子的研究进展 |  [PDF全文] |
稀土元素由17种元素组成, 其中含有15种镧系元素和2种与镧系元素性质相似的Sc和Y[1], 根据稀土元素化学、物理及地球化学性质, 以钆为分界将稀土元素分为: ①轻稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu和Gd; ②重稀土元素Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y[2-3].
稀土元素在工业上应用广泛, 特别是在高科技领域[4]:电子设备[5]及工程系统、发光器件[6]、核磁共振及医学成像[7]、催化技术[8]、能源开发与利用[9]等.随着稀土工业应用的增加, 伴随着环境方面的问题也日益凸显, 例如:稀土元素的开发造成矿区附近土壤及地表水污染严重, 而且可能会通过降水、浸取母液渗漏、河流对地下水的补给等方式, 从土壤和河流中下渗至地下水体中, 造成地下水污染, 进而对人类身体健康和生态环境造成危害[10].对人类身体健康的危害主要体现在长期摄入低剂量稀土元素会导致儿童智商均数和记忆力低下[11], 对脑、肝、骨和免疫功能等造成危害[12], 严重的导致矿区白血病发病几率增高[13].对生态环境的危害主要体现在由于滞留在土壤表层的稀土元素增加, 抑制了植物根系伸长率、降低了农作物的发芽率、抑制了细胞内酶活性.富集在浮萍上的低浓度稀土促进了其生长, 加快了水体的富营养化, 造成了水环境的破坏, 富集在藻类上的高浓度稀土元素促进了藻毒素的释放, 通过藻类→鱼类→人类食物链进入人体[14], 进而从生态环境的危害演变成对人类身体健康的危害[15].
1 稀土离子污染治理方法概述目前研究稀土离子污染的治理方法较少, 但是根据文献[16]的阐述, 治理稀土污染可参照治理重金属污染.重金属治理方法根据原理可分为7种类型, 即:化学沉淀法、铁氧体法、离子交换法、膜分离、浮选法、电化学方法、吸附法.文献[17]综合分析了上述处理方法, 总结了各种方法的优缺点.其中, 化学沉淀法处理效果虽然较好, 但是存在沉淀量大、遇酸重新溶解而造成二次污染、絮凝沉淀剂不能循环使用, 成本相对较高的缺点; 铁氧体法反应过程需加热, 耗能高, 污泥量大, 而且成分复杂的重金属废水不适用; 离子交换法只适用于低浓度废水, 存在交换容量有限, 抗污染、抗氧化性能较差, 洗脱再生工艺繁琐等缺点; 膜分离存在高成本、反应过程复杂、膜易污染和渗透通量低等缺点; 浮选法具有选择性好、去除率高的优点, 但是运营初期投资大, 后期维护费、操作费用高是需解决的问题; 电化学方法具有反应速率快、可控性好、化学药剂需要量少、产生的污泥量少等优点, 但是运营成本及电力消耗限制了其推广; 然而, 吸附法适用于各种重金属污染治理, 特别在低浓度废水和废水深度处理时效果较好, 而且该方法操作简单, 成本较上述方法相对较低, 是最具推广应用价值的重金属废水处理方法.
为了减少稀土元素开采过程中对环境生态及人类身体健康的危害, 研究人员在稀土离子吸附方面展开了深入研究[18-21], 且大部分集中在吸附材料上.据统计, 稀土离子的吸附材料按来源可分为无机吸附材料(包括蛭石、黏土矿物、沸石、高岭土、膨润土、硅藻土等)、有机生物吸附材料(包括稻壳、木屑、果皮、树皮、蔗渣、壳聚糖、鱼鳞、虾壳、蛋壳、蟹壳、细菌、真菌、酵母、藻类及一些细胞提取物等等）、合成吸附材料（合成碳质吸附材料、合成树脂、合成多孔材料、合成纳米材料等）等几种.上述吸附材料各具优缺点, 其中:无机吸附材料和有机生物吸附材料具有来源广泛、价廉、无毒的优点, 但是存在由于自身结构的限制, 导致一些吸附材料对稀土离子的吸附效率低、吸附容量较小, 选择性差的问题, 为此, 需要进行改性, 例如制备改性膨润土[22]、生物炭[23]等以克服其缺陷; 合成吸附材料是根据吸附对象的结构特点和性能设计合成的具有高比表面积、表面能和丰富的表面活性基团的材料, 吸附过程可控, 吸附效果能够满足预期, 但是存在成本较高, 某些合成材料规模化制备难度较大, 存在环境的安全风险隐患的问题.因此, 开发低成本、吸附量大、高效, 环保无二次污染的吸附材料是当前研究的热点.
利用有机生物吸附材料吸附的方法作为一种新兴的生物方法[24], 由于具有操作简单、稀释的溶液除污效果好, 而且可以与许多方法联合使用[2], 尤其是在金属去除方面高效的特点, 近年来得到广泛研究及应用.其中, 生物吸附中采用微生物作为吸附材料的方法相比传统的稀土离子污染治理方法具有经济、高效、环保等优势[25], 但是该方法存在温度、pH值严重影响微生物的活性导致沉淀反应与氧化还原过程受到影响的问题, 同时存在污水成分复杂、共存离子多、微生物回收利用的困难、选择性差, 导致对水质净化过度、难净化的问题[26].动物吸附材料(鱼鳞[27]、虾壳[27]、蛋壳[27]、蟹壳[27-28]等)用于去除稀土离子的研究也有少数报道, 但吸附效果一般.而农业废弃物吸附材料（果壳[29]、木屑[30-31]、树叶[32]等）相比其他吸附材料具有廉价、可变废为宝、稳定性较高、含营养物质有利于生物繁殖, 以及具有保水、持留养分, 改善土壤环境质量等优点[33], 不仅在重金属吸附方面被研究, 而且近年来在吸附稀土离子研究方面也有相应报道.
国内外研究使用的农业废弃物的种类包括粮食加工副产品（小麦麸、麦壳、稻壳、米糠、玉米芯、大豆皮、秸秆等）, 果汁饮料加工副产物（椰子壳、橘子皮、香蕉皮、柚子皮、废茶叶、甘蔗渣等）, 果仁加工副产物（花生壳、榛子壳、核桃壳等）, 木材加工的副产物（树叶、树皮、各种树木的木屑等）, 等等.农业废弃物在Hg[34]、Pb[35-38]、Cu[37, 39-41]、Cr[31, 42-45]、Ni[38]、Cd [46-51]、Au[52]、As[53]等重金属离子吸附机理及影响因素方面研究甚广, 但吸附容量控制、多种金属离子竞争吸附、能否再生、去除的重金属回收利用等问题是研究中主要的难点, 也是学者暂未解决的问题.带着农业废弃物在重金属吸附中存在的难点的疑问, 文中总结农业废弃物吸附稀土离子的应用, 分析吸附机理与影响因素, 归纳吸附力学分析模型, 探索今后农业废弃物吸附稀土离子的研究方向.
2 农业废弃物吸附稀土离子机理与影响因素 2.1 吸附机理生物吸附重金属是一个复杂的过程, 受多种因素的影响.生物吸附机理包括化学吸附、络合、表面和孔隙上的吸附络合、离子交换、微沉淀、重金属氢氧化物在生物表面的缩合和吸附等过程[54-55].
农业废弃物吸附稀土离子的机理与吸附重金属相似.农业废弃物通常以木质素和纤维素为主要成分, 该成分可从水溶液中去除重金属[56]; 同时包含一些极性官能团, 例如:醇基、醛基、酮基、羟基、羧基、酚类和醚基等, 这些官能团在一定程度上可分解出一个电子与溶液中的金属离子形成络合物以结合重金属[57].文献[29, 58-61]通过红外光谱（FTIR）分析农业废弃物吸附稀土离子的峰值, 结果表明:作为吸附剂的农业废弃物表面存在大量的羟基（-OH）、羧基（-COOH）和酚类官能团, 这些官能团在吸附过程中与稀土离子发生了表面络合, 在吸附过程中起着重要作用; 同时, 木质素的存在, 对吸附稀土离子也起到重要作用; 此外, 在标准条件下研究的稀土元素水溶液中, 镧系化合物主要以正三价形式存在, 较高的氧化能力导致镧系化合物的性能像硬酸, 可以与氧化基团强烈地相互作用; 而且, 农业废弃物吸附剂细胞壁中的负电荷基团与阳离子金属分子之间的离子交换机制也起着作用.
另外, 农业废弃物吸附剂表面结构也与吸附能力相关.文献[59, 61]通过扫描电子显微镜（SEM）分析农业废弃物吸附剂表面的微观结构, 分析结果表明, 农业废弃物表面结构上存在大量空洞, 因此农业废弃物具有良好的稀土离子吸附性能.
2.2 吸附影响因素影响稀土离子生物吸附效果的因素包括: pH值、吸附剂的初始浓度、吸附温度、吸附平衡时间.其中, pH值在生物吸附过程中是影响金属吸附官能团活性的重要参数; 吸附剂的初始浓度为克服金属离子在水相与固相之间的传质阻力提供了重要的驱动力, 较高的金属离子初始浓度可能会增加吸附容量[62]; 吸附温度影响吸附剂表面的活性, 随着温度的升高吸附能力也相应增加[63-64]; 吸附平衡时间是反映生物吸附材料吸附金属离子快慢的重要参数[65].
3 农业废弃物吸附稀土离子的应用研究 3.1 镧的吸附生物炭（biochar）是生物质在无氧或限制氧条件下, 热解产生的固体残余物[66-67].具有孔隙多、比表面积大以及富含表面官能团等良好的理化特性[16], 是最常用的去除水中金属的吸附剂.研究人员利用废弃的稻壳制备的生物炭[16, 63]、竹炭[68]、复合生物炭[58]等多种生物炭对镧的吸附进行了研究.稻壳作为一种廉价的农业废料制备生物炭去除水溶液中的La(Ⅲ), 文献[63]研究显示, 当pH值为3.5时, 60 min的条件下, La(Ⅲ)去除量最佳, 为175.4 mg/g.竹炭是一种原生态、低成本和可再生的多孔生物资源, 竹炭可有效去除水溶液中的La(Ⅲ)离子, 文献[68]研究表明, 当初始pH值为7.20时, 在298 K时, 改性竹炭对La(Ⅲ)离子吸收量最高, 为120 mg/g, 且吸附在480 min时达到平衡.文献[58]研究表明, 在溶液初始浓度为0.1 g、pH为4和360 min的条件下, 镧系离子去除效果较好.
农业废弃物大部分由水溶性和不溶性组分组成, 其中水溶性组分含有葡萄糖、果糖、蔗糖和部分木糖, 不溶性组分含有果胶、纤维素、半纤维素和木质素, 这些不溶性聚合物富含羧基和羟基官能团, 可在水溶液中吸收金属阳离子[69].研究人员利用西柚皮[29]、柑桔皮[59]、香蕉皮[70]、锯末[30, 71]、树叶[32, 72]、玉米芯[71]、菠萝冠[71]、桔子皮[71]、果胶[60]等多种生物基质对镧的吸附进行了研究.根据文献实验结果, 对La(Ⅲ)吸附效果西柚皮＞印度锯末＞柑桔皮＞香蕉皮＞榴莲皮＞树叶.其中, 西柚皮作为果汁加工产业的废弃物, 十分容易获得, 去除白瓤恒温干燥恒重后的西柚皮[29]、柑桔皮[59]在最佳pH值为5.0时, 接触时间60 min, 吸附剂的最佳用量分别为0.25 g/L及2 g/L时, 对La(Ⅲ)的最大吸收量为171.20 mg/g及154.86 mg/g; 用蒸馏水二次清洗去除附着污垢, 晒干10天小块的香蕉皮[70]碾碎后进行酸碱处理, pH为5.20时对La(Ⅲ)的最大吸收量为47.8 mg/g; 除去污垢和杂质干燥后的印度锯末[30, 71]在最佳pH值6.0时, 两文献研究得出的对La(Ⅲ)的最大吸收量平均为163.4 mg/g.树叶作为一种简单而廉价的生物吸附剂, 由于含有多种成分, 如多酚类化合物、农业色素和蛋白质, 可为重金属结合提供官能团, 因此常用于从溶液中去除重金属[73].用不经过任何处理的干红松树叶[32]磨成粉, 最佳pH值为5.0时吸附30 min后, 对La(Ⅲ)的最大吸收量为22.94 mg/g; 采用侧柏叶粉[72]最佳pH值为4.0时吸附60 min后, La(Ⅲ)最大吸收量为28.65 mg/g.文献[60]对榴莲皮进行清洗, 将其内皮切成小块, 大小约为1 cm.然后, 将切碎的榴莲皮在60 ℃的烤箱中干燥24 h, 然后磨成粉末.再进一步处理, 提取出浅褐色的果胶吸附水溶液中的镧, 实验表明:最佳吸附参数为pH为4.0, 接触时间为90 min, 温度为25 ℃, 最大吸附量为41.2 mg/g.
3.2 铈的吸附据文献结果统计, Ce(Ⅲ)吸附效果玉米芯＞柑桔皮＞西柚皮＞树叶.文献[49]利用柠檬酸铵改性除杂烘干后的红松叶粉, 吸附水溶液中的Ce(Ⅲ), 结果表明:在pH值为6, 温度为20 ℃, 初始Ce(Ⅲ)浓度为90 mg/L, 接触时间85 min的条件下, 对Ce(Ⅲ)的最佳吸收量为109 mg/g.利用去离子水除去污垢和杂质的玉米芯[50], 60 ℃烘箱中干燥24 h后磨碎的颗粒吸附Ce(Ⅲ), 当pH值为6, 温度为50 ℃时, Ce(Ⅲ)的最大吸收量为180.2 mg/g.采用侧柏叶粉[72]最佳pH值为4.0时, 90 min后, Ce(Ⅲ)的最大吸收量为32.05 mg/g.文献[29]用去除白瓤恒温干燥恒重后的西柚皮吸附水溶液中的Ce(Ⅲ), 研究结果表明Ce(Ⅲ)与La(Ⅲ)的吸附最佳pH值相同为5.0时, 吸附平衡时间相同为60 min, 吸附剂的最佳用量相同为0.25 g/L, Ce(Ⅲ)的最大吸收量为159.30 mg/g比La(Ⅲ)的吸收量稍小.在去除白瓤恒温干燥恒重后的柑桔皮[59]最佳pH值为5.0时, 接触时间60 min, 吸附剂的最佳用量分别为0.252 g/L时Ce(Ⅲ)离子的最大吸收量为162.79 mg/g.
3.3 其他稀土离子的吸附文献[51]利用当地一家啤酒厂供应的麦芽废根（MSR）, 在50 ℃的温度下干燥一夜后吸附Eu(Ⅲ), 并与活性炭做对比, 在pH值为4.5时, 麦芽废根（MSR）对Ce(Ⅲ)最大吸收量为145 mg/g, 高于活性炭84 mg/g.将收集到的丁香树皮彻底清洗[61], 然后放入60 ℃的热风炉中3天至4天烘干, 烘干后粉碎成细粉, 用于吸收Pr(Ⅲ), 结果表明在pH值6.63时, 480 min后, Pr(Ⅲ)去除率可达94%.文献[74]用水去除了土壤和灰尘及根和芽的紫花苜蓿茎, 在60 ℃烘箱中干燥1周后磨成粉, 过100目（0.15 mm）筛, 一部分进行羧基、氨基、硫和酯基团上不同的化学官能团进行修饰改性, 去除水溶液中的Er(Ⅲ)和Ho(Ⅲ), 实验表明当生物基质被酯化时, 与Er(Ⅲ)和Ho(Ⅲ)的结合急剧减少, 氨基、硫官能团修饰改性的紫花苜蓿茎, Er(Ⅲ)和Ho(Ⅲ)结合略有下降, 约为30%~40%, 说明氨基、硫这些官能团子紫花苜蓿茎吸附Er(Ⅲ)和Ho(Ⅲ)起着一定的作用. pH为3~4时, 紫花苜蓿径上起作用的官能团是羧基, 说明, 羧基基团在紫花苜蓿生物基上起主要作用.而紫花苜蓿茎在pH值为5.0时, 对Gd(Ⅲ)和Nd(Ⅲ) 2种元素的吸附结合最佳[75].紫花苜蓿茎与Gd(Ⅲ)和Nd(Ⅲ)结合发生在接触后的前5 min, 吸附完成几乎达到100%, 并在60 min内保持不变.紫花苜蓿茎吸附Gd(Ⅲ), 研究表明紫花苜蓿茎的羧基在金属离子结合中起着最重要的作用.然而, 对于Nd(Ⅲ)来说, 不仅发现羧基在结合中起着重要的作用, 而且紫花苜蓿茎上的氨基也在Nd(Ⅲ)的结合中起着重要的作用.文献[76]从干燥的仙人掌叶子中分离出来纤维制备生物炭, 实验结果表明, 该生物炭在pH值为3的酸性溶液中对Sm(Ⅲ)最大吸附量为90 mg/g, 在pH值为6.5近中性溶液中对Sm(Ⅲ)具有非常高的吸附能力, 最大吸附量为350 mg/g.
综上, 将近年来农业废弃物吸附稀土离子吸附影响因素与应用研究进行归纳, 如表 1所列, 可以看出其中部分将农业废弃物改性制备的生物炭（稻壳活性炭、仙人掌生物炭）与芸香科柑桔属水果皮（西柚皮、柑橘皮）相对其他农业废弃物吸附剂吸附量较大, 生物炭平衡时间较长, 芸香科柑桔属水果皮吸附平衡时间短.因此: ①可考虑在稀土矿区及周边农田稀土污染治理中选用反应速率较慢、吸附效果较好的生物炭作为吸附材料, 以求长期、稳定、无二次污染的效果. ②在稀土废水污染处理中稀土离子治理方面可选用吸附量大、反应速率大、操作简便的芸香科柑桔属水果皮作为吸附材料, 以达快速高效的目的. ③可尝试将芸香科柑桔属水果皮改性制备成生物炭, 探求改性后是否能够在保证反应速率快的前提下, 吸附量有所提高.
| 表 1 农业废弃物吸附稀土离子的应用与吸附影响因素 Table 1 Influencing factors and application of agriculture waste on adsoption rare earth metals |
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4 农业废弃物吸附稀土离子的吸附模型研究 4.1 吸附等温线、动力学及热力学模型
吸附等温线是吸附剂表面上的分子或离子相对位置与相互作用的主要描述, 也是优化吸附剂使用的关键.在本研究中测试了等温线方程, 即Langmuir方程和Freundlich方程.大量学者通过实验研究发现吸附等温线包括线性和非线性2种, 文献[19]对吸附等温线做了很好的归纳.
吸附动力学研究是通过研究控制机理, 求吸附过程最佳反应条件的重要工具, 动力学模型清楚的表达了吸附机制和反应速率控制过程, 如弥散机制或化学反应过程.大量学者主要应用了准一级（pseudo-first-order）、准二级（pseudo-second-order）和颗粒内扩散动力学方程（intraparticle diffusion model）和Elovich模型来进行动力学描述.
热力学方程是研究自由能（ΔG°）、焓（ΔH°）和熵（ΔS°）等热力学参数的变化的方程, 是研究吸附热力学行为是最常用的方程.自由能（ΔG°）、焓（ΔH°）和熵（ΔS°）这些参数提供了与吸附过程相关的固有能量变化的重要信息.
4.2 稀土离子的农业废弃物吸附模型研究现状文献[29]通过计算比较Langmuir和Freundlich等温线模型, 结果表明La(Ⅲ)和Ce(Ⅲ)在西柚皮上的吸附特性更符合Langmuir等温线模型; 采用准一级和准二级模型来表征西柚皮吸附过程的动力学, 结果表明, 准二级模型最适合描述2种金属离子的生物吸附动力学; 通过计算热力学参数（ΔG°、ΔH°和ΔS°）得出在20~50 ℃时, 吸附是可行的、自发的和吸热的.文献[30]通过计算等温线常数、相关系数值（R2）和误差值（SSE, SE, RMSE和APE%）, 比较5种等温线模型（Langmuir、Freundlich、D－R isotherm、R－P model、Sips model）, 结果Sips isotherm更符合印度锯末对La(Ⅲ)吸附特性的描述; 采用准一级和准二级模型来表征印度锯末吸附过程的动力学, 结果表明, 准一级模型最适合描述La(Ⅲ)金属离子的生物吸附动力学; 通过热力学计算, 印度锯末吸附过程是自发的、吸热的、随机的, 且在50 ℃时表现出最大自发性.而文献[71]与文献[30]给出的结果不同, 其认为Freundlich等温线模型更符合印度锯末对La(Ⅲ)吸附特性的描述.文献[32]通过计算3种模型（Freundlich、Langmuir和D-R isotherm）结果表明, 红松树叶对La(Ⅲ)和Ce(Ⅲ)的吸附可以用Langmuir等温式来解释; 生物吸附本质上是吸热的和自发的.文献[63], 计算得到稻壳活性炭吸附La(Ⅲ)和Er(Ⅲ)可用准二级模型描述, Langmuir和Freundlich等温线均可用来描述La(Ⅲ)和Er(Ⅲ)在稻壳活性炭上的等温吸附.文献[68]通过计算, Freundlich较Langmuir等温线模型更适合描述竹炭吸附La(Ⅲ)过程, 准二级模型适合描述此反应吸附动力学.文献[58]采用准一级、准二级、颗粒内扩散动力学方程（intraparticle diffusion model）和Elovich model4种模型研究了稀土离子在生物炭复合材料上的吸附动力学, 结果表明准二级模型能更好的描述对La(Ⅲ)、Ce(Ⅲ)、Nd(Ⅲ)的吸附过程.文献[59]采用Langmuir、Freundlich和D-R isotherm等温线模型研究了镧和铈的吸附行为, 结果显示Langmuir和Freundlich等温线模型与实验数据都吻合较好, 采用准一级、准二级对吸附动力学进行了测试, 结果表明, 符合准二级模型.在四种不同的温度下, 测定了两种吸附过程的自由能（ΔG°）、焓（ΔH°）和熵（ΔS°）热力学参数, 结果表明, La(Ⅲ)和Ce(Ⅲ)在橘皮上的吸附是一个自发的吸热过程.文献[70]采用Langmuir和Freundlich等温线模型进行了实验分析, 用相关系数（R2）对这2种模型进行了比较, 结果显示2种等温线均较好地描述了Gd(Ⅲ)的吸附, 而La(Ⅲ)的吸附仅适用于Langmuir等温线的描述.文献[72]用Langmuir和Freundlich等温线描述吸附过程, 结果显示Langmuir等温线与实验数据吻合较好; 通过热力学参数计算表明, 吸附是吸热的、自发的.文献[60]为了了解La(Ⅲ)在榴莲皮果胶上的吸附机理, 采用4种等温线吸附模型（Langmuir、Freundlich、Temkin isotherm和D-R isotherm）分析, 结果显示可用Freundlich或Temkin isotherm等温线吸附模型表示; 采用准一级、准二级、颗粒内扩散、Boyd’s模型对吸附动力学进行了研究, 结果表明吸附是由准二级动力学控制的.文献[49]通过热力学参数计算结果表明改性红松叶粉对Ce(Ⅲ)吸附过程是放热的; 用Freundlich、Langmuir和D-R isotherm等温线研究了等温吸附模型, 结果表明, 吸附符合Langmuir等温吸附模型.文献[50]与文献[60]相同采用4种动力学模型分析吸附动力学, 表明准一级模型能准确表达吸附动力学, 薄膜扩散过程是Ce(Ⅲ)在玉米芯上唯一的速率限制吸附过程; 采用3种等温线吸附模型（Langmuir、Freundlich和D-R isotherm）分析, 结果显示Langmuir能更好的描述玉米芯吸附Ce(Ⅲ)的过程; 通过热力学计算, 结果显示吸附是吸热和自发的.文献[51]动力学研究过程与文献[58]一样, 结果显示准二级模型与Elovich model同样可描述麦芽废根吸附Eu(Ⅲ)的动力学; 与文献[50]一样, 采用3种等温线吸附模型分析, 结果显示Langmuir模型更适合.文献[61]与文献[60]相同采用4种等温线吸附模型分析, 结果显示Langmuir模型更适合描述丁香树皮粉吸附Pr(Ⅲ)的过程; 采用准一级、准二级模型进行了动力学计算, 结果表明该吸附过程更符准二级模型.
综上, 将近年来包括木材加工的副产物在内的农业废弃物[77]吸附稀土离子的等温线模型与动力学模型研究进行归纳, 如表 2所列, 分析得出: ①农业废弃物吸附稀土离子的动力学可用准一级模型或准二级模型描述. ②Langmuir与Freundlich吸附等温线模型可以较好的描述农业废弃物吸附稀土离子的过程. ③在研究新型农业废弃物吸附剂吸附过程时可以着重研究上述2种模型.
| 表 2 农业废弃物吸附稀土离子的等温线模型与动力学模型研究 Table 2 Isotherms models and kinetics of adsorption for agriculture waste on adsoption rare earth metals |
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5 展望
前人通过比较重金属离子污染各种治理方法的优缺点, 发现吸附法具有低浓度废水和废水深度处理时效果较好、操作简单、成本相对较低的特点, 值得推广应用.由于稀土离子部分性质与重金属离子性质相似, 因此, 稀土离子污染治理可参照重金属污染治理方法.通过比较各种吸附材料发现, 农业废弃物吸附材料因是农业副产物具有廉价、易得的优势.归纳总结农业废弃物吸附材料吸附稀土离子的研究, 发现部分吸附材料具有吸附量大、反应速率快、操作简单的特点, 值得深入研究.在今后的研究中可以考虑从以下方面着手:
1）某些农业废弃物吸附材料吸附量相对较低, 因此可以考虑通过物理、化学等手段对这类吸附材料进行改性.通过改性消除杂质、提高比表面积、增多活性基团、增加化学稳定性和机械强度, 进而达到提高吸附量的目的.
2）上述文献中集中研究了农业废弃物对单一分析纯的稀土离子（例如La、Ce等）吸附性能, 但是稀土金属是伴生的, 多种稀土离子共同存在, 相互竞争吸附的问题文献中未提及, 因此解决多种稀土离子竞争吸附的问题是农业废弃物工业化应用的关键.
3）根据文献研究统计, 今后研究农业废弃物吸附稀土离子的动力学可集中在准一级模型或准二级模型研究, 吸附过程可集中在Langmuir与reundlich吸附等温线模型研究.
4）单一的吸附材料处理技术因治理效果有限, 已经不能满足当前治理稀土污染的要求, 可以考虑多种农业废弃物吸附剂联合使用, 或与物理、化学或微生物技术综合应用, 并着重研究、解决治理过程中稀土离子的迁移、转化机理.
5）文献中对农业废弃物吸附材料再生利用也未提及, 吸附材料多次解析后吸附性能改变的研究也应该值得深入研究.
6）农业废弃物吸附的稀土离子回收再利用的方法, 提高绿色修复工业产值的问题也是今后值得深入思考解决的问题.
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