赵丹华，蔡伟文，何伟发，黄立棉，李浩然，林晓娜

（广东第二师范学院化学系，广东 广州510303）

1 引言

近年来，随着纺织工业的迅速发展，有机染料得到极其广泛的应用。据不完全统计，全球已有超过10 000种染料，每年以70多万吨的产量在商业化大批量生产，而在生产和使用过程中约有10%～15%的染料进入环境水体[1］，成为环境污染源。随着环境保护和生态要求的不断提高，相应的废水排放标准也越来越严格。由于废水处理技术和污染治理成本的限制，大多数企业，特别是私有企业的高浓度废水只是经过简单处理，再经城市污水处理厂稀释以及常规性处理就排入环境水体，缺乏有效的污染削减，直接威胁着饮用水、生活用水的安全。因此，染料废水污染问题已成为严重影响人类社会经济可持续发展的重大关键问题。

阳离子染料又称碱性染料或盐基性染料，它在水中电离后的染色部分带正电荷。阳离子染料分子中带有季铵离子，根据季铵离子所处位置的不同，阳离子染料可分为隔离型阳离子染料和共轭型阳离子染料[2］。阳离子染料废水具有色度高、pH值低、含盐量高、成分复杂、CODCr浓度高、可生化性差等特点[3－6］，采用传统的废水处理材料和工艺，很难达到理想的处理效果。我国是阳离子染料生产和使用大国，阳离子染料废水污染十分严重。因此，研发吸附效果好、成本低、操控简单的新型环境功能材料应用于阳离子染料废水处理具有重要的实际意义以及广阔的应用前景。

环境功能材料具有独特的物理、化学、机械、生物性能和优良的环境净化效果[7］，其使用性能先进、资源消耗低、生态环境影响小、再生利用率高，还能改善和调节环境[8］，主要应用于环境污染防治和微环境调控[9］。将环境功能材料应用于染料废水处理时，因其优异的性能，可以节约资源和能源，减少二次污染。

环境功能材料按其来源主要分为3大类：（1）固体废弃物：工业生产固体废弃物，钢渣、超细粉煤灰等；农业生产固体废弃物，马铃薯渣制备的活性纤维、竹笋壳、橘子皮、废茶叶等；（2）天然矿物：膨润土、滑石、粉末凹凸棒石、酸化后的坡缕石粘土等；（3）纳米材料：碳纳米管、新生MnO2、炭负载TiO2等。作者在此综述了近年来具有代表性的环境功能材料应用于阳离子染料废水处理的研究进展，并对阳离子染料废水处理技术的发展进行了展望。

2 环境功能材料在阳离子染料废水处理中的应用进展

2.1 固体废弃物

2.1.1 工业生产固体废弃物

谢复青等[10］用钢渣／焦炭对阳离子染料结晶紫废水进行了吸附研究。结果表明，在碱性条件下振荡吸附20min，钢渣对结晶紫的吸附率高达97%，吸附量达38.8mg·g－1以上，表明钢渣对结晶紫吸附速率快、吸附容量大。同时，固液比越小、振荡时间越长，染料脱色也越完全。

粉煤灰是煤粉燃烧产生的固体废物，主要来源于燃煤电厂，对环境的污染相当严重。由于粉煤灰具有多孔性结构，比表面积较大而且其中含有较多的氧化铝和氧化硅，因而具有较强的吸附性能。利用粉煤灰处理印染废水时，色度去除率高达95%，CODCr去除率达到85%以上[11］。李北罡等[12］研究发现：在298K下，当超细粉煤灰加入量为10g·L－1、孔雀石绿初始浓度为500mg·L－1、振荡时间为120min时，超细粉煤灰对孔雀石绿具有很好的处理效果，饱和吸附量为49.97mg·g－1。

2.1.2 农业生产固体废弃物

吕金顺[13］以阳离子红溶液模拟阳离子染料废水，考察马铃薯渣制备的活性纤维对阳离子红的吸附性能，研究了活性纤维用量、吸附温度、吸附时间等对吸附量的影响。结果表明，在温度为45℃时，活性纤维对阳离子红染料的静态吸附量为11.10mg·g－1；吸附温度、吸附时间和活性纤维用量等对吸附量影响较大。

斯建锋等[14］利用竹笋壳对阳离子染料（亚甲基蓝、亮甲酚蓝、中性红）废水进行吸附研究。结果显示，pH≥5时，用3g·L－160～80目的竹笋壳对100mg·L－1的3种阳离子染料废水处理2h时的吸附量均达26.66mg·g－1，去除率均在80%以上。

Nasuha等[15］利用废弃的茶叶处理阳离子染料亚甲基蓝废水。结果表明，其吸附规律符合Langmuir和Freundlich模型，30℃下的最大饱和吸附量为147 mg·g－1。

范琼等[16］利用廉价的橘子皮作为吸附剂，对亚甲基蓝染料废水进行处理。结果表明：在pH＝10的条件下，橘子皮对亚甲基蓝的最大吸附量（qm）为（370.3±31.0）mg·g－1。橘子皮对阳离子染料的吸附量大，具有很好的应用前景。

上述方法都是“以废治废”，利用工农业生产废弃物再生或对其进行简单修饰改性成为吸附剂，解决了一般方法处理旧污染物产生新污染物的问题，成本低，能耗小，具有良好的应用前景。

2.2 天然矿物

2.2.1 膨润土

膨润土，是以蒙脱石为主要成分的含水粘土矿。常见的天然膨润土主要有钙基膨润土和钠基膨润土，此外还有储量较少的氢基膨润土和锂基膨润土。其中，钙基膨润土储量大、分布广，用于染料废水处理效果良好。

Zhu等[17］用烷基三甲基溴化铵阳离子表面活性剂改性膨润土，改性后的膨润土对阳离子染料结晶紫废水具有很好的脱色效果。

Anirudhan等[18］以聚丙烯酰胺／膨润土复合物和N，N′－亚甲基双丙烯酰胺和乙二胺反应制备复合材料，再用腐殖酸对其改性，研究其吸附孔雀石绿、亚甲基蓝和结晶紫等阳离子染料的吸附规律。

冯雄汉等[19］采用自制的复合改性膨润土对阳离子染料（阳离子红2GL、阳离子蓝x－RL、阳离子黄MRL）废水进行处理。结果表明，该改性膨润土对阳离子染料废水具有优异的吸附性能，色度去除率达99.9%，CODCr去除率达93%，污泥沉降比仅为1%～2%，并且具有沉降快、适应性强、操作简单、费用低等优点。

2.2.2 滑石

滑石是具有层状构造的含水镁质硅酸盐矿物，其结构中主要含有Si－O－Si和O－Si－O键，端面在水或空气等作用下形成Mg－O、Si－O、Si－OH等活性官能团[20］，从而吸附阳离子染料。

冯云姝等[5］考察了滑石粉作为吸附剂对亚甲基蓝、结晶紫、中性红3种阳离子染料模拟废水的净化效果。结果表明，滑石粉对阳离子染料废水具有较好的吸附效果，脱色率均达到99%以上。

2.2.3 粉末凹凸棒石

许坤等[21］用粉末凹凸棒石（坡缕石粘土）对阳离子黄X－5GL、阳离子桃红FG、卡磁隆蓝GLH、阿波罗黑2GL、阳离子红X－GRL、阳离子黑X－2RL和阿斯曲拉崇青莲F－3GL 7种阳离子染料废水进行了吸附研究。结果表明，阳离子染料的吸附相当迅速（搅拌12 min）且脱色效果好，尤其是在中性或弱酸性介质中的脱色效果更好，平均脱色率为98.9%。

李虎杰等[22］研究了酸化后的坡缕石粘土对桃红FG阳离子染料（500mg·L－1）的吸附性能，当坡缕石粘土加入量为2.4g·L－1时，桃红FG的去除率达92%。

将天然矿产资源运用于染料废水处理中，原料来源广泛，加工简便，操作简单，可以大大降低成本。

2.3 纳米功能材料

2.3.1 碳纳米管

碳纳米管具有独特的纳米管状微观结构，比表面积大、孔隙结构丰富，目前在水处理领域备受关注[23］。

王彬[24］以自行合成的磁性多壁碳纳米管为吸附剂，对亚甲基蓝、亮甲酚蓝、中性红和罗丹明B等多种染料进行模拟废水脱色研究。结果表明，磁性多壁碳纳米管对以上几种染料的最大吸附率均在98.3%以上，0.5g·L－1的吸附剂用量即可达到最大吸附量，而且适用pH值范围广泛。

崔春月等[25］采用催化裂解法制备多壁碳纳米管，并利用Fenton试剂对碳纳米管进行改性，将其用于亚甲基蓝废水处理，同时用未改性的碳纳米管做空白实验。结果表明，经催化裂解和Fenton试剂改性后的多壁碳纳米管管径均匀、纯度高、比表面积大，而且等电点较低，对亚甲基蓝的吸附性能大大增强。

2.3.2 新生 MnO2

董丽 丽[26］以 0.070mol·L－1MnSO4溶 液 与0.050mol·L－1KMnO4溶液等体积混合制备的新生MnO2作为吸附剂，对阳离子染料碱性品红废水进行吸附。结果表明，新生MnO2对阳离子染料废水的脱色效果好，脱色率、CODCr去除率分别达99%及95%。处理过程中，pH值对脱色效果影响显著，较低pH值有利于脱色。

马子川等[27］利用新生MnO2对甲基橙模拟染料废水进行吸附。结果表明，新生MnO2具有很强的吸附脱色性能，在15℃下，当MnO2投加量为0.5g·L－1、pH≤2.6、甲基橙浓度为50～500mg·L－1时，吸附20min即达平衡，脱色率达70%～99%。

2.3.3 炭负载TiO2

吕松等[28］以硅酸钠作粘结剂、焦炭作载体，采用浸渍－烧结法研制出负载型纳米TiO2光催化剂，并分别以太阳光和紫外灯光作为光源，催化氧化降解阳离子艳红染料废水。结果表明，负载型纳米TiO2催化剂结合氧化剂使用，处理阳离子艳红染料废水效果很好。在紫外光强度为63μW·cm－2、3g·L－1催化剂、0.1mL 10%H2O2的条件下，1 000mL阳离子艳红浓度为20mg·L－1的染料废水经过20min的处理，其降解率达96.5%。

王建[29］以活性炭微粒为载体，用硫酸铈、氯化镧、硫脲、氨水掺杂制备负载型改性TiO2光催化剂，对甲基橙模拟染料废水进行处理。结果表明，甲基橙降解效果显著，尤其是La3＋和S共掺杂改性光催化剂具有较高的活性，太阳光照射下的甲基橙脱色率达到83.2%。

2.4 环境功能材料处理阳离子染料废水总体情况

对环境功能材料处理阳离子染料废水的情况进行简单总结，结果见表1 。

表1 不同环境功能材料处理阳离子染料废水的情况Tab.1 Treatment of cationic dye wastewater using different environmental functional materials

3 展望

环境功能材料用于阳离子染料废水处理，均能得到较好的吸附效果。对于环境功能材料固体废弃物和天然矿物，一方面能降低成本、以废治废，实现废物循环利用，减少有机物的环境排放，具有良好的应用前景；另一方面为有机污染物的削减与控制技术研究提供崭新的思路。而对于纳米材料等新型环境功能材料，虽然研究成本较高，但处理范围广，脱色效果好，具有良好的应用前景。随着研究的深入以及技术的成熟，环境功能材料用于阳离子染料废水处理必将发挥更好的作用。

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