文 献 综 述

一、水体中的重金属污染

重金属是一类不可降解, 在环境中持续存在,并能通过生物放大和食物链传递作用在生物和人体内富集的污染物。水体中常见的重金属污染物包括具有一定毒性的铜、锌、镍以及具有显著生物毒性的铅、镉、铬、汞、砷等。我们生活中重金属污染主要来自矿业、电池行业、以及金属冶炼行业。水体中重金属污染的特点体现在以下几个方面^[1-4]：（1）重金属大多数是过渡元素，反应活性强，可以参与多种反应，在水体变化过程中重金属也会发生变化，并且不同形态下毒性也有差别；（2）在低浓度范围内就可以产生很强的毒性，一般在10mg/L 以下的范围内；（3）水体中的重金属会通过生物富集作用达到高浓度，通过食物链进入生物体内，对人类的身体健康产生威胁。（4）重金属元素种类多，每种元素产生的危害程度也不近相同。如汞：对水体污染最严重，造成的危害也最大，汞会引起人体口腔、肝、肾脏和消化道疾病。

二、重金属污染处理技术

目前, 重金属已成为环境优先控制的污染物之一。因此, 急需要发展高效低成本的重金属水污染处理技术来降低重金属对人类健康和生态平衡所造成的危害。截止到目前，重金属废水处理的方法大致可以分为三类^[5-7]：第一大类是通过化学处理的办法（化学沉淀法、电解法）来使重金属元素从水体中分离出来；第二大类是物理处理法（溶剂萃取分离、离子交换法、膜分离技术及吸附法）这种办法不会使重金属元素发生化学上价态的变化；第三大类是生物处理法（生物吸附、生物絮凝、植物修复）。

其中, 吸附法是重金属水污染处理方法中应用最为广泛、最具前景的技术之一, 不仅具有高效的重金属去除能力, 而且成本低廉, 具有较强的经济可行性。在一定条件下, 吸附剂可以通过重金属的解吸脱附作用得以再生, 减少二次污染。较为常见的重金属吸附剂包括活性炭、碳纳米管、树脂、一些低成本吸附剂以及生物吸附剂。这些吸附剂虽然各具优势, 但同时也都存在一些尚需改善的方面, 例如: 活性炭易损耗, 且再生费用较高; 碳纳米管成本高, 分离困难; 低成本吸附剂和生物吸附剂的吸附能力较弱, 机械强度不高, 使用寿命较短。

三、铁基纳米复合吸附材料

随着纳米技术的迅速发展，一些新型纳米吸附材料开始进入人们的视野。其中铁基纳米材料，如FeS_x 、Fe_XO_y等，具有诸多优良的性质，如比表面积大、表面反应活性强、价廉易制、结构和功能可预测性强、便于分离回收等，被广泛应用于水体中重金属吸附脱除的研究当中。

然而，尽管铁基纳米材料有很多其他材料所不具备的优点，它依然存在一些无法克服的不足之处：微小的尺寸和极高的表面能使铁基纳米材料在水体中易于团聚、分散性差，进而失去纳米材料的特性，吸附性能大大降低；铁基材料暴露在有氧环境下极易氧化，材料在酸性条件下容易腐蚀、稳定性能差、易失活。这些不利因素都对铁基纳米材料的制备和应用产生了严峻的挑战，限制了其在实际工程上的推广应用。因此，为了提高铁基纳米材料对水环境中重金属的吸附性能，必须对其进行功能化处理。

对铁基纳米材料进行功能化^[8]主要有两种方法一是采用淀粉、ＣＭＣ、明胶等稳定剂在合成铁基纳米材料过程中通过静电排斥作用和空间位阻作用有效控制其成核生长，使铁基吸附剂以纳米颗粒的形式分散在水中，这种方法虽然解决了纳米材料易团聚分散性差的问题，但是对于非磁性的铁基纳米材料而言，极难将其从水中分离或回收；另一种方法是铁基纳米材料负载到碳基、分子筛、高分子聚合物等大颗粒的多孔载体上，增加颗粒分散度，达到良好的稳定化效果，并可借助载体的大颗粒尺寸进行分离回收。

四、本课题的提出

众所周知，硫铁矿物可以有效吸附重金属。在硫化物的沉积物中，主要的矿物有有黄铁矿FeS₂，焦黄铁矿Fe₃S₄，无定型 FeS 和四方硫铁矿FeS。在所有的硫化矿物中，硫化铁（FeS）在缺氧环境下形成的，而且是酸挥发性硫化物的主要成分。由于FeS对重金属有很强的吸附能力、来源广泛和在缺氧条件下可以保持长期的稳定性，所以FeS 对水环境中重金属的吸附去除有着潜在的应用价值。例如，李佳等人^[9]用纳米FeS去除地下水中的Cd，研究表明纳米FeS吸附点位多，吸附速率快，可以非常有效的吸附地下水的镉。常青^[10]用FeS处理电镀重金属的研究也表明FeS对重金属的吸附作用确实很大。

然而，纳米FeS和其他铁基纳米材料类似^[12-14]，在自然条件下通常以微纳尺寸的形式存在，极易发生团聚现象，造成吸附活性位点的损失，且直接应用于柱吸附或其他流态体系中往往产生较高的压降，存在固液分离困难，流体阻力大的应用瓶颈，难以在实际中应用。为了解决这一问题，本文拟将FeS纳米颗粒负载于大孔阳离子交换树脂上制备纳米复合材料，载体的交联结构提供了纳米的限域空间，可有效的将纳米FeS颗粒分散在载体孔道内，从而能大大提高对重金属的吸附，同时树脂的大颗粒形态，使得复合吸附剂具备了良好的水力学性能，便于工程应用。

五、参考文献

[1]Ouml;zverdi, A.; Erdem, M., Cu2 , Cd2 and Pb2 adsorption from aqueous solutions by pyrite and synthetic iron sulphide. J. Hazard. Mater. 2006, 137 (1), 626-632.