重金屬是指密度在4.0以上（約60種）或5.0以上（約45）種的元素。在環(huán)境污染領(lǐng)域，主要指的是銅、鉛、鈷、鎳、錫、鋅等。研究表明，礦山排水是重金屬污染的主要來源，此外還有大部分工業(yè)廢水中也存有濃度較高的重金屬污染物。重金屬離子對環(huán)境以及人體的危害是巨大的。首先就重金屬廢水的污染性、危害性做簡要分析。
1、重金屬廢水危害性分析
廣泛存在于各類水體中的重金屬離子有很強的污染性、致毒性，會對自然環(huán)境以及人體帶來很大危害。如研究表明，銅的抗生育作用明顯，長期受到銅的污染會導致男性生殖能力受到影響。同時當人體內(nèi)的銅過剩時，會擾亂人體新陳代謝，使人體出現(xiàn)一系列不良反映甚至出現(xiàn)各類疾病。鉛會嚴重影響生殖器官的功能，若孕婦長期生活在含有鉛污染的環(huán)境中，胚胎的發(fā)育會受到嚴重影響，且出現(xiàn)畸胎、死胎、流產(chǎn)的幾率會增加。當人體內(nèi)血鉛過高時，會出現(xiàn)一系列不適感，如乏力、頭暈、入睡困難等，嚴重時還會引起腹痛、便秘以及記憶力衰減等問題。六價鉻滲入到身體組織中易引起白血病、淋巴瘤以及前列腺癌等重大疾病，使人體生命安全遭受嚴重威脅�；诖�，加大對重金屬污染的研究，做好對重金屬污染的治理至關(guān)重要。
2、聚苯胺復(fù)合材料研究
2.1 導電聚合物
導電聚合物也被稱為導電高分子，該種物質(zhì)由人工合成，有一定的導電性以及較高的機械性能，且便于再加工，具有較廣的適用范圍。當前常用到的聚對苯撐、聚苯胺等就是典型的導電聚合物。這類物質(zhì)本身具有導電性，在使用時不需要依靠其他的物質(zhì)與手段讓其起到導電的效果。研究與實踐證明，導電聚合物物理與化學性能優(yōu)越。具體如其具備特有的電導率變化性能。通過電化學或化學摻雜，導電聚合物室溫電導率可以在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生變化。其次該類物質(zhì)還具有性能可控性與結(jié)構(gòu)可控性，這為其在重金屬污染治理中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該類物質(zhì)有電、光性能以及較好的柔韌性，在一定程度上集合了金屬、聚合物以及半導體的優(yōu)點。更重要的是，導電聚合物具有完全可逆的摻雜/脫摻雜特性，且該過程伴隨著可逆的光學、電學等性能的變化�？偟膩碚f，導電聚合物性能優(yōu)越，實用性高，適用范圍廣，因而近幾年在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如傳感器領(lǐng)域、電磁屏蔽領(lǐng)域以及分子領(lǐng)域等。
2.2 聚苯胺
在各類導電聚合物中，聚苯胺的性能相對優(yōu)越，整體的應(yīng)用價值較高。如其成本低廉、在環(huán)境穩(wěn)定性良好、合成工藝簡單且電導過程可控制等。近幾年來，有關(guān)聚苯胺的研究不斷增加，許多學者提出將聚苯胺應(yīng)用于重金屬污染治理領(lǐng)域。目前這一提議以及研究已經(jīng)得到了實踐。
聚苯胺屬于亞苯基聚合物，還原以及氧化反映分別發(fā)生在亞苯基環(huán)的兩側(cè)。聚苯胺鏈上胺以及亞胺的數(shù)量是影響聚苯胺形式的關(guān)鍵因素。聚苯胺的氧化聚合反應(yīng)是發(fā)生在質(zhì)子酸條件下。在該條件下，質(zhì)子化使得聚苯胺逐漸具有導電性，在鏈內(nèi)，π電子數(shù)量不會發(fā)生變化。在各種氧化狀態(tài)下，聚苯胺普遍存在。
聚苯胺的導電機理為：聚苯胺的質(zhì)子在質(zhì)子酸摻雜下被引入高分子鏈，質(zhì)子進入高分子鏈但主鏈上的電子數(shù)目未發(fā)生改變，只有電荷分布狀態(tài)因這一變化而出現(xiàn)變動。質(zhì)子攜帶有正電荷，當分子鏈上有質(zhì)子進入時，就意味著高分子鏈失去電子并發(fā)生了氧化摻雜。為了使物質(zhì)的電中性得以保持，聚苯胺的主鏈上就會有陰離子進入。對陰離子進入聚苯胺主鏈的這一過程就相當于是一個酸堿中和的過程，在這一過程中，會產(chǎn)生有與質(zhì)子酸和氨水相類似的反應(yīng)。亞胺氮原子是聚苯胺物質(zhì)的主要摻雜點，在摻雜過程中，主鏈的氮原子上會有質(zhì)子（來源于摻雜劑）附著在上面，此時由質(zhì)子所攜帶的電荷會在共軛鏈上進行延展，且隨著質(zhì)子的進入，本征態(tài)聚苯胺會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閬啺�，轉(zhuǎn)變成的這一物質(zhì)有較大的電導率。
受到摻雜的影響，聚苯胺在分子鏈上會同時存在極化子和雙極化子，極化子和雙極化子共同承擔載流子，極化子和雙極化子以及載流子等在分子鏈上相互轉(zhuǎn)化完成電荷傳播。
2.3 聚苯胺合成與聚合
聚苯胺合成常用的方法有電化學聚合法和化學氧化聚合法。下面就聚苯胺的不同合成過程以及聚合機理做具體分析。
電化學法聚合。在應(yīng)用電化學聚合法對聚苯胺進行合成處理時，可將整個合成過程大體分為三個階段：誘導與引發(fā)階段、鏈增長階段以及鏈終止階段。在第一個合成階段時，有二聚物產(chǎn)生，當進入第二個合成階段后，反應(yīng)速度加快、沉淀產(chǎn)生，體系開始大量發(fā)熱，到第三個階段時，反應(yīng)停止。聚苯胺的聚合機理為：苯胺在相關(guān)作用的影響下發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)后成為陽離子自由基，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進行，兩個陽離子自由基以頭尾相連的方式形成苯胺二聚體。當苯胺二聚體形成后，氧化反應(yīng)會迅速發(fā)生，通過氧化又得到醌結(jié)構(gòu)的苯胺二聚體，醌結(jié)構(gòu)的苯胺二聚體與苯胺單體發(fā)生聚合反應(yīng)后就會生成三聚體。
化學氧化聚合。在應(yīng)用化學氧化聚合法來合成聚苯胺時，將待合成物質(zhì)置于合適的溫度條件下，之后將適量氧化劑加入溶液中（含有苯胺單體），利用氧化劑的作用促進苯胺氧化聚合。研究與實踐證明，使用這一方法得到的合成物有較高的穩(wěn)定性以及導電率，有較好的可控性，具有一定的應(yīng)用價值。在使用這一方法進行聚苯胺合成處理時，氧化劑、環(huán)境溫度、操作方法以及介質(zhì)酸等是影響合成效果的重要因素。為此在具體能的合成操作中要能嚴格按照相關(guān)規(guī)范與要求，結(jié)合實際情況合理選擇氧化劑，科學控制氧化劑的濃度以及滴加速度，并對物質(zhì)的反應(yīng)時間、反映溫度等做出有效控制與管理，合理控制介質(zhì)酸濃度并科學選擇介質(zhì)酸種類，以此消除各類因素對合成過程以及結(jié)果的影響，確保合成物性能質(zhì)量穩(wěn)定。
3、聚苯胺復(fù)合材料在重金屬廢水處理中的應(yīng)用
在當前的自然環(huán)境中，重金屬離子普遍存在，這類物質(zhì)給自然以及人體帶來的危害不容忽視。以往的技術(shù)體系下，進行重金屬污染監(jiān)測與處理時多采用電位測定法進行，后來在這一技術(shù)方法的基礎(chǔ)上又衍生出了多種方法，如離子選擇電極法等，同時也有部門使用聚苯胺復(fù)合材料來處理重金屬污染問題。作為一種有機導電高分子聚合，聚苯胺復(fù)合材料可在電池處理、隱形涂料處理、防腐處理等多項活動中發(fā)揮出重要作用。
3.1 聚苯胺/碳復(fù)合材料應(yīng)用于廢水處理
當前常用到的碳材料有碳納米管、多孔碳以及石墨、活性炭等。碳材料的結(jié)構(gòu)比較獨特，比表面積也相對較高，穩(wěn)定性良好，因而在當前得到了相對廣泛的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，利用碳材料的比表面積為聚苯胺的聚合提供基體和骨架而制成的復(fù)合材料，其機械性能以及導電性、電容性等要更為良好，并且還具備有多種聚苯胺所不具有的特征。
3.2 聚苯胺/無機物復(fù)合材料應(yīng)用于廢水處理
無機物具有成本低、種類多等特點，且許多無機物都具有很好的吸附性，是治理含重金屬離子廢水時的理想材料，如硅膠等。合理使用這類材料可有效降低廢水中重金屬污染濃度，將廢水對自然環(huán)境以及人體的污染降到最低。在應(yīng)用這類材料進行重金屬廢水治理時，應(yīng)當注意到沸石的可用性。作為一種硅酸鋁鹽礦石，沸石結(jié)構(gòu)中有很多不同大小的通道、框架等，可以讓廢水中的重金屬離子儲存，從而讓水體得到凈化。研究發(fā)現(xiàn)，在將沸石與聚苯胺復(fù)合后，復(fù)合料的吸附性大大提高，在進行廢水治理時也就更能發(fā)揮出效果。
3.3 聚苯胺/金屬氧化物復(fù)合料應(yīng)用于廢水處理
研究證實，金屬氧化物的化學特性與物理特性十分良好，也是應(yīng)用于重金屬廢水處理的理想材料。在廢水處理過程中，此類材料可提供磁性，促進廢水中重金屬離子與水體分離并完成對重金屬離子的吸附，使廢水的去污染率大大提升。在應(yīng)用這一復(fù)合材料對含重金屬離子廢水進行處理時，先在蒸餾水中將Fe3O4進行分散，然后于集中加入適量的聚乙烯吡咯烷酮，對該混合物質(zhì)進行超聲分散處理后，于適合的溫度條件下依次添加進濃硫酸與苯胺，對混合物充分攪拌，攪拌時長達到12h后于其中加入適量硫酸銨溶液，同樣進行超聲分散處理。在經(jīng)過以上處理后得到核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4/PANI。該物質(zhì)有很強的吸附性以及較大的比表面積，能對廢水中的重金屬離子得到有效吸附，讓廢水的污染性與危害性大大降低。
4、結(jié)語
綜上所述，聚苯胺復(fù)合材料比表面積大、吸附性強，能在重金屬廢水處理中發(fā)揮出重要作用。為此在當前背景下應(yīng)進一步加大對這一處理技術(shù)的研究、完善與推廣應(yīng)用，讓重金屬污染問題得到有效解決。（來源：長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學院，力合科技（湖南）股份有限公司）
