重金属和其他有毒污染物被认为是非常有害的，因为它们具有毒性，不可降解和环境持久性。电镀，金属表面处理和/或皮革鞣制会产生被重金属污染的废水流，如铬，锌，镉，铅，镍和汞[ 1 ]。由于强烈的工业活动造成的重金属离子污染导致这些有毒污水在生物圈尤其是水源中积聚。从那些有毒重金属锌和铬离子。在工业中广泛使用铬和锌意味着相当数量的这些金属可以进入水生环境。铬用于多种工业活动，包括矿物加工，电镀，油漆砂电池的生产，硫酸盐和瓷釉的制造[ 2 - 4 ]。锌是通过几个工业活动，如采矿，金属涂层，电池生产及其在油漆，陶瓷，木材，织物，药物，防晒砂除臭剂使用释放到水生环境[ 5 - 7 ]。人体暴露于这些重金属的显着水平与严重的健康影响有关。铬与皮炎，恶心，咳嗽，慢性支气管炎，胃肠道窘迫，肺功能减退和肺癌有关[ 8 - 10]]。在各种处理方法中，如碱沉淀离子交换，溶剂萃取[ 11 ]，电渗析 [ 12 ]，电解质[ 13 ]和活性炭去除[ 14 ]。碳可以通过几种方法活化，包括酸处理或碱处理，盐处理，微波和超声波的使用。

超声波是频率为2×10 4到×10 10 Hz的波。当超声波通过液体介质时，大量的微气泡在很短的时间内形成，生长和坍缩，大约几微秒，这被称为超声空化[ 15 ]。空化可以产生高达5,000 K的局部温度和高达500 atm的局部压力，加热和冷却速率大于10 9 K / s，这是一个非常剧烈的环境，可以破坏介质中存在的分子产生自由基以引发单体聚合[ 16，17]。与常规化学反应相比，在超声聚合中不使用化学引发剂，其可以产生更快的聚合，更高的单体转化率和分子量，并且具有经济的费用。在另一方面，因为超声波降解技术在安全，清洁，节能的方面和无二次污染[显著优点18 ]，浓度的增加也进入废水处理[ 19 - 21 ]。目前的工作重点是研究使用覆盖有螯合树脂的活性炭复合材料。这些复合材料用于去除Cr 3+和Zn 2+借助于超声波从其水溶液中离子。研究了溶液初始pH，超声时间和频率对去除过程的影响。

物料

稻壳（Sigma-Aldrich）用作活性炭的来源。本研究中使用的所有化学品均为分析试剂级，可从fulka商购获得，并且无需事先纯化即可使用。使用蒸馏水制备重金属溶液。使用0.1M NaOH和HCl将溶液pH调节至所需值。

方法

活性炭（AC）的制备：将第一稻壳在110℃的烘箱中洗涤并干燥，然后在400℃的炉中加热2小时。制备的碳如下活化：将3克碳分散在10毫升硝酸和硫酸（7：3）的混合酸溶液中，然后将混合物超声搅拌6小时，这是通过使用超声波处理完成的。上海盛喜超声仪器有限公司）210 kHz，强度7.7 W / cm。将得到的活性炭（AC）用双蒸水洗涤至中性pH，并在100℃下真空干燥12小时。

（MFT / AC）的制备

三聚氰胺 - 甲醛 - 四乙醛 - 乙二胺螯合树脂改性活性炭（MFT / AC）的制备如下[ 22 ]。将5克AC浸入5毫摩尔/升乙二胺中5小时，在N 2流下将混合物超声搅拌30分钟，形成胺-AC。将5克胺-AC浸入包含1.5克四乙二胺基乙二胺和1.8克三聚氰胺，20毫升15％甲醛和0.1克十二烷基硫酸钠的溶液中，浸渍4小时。浸渍后，将溶液在声强7.7W / cm，210KHz下超声处理1小时，并将pH调节至2.5。然后进行过滤，用乙醇洗涤沉淀，真空干燥12小时，用FTIR和SEM表征制备的MFT / AC。

仪器

SEM和FTIR：扫描电子显微镜（SEM）研究了制备的活性炭和活性炭复合材料的形态和粒径。这通过使用JEOL（JEM 2010）扫描电子显微镜进行。使用傅里叶变换红外光谱仪（BIO-RAD FTS-40）获得由Cr 3 +，Zn + 2离子加载的MFT / AC和MFT / AC的FTIR光谱。

清除过程

MFT / AC用于去除Cr 3+和Zn 2+来自水溶液的离子。这是借助超声波完成的。通过在25℃下在含有50mL初始浓度100mg / L的重金属溶液的一系列烧杯中引入0.05g MFT / AC进行超声处理实验。研究了重金属溶液的初始pH（3-9），超声时间（0-60分钟）和超声频率（210,300和516kHz）对去除效率的影响。使用HCl和NaOH溶液控制所需的pH，并使用pH计（Orion Research Inc.）测量。在每个实验结束时，进行过滤，使用Perkin-Elmer，PE 703仪器，使用原子吸收光谱法（AAS）测定滤液中每种重金属离子的剩余浓度。测量条件总结如下表1。去除效率（Q）使用以下等式计算：

表1： AAS测量的操作条件。

其中：Q是去除系数，C i和C f是去除工艺前后溶液中重金属离子的浓度（mg / L）。

SEM

使用扫描电子显微镜观察超声波对碳表面形态的影响。图1a显示了加热400℃后来自稻壳的碳的SEM显微照片。这里可以检测到均匀的无定形颗粒。在酸处理之后进行超声波处理，在固体表面上产生显着的效果，这是造成表面点蚀和破裂的原因。当超声波被引入水溶液时，由于气泡形成而发生空化，并且随后通过稀疏/压缩循环从压力的积聚向内塌陷。在这些条件下，高温和高压伴随着空化的爆发。这些空洞作为活动部位，可发生螯合作用（图1b）。

图1a：碳的SEM。

图1b：活性炭的SEM。

图1c显示MFT / AC，这里是用MFT螯合剂处理的活性炭。一层MFT树脂覆盖内表面和外表面，并且在SEM显微照片中可以看到活性炭的空腔。在制备条件下，MFT可以聚合[ 22 ]。由于MFT螯合剂中的四乙二酰基乙二胺分子具有EDTA样（乙二胺四乙酸）结构，因此预期它可与金属离子形成稳定的络合物。

图1c：活性炭的SEM。

FTIR

表2显示了卸载的MFT / AC和Cr 3 +，Zn负载的MFT / AC 的FTIR光谱的分析。这里采用FTIR获得关于在去除过程中MFT / AC的官能团与金属离子之间可能的相互作用的性质的信息。MFT / AC的FTIR光谱显示在3409cm -1处的宽带可能是由于OH和-NH 2伸缩振动的重叠。该带移至3421cm -1，并且在去除铬后其强度降低，表明这些官能团与被除去的离子之间的相互作用。两个波段在2921和2855cm -1在MFT / AC中观察到，其被指定为CHO基团的-CH伸缩。这两条带在铬结合后几乎消失，在Zn 2+结合后降低。强不对称C = O伸展（醛或/和羧基）最初存在于1651cm -1。去除铬离子后，这种带移动到1641cm -1，其强度降低表明铬结合后羧基对称性的变化。在Zn 2+离子的情况下，这种偏移较低，这归因于与铬离子相比，Zn 2+离子与MFT / AC 的弱相互作用。在MFT / AC中以1447cm -1观察到另一条带可归因于C = O基团的对称伸缩振动，并且在Cr（III）结合后转变为1441cm -1。这种降低，加上结合后CO延伸从1230cm-1245cm -1的峰值增加，表明MFT / AC中的羧基与铬离子之间可能存在螯合作用。此外，在MFT / AC-Cr中可以观察到617cm -1的新谱带，这可能归因于铬离子与螯合剂中的氨基之间的配位键合[ 22 ]。这一发现与Jin等人的观点一致。通过螯合吸附显示重金属与MFT / AC相连[ 23 ]。

表2： AC和M FT / AC中的FTIR频带。

去除Cr 3+和Zn 2+离子

初始pH的影响：在pH（3-9）的范围内研究初始pH对Zn 2+和Cr 3+离子的去除效率的影响，并在（图2a和2b）中表示。这是通过将0.05g MFT / AC或AC浸泡在含有50mL初始浓度100mg / L的重金属溶液的烧杯中在25℃下进行的，并将混合物在210KHz下声处理，声强为7.7W /厘米1小时。如图所示（图2），由于pH对金属离子和MFT官能团的化学性质的影响，从水溶液中去除MFT / AC的金属离子是pH依赖性过程。在所有pH范围内，MFT / AC的去除系数大于活性炭的去除系数。对于铬离子，去除Cr 3+的系数离子从pH 3增加到6，在pH 6时达到最大值。在pH = 6时，从溶液中除去约91％的铬离子。在pH范围（7-9）中，去除系数略微降低。对于锌离子，去除系数在pH4时达到最大值，此处去除了74％的锌离子，然后明显下降。在中性或微酸性介质中，吸收可能归因于树脂 - 金属离子络合物的稳定形成，这可能由于H +从配位羧酸酯基团释放而导致培养基的酸度增加[ 24 ]。在较高的pH值下，重金属离子会水解成Cr（OH）+和Zn（OH）+ [ 25因此，重金属正电荷减少到+1，这使得除了金属氢氧化物之外与螯合剂的低相互作用可能是沉淀的。

图2a：在各种pH溶液Cr3 +离子下活性炭和MFT / AC复合物的去除效率（Q％）的百分比。

图2b：在各种pH溶液Zn2 +离子下活性炭和MFT / AC复合物的去除效率（Q％）的百分比。

超声时间和频率的影响：超声波可用于增强螯合剂（MFT）与重金属离子之间由于温度和压力效应可能的络合作用。为了显示这些效果并确定去除过程的最佳超声处理时间和频率，进行以下实验。

超声时间对Zn 2+和Cr 3+离子去除效率的影响是通过在存在和不存在下浸入0.05 gm MFT / AC和50 mL Cr 3+和Zn 2+溶液（100 mg / L）进行的。频率为210 kHz的超声波，声强为7.7 W / cm。结果显示在（图3a和3b）中。

图3a：在不同的去除时间Cr离子存在和不存在超声波时去除效率（Q％）的百分比。

图3b：在不同的去除时间Zn离子存在和不存在超声波时去除效率（Q％）的百分比。

在没有超声波的情况下，MFT / AC对两种重金属的去除系数随着去除时间而连续增加，并且在去除60分钟后去除约71％的Cr离子和60％的Zn离子。当在去除过程中使用超声波时，对于两个重物，去除系数随着超声处理时间在0-30分钟内增加而增加，对于铬离子变为92％，对于锌离子变为81％，见（图3a和3B）。在超声处理期间（40-60分钟），去除系数大大等于在非超声处理溶液（对于铬）中获得的去除系数，并且低于在非超声处理溶液（对于锌）中获得的去除系数。在较早的超声处理期间，在减压 - 浸渍 - 超声波的帮助下，MFT与重金属的配位增强。虽然随后超声时间（30-60分钟）并且由于超声波的显着影响，溶液中产生的高压和高温可以减小MFT的粒度。这减少了金属离子和MFT之间已形成的螯合键的可能螯合和断裂，这是负责减少重金属离子的去除[ 25 ]。

超声频率对铬和锌离子去除效率的影响是通过将0.05克MFT / AC与50克Cr 3+和Zn 2+离子浸泡并使用210,300和516 kHz的超声波超声处理30分钟来进行的。 ，声强为7.7 W / cm。结果显示在（图4）中。使用具有210 300 KHz波的超声波显示出与210kHz获得的去除效率相当的去除效率，而516KHz波显示出极低的去除值。增加超声处理频率会增加其降解能力，这降低了重金属离子与MFT / AC之间可能发生的螯合作用。这解释了为什么210和300 kHz波显示出比516 kHz波更高的去除效率。

图4：各种超声频率下的去除效率。

从得到的结果我们可以得出结论，在制备三聚氰胺 - 甲醛 - 四乙二酰 - 乙二胺包覆的活性炭（MFT / AC）中使用超声波增强了其从水溶液中除去铬和锌离子的能力。根据SEM和FTIR的结果，MFT对称地覆盖活性炭的表面，形成螯合金属离子的活性中心。超声波波动被用作从水溶液中去除铬和锌离子的快速有效的技术。结果表明，使用210 KHz超声波超声时间30分钟，对Cr 3+和Zn 2+的去除效率较高。离子。这些归因于MFT / AC表面上的螯合剂（MFT）与重金属离子之间可能的螯合作用。