重金屬由于自身的毒性和豐度使其在土壤和水中的低濃度和高濃度都具有很高的毒性，對環境和生物體具有嚴重危害。廢水中重金屬主要有自然和人為兩種來源。土壤侵蝕、火山活動、巖石和礦物風化以及礦物加工、燃料燃燒、街道徑流、垃圾填埋場、農業活動和工業活動等都會造成水環境的金屬富集，同時因為重金屬的不可生物降解特性將持續對環境造成危害。

目前處理重金屬常用的方法有離子交換、化學沉淀、反滲透和吸附等。其中，化學沉淀法因沉淀劑會產生大量的絮狀污泥，從而造成二次污染；反滲透技術操作成本高、酸堿度范圍有限，離子交換是一種處理鉻等重金屬離子的簡便方法，但成本高。吸附法相比較而言具有處理效率高、成本和能耗低等優點，對水環境中重金屬離子的去除具有重要意義。

1 常用重金屬吸附劑及吸附原理

吸附劑一般具有比表面積大、孔結構適宜、表面結構復雜及帶特殊官能團等特性，從而有效地從氣體或液體中吸附其中某些成分。其中，吸附劑中活性炭類具有豐富的空隙和較大的比表面積，主要通過靜電引力對污染物進行吸附；分子篩類有較大的比表面積，主要通過離子交換吸附和表面吸附；黏土礦石類通過配體交換或靜電引力等吸附；生物吸附劑類通過生物體內的化學成分進行吸附；農作物主要通過物理吸附和化學吸附相結合；樹脂凝膠類主要通過離子交換吸附；納米材料類具有較大的比表面積，通過靜電吸引和配位與金屬離子結合；高分子吸附劑類，通與重金屬離子的螯合作用。

2 石英砂的獲取及特點

石英砂是由石英巖加工而成，目前由于化學和電子工業的發展，硅石廢料的產量每年都在增加，由此可見，石英砂資源豐富、價格低廉。同時，工業廢石石英中含有SiO₂、 CaO、Al₂O₃、Na₂O、MgO、K₂O等金屬氧化物或雜質，顆粒表面具有較復雜的表面形貌，且顆粒內部可能還存在著各種尺度的孔隙。

3 改性石英砂對重金屬的吸附

石英砂的研究方向側重于通過不同改性方式提高重金屬的吸附性能。采用堿性條件下共沉淀法制成了改性石英砂，能增強比表面積、附著點和基本成分的增強。采用加熱蒸法制備涂鐵石英砂，靜態吸附實驗表面石英砂吸附效果增強。

4 石英砂吸附重金屬的影響因素

4.1 石英砂粒徑

石英砂顆粒大小對吸附能力有一定的影響，顆粒越小，比表面積就越大，吸附效果也就越好。但是由于粉末狀的石英砂容易隨水流走，難經控制，故很少采用，多采用顆粒狀石英砂。波濤石英砂廠家研究石英砂負載殼聚糖吸附劑去除含Cu²⁺廢水時發現石英砂越細，對Cu²⁺的吸附效果越好。吸附吸附25min后，粒徑小于0.28mm的石英砂對Cu²⁺的吸附率僅為98.13%；0.45-0.90mm的石英砂對Cu²⁺的吸附率僅為91.57%；0.90-2.0mm的石英砂對Cu²⁺的吸附率僅為52.10%。

4.2 改性劑濃度

一般情況下，隨著改性劑濃度的加大，重金屬去除率加大，到達某一濃度值后，去除率趨于穩定。改性劑濃度較小時，不能充分覆蓋石英砂表面，因此還有部分石英砂處于裸露的狀態，比表面未能達到較大。隨著改性劑濃度的加大，石英砂表面狀態趨向穩定。

4.3 反應溫度

溫度對石英砂的吸附效果有一定的影響，升高溫度有利于吸附反應的進行。波濤石英砂廠家研究錳氧化物改性石英砂對銅和鉛離子的吸附，發現在單一體系以及混合體系中對Cu²⁺和Pb²⁺的吸附均符合Langmiur吸附等溫式，溫度從15℃升高到45℃，Cu²⁺和 Pb²⁺的飽和吸附容量分別從13.4μmol·g-1和15.5μmol·g-1升高到16.4μmol·g-1和18.1μmol·g-1。Cu²⁺和 Pb²⁺吸附反應的△Go均為負值，焓變△Ho為正值，說明該吸附過程是自發的吸熱反應。

4.4 吸附時間

重金屬的吸附量隨吸附時間變化一般呈現為初期快速上升而后期趨于穩定的規律，吸附劑上吸附位點的數量是影響吸附快慢的主要因素之一，吸附時間增加則吸附位點會減少。

4.5 重金屬的初始濃度

氯化鋁改性石英砂和氯化鎂改性石英砂吸附Zn2⁺、Cd²⁺時，隨著Zn²⁺、Cd²⁺溶液初始濃度的增加，金屬離子去除率降低，原因在于改性石英砂表面吸附容量一定，當濃度加大，吸附表面慢慢減少，砂濾料表面因飽和而電性吸附作用下降，溶液有效濃度降低，吸附量降低。

4.6 溶液的pH

pH值是影響吸附效果的主要因素。一般情況下，隨pH的加大，吸附量不斷增加，到達某一pH值后，吸附量趨于穩定。波濤石英砂廠家研究了4種微量金屬（Cd、Zn、Co和Mn）在石英砂顆粒表面的吸附pH范圍為4~9微量金屬在石英砂顆粒表面的吸附量隨著pH值的加大而增加，當pH小于6時，吸附量很少，這時的吸附量可能主要來自陽離子交換量；當pH大于6時，吸附量隨pH值的加大而快速增加。

5 展望

石英砂吸附已經成為了一種重要的處理重金屬廢水的方法，具有價格低廉、資源易得等優點，克服了一些吸附劑價格昂貴的缺點，目前石英砂可以通過物理、化學等方法進行改性，以增強石英砂對重金屬離子的吸附效果。

石英砂未來研究的方向主要有：

① 如何通過改性去除重金屬。

② 研究解析劑以及解析原理實現石英砂的循環利用，并且在處理廢水過程中提高對重金屬離子的回收和利用。