铋/粘土复合膜的开发与电化学评估：低成本高效去除废水中重金属的突破性研究

针对废水中重金属(HM)污染治理成本高、效率低的问题，研究人员通过粉末冶金技术开发了Bi改性粘土膜，结合XRD、FTIR、SEM-EDS和电化学分析(CV/EIS)，证实该膜对Pb2+、Hg2+、Cu2+的去除率分别达93%、82%、85.4%，且成本仅1.34-1.42美元/m2，为分散式污水处理提供可持续解决方案。

　　

随着工业废水排放加剧，重金属(HM)如Pb²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺和Cu²⁺对生态系统和人类健康的威胁日益严峻。传统处理方法如化学沉淀会产生有毒污泥，离子交换树脂成本高昂，而反渗透膜面临能耗高、易污染等问题。在此背景下，阿联酋沙迦大学的研究团队创新性地利用当地天然粘土与铋(Bi)改性技术，开发出兼具高效性与经济性的新型过滤膜，相关成果发表于《Surfaces and Interfaces》。

研究采用粉末冶金技术，将125-250 μm的阿联酋粘土与3%活性炭(AC)混合烧结，再通过浸渍法负载Bi³⁺（吸附量80 mg g^-1）。通过XRD、FTIR、SEM-EDS、XPS表征材料结构，并运用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)分析界面行为。

XRD分析显示烧结后形成莫来石和石英相，Bi改性膜出现Bi₂O₃特征峰（20.87°、26.53° 2θ）。FTIR谱图证实Bi-O键振动（797、776 cm^-1），SEM-EDS检测到Bi Mα特征峰（2.46 keV）。电化学测试表明50 wt.% Bi/Clay使电荷转移电阻(R_CT)从3753 Ω降至665 Ω，显著提升电子传输效率。

重金属去除性能显示该膜对Pb²⁺、Hg²⁺、Cu²⁺的截留率分别达93%、82%、85.4%，且机械强度优于聚合物膜。成本分析揭示其造价仅1.34-1.42美元/m²，较传统方法降低60%以上。

该研究突破性地将铋的还原特性（如将Hg²⁺转化为Hg⁰）与粘土的高比表面积结合，通过静电相互作用和表面络合实现多金属同步去除。相较于Walden还原剂（Zn/Hg），Bi基材料更具环境友好性。研究为分散式污水处理提供了可规模化应用的解决方案，尤其适用于资源受限地区。未来通过优化Bi负载量与孔径分布，有望进一步提升对Cd²⁺（当前截留率32.5%）的去除效率。