随着工业化和城市化进程的加速，重金属污染问题日益严重，对生态环境和人类健康构成重大威胁。为应对这一挑战，吸附法因其操作简便、成本低廉和高效性，成为处理重金属污染水体的关键技术。本文综述了近年来吸附剂开发及其在重金属去除中的应用进展，涵盖传统吸附剂如活性炭、天然材料，以及新兴吸附剂如石墨烯、碳纳米管、金属有机框架（MOFs）和沸石咪唑酯框架（ZIFs）。文章还探讨了吸附机理、影响因素及实际应用中的挑战，旨在为吸附法处理重金属废水的研究和应用提供参考。
 

图1. 用于水体重金属（HM）处理的常见技术的优缺点。经许可转载自（Bilal等人，2022）。版权所有（2021），爱思唯尔（Elsevier）B.V.公司
 

图2，环境与人为来源的高氟物质（HFMs）之间的相互作用。经许可转载自（Kobielska等人，2018）。版权所有（2017），爱思唯尔（Elsevier）B.V.公司
 

图3. 吸附过程中的传质步骤。经许可转载自（王J.与郭，2020b）。版权所有（2020），爱思唯尔（Elsevier）B.V.公司
 

图4. 本研究中所综述的吸附剂类别及其主要优点和缺点。
 

图5. 活性炭生产过程中涉及的步骤以及可作为碳源的不同材料。
 

图6. 用作天然吸附剂的材料、选择标准以及其中一些材料的缺点。
 

图7. 基于微生物的吸附剂去除重金属（HMs）的机制，经许可转载自（Qin等人，2020），版权所有（2019），爱思唯尔有限公司
 

图8. 可对黏土矿物进行的几种改性类型。经许可转载自（张T等人，2021）。版权所有（2020），爱思唯尔B.V.公司
 

图9. 典型的层状双氢氧化物（LDH）结构以及二价阳离子与三价阳离子比例变化所产生的影响。经许可转载自（冯X等人，2022）。版权所有（2021），爱思唯尔B.V.公司
 

图10. 假设的使用未改性零价铁（pristine nZVI）去除水溶液中重金属（HMs）的机制。经皇家化学学会许可，转载自（Tarekegn等人，2021）。
 

图11. a) 原始石墨烯以及通过改变其尺寸得到的产物，经许可转载自（Rout等人，2023），版权归（2022）爱思唯尔B.V.公司所有；b) 石墨烯纳米材料家族成员的化学结构：（i）石墨烯；（ii）少层石墨烯；（iii）氧化石墨烯（氧原子以红色标示）；（iv）还原氧化石墨烯。经许可转载自（Bianco，2013），版权归（2013）WILEY - VCH出版社有限责任公司（德国魏因海姆）所有。
 

图12. 原始石墨烯合成的自上而下法和自下而上法。经许可转载自（Redy等人，2022），版权归（2022）爱思唯尔B.V.公司所有。
 

图13. a) 聚胍功能化氧化石墨烯（GO）吸附汞（Hg(II)）的机制。经许可转载自（Lin等人，2022），版权归（2022）爱思唯尔B.V.公司所有；b) 还原氧化石墨烯 - 四氧化三锰（rGO - Mn₃O₄）及其对铅（Pb(II)）和镉（Cd(II)）的去除机制。经许可转载自（Lingamdinne等人，2022），版权归（2022）爱思唯尔有限公司所有。
 

图14. a) 多壁碳纳米管（MWCNTs）的结构，b) 单壁碳纳米管（SWCNT）的结构，以及 c) 碳纳米管（CNTs）的螺旋矢量排列。经许可转载自（Hoang等人，2022b），版权归（2022）爱思唯尔有限公司所有。
 

图15. 碳纳米管（CNTs）制备的不同合成流程，经许可改编自（Hoang等人，2022b），版权归（2021）爱思唯尔有限公司所有。
 

图16.3) 铅离子（Pb(II)）在聚乙烯/木质素 - 碳纳米管（PE/LG - CNTs）与镍/铝氧化物（Ni/Al₂O₃）复合材料上的拟议吸附机制。经英国皇家化学会许可，转载自（C2. Wang等人，2021）；b) 碳纳米管的磁性改性及其在从污染水中吸附去除锑离子（Sb(III)）中的应用。经许可转载自（Z. Cheng等人，2022），版权归（2021）爱思唯尔有限公司所有。
 

图17，金属 - 有机框架材料（MOFs）主要发展里程碑及其在从水溶液中去除重金属（HMs）方面应用的时间轴。经许可转载自（G.R. Xu等人，2021），版权归（2020）爱思唯尔有限公司所有。
 

图18. 一些常见报道的金属 - 有机框架材料（MOFs）的晶体结构。经英国皇家化学会许可，转载自（G. Silva等人，2015）。
 

图19，基于金属 - 有机框架材料（MOFs）的不同合成途径，经（Stock和Biswas，2012）许可转载，版权归（2012年）美国化学会所有。
 

图20. a) Pb(Ⅱ)在AMO - MOF上吸附的推测机理。经（H. Wang等人，2023）许可转载，版权归（2023年）爱思唯尔有限公司所有；b) MOF - 808对Hg(Ⅱ)的选择性吸附。经（B. Sun等人，2022）许可转载，版权归（2021年）爱思唯尔B.V.公司所有；c) Fe掺 808吸附去除Sb的示意图。经（B. Sun等人，2022）许可转载，版权归（2014年）英国皇家化学会所有；d) 壳聚糖接枝MOF（CGUNCM）与水溶液中重金属（Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)）的相互作用。经（Hu等人，2022）许可转载。
 

图21. 提高金属 - 有机框架材料（MOFs）水稳定性的方法与机制。经C. Li等人（2021）许可转载，版权归（2021年）爱思唯尔有限公司所有。
 

图22. 锌基金属有机框架材料（ZFs）在水净化领域的发展与应用趋势。经仪. Litu等人（2021）许可转载，版权归（2020年）爱思唯尔B.V.公司所有。
 

图23，部分类沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIFs）的结构（蓝色为锌基ZIFs，粉色为钴基ZIFs）。经Phan等人（201X年，原文缺失具体年份）许可转载，版权归（201X年，原文缺失具体年份）美国化学学会所有。
 

图24. 不同类型和形状的类沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF）基复合材料的示意图。经Hf. Dai等人（2021）许可转载，版权归（2021年）爱思唯尔B.V.公司所有。
 

图25. a) 锌（Zn）和钴（Co）类沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF）的合成及其对铅离子（Pb²⁺）和汞离子（Hg²⁺）吸附的推测机理。经K. Ahmad等人（2021）许可转载，版权归（2021年）爱思唯尔有限公司所有；b) 类沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF - 8与微生物群落协同去除受污染水中镉离子（Cd²⁺）的作用。经S. Hou等人（2022）许可转载，版权归（2022年）爱思唯尔有限公司所有；c) 磁性ZIF - 8的合成及其在从水溶液体系中吸附去除铜离子（Cu²⁺）和铅离子（Pb²⁺）中的应用。经Jiang等人（2021）许可转载，版权归（2021年）爱思唯尔有限公司所有；d) 使用β - 环糊精修饰的ZIF - 8（β - CD@ZIF - 8）吸附去除二价重金属离子（铅离子Pb²⁺和铜离子Cu²⁺）。经C. Chen等人（2022）许可转载，版权归（2022年）爱思唯尔有限公司所有。
 

图26. a) pH对UiO - 66 - NH₂和Form - UiO - 66 - NH₂吸附六价铬（Cr(VI)）能力的影响，以及Form - UiO - 66 - NH₂的等电点。经Yuan等人（2023）许可转载，版权归（2022年）爱思唯尔有限公司所有；c) 接触时间对处理后的碳纳米管（CNT）吸附多种重金属（HMs）的影响。经Abdulkareem等人（2023）许可转载，版权归（2022年）爱思唯尔有限公司所有；d) 吸附剂用量对氧化石墨烯（GO）去除铜离子（Cu(Ⅱ)）的去除效率和吸附容量的影响。经W. Yang和Cao（2022）许可转载，版权归（2022年）爱思唯尔B.V.公司所有；e) 未处理和处理后的咖啡渣对六价铬（Cr(VI)）和铜离子（Cu(Ⅱ)）的高选择性以及搅拌速度的影响。经Kyzas（2012）（MDPI）许可转载；g) 温度对壳聚糖修饰的金属有机框架材料（UNCS）吸附汞离子（Hg(Ⅱ)）容量的影响所体现的放热吸附过程。经X. Yan和Ge（2023）许可转载，版权归（2023年）爱思唯尔B.V.公司所有。
 

图27. 涉及去除水溶液中重金属（HMs）的协同过程，包括吸附、沉淀、还原、氧化和离子交换。
 

图28. 吸附如何用于解决环境污染问题的图示说明。
本文全面综述了吸附法去除水中重金属的最新研究进展，重点分析了不同类型吸附剂的性能及其优化策略。研究表明，新兴吸附剂如石墨烯、碳纳米管、MOFs和ZIFs在重金属去除中展现出显著优势，具有高吸附容量和良好的再生性能。然而，实际应用中仍存在吸附剂稳定性、成本及再生效率等挑战。未来研究应聚焦于开发更稳定、高效的吸附材料，优化吸附工艺条件，并探索吸附剂的大规模应用途径，以推动吸附法在重金属废水处理领域的广泛应用。https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118562
具体创新点总结如下：

1. 多级级联固态脉冲源创新：设计并研制出超高幅度的对称输出多级级联固态脉冲源，将其应用于隐蔽目标时域多信道探测系统，为系统提供了强大的脉冲源支持，有助于提升探测系统的性能。
2. 时域天线性能优化创新：首次在时域天线领域提出并采用渐变式背腔，有效改善了电阻加载领结天线的时域性能，提高了系统收发隔离度，增强了天线在时域探测中的稳定性和可靠性。
3. 时域阵列天线方向图修正创新：针对时域阵列天线，提出了方向图乘法的修正方法，减小了计算方向图的误差，进而有效提升了目标定位精度，使探测系统能够更准确地确定目标位置。
4. 光时域探测器件应用创新：将光时域探测器件应用于隐蔽目标时域多信道探测系统中，为增大脉冲源幅度以扩展探测距离提供了高隔离度保障，拓展了探测系统的探测范围和能力。
5. 分时多信道时域接收系统创新：设计并研制出分时多信道时域接收系统，降低了时域探测系统的成本，为进一步扩展天线孔径以及开展三维定位成像研究提供了可行的途径，有助于推动探测系统向更复杂、更高效的方向发展。

转自《石墨烯研究》公众号