探析水环境中Cu2+的检测和处理

人体活动的正常进行离不开各种蛋白质与酶。据相关研究发现，人体内有数十种蛋白质与酶含有Cu元素，Cu在蛋白质与酶中起到活化与催化的作用，无论是造血还是细胞繁殖，甚至是酶的活化与内分泌均离不开Cu元素。然而，工业废水排放导致大量Cu元素积聚于水环境中，使水生生物体内大量积累重金属，人们食用水生生物后重金属沉淀于人体中无法排出，最终导致机体中毒。针对水中Cu过量造成的环境污染与人体中毒，以检测并净化水环境中Cu2+进行科研活动。

随着工业发展，人们生活水平明显改善的同时，身处的环境也受到前所未有的污染。空气污染、水污染严重危及人类健康。以水污染为例，工厂向江河内排放的污水含有大量重金属离子，如Cu2+或Zn2+，这些金属离子被摄入水生物体内，人们在食用水产品时就会将重金属摄入到体内，使人体内重金属大量累积，导致机体中Cu元素过量，最终将导致中毒。因此，人们开始检测并处理废水中的Cu2+。

1、检测方法

1.1、比色法

显色剂可以选择二环已酮草酰双腙(即BCO、C14H22N4O2)，BCO和Cu2+共同处在碱性环境中，随反应产生蓝色的络合物，借助分光法能够测定Cu2+浓度[1]。若条件为波长600nm、质量浓度介于0.04μg～1.4μg之间，Cu2+与吸光度的关系完全符合比尔定律。

比色法中还有一种较为先进的分支，即纳米金比色法。试验一般选取以溶胶形式分散于水中、具有优秀光学性能的、直径介于1nm～100nm的微小金颗粒。这种又名胶体金的纳米金消光系数较高，其表面具有非常优越的等离子体共振性能，可以吸收510nm～550nm的共振波。纳米金溶液为亮红色，若吸收的共振波增加，则颗粒之间的距离就会缩短，溶液颜色也会由红变蓝。借助这一原理，可以实现将快速检测应用于重金属分离中。

1.2、原子吸收法

Cu2+的原子可以吸收大部分金属发射出的共振线，这种吸收能力与其占溶液的比例有关。所占比例高则吸收得多，反之则少。由于空气原子化后大部分金属元素能够被直接测定，因此水样检测可以先将其原子化，再进行共振线测定。若水样里Cu2+所占比例较低，则可以在萃取后再富集。一般生活用水及池塘水质借助这种方法检测。

1.3、电化学检测法

电化学检测法涉及电化学分析领域及化学发光研究领域的知识，一般采用某种荧光素来测定废水中Cu2+含量[2]。HAS荧光淬灭法是一种适合实验室测定Cu2+含量的方法。一般而言，若Cu2+浓度为0.13㎎/L～6㎎/L，则线性关系良好，该方法检出限为38μg/L。

可以将巯基乙胺充当净化方法中必需的稳定剂，借助水热合成法，将其制成粒径大小不一的CdTe量子点，选出粒径为3.6nm/3.27nm的量子点对Cu2+进行荧光淬灭法检测，此方法同样具有较高的灵敏性[3]。

1.4、电修饰法

通过共价自组装，将修饰电极当作工作电极，依靠灵敏度来检测Cu2+浓度。以磷酸盐为缓冲液中，搅拌溶液并富集后，将存在于其中的Cu2+与修饰电极反应活性配合物，使其附着于电极表面，进而检测。电极的峰电流和Cu2+浓度正相关，在特定区间存在一定的线性关系，该方法检出限为3.2×104㎎/L。

2、处理方法

2.1、电化学法

若水中Cu2+浓度较低，可以使用流化态电极降低质量浓度，最低值甚至可以达到5×10-6㎎/L。

2.2、吸收法

将具有不溶性质的钠盐、镁盐等黄原酸盐或水溶性络合物与Cu2+放到一起发生反应，二者相结合可以有效去除重金属[4]。一般而言，含Cu2+的电镀废液可以用吸收法进行净化。此外，还可以借助水热合成法将燃烧高岭土制成纳米分子筛，筛选出Cu2+。

2.3、膜电解法

膜电解法一般选用氨水作为电解质来处理废水中的Cu2+。受电场力作用，阳离子们互相渗析，Cu2+与其它阳离子互换，穿过膜渗透到阴极室中，由于NH4+发生迁移，Cu2+就在废水之中就产生Cu(OH)2絮体，如此再去除絮体就比较简单了。膜电解法Cu2+净化比例与氨水和纯水比例有关[5]。通过相关实验可以发现，当氨水：纯水=3:5时，持续电解5h，废水中Cu2+净化比例接近94%，去除后，每升废水中的Cu2+含量仅为5.79mg，且废水中Cu(OH)2絮体含量将会达到被去除的Cu2+含量的40%。

2.4、趋磁细菌法

趋磁细菌对于Cu2+和Zn2+都具有一定的吸附作用，在一定的酸碱度、温度、时长或微生物量影响下，趋磁细菌可以有效吸附水样本里的Cu2+。根据刘珺的研究可知，pH=5、温度达到20℃～25℃、时长是120min、细菌浓度至8×103㎎/L时，该方法吸附效果最佳。然而，Cu2+和Zn2+若共存于废水中，Zn2+与趋磁细菌之间存在更大的亲和力，Cu2+净化率不如Zn2+净化率。因此废水中若同时含有这两种金属离子，则不建议选择这种方法[6]。

2.5、MFC净化法

MFC也就是微生物燃料电池，这种装置具有可以处理废水的优点。将含有Cu2+的废水作为阴极电解液，将含有1g的LCOD生活污水为阳极基质，在加入Na2SO4后，阴阳电极发生反应，可以起到去除Cu2+和COD的作用[7]。

3、结语

Cu2+对水生物、水环境及人体造成的危害目前已经为越来越多的人所了解，各机构和部门都开始研发相关技术检测和处理废水中大量存在的Cu2+。介绍了比色法、电化学法、电修饰法和原子吸收法四种检测方法，总结了电化学法、吸收法、膜电解法、趋磁细菌法和MFC净化法五种处理方法，以此来为从事相关研究的人员提供参考。

原标题：探析水环境中Cu2+的检测和处理