工业化的不断扩张导致水污染率急剧上升,水体质量不断下降,水资源问题持续恶化。但人类对淡水资源的需求却与日俱增,这使得如何有效处理工业废水、优化和恢复水资源质量成为了一个亟待解决的问题,因此,改进和更新水处理技术成为人们迫在眉睫的目标。随着科学技术的进步,各种功能材料被广泛应用于工业废水处理领域,功能材料作为水处理技术发展的基础,研究功能材料的优势和缺陷以及在工业废水领域的治理效果,可以为未来水处理技术的发展和完善提供一些启发。
通过深入阅读大量关于水资源治理的文献,从中归纳总结出近3年来水治理技术中最常用的几类功能材料,如碳纳米材料、导电聚合物、磁性纳米材料和生物基聚合物等,再通过文献查阅了解总结上述功能材料在工业废水治理中的独特优势和需要克服的问题和挑战。
通过总结归纳可以知道:①碳纳米材料中的石墨烯应其高度的团聚现象发展受到限制,目前大多采用杂原子掺杂、化学和热处理等方法对石墨烯进行改性,可减少团聚现象,经过化学和热处理的石墨烯衍生物具有更多的官能团,可与污染物离子发生配位作用,实现化学吸附。 CNT只有羟基官能团,化学修饰的机会较少,但与石墨烯相比,它不易团聚,独特的中空结构和高比表面积可通过物理吸附捕获污染物离子。HNTs 是一种天然无机材料,经济环保,可以大大降低废水处理的成本,同样,HNTs 只有羟基一个官能团,只能通过物理和静电吸附,吸附效率较低。②导电聚合物PPy是一种环保型功能材料,可通过模板法制备,不易团聚,产率高,对工业废水中的染料有较强的吸附能力,主要通过π-π共轭作用吸附污染物,通过增加表面官能团可提高化学吸附能力。 PANI含有的胺基和亚胺官能团能与污染物发生络合反应或氧化还原反应,去除废水中的污染物,但 PANI 容易聚集且制备过程中需要使用对环境有害的有毒试剂,应用范围有限。PTh 中的硫原子可与金属离子或其他活性基团形成配位键或络合物来完成吸附,且 PTh 中的噻吩环具有富电子的 π 系,可通过 π-π 相互作用或电子转移来吸附污染物,但PTh 的合成通常需要高温和较长的时间,以及昂贵的催化剂和溶剂,成本较高,无法广泛应用。③磁性纳米材料常见的有FeO和铁氧体磁性材料,它们被广泛应用于吸附剂和光催化剂领域,FeO和铁氧体磁性材料的吸附原理都是基于它们的亚铁磁性和磁场与物质之间的相互作用力,它们在磁性环境中较难均匀分散,在高温或高湿环境中磁性会降低,而且铁氧体磁性材料的制备工艺较复杂,经济性较差。可以用特定的官能团或配位体对FeO和铁氧体颗粒进行改性,或与其他材料复合,以提高其吸附选择性和吸附容量,还可以使用合适的分散剂或稳定剂来防止FeO和铁氧体颗粒团聚,提高其分散性和稳定性。④CS的主要吸附机制有化学吸附和静电作用 ,CS分子中的氨基和羟基,能与重金属离子发生配位作用,形成稳定的络合物;同时,CS表面带有正电荷,能与带负电荷的重金属离子发生静电作用,形成吸附结构,实现对重金属离子的去除。但CS吸附剂力学性能较差、易收缩、干燥后易变形,且在酸性溶液中易于溶解而流失导致成本增加。纤维素分子中含有大量羟基,表现出较强的亲水性,且纤维素较大的比表面积提供了丰富的吸附位点,具有较优异的吸附能力。但是,纤维素的吸附性能易受温度、pH 值等环境因素的影响,导致吸附性能不稳定。
未来,在水污染治理领域可以从以下几个方面进行改进和创新:(1)继续推广具有可控选择性的特定任务吸附剂及其相关设计原则,改进吸附剂选择性、抗干扰吸附功能和吸水性等功能,进一步提高吸附效率;(2)对同时去除多种有害污染物的治理手段深入探索,不再局限于对特定污染物的去除;(3)目前已有同时吸附和光催化以及固液分离的水处理技术,对于多种治理技术结合使用,来提高水污染治理效率是一个探索方向;(4)新的功能材料的探索也应该是未来研究的热门方向;(5)还可致力于探究新的去除水污染物的机制,开发出更加先进的治理手段和技术,应用于水环境修复中。
工业化的不断扩张导致水污染率急剧上升,水体质量不断下降,而人类对淡水资源的需求却与日俱增。面对复杂严峻的水污染形势,各种水处理技术迅速发展。功能材料作为水处理技术发展的基础,越来越受到重视。各类功能材料具有独特的优势,在水污染处理中具有不同的处理作用和效果,但也存在不同的缺陷。本文旨在总结几类功能材料在工业废水领域的有效处理效果,阐述几类功能材料的优缺点,并展望未来可能的研究和探索方向。
工业化的不断扩张导致水污染率急剧上升,水体质量不断下降,而人类对淡水资源的需求却与日俱增。面对复杂严峻的水污染形势,各种水处理技术迅速发展。功能材料作为水处理技术发展的基础,越来越受到重视。各类功能材料具有独特的优势,在水污染处理中具有不同的处理作用和效果,但也存在不同的缺陷。本文旨在总结几类功能材料在工业废水领域的有效处理效果,阐述几类功能材料的优缺点,并展望未来可能的研究和探索方向。