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)活動中釋放到水生環(huán)境中。人體長時間暴露于重金屬環(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，大量的微氣泡在幾微秒的時間內(nèi)形成，生長，并在很短的時間內(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個大氣壓的局部壓力，加熱和冷卻速率大于10 9K/s，這是一個非常活躍的環(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暡ń到饧夹g(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。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，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。

(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，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。浸泡后，將溶液以7.7W / cm 2，210KHz的聲強(qiáng)度超聲1小時，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，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。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，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間和頻率，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。

超聲處理時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，對于兩種重金屬，去除系數(shù)隨著超聲處理時間的增加而增加，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剩?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。