孙刘鑫，王培茗，杨俊浩，刘清，崔咪芬，乔旭

（1南京工业大学化工学院，江苏南京210009；2南京工业大学材料化学工程国家重点实验室，江苏南京210009）

随着时代的发展，环境污染问题日益严重，而在各种类型的污染中，水污染尤其应该引起人们的注意。水污染的主要来源包括工业生产领域、农业生产活动、城市污水、其他环境以及全球变化等。已被发现的能够污染水资源的有机污染物已达数百种[1-3]。这些污染物大多具有多种毒副作用和胚胎毒性、致突变性、致畸性、致癌性，并且会对人体健康产生严重的危害，如肾脏、生殖系统、肝脏、大脑和中枢神经系统的功能障碍等。因此，有必要提供一种有效的有机废水处理方法[4-6]。

目前，用于去除废水有机污染物的技术包括絮凝、混凝、生物氧化、沉降、化学氧化剂氧化、光催化氧化、膜过滤、电化学氧化、吸附以及几种技术的组合等[7]。在这些技术中，考虑到设计简单、操作方便、成本低，即使在复杂的水环境中也能高效、潜在回收而不形成有毒副产品等诸多因素，吸附法无疑是最佳的选择。吸附法分离去除废水中的有机物主要是指通过固体吸附剂与吸附质之间的物理或化学相互作用，通过富集有机物至吸附剂中的方法达到去除或减少水中有机物的效果。

废水成分复杂，不仅含有有毒有害的有机污染物，还不可避免地含有无机盐等离子，离子的存在对吸附剂吸附分离废水中的有机物造成了影响。不同浓度的离子对吸附剂吸附性能的影响比较复杂，但都影响吸附效率[8]。因此，了解离子强度在处理特定废水中所起的作用，可以指明吸附材料合成和改性的方向，并为过程控制提供有价值的参数。

近五年来，迫切的环境要求推动了吸附技术的发展，研究出大量性能优异的吸附剂。同时，国内外一些学者对离子强度影响废水中有机物的吸附也做了相应的研究。由于阴阳离子普遍存在于实际废水中，因此，了解离子强度对液相吸附的影响无论是对理论研究还是实际应用来说都是十分重要的。本文综述了近年来氯化钠离子强度对不同种类吸附剂吸附废水中有机物的影响，预测了这一领域的发展趋势，并展望了在离子存在条件下吸附剂在废水处理中的应用发展。

1 离子强度对吸附有机污染物的影响

目前，根据吸附剂的组成成分不同可将其分为六大类，包括黏土矿物类吸附剂、含碳类吸附剂、生物质类吸附剂、聚合物类吸附剂、金属有机骨架类吸附剂以及硅基材料类吸附剂。

1.1 黏土矿物类吸附剂

黏土矿物是以含铝、镁等元素为主的一类无机盐矿物，具有高比表面积、化学和机械稳定性，因其独特的层状结构和良好的阳离子交换性能，使其成为性能优良的吸附材料。常见的黏土矿物类吸附剂包括膨润土、高岭土、硅藻土、坡缕石以及活性氧化铝等。表1列出了文献报道的离子强度对黏土矿物类吸附剂吸附有机物的影响。

表1 离子强度对黏土矿物类吸附剂吸附有机物的影响

膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的黏土矿物，它由两个硅氧四面体片和一个铝氧羟基八面体片组成，具有较大的比表面积和阳离子交换容量，经不同表面活性剂改性制备的有机膨润土对特定吸附质具有高选择性[21]。任爽等[9]采用十二烷基二甲基甜菜碱对膨润土进行两性有机修饰，用来探究其对水中苯酚的吸附性能。结果表明，改性得到的材料对苯酚的吸附量最大达到了16.11mg/g。在吸附过程中，离子强度对改性膨润土的吸附性能有一定的影响。当离子强度增大时，苯酚的吸附量也随之略有增加。究其原因，苯酚是一种弱电解质，当水溶液中存在强电解质氯化钠时，氯化钠可以产生盐析效应，这种效应会减小苯酚在水溶液中的溶解度，从而增大了该材料对苯酚的吸附量。广义上讲，蒙脱土和膨润土本质上可算作同一种物质，但前者是学名，其蒙脱土成分的纯度更高。张彩宁等[10]以明胶、蒙脱土为原料制备得到了明胶/蒙脱土复合材料，并利用其来吸附水中的酸性红18。实验结果表明，制备的复合材料对酸性红18最大吸附量为557.21mg/g。且当溶液中氯化钠浓度不断增大时，明胶/蒙脱土复合材料对酸性红18的吸附性能总体呈下降趋势。这是因为当离子强度增大时，电荷平衡离子会将带相反电荷的吸附位点包围，对其电荷进行中和，使其双电层厚度减小，从而使明胶/蒙脱土复合材料和酸性红18之间的静电相互作用减弱。在此过程中，吸附剂和吸附质之间的静电引力会随着离子强度的增大对吸附过程产生抑制作用，造成复合材料的吸附量逐渐减小。

高岭土是一种主要成分为高岭石的多孔性材料，其中高岭石含量一般在90%以上。高岭石属于1∶1型层状硅酸盐矿物，由一对堆积的四面体二氧化硅和八面体氧化铝片组成，适合用作吸附材料及填料等，在工业上有着广泛的应用[22]。Behera等[15]利用高岭土来吸附废水中的三氯生，吸附量达到了6.4mg/g，且吸附量随溶液离子强度的增大而增大。当离子强度从0.001mol/L增大到0.5mol/L时，高岭土对三氯生的吸附量增大了4倍。这是由于在较高的离子强度下，吸附剂表面的正电荷被部分中和以及随后Cl-对双电层压缩，氯化钠对三氯生的盐析作用，使得高岭土与三氯生间的相互作用增强，从而提高了吸附量。此外，Cl-还可以通过配对电荷降低吸附在表面的三氯生分子之间的排斥力，使吸附剂吸附更多的三氯生正离子。卞馨怡等[16]尝试用高岭土来吸附不同形态的洛美沙星（LOM±、LOM+、LOM-），发现高岭土对LOM±的吸附量最高，达到了2.65mg/g。而当溶液中Na+的离子强度为0.1mol/L时，高岭土对LOM±的吸附受到了明显的抑制作用，吸附量较之前相比降低约20%。可见，溶液中的离子强度是影响高岭土吸附容量的重要因素之一。究其根本原因，离子强度的增大导致更多的Na+抢占了高岭土的阳离子交换点位；同时，Na+与LOM±发生竞争吸附行为，从而在一定程度上抑制了高岭土对LOM±的吸附，且Na+的离子强度越大，抑制作用越明显。

硅藻土是由硅藻生物的遗骸（硅藻壳体）经沉积堆积后形成的生物沉积岩，其主要矿物组成为硅藻蛋白石，可能也会包含一些其他黏土矿物质。因为硅藻壳体表面含有丰富的大孔，并富含有少量介孔和微孔，使得硅藻土具有独特的多级孔道结构，拓宽了其可吸附物质的类别[23]。Chao等[17]利用工业硅藻土来吸附水介质中的四环素，实验结果表明，固液比为1g/L的硅藻土可获得303.03mg/g的最大单层吸附量。此外，0.05～1mol/L氯化钠的离子强度对硅藻土的吸附性能无显著影响。这可能是由于四环素在中性水溶液中主要以两性离子的形式存在，导致几乎所有的四环素分子都没有带净电荷，它们与硅藻土几乎没有静电吸引或排斥作用。因此，离子强度的变化对其吸附亲和性没有显著影响。

坡缕石是一种镁质硅酸盐矿物，其拥有独特的纳米棒晶结构，并且具有比表面积高、极性强、易于修饰的特点[24]，有望成为一种高效廉价的吸附材料。坡缕石在高离子强度的条件下会形成螺旋结构，使得吸附质在坡缕石上的扩散速度更快，从而促进吸附效果[25]。Tian等[18]通过硫化铵辅助水热法制备了坡缕石并对溶液中的甲基紫进行吸附，吸附量高达218.11mg/g。当离子强度提升至0.2mol/L时，吸附量提高了30%以上。Na+和Cl-的存在促进了甲基紫分子的质子化，并将甲基紫阳离子聚集在吸附剂周围，增强了甲基紫与吸附剂之间的静电作用。由此可见，当离子强度对吸附质、吸附剂及二者间的相互作用均产生积极影响时，吸附效果会大大提升。

活性氧化铝是一种半晶质多孔无机吸附材料，由不同大小和形状的晶粒堆积组成，因其具有较大的表面积和孔性结构，有利于负载物进行附着[26]。廖权等[19]采用溶胶-凝胶法制备了氧化铝复合材料SA-PVA-Al，并探究其对水中四环素的吸附性能。结果表明，其用Langmuir模型拟合出最大吸附容量为75.90mg/g。然而，溶液的离子强度对复合材料的吸附性能影响不是很大。当氯化钠浓度从0增至0.1mol/L时，四环素的去除率仅下降2.51%。虽说强电解质的存在会增大吸附剂和吸附质之间的电子强度，但SA-PVA-Al吸附性能无明显变化则表明对四环素的主要吸附动力并不是静电相互作用，而可能来自于阳离子架桥以及氢键等其他作用。Pham等[20]研究了不同尺寸大小的α-Al2O3（L-Al2O3和S-Al2O3）对强聚阴离子聚苯乙烯磺酸酯的吸附特性。结果表明，L-Al2O3和S-Al2O3对聚苯乙烯磺酸酯的最大吸附量皆达到了20mg/g。当溶液中离子强度从0增大到0.05mol/L时，LAl2O3和S-Al2O3对聚苯乙烯磺酸酯的吸附量均有所增加，表明静电和非静电吸附都能促进其在LAl2O3和S-Al2O3上的吸附。随着离子强度的增大，静电吸引逐渐被屏蔽，聚苯乙烯磺酸酯分子间的侧向排斥减小；当离子强度大于0.05mol/L时，离子强度对吸附性能的影响变得微乎其微，L-Al2O3和S-Al2O3对聚苯乙烯磺酸酯的吸附量几乎不变。

对于黏土矿物类吸附剂，高岭土和膨润土较易受到离子强度的影响而压缩双电层；坡缕石独特的螺旋结构使得离子强度对大部分吸附为积极影响；而离子强度对硅藻土和活性氧化铝吸附剂则没有太大的影响，更多的是对于吸附质的影响。总而言之，盐析效应以及压缩双电层导致其与吸附质之间静电相互作用力的变化是离子强度影响大部分黏土矿物类吸附剂吸附有机物的主要因素。

1.2 含碳类吸附剂

含碳类吸附剂主要包括活性炭、稻壳灰、碳纳米管以及粉煤灰等。表2列出了文献报道的离子强度对含碳类吸附剂吸附有机物的影响。

表2 离子强度对含碳类吸附剂吸附有机物的影响

续表2

活性炭是一种非极性吸附剂，其具有物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧化和还原等性能。活性炭具有丰富的孔隙结构和巨大的比表面积，比表面积通常可达500～1700m2/g[50]。因此，其具有良好的吸附能力和吸附容量。在不同种类的活性炭中，草质活性炭和木质活性炭较为常见，可用化学活化法对其进行活化，活化后的活性炭具有介孔比较发达、比表面积和孔容较大等优点，广泛应用于各种产品的脱色精制工艺以及各种有机物吸附脱除的过程中。Sarafidis等[29]以磁性纳米粒子浸渍活性炭制备了磁性介孔活性炭，并将其用于去除水溶液中活性黑5。实验结果表明，磁性活性炭对活性黑5的最大吸附量为445.294mg/g。当水溶液中存在氯化钠时，其能显著提高活性炭对活性黑5的吸附容量。当水溶液中的离子强度逐渐增大时，活性黑5在盐离子的作用下逐渐团聚在一起，从而增强该染料分子在活性炭表面的吸附。可见，随着氯化钠的加入，活性染料在溶液中的二聚作用增强，带负电荷的染料分子在带正电荷的活性炭上的吸附量增加。此外，当染料溶液中加入盐时，一些分子间力的作用也会增大，迫使染料分子聚集，从而增大了其在活性炭表面的吸附程度[51]。Saygh等[31]以番茄工业废渣为原料制备了活性炭，并将其作为吸附剂用于去除水中四环素。结果表明，四环素在活性炭上的平衡吸附数据可以用Langmuir吸附等温线很好地拟合，且拟合出的最大吸附量可达500.0mg/g。当溶液中的氯化钠浓度由0～0.5mol/L逐渐增大时，四环素的吸附量也由132.4mg/g增加到了172.7mg/g。这种增大可能是由于氯化钠的盐析作用大大增强了活性炭与四环素之间的疏水相互作用，有利于活性炭对四环素的吸附。

农林废弃物是废弃物的重要组成之一，是一种重要的生物质资源，是指农、林业生产和加工过程中所产生的废物或副产品，来源较为丰富。并且由于其具有比表面积大、孔隙丰富和表面活性物质多等特点，农林废弃物可作为性能良好的吸附材料。刘琦等[45]以稻壳灰为原料、NaOH为活化剂制备了稻壳灰吸附剂，用于去除水中罗丹明B。结果表明，稻壳灰对水中罗丹明的吸附量最大达到了322.6mg/g，并且随着溶液离子强度的增大，吸附效率逐渐降低。这可能是由于溶液中的Na+起了电荷屏蔽作用，减小了罗丹明B与吸附剂之间的静电相互作用，降低了吸附性能。

碳纳米管（CNTs）是一种新型且具有高性能的吸附材料，其团聚形成的管间空隙拥有高比表面积、高孔隙率、高疏水性，因而在水处理中具有很高的吸附效率。纯碳纳米管在水中分散性差，极易发生团聚现象，吸附效率较低。通过改性或者与其他材料的复合可以使碳纳米管更好地分散于水溶液中并与溶液中的溶剂形成良好的接触，使得吸附面积增大、吸附位点增多、吸附能力增强[52]。李德云等[46]将Cu/CuO与碳纳米管通过络合作用复合在一起，制备了Cu/CuO改性碳纳米管，并将其用来吸附阳离子型染料亚甲基蓝。结果表明，改性后的碳纳米管的吸附量达到了37.54mg/g，且吸附量随离子强度的增大而增大。主要原因是溶液中含有大量水化作用的Na+，减少被吸引在极性基团周围的水分子的数量，从而降低了染料的亲水性，相对应地增大了其疏水性，而染料分子更倾向于通过疏水作用吸附在碳纳米管表面。Li等[48]制备了一种掺氮碳纳米管复合Cu2O纳米颗粒PVP@CNTs-Cu2O，并用于去除废水中的孔雀石绿和四溴双酚A。结果表明，PVP@CNTs-Cu2O对孔雀石绿和四溴双酚A的最大吸附容量分别为1495.46mg/g和116.72mg/g。在吸附过程中，孔雀石绿的吸附量与溶液离子强度无关，而离子强度的增加则会明显抑制四溴双酚A的吸附。当离子强度从0.01mol/L增大到0.3mol/L时，四溴双酚A的去除率从87.22%急剧下降到12.19%。相对于四溴双酚A，PVP@CNTs-Cu2O对孔雀石绿有较高的亲和力，且离子强度越大，对孔雀石绿的去除效率越高，有利于实际应用。孔雀石绿的吸附与离子强度无关，说明球内表面络合是主要的吸附机制，而离子强度的增加显著抑制了四溴双酚A的吸附，说明球外表面络合在四溴双酚A的吸附过程中发挥了重要作用。

粉煤灰是由各种材料（主要是煤）燃烧产生的发电废料，是从烧煤的锅炉烟气中收集的粉状灰粒。其细度较小且有着较高的比表面积，作为一种廉价的吸附剂，因其对染料、农药等具有出色的吸附性能而备受重视。Agarwal等[49]研究了间苯二酚在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性NaOH处理过的粉煤灰上的吸附性能。结果表明，CTAB/NaOH/粉煤灰复合材料对间苯二酚显示出了高吸附量，达到了500mg/g。然而，当水溶液的离子强度从0增加到0.8mol/L时，间苯二酚的吸附容量从153.68mg/g减小至144.6mg/g。一方面，Cl-会与离子化的间苯二酚离子在吸附剂表面的吸附位点竞争吸附；另一方面，Na+可增强CTAB/NaOH/粉煤灰复合材料对间苯二酚的吸附。二者共同作用，导致间苯二酚的吸附量略有降低。

对于含碳类吸附剂而言，一定范围内的离子强度对吸附剂的影响往往较小，吸附性能的高低取决于离子强度对吸附质的作用。疏水作用、静电相互作用以及活性炭独有的偶极子相互作用的变化都是离子强度影响其吸附的主要因素。但由于某些含碳类吸附剂本身与吸附质之间存在如氢键作用以及二者络合机制，当溶液离子强度增大时，其对该材料吸附有机物的影响变得不太显著。

1.3 生物质类吸附剂

生物质类吸附剂包括微生物、藻类、动植物碎片、生物系统等生物有机体以及可产生淀粉、蛋白质、纤维素、壳聚糖等的生物。其中，常用于水处理的生物质类吸附剂包括壳聚糖、纤维素及生活污水处理产生的活性污泥等。表3列出了文献报道的离子强度对生物质类吸附剂吸附有机物的影响。

表3 离子强度对生物质类吸附剂吸附有机物的影响

在活性污泥中，颗粒态物质占总量的23%，生物絮凝态物质占总量的69%。因其具有巨大的比表面积，且表面上含大量多糖类的黏性物质，在水溶液中可通过分子间作用力、静电相互作用、离子交换、络合、螯合、微沉淀等物理化学过程将污染物累积或浓集在微生物表面[67]。因此，活性污泥对水中的污染物质具有很好的吸附性能。Yan等[53]以浓缩污泥为吸附剂，研究了其对于双氯芬酸的吸附特性。结果表明，浓缩污泥对双氯苯酚的最大吸附量达到了28.99mg/g。在吸附过程中，离子强度的增加会促进双氯苯酚的吸附。对于离子强度的影响，一方面，Na+的存在导致了双氯苯酚的盐析，双氯苯酚的溶解度有所降低。通过有机碳分配吸附的双氯苯酚量增加，盐析作用抑制了污泥中有机碳向溶液的释放。污泥中有机碳的分布增强了基质的吸附能力；另一方面，提高Na+浓度可以中和基底表面的负电荷，降低表面负电荷与双氯苯酚之间的静电斥力，并通过静电相互作用促进双氯苯酚在基底表面的吸附。这种吸附机理也可称为架桥吸附，即双氯芬酸的—COOH在Na+与基体之间形成架桥效应。Choong等[54]以方解石泥为原料制备了方解石污泥吸附剂，并将其用于双酚A和布洛芬的吸附。实验结果表明，方解石污泥吸附剂对于双酚A和布洛芬的最大吸附量分别为83.53mg/g和34.96mg/g，且双酚A和布洛芬的吸附量均随溶液离子强度的增强而增大。方解石污泥在较高离子强度下吸附性能的增强可能是由于静电屏蔽和盐析效应。

壳聚糖是自然界中唯一带正电荷、阳离子的膳食纤维，因其分子结构中含有大量的自由氨基和羟基，其骨架链间的氢键可形成二级结构。这种结构上的特殊性以及高分子化合物的物理特性，使得壳聚糖对许多离子、有机物、生物分子等具有离子交换、螯合、吸附等作用[68]。Zhou等[57]设计了具有互穿网络结构的磁性聚(n-异丙基丙烯酰胺)/壳聚糖水凝胶，并尝试将它用于吸附亲水性磺胺甲唑和疏水性双酚A。结果表明，壳聚糖复合材料对磺胺甲唑和双酚A的最大吸附量分别为16.47mg/g和56.41mg/g。当溶液中氯化钠离子强度增大时，双酚A的吸附量略微上升，而磺胺甲唑的吸附量却明显下降。这可能是因为盐析效应使得双酚A的溶解度降低，增强了其与吸附剂间的相互作用；因为在吸附过程中，吸附剂与吸附质受静电相互作用控制。当离子强度增大时，意味着溶液中阴离子会增多，导致共存的Cl-会与磺胺甲唑形成竞争吸附，导致了吸附容量的下降[69]。Singh等[63]设计并合成了磁性氧化铁与壳聚糖-氧化石墨烯水凝胶纳米复合材料CSGOIO，并将其用于去除废水中的阳离子染料亚甲基蓝。结果表明，CSGOIO纳米复合材料对亚甲基蓝的最大吸附量达到了74.93mg/g。随着溶液氯化钠浓度的增加，CSGOIO纳米复合材料的吸附容量逐渐降低，但下降幅度不是很大。一方面，在溶液中，盐的存在减弱了阳离子染料亚甲基蓝与CSGOIO纳米复合材料表面负电荷之间的静电相互作用。此外，亚甲基蓝阳离子与Na+的竞争吸附也是导致复合材料吸附量下降的重要因素之一。离子强度对亚甲基蓝的活度系数的影响也会限制它们向吸附剂表面的转移；另一方面，CSGOIO纳米复合材料中活性结合位点数量的减少降低了离子强度的影响。因此，当几种效应相互抵消，离子强度对吸附亚甲基蓝的影响基本可以忽略不计。

纤维素是自然界最丰富的天然高分子物质，它不仅来源丰富，而且是可再生资源。纤维素是由众多β-D-葡萄糖基通过1,4-苷键连接起来的一种纤维状、多毛细管的线性高分子聚合物，具有多孔性和大比表面积的特性，分子内含有许多亲水性的羟基，因此具有一定的吸附性。但是天然纤维素对各种有机废水的吸附能力并不是很强，须通过化学改性使其具有更多或更强的亲和基团[70-71]。目前主要是通过醚化、酯化、接枝共聚等方法以制备高吸水、吸油、吸染料等高吸附性能的纤维素材料。Mohammed等[66]以纤维素纳米晶和海藻酸钠为原料制备了一种新一代可回收吸附剂CNC-ALG水凝胶微球，并将其用于吸附去除水溶液中的亚甲基蓝。结果表明，这些水凝胶微球表现出较好的吸附性能，其对亚甲基蓝的最大吸附量达到了256.4mg/g。此外，离子强度对吸附量的影响十分显著。当离子强度从0增大到1mol/L时，亚甲基蓝的去除率从75%显著降低到了7%。这可归因于溶液中存在的Na+和Cl-屏蔽了吸附剂和染料分子之间的静电相互作用。

对于生物质类吸附剂，以壳聚糖为主。和其他类吸附剂一样，当溶液离子强度增大时，共存的金属阳离子和其他阴离子必会和吸附质离子共同竞争吸附剂上的有效吸附位点，从而使吸附量下降。对于其他类的吸附剂，如活性污泥、纤维素，随着金属盐的加入，可能会产生静电屏蔽效应，此效应会屏蔽吸附剂和吸附质之间的静电相互作用，从而导致材料吸附容量的减小。

1.4 聚合物类吸附剂

聚合物类吸附剂种类繁多，本文主要以树脂为例。表4列出了文献报道的离子强度对聚合物类吸附剂吸附有机物的影响。

表4 离子强度对聚合物类吸附剂吸附有机物的影响

大孔吸附树脂是一类不含离子交换基团，具有大孔结构的高分子吸附材料。其不溶于酸、碱及有机溶剂，理化性质稳定，并且具有网状结构和高比表面积，对有机物具有富集吸附作用。大孔树脂的吸附性能与活性炭相似，吸附作用与范德华力或氢键有关[77]。与传统的溶剂萃取法相比，树脂吸附法具有溶媒损耗小、操作简便、产品质量较好等优点，被广泛应用于处理各种有机废水[78-79]。Yang等[72]利用β-环糊精改性聚甲基丙烯酸丁酯树脂，并将其用于水溶液中苯、甲苯、乙苯和二甲苯的吸附去除。实验结果表明，其对4种物质的吸附量分别为6.34mg/g、17.59mg/g、18.53mg/g和20.24mg/g。溶液离子强度的变化对这4种物质的吸附都没有显著的影响。该材料作为芳香族化合物的吸附剂可以在较宽的离子强度范围内具有较高的稳定性。随着氯化钠浓度从0增加到0.2mol/L，4种物质的吸附量均略有增加，其可能与这4种芳香族化合物活性系数的增加有关，其降低了该化合物的溶解度，从而提高了改性树脂的吸附容量。张振涛等[75]研究了聚丙烯酸-丙烯酰胺树脂对罗丹明6G染液的吸附性能。结果表明，改性树脂对罗丹明6G的最大吸附量达到了800mg/g。当溶液中加入氯化钠后，随着Na+浓度的增大，改性树脂吸附量逐渐降低。当Na+浓度高于0.002mol/L时，吸附量趋于平稳。可能原因是Na+阻碍了树脂与罗丹明6G的静电吸附作用；另外，Na+可能与罗丹明6G或树脂形成配合物，阻碍了吸附进程。姜伟等[76]利用磁性阳离子吸附树脂对神秘果蛋白进行分离纯化。结果表明，该吸附树脂对神秘果蛋白的最大吸附量为85.0mg/g。当氯化钠浓度低于0.1mol/L时，该树脂的吸附容量降低幅度不大。但当氯化钠浓度为0.2mol/L时，磁性粒子对神秘果蛋白的吸附量迅速降低到7%。当氯化钠浓度高于0.4mol/L时，磁性粒子对神秘果蛋白几乎不再吸附，原因是该离子强度破坏了蛋白质与—COO-之间的静电相互作用。

对于大孔吸附树脂而言，本身多样的官能团使得离子强度的影响也不尽相同，无机盐的静电屏蔽效应或多或少都会存在于大孔树脂的吸附过程中。由文献可知，离子强度的影响往往取决于吸附质与无机盐离子之间的相互影响。随着溶液离子强度的增大，盐析作用、竞争吸附、静电屏蔽等作用均会加强，具体是产生积极还是消极的影响，还需要看具体的吸附质类型。

1.5 硅基材料类吸附剂

常见的硅基材料类吸附剂主要包括沸石、高炉渣、分子筛等。表5列出了文献报道离子强度对硅基材料类吸附剂吸附有机物的影响。

表5 离子强度对硅基材料类吸附剂的吸附有机物影响

天然沸石是一种含水的碱金属或碱土金属铝硅酸盐矿物，其特殊的硅（铝）氧四面体结构使其孔隙率高达50%，比表面积达400～800m2/g，具有离子交换、吸附等性能，可有效去除水中抗生素等有机物[88]。由于天然沸石表面Si—O结构具有强亲水性，所以人们开始尝试对天然沸石进行有机改性以提高其对疏水性有机物的吸附性能[89]。岳俊杰等[80]研究了十六烷基三甲基溴化铵改性的沸石对酸性橙Ⅱ的吸附特性，发现改性后的沸石对酸性橙Ⅱ的吸附量达到了3.501mg/g，并且当溶液中盐浓度逐渐增大时，改性沸石对酸性橙Ⅱ的吸附量随之减小。出现这种现象可能是因为随着离子强度的增大，溶液中的阴离子与染料分子存在竞争吸附；而溶液中阳离子与染料分子间存在静电引力，从而增大酸性橙Ⅱ吸附在沸石表面的阻力，因而减小了改性沸石对酸性橙Ⅱ的吸附量。张梦飞等[81]以两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱对磁性沸石进行改性，并将其用于水溶液中苯酚的吸附。结果表明，改性后的沸石对苯酚的最大吸附量达到了52mg/g。且离子强度的增大可以促进改性沸石对苯酚的吸附。当离子强度为0.01～0.01mol/L时，改性沸石的吸附容量显著增加，增大幅度达到了22%。

高炉渣是高炉在炼铁过程中产生的主要废渣，在其处理过程中使用大量水来淬冷，矿物无法及时结晶，因此形成了大量的以无定形活性玻璃结构为主的水淬高炉渣。这种废渣具有一定的比表面积，对水中杂质、有机物等具有较好的吸附性能[90]。Wang等[82]以十六烷基三甲基溴化铵改性后的水淬高炉渣为吸附剂去除水溶液中活性艳红X-3B，发现改性后高炉渣的最大吸附量达到10.93mg/g，去除率达到92.04%。当水溶液中离子强度增大时，X-3B染料的去除率和吸附容量也会相应地提高。这是因为随着离子强度的增大，吸附剂表面形成的双电层的厚度被压缩，使得X-3B染料分子更加接近高炉渣的表面，从而导致静电斥力的降低和吸附能力的增强。此外，盐析作用也在一定程度上提高了吸附容量。陈莉荣等[83]研究了高炉渣对碱性品蓝的吸附性能。实验结果表明，碱性品蓝去除率达78.31%。随着溶液离子强度的逐渐增大，高炉渣对碱性品蓝的去除率随之逐渐下降。当氯化钠的离子强度大于0.05mol/L后，随着离子浓度的增加，碱性品蓝的去除率未发生显著变化，其逐渐趋于平衡状态。究其原因，可能是因为Na+和碱性品蓝在溶液中同以阳离子形态存在，其在高炉渣表面发生了竞争吸附行为。在此过程中，Na+占据了高炉渣的部分吸附位点；另一方面，离子强度的增大会减少高炉渣表面的负电荷以及增加zeta电位的大小，从而导致高炉渣对碱性品蓝的去除率减小。且由于高炉渣吸附剂和碱性品蓝之间的静电作用力为吸引力，离子强度的增加会使它们之间的静电相互作用减弱。当高炉渣对Na+的吸附逐渐达到饱和状态时，离子强度的进一步增大只是无效的添加，其不会再被高炉渣吸附，所以碱性品蓝的去除率趋于平衡。

分子筛是一种结晶的硅铝酸盐，具有均一的孔径和极高的比表面积。分子筛表面的原子受到非平衡力的作用，使得吸附剂表面存在过剩的自由能，具有较强的吸附作用，即色散力。同时由于分子筛孔穴中存在阳离子，骨架氧也带有负电荷，在这些离子附近还存在较大的静电力[91]。因此，分子筛中同时存在的色散力和静电力使其在吸附方面具有不错的性能。Arica等[84]制备了磁性MCM-41复合粒子mMCM-41-g-p(GMA)-TAEA，并对水溶液中的直接蓝6和直接黑38进行吸附去除。实验结果表明，复合粒子对直接蓝6和直接黑38的吸附容量分别为142.7mg/g和79.9mg/g。当溶液中盐浓度从0增加到1mol/L时，复合粒子对直接蓝6和直接黑38的吸附能力分别降低了270%和380%。这可能是由于随着溶液中离子强度的增大，分子周围的双电层被逐渐压缩，这些效应使分子间的静电力减小，染料分子与复合粒子配体在磁性粒子上的静电相互作用减弱，从而导致其吸附容量的降低。Qin等[85]采用三甲基氯硅烷对MCM-41进行了表面硅烷化反应合成了CH3-MCM-41，用来提高其对于水中硝基苯的吸附性能。实验结果表明，CH3-MCM-41的最大吸附量为46.2mg/g。在吸附过程中，提高离子强度可显著增强CH3-MCM-41对硝基苯的吸附容量。由于硝基苯是极性疏水性物质，增大离子强度必然会由于盐析效应而降低硝基苯在水中的溶解度。且—NO2为吸电子基团，所以MCM-41和CH3-MCM-41对硝基苯的吸附都经历了疏水作用。因此，增大离子强度有利于CH3-MCM-41对于硝基苯的吸附。但对MCM-41而言，离子强度的增大却逐渐抑制了其对于硝基苯的吸附。这可能由于MCM-41的特殊表面化学性质引起的。因为MCM-41表面含有大量的硅烷醇基团，使其具有高度的亲水性。此外，pH为5.8为Na+通过静电作用吸附到MCM-41上创造了一个非常舒适的环境。由于MCM-41表面的非均质性，Na+在MCM-41上占据了最强的位置，并与硝基苯发生竞争吸附，从而导致硝基苯的吸附量下降。Liang等[86]制备了CuO无机修饰的介孔二氧化硅复合材料，并将其应用于阳离子染料结晶紫和亚甲基蓝的吸附。结果表明，复合材料对结晶紫和亚甲基蓝的最大吸附量分别为52.9mg/g和87.8mg/g。当离子强度较低（＜0.02mol/L）时，由于共存盐可以通过促进质子化来增强染料分子的解离，从而增大了结晶紫和亚甲基蓝的去除率。但是，当离子强度高于0.02mol/L时则对染料的去除率无显著提高。

除了分子筛之外，其他一些改性硅基材料也显示出了对某些特定有机物较高的吸附性能。Lu等[87]采用两步法制备了具有核壳结构的磁性复合材料CoFe2O4@vacancy@mSiO2，用于去除水溶液中的罗丹明B。结果表明，CoFe2O4@vacancy@mSiO2对罗丹明B的最大吸附量可达172.34mg/g，且提高溶液的离子强度可提高其对罗丹明B的吸附容量。根据DLVO理论，每个带电粒子都有一个扩散的双电层，它们是相互排斥的，所以不会团聚。但盐的加入压缩了双电层，降低了静电斥力，从而提高了CoFe2O4@vacancy@mSiO2对罗丹明B的吸附能力。

对于硅基材料类吸附剂，静电相互作用大小的改变是离子强度影响其吸附的主要因素之一，其往往伴随着竞争吸附。除此之外，对于某些分子筛，当离子强度超过一定值时，由于共存盐可以通过促进质子化来增强吸附质分子的解离，从而增大了吸附质的去除率。

1.6 金属有机骨架类吸附剂

金属有机骨架（MOFs）又称多孔配位聚合物（PCPs），其通过配位键将金属离子（或团簇）和有机配体结合在一起。因MOFs具有高比表面积、永久孔隙率、多样的结构，且易于功能化，即通过改变中心金属离子和有机配体的种类，使MOFs的空间结构、孔道类型、大小和形状等得到系统的调节，甚至可以通过引入特定的功能位点，对所合成的MOFs进行功能性设计与修饰，使其理化性质在一定程度上发生改变[92]，尤其在吸附方面取得了相比于其他吸附材料更为优异的性能。表6列出了文献报道的离子强度对金属有机骨架类吸附剂吸附有机物的影响。

表6 离子强度对金属有机骨架类吸附剂吸附有机物的影响

崔颖等[94]采用热溶剂法制备了锆基MOF材料PCN-777，并尝试将其用于吸附水中的不同种类的抗生素。实验结果表明，PCN-777对磺胺甲唑和氧氟沙星具有较好的吸附作用，最大吸附容量分别为35.46mg/g和36.36mg/g，且离子强度的增加可以促进PCN-777对氧氟沙星和磺胺甲唑的吸附。对于磺胺甲唑，当溶液中氯化钠浓度从0增加到0.5mol/L时，对其吸附量的影响很小，但当盐浓度增加到1mol/L时，吸附量显著增加，表明在高盐浓度时，盐析效应比较明显。对于氧氟沙星，当氯化钠浓度从0增加到0.1mol/L时，吸附量会迅速增加，而后随着盐浓度的增加，其吸附量逐渐呈现平缓的趋势。Wu等[95]以金属有机骨架材料MIL-68(Al)为吸附剂，探究了其对水中典型荧光增白剂VBL分子的吸附性能。结果表明，MIL-68(Al)对VBL的吸附等温线符合Langmuir模型，其对VBL的最大吸附容量达到了400.02mg/g。当溶液中Na+浓度逐渐增大时，MIL-68(Al)对VBL的吸附量基本保持不变。由于MIL-68(Al)与VBL之间存在较为强烈的静电吸引作用，所以增加Na+浓度对吸附不利。但VBL是水溶性强的大分子，增大Na+浓度能使吸附质分子减小，这有利于吸附。以上两种作用相互抵消从而使得溶液中加入Na+对吸附基本没有影响。

由于单一吸附剂的吸附作用范围比较窄，一般只适用于某种特定的有机物，且吸附效果不理想。随着杂化材料的研究发展，无机/无机、无机/有机及无机聚合物复合材料制备和性能研究进展很快。各种材料的复合，一方面改善了材料的原有性能，另一方面又赋予复合材料新功能[108]。MOFs也不例外。吴晨等[101]通过两步水热法合成了Fe3O4@NH2-MOF(Al)磁性纳米复合材料，用来吸附分离水中的靛蓝二磺酸钠。结果表明，其对靛蓝二磺酸钠的最大吸附量达到了80mg/g。当溶液中加入氯化钠，且浓度逐渐增大时，磁性纳米复合材料的吸附性能也随之增强，从0的56mg/g增加到了1mol/L的70mg/g。这可能是由于盐析效应，当离子强度逐渐增大时，盐离子的加入降低了靛蓝二磺酸钠的溶解度，从而有利于Fe3O4@NH2-MOF(Al)对靛蓝二磺酸钠的吸附。Bu等[103]采用超声分散法制备了不同氧化石墨烯含量的锆基MOF/氧化石墨烯（UiO-66-NH2/GO）复合材料，并用来吸附水中的铬黑T。实验结果表明，UiO-66-NH2/GO-2的吸附量最高，达到了263.158mg/g，且UiO-66-NH2/GO-2的吸附性能随着盐离子浓度的增大而增强。这可能是由于当溶液中的离子强度增大时，无机盐离子产生了静电屏蔽效应。同时，由于离子强度增大，表面形成的双电层结构被压缩，染料分子更容易接触到吸附剂表面，从而增强了材料的吸附作用。Yu等[107]通过添加天然交联剂海藻酸钠制备了铝基金属有机骨架/氧化石墨[MIL-68(Al)/GO]微丸，并将其作为吸附剂应用于水中四环素的去除。结果表明，其对四环素的最大吸附量达到了228mg/g，且随着溶液中离子强度的增加，MIL-68(Al)/GO的吸附容量略有下降。究其原因，MIL-68(Al)/GO吸附剂的Al金属位点与四环素的氨基之间可能存在静电效应，电解质的加入可能导致静电相互作用的减弱。此外，增大Na+浓度会导致吸附剂的孔收缩，从而使得部分吸附质无法进入孔内，吸附剂表面吸附位点减少。

对于MOFs而言，无论是单金属MOFs还是复合MOFs，随着无机盐的加入，静电屏蔽效应、盐析效应以及双电层的压缩都是离子强度影响其吸附性能的主要因素。在某些情况下，金属盐的加入可能会导致MOFs材料孔隙的收缩，这会使得部分吸附质无法进入孔内，吸附剂表面吸附位点大大减少。

2 离子强度对吸附剂及吸附质的影响机理

吸附法作为一种成熟而有前途的废水污染物处理技术，在很大程度上依赖于溶液组成。由于电解质离子在水体和工业废水中的普遍存在，离子强度必然会对材料的吸附性能或多或少产生一定的影响。对于一个给定的吸附体系，离子强度对其影响较为复杂[109]。因为在相同的实验条件下，可能会存在多种甚至相互矛盾的作用，使得对主导机制的识别变得极其复杂。本文综述了离子强度对不同种类吸附剂吸附去除废水中有机物的影响，有助于预测不同离子强度下材料吸附性能的变化。在水溶液吸附体系中，改变离子强度对吸附剂和吸附质都会产生一定的影响。

2.1 离子强度对吸附剂的影响

对吸附剂的影响主要表现在三个方面：①压缩吸附剂表面的双电层厚度。由于静电作用，吸附剂与吸附质之间会形成扩散双电层结构，当溶液内离子强度增大时，吸附剂表面电荷被中和，扩散双电层被压缩，吸附质更容易与吸附剂表面接触，从而影响吸附效果。该作用普遍存在于各类吸附剂之中，尤其是黏土矿物类等具有较大离子交换容量的吸附剂，无机盐离子与吸附剂所产生的离子交换会进一步扩大对吸附效果的影响。②促进微粒形态吸附剂的团聚。溶液中无机盐离子的加入会在一定程度上增加吸附剂表面zeta的电位，对于本身粒度较小的碳类吸附剂和硅基材料吸附剂，离子强度的增加降低了吸附剂间的静电斥力，导致粒度较小的吸附剂发生团聚现象，减少了可用的吸附位点，降低了吸附性能。③造成吸附剂孔隙的收缩。金属有机骨架类吸附剂具有孔隙结构多样化的特点，但这种易于修改的结构使其更容易被离子强度所影响。当离子强度增加时，金属离子会导致部分金属有机骨架类吸附剂的孔隙收缩，减小孔道直径，从而使吸附质无法顺利进入孔道之中，大大降低可用的吸附位点，造成吸附效率的下降。其具体机理图如图1所示。

图1 离子强度对吸附剂的影响机理图

2.2 离子强度对吸附质的影响

对吸附质的影响主要表现在四个方面：①与吸附质离子产生竞争吸附。当吸附剂与吸附质间的作用以静电吸引为主导时，无机盐离子会优先吸附在吸附剂表面，与吸附质离子产生竞争吸附，降低吸附性能；相反，当吸附剂与吸附质之间存在较强的静电相斥作用时，离子强度的增加会屏蔽静电相斥作用，从而提高吸附性能。②对吸附质产生盐溶或盐析效应。在水体微污染物处理方面，吸附质均为溶解度较低的有机污染物，如含抗生素、增塑剂等低水溶性有机物的废水，离子强度的增加会抢夺与有机物结合的水分子，造成有机物溶解度的降低，增强了吸附剂与吸附质之间的疏水相互作用，提高吸附性能。③电解质离子与吸附质离子形成离子对。当吸附质呈离子状态时，无机盐离子会与吸附质离子形成离子对，导致吸附质离子的有效浓度降低，间接降低浓度差推动力，减小吸附量。④改变吸附质分子的尺寸。当吸附质为水溶性大分子有机物，如染料废水等，离子强度的增加会使吸附质分子的尺寸减小，降低吸附质吸附过程的传质阻力，提高吸附剂孔道对吸附质的容纳量，从而提高吸附性能。其具体机理图如图2所示。

图2 离子强度对吸附质的影响机理图

3 结语与展望

离子强度对废水中有机物吸附作用的影响取决于吸附剂以及吸附质的特性，二者的共同影响决定了最终的吸附效果。至今，已有较多文献对离子强度的影响做出了深入的研究，但其研究的离子强度范围远不及实际工业废水中有机物的含量范围。如何将低浓度的离子强度影响规律扩展至高浓度的离子强度影响规律，如何精细划分乃至定量分析各种影响的作用大小也将成为之后研究离子强度的关注点。此外，离子强度对不同种类吸附剂吸附去除废水中不同有机物影响机制的阐明，将有助于预测不同离子强度下材料吸附性能的变化。总而言之，针对不同有机废水，选择最优的吸附剂和吸附条件，最大化利用离子强度的影响以获得较高吸附容量必将成为未来吸附法工业化应用中关注的重中之重。同时，扩大吸附剂应用范围、绿色处置饱和吸附剂等一系列对吸附剂的要求也让开发新型、高效、经济、绿色、环保的吸附剂成为未来发展的趋势。