PAMAM树枝状大分子废水中重金属处理方案

水的重金属离子污染一直是人们关注的问题。由于重金属离子具有在水溶液中稳定性好、溶解度高和不可生物降解，易进入地下水，进而对人体健康以及生态系统构成严重威胁。开发一种有效且成本较低的技术，处理废水中的重金属离子是一项紧迫的任务。处理废水中重金属的方法包括化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法、电化学处理法等。

化学沉淀法是指通过向废水中加入化学试剂，使之与重金属离子发生反应生成沉淀物，形成的沉淀物可以通过沉降或过滤与水分离。传统的化学沉淀法可分为氢氧化物沉淀法（中和沉淀法）、难溶盐沉淀法（硫化物沉淀法等）和铁氧体法等。氢氧化物沉淀法是利用金属离子与加入到废水中的碱性中和剂中的羟基反应生成难溶的沉淀并析出的方法；通过生成难溶化合物去除金属离子的方法称为难溶盐沉淀法；由于向重金属废水中加入铁盐，进而形成复合铁氧体而分离重金属的方法是铁氧体沉淀法。化学沉淀法管理、操作方便且经济实用，但相对于低浓度重金属废水处理成效相对较低，且无法回收酸，造成资源浪费，还易造成二次污染。

离子交换法处理废水重金属的机理主要是通过废水中发生的螯合反应去除重金属，该过程中发生反应的是离子交换树脂中的活性基团（如羟基、羧基等）和废水中的重金属离子。树脂作为一种高分子聚合材料，可通过特殊的吸附过程或其他机理以去除重金属离子交换法的主要优点是恢复金属的利用价值且回收的金属纯度较高，产生的污泥量少且可满足严格的排放规范。但该方法需要进行洗脱再生且工艺复杂，容易产生浓度较高的洗脱液，造成二次污染。

基于对去除污染物的能源效率研究，人们发现吸附是一种很有前途的去除水中重金属离子的方法。吸附法就是指重金属离子积聚在吸附剂表面从而被分离的过程。吸附是从溶剂阶段去除有害重金属的最有效的技术之一。吸附法可以分为化学吸附法、物理吸附法及生物吸附法等。化学吸附是由于化学键形成或生成表面配位化合物而吸附处理重金属的方法；由于分子间作用力的存在，从而可以吸附处理重金属的方法为物理吸附法；生物吸附法主要是利用生物体（如藻类、菌类及部分细胞提取物等）吸附重金属。在所应用的吸附材料中，由于吸附性能好且具有丰富的官能团，聚合物凝胶吸附剂，如壳聚糖、藻元酸盐、琼脂糖、聚乙烯亚胺（PEI）、聚酰胺-胺（PAMAM）等得到了广泛的研究。其中，PAMAM树枝状大分子含有大量的氧和氮原子，是构建高效吸附剂去除水中金属离子的佳选。PAMAM的外围基团对金属离子的吸附能力和选择性有很大影响。因此，通过修饰其外围官能团，可进一步提高PAMAM吸附剂对金属离子的吸附性能。吸附法在处理重金属废水时，具有吸附剂来源广泛、操作灵活、能耗较低、处理效果好、费用低等优点。但在处理重金属废水时，有的吸附剂吸附完成后难以回收重金属且难以再次回用而造成浪费，容易产生大量含有重金属的废弃物，造成二次污染。

膜分离法是由于膜具有选择的透过性，从而可以使重金属废水中的重金属被膜截留，进而实现重金属从废水中分离的方法。该方法包括纳滤、胶团强化超滤技术、反渗透技术等。纳滤是以压力作为推动力处理重金属废水的技术；胶团强化超滤是带负电荷的阴离子表面活性剂胶束吸附金属离子形成直径更大的胶团，进而使用超滤膜过滤处理；反渗透技术可以处理重金属废水是由于反渗透膜只能选择性地透过溶剂（水）。膜分离法操作简单、能耗较低、处理效率高、节能环保，回收分离产物容易。但它稳定性差、清洗较难、投资费用高。

电化学方法是指通过在阳极和阴极板上发生氧化还原反应，进而实现去除废水中的重金属离子的方法。该方法常见的有电絮凝法、电浮选和微电解法等。电絮凝法（电凝聚法）是通过在阳极产生的阳离子，在一系列作用（聚合、水解等）下生成水解产物，再通过对絮凝沉淀的作用去除废水中的重金属离子；电浮选法是由于电解时产生具有负载力的气泡，从而将金属胶体颗粒浮选至液面以去除重金属；微电解技术是利用微电池腐蚀引起一系列综合作用以去除水中重金属的一种方法。电化学处理法可以回收利用重金属，不会造成二次污染，另外，该方法的设备操作较为简单，且工艺成熟、占地面积小，适合处理少量的废水，但它能耗较大、处理低浓度废水效果不好。

废水重金属具有产量高、浓度高且不易降解等特点，如果不加以处理直接排放，会对环境、人体健康等造成一定的危害。为了能有效降低废水重金属的危害，开发出积极有效的废水重金属处理方法迫在眉睫。选用合适的处理方法或多种处理方法结合处理重金属废水，做到废水重金属的资源化、无害化至关重要。

参考文献：李凤, 李茹, 文静. 废水重金属处理研究进展. DOI: 10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20220147.