活性炭怎么去除水中的鉻和鋅離子？

活性炭去除水中的鉻和鋅離子， 在本研究中，使用超聲波制備三聚氰胺-甲醛-四聚乙醛-乙二胺(MFT)覆蓋的活性炭(MFT/活性炭)。通過變換紅外光譜(FTIR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對所制備的材料進(jìn)行檢測。結(jié)果表明MFT對稱覆蓋在活性炭表面。在存在和不存在超聲波的情況下檢查MFT/活性炭從其水溶液中除去鉻和鋅離子。研究了重金屬溶液的初始pH值，超聲波時(shí)間，超聲波頻率對去除效率的影響。結(jié)果表明，超聲波處理30分鐘，超聲波處理210KHz，對Cr3 +和Zn2 +離子的去除效率高于未超聲處理。鉻離子的去除率高于鋅離子。在制備的碳復(fù)合材料中通過與MFT螯合完成去除過程。

重金屬是不可降解的污染物。電鍍，金屬表面處理和/或皮革制革產(chǎn)生的廢水會產(chǎn)生如鉻，鋅，鎘，鉛，鎳和汞的重金屬污染。由于工業(yè)發(fā)展迅速，重金屬離子污染導(dǎo)致這些有毒廢水積聚在生物圈，特別是水源中的重金屬鋅和鉻離子。鉻和鋅在工業(yè)中的廣泛使用意味著大量的這些金屬能夠進(jìn)入水生環(huán)境。鉻被用于礦物加工，電鍍，生產(chǎn)的涂料砂電池，制造硫酸鹽和搪瓷等。鋅通過開采，金屬涂層，電池生產(chǎn)及其在涂料，陶瓷，木材，織物，藥物，防曬砂除臭劑等工業(yè)活動(dòng)中釋放到水生環(huán)境中。人體長時(shí)間暴露于重金屬環(huán)境中會產(chǎn)生很多危害。在各種處理方法中，如堿性沉淀離子交換，溶劑萃取，電滲析，電解質(zhì)和活性炭去除。

超聲波活化活性炭

活性炭可以通過酸或堿處理，鹽處理，使用微波和超聲波等幾種方法來活化。超聲波是頻率為2×10 4到×10 10Hz的波形。當(dāng)超聲波通過液體介質(zhì)時(shí)，大量的微氣泡在幾微秒的時(shí)間內(nèi)形成，生長，并在很短的時(shí)間內(nèi)坍縮，這就是所謂的超聲波空化。氣蝕可產(chǎn)生高達(dá)5000K的局部溫度和高達(dá)500個(gè)大氣壓的局部壓力，加熱和冷卻速率大于10 9K/s，這是一個(gè)非常活躍的環(huán)境，它可以打破介質(zhì)中存在的分子產(chǎn)生自由基以引發(fā)單體聚合。與傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)相比，超聲波聚合不使用化學(xué)引發(fā)劑，聚合速度更快，單體轉(zhuǎn)化率更高，分子量更高，成本更低。在另一方面，因?yàn)槌�聲波降解技術(shù)在安全，清潔，節(jié)能的方面和無二次污染，活性炭濃度的增加也進(jìn)入廢水處理。目前的工作主要集中在利用螯合樹脂覆蓋制備的活性炭復(fù)合材料的研究。這些復(fù)合材料用于去除Cr 3+和Zn 2+借助超聲波從其水溶液中除去離子。研究了溶液的初始pH值，超聲時(shí)間和頻率對去除過程的影響。

材料：稻殼被用作活性炭的來源。本研究中使用的所有化學(xué)品均為分析試劑級。重金屬溶液使用蒸餾水制備。使用0.1M NaOH和HCl調(diào)節(jié)溶液pH至所需值。

活性炭的制備：將第一稻殼在110℃烘箱中烘干并干燥，然后在400℃的爐中加熱2小時(shí)。將所制備的碳如下活化：將3克碳分散在10毫升硝酸和硫酸的混合酸溶液(7：3)中，然后將混合物超聲波攪拌6小時(shí)，這是通過使用超聲波處理在210kHz，強(qiáng)度7.7W/cm。將所得的活性炭用雙蒸水洗滌至中性pH，并在100℃下真空干燥12小時(shí)。

(MFT/活性炭)的制備

三聚氰胺-甲醛-四聚乙醛-乙二胺螯合樹脂改性活性炭(MFT/活性炭)的制備如下[ 22 ]。將5克活性炭浸入5mmol/L乙二胺中5小時(shí)，混合物在N 2流下超聲攪拌30分鐘以形成胺-AC。將5克胺-活性炭浸入包含1.5克四甲醛乙二胺和1.8克三聚氰胺，20毫升15%甲醛和0.1克十二烷基硫酸鈉的溶液中，浸泡4小時(shí)。浸泡后，將溶液以7.7W / cm 2，210KHz的聲強(qiáng)度超聲1小時(shí)，并將pH調(diào)節(jié)至2.5。然后過濾，沉淀用乙醇洗滌，真空干燥12小時(shí)，通過FTIR和SEM表征所制備的MFT / AC。

SEM和FTIR：掃描電鏡(SEM)研究了制備的活性炭和活性炭復(fù)合材料的形貌和粒徑。這是通過使用JEOL(JEM 2010)掃描電子顯微鏡進(jìn)行的。使用變換紅外光譜儀(BIO-RAD FTS-40)獲得由Cr 3+，Zn + 2離子加載的MFT / 活性炭和MFT / 活性炭的FTIR光譜。

鉻和鋅離子去除過程

MFT/活性炭用于去除水溶液中的鉻和鋅離子。這是借助超聲波完成的。通過在含有50mL初始濃度為100mg / L的重金屬溶液(在25℃下)的系列燒杯中引入0.05g的MFT/活性炭來進(jìn)行超聲波實(shí)驗(yàn)。研究了重金屬溶液初始pH值(3-9)，超聲時(shí)間(0-60分鐘)和超聲頻率(210,300和516 kHz)對去除效率的影響。使用HCl和NaOH溶液控制所需的pH，并使用pH計(jì)測量。

圖1、(a)碳的SEM(b)活性炭的SEM(c)MFT/活性炭的SEM。

去除鉻和鋅離子

初始pH的影響：初始pH對鉻和鋅離子的去除效率的影響在pH(3-9)的范圍內(nèi)進(jìn)行研究，并在(圖2a和2b)中表示。通過在含有50mL初始濃度為100mg / L的50mL重金屬溶液的燒杯中，將0.05g MFT/活性炭或活性炭浸泡在25℃下，并且以210KHz聲強(qiáng)度，以7.7W /厘米1小時(shí)。如圖2所示，由于pH影響金屬離子和MFT官能團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)，MFT / 活性炭從水溶液中去除中的金屬離子是pH依賴性過程。在所有pH值范圍內(nèi)，MFT / 活性炭的去除系數(shù)大于活性炭的去除系數(shù)。對于鉻離子，去除Cr 3+的系數(shù)離子從pH3增加到6，在pH6達(dá)到最大值。在pH = 6時(shí)，約91%的鉻離子從溶液中去除。在pH范圍(7 - 9)，去除系數(shù)略有下降。對于鋅離子，去除系數(shù)在pH4時(shí)達(dá)到最大值，鋅離子去除率達(dá)到74%，然后明顯下降。在中性或微酸性介質(zhì)中，吸收可能是由于樹脂 - 金屬離子絡(luò)合物的穩(wěn)定形成，由于配位羧酸根釋放H+，可能導(dǎo)致介質(zhì)酸度增加。在較高的pH值下，重金屬離子將水解成Cr(OH)+和Zn(OH)+，因此，重金屬正電荷減少到+1，這使得與螯合劑的低相互作用除了金屬氫氧化物可以沉淀。

超聲時(shí)間和頻率的影響：超聲波可用于增強(qiáng)由于溫度和壓力效應(yīng)而引起的螯合劑(MFT)與重金屬離子之間可能的絡(luò)合。為了顯示這些效果并確定去除過程的最佳超聲處理時(shí)間和頻率，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。

超聲處理時(shí)間對鉻和鋅離子的去除效率的影響通過在存在和不存在的情況下將0.05g MFT / 活性炭與50mL Cr 3+和Zn 2+溶液(100mg / L)頻率為210kHz的超聲波，聲強(qiáng)為7.7W / cm。結(jié)果如圖3a和3b所示。

在沒有超聲波的情況下，MFT / 活性炭對兩種重金屬的去除系數(shù)隨著去除時(shí)間的增加而連續(xù)增加，并且在去除過程60分鐘后，大約71%的Cr離子和60%的Zn離子被去除。當(dāng)超聲波在除去過程中使用時(shí)，對于兩種重金屬，去除系數(shù)隨著超聲處理時(shí)間的增加而增加，在0-30分鐘范圍內(nèi)，對于鉻離子為92%，對于鋅離子為81%，參見(圖3a和圖3b)圖3b)。在超聲處理(40-60分鐘)，去除系數(shù)大大變得相當(dāng)于非超聲波解決方案(鉻)和低于非聲波解決方案(鋅)獲得的。在較早的超聲波處理時(shí)間內(nèi)，借助超聲波減壓，MFT與重金屬的配位作用增強(qiáng)。而隨后的超聲處理時(shí)間(從30-60分鐘)，由于超聲波的劇烈效應(yīng)，溶液中產(chǎn)生的高壓和高溫可降低MFT的粒徑。這減少了金屬離子和MFT之間已經(jīng)形成的螯合鍵的可能的螯合和破壞，MFT負(fù)責(zé)減少重金屬離子的去除。

超聲波頻率對鉻離子和鋅離子的去除效率的影響是通過將0.05克MFT / 活性炭與50克鉻和鋅離子一起浸入，并使用210,300和516千赫超聲波超聲處理30分鐘，聲強(qiáng)為7.7 W / cm。使用具有210-300KHz波的超聲波顯示出與210kHz獲得的那些相當(dāng)?shù)娜コ�效率，�?16KHz波顯示出非常低的去除值。超聲頻率的提高增加了其降解能力，降低了重金屬離子與MFT / 活性炭之間可能發(fā)生的螯合作用。這就解釋了為什么210和300 kHz的波形比516 kHz的波形有更高的去除效率。

從得到的結(jié)果中我們可以得出結(jié)論：用超聲波制備三聚氰胺-甲醛-四聚乙二醇-乙二胺覆蓋的活性炭(MFT / 活性炭)增強(qiáng)了它們從其水溶液中除去鉻和鋅離子的能力。根據(jù)SEM和FTIR的結(jié)果，MFT對稱覆蓋活性炭表面，形成螯合金屬離子的活性中心。使用超聲波作為從水溶液中除去鉻和鋅離子的快速和有效的技術(shù)。結(jié)果表明，使用超聲波210KHz超聲處理30分鐘，對鉻和鋅離子具有較高的去除效率。這些歸因于MFT / 活性炭表面上的螯合劑(MFT)與重金屬離子之間可能的螯合作用。