SUPERVISOR
Hamed Zilouei,Kiuomars Zargoosh
حمید زیلوئی (استاد راهنما) کیومرث زرگوش (استاد راهنما)
STUDENT
Mohsen Zomorodian
محسن زمردیان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Adsorption of Phenol and Furfural From Water using Activated Carbon Magnetized by Iron Oxide Nanoparticles and Polyurethane Foam
Removal of organic pollutants from industrial wastewaters due to avoidance of spreading environmental pollutions is very important. Phenol and other aromatic compounds are the commonly pollutants present in wastewater of oil refineries. In last decades, separation of phenol and furfural has been got significant attentions. Several important methods for the removal of phenol and furfural are extraction with solvent, membrane processes and adsorption on activated carbon and polymeric adsorbents. Adsorption, due to its simplicity, flexibility and high adsorption speed, is more applicable. High porosity, high surface area, the presence of active functional groups on the surface, and the ability to separate and recover the adsorbent are the required properties of a suitable adsorbent for industrial applications. For this purpose, polyurethane foam (PUF) and magnetized activated carbon (MAC) were synthesized to adsorb phenol and furfural from water. Powdered activated carbon was magnetized with iron oxide nanoparticles by co-precipitation method to be easily separated by a simple magnet after the adsorption process. Polyurethane foam was synthesized using polyol polyether with methylene diphenyl diisocyanate. The results obtained from phenol adsorption by PUF and adsorption of furfural by MAC showed a pseudo-second order kinetic of adsorption which means intra-praticle diffusion rate, together chemisorption controlled adsoption process. The influence of three parameters: pH, initial concentration of pollutants and adsorbent mass on adsorption of pollutants obtained by the design of experiments with response surface methodology. The results indicated that the influence of pH is less than other two-factor and the effect of pH interaction with other factors is less than the influence of intraction of the initial concentration of pollutants with the adsorbent mass. The maximum adsorption capacity of phenol with PUF at pH=6, initial concentration of phenol 90 ppm and adsorbent amount 0.5 g equal to 3.255 mg/g, and the maximum adsorption capacity of furfural with MAC at pH=6.6, initial concentration of phenol 190 ppm and adsorbent amount 0.03 g equal to 106 mg/g. By considering optimal pH and adsorbent mass for each adsorbent and pollutant at different initial concentrations of pollutants, isotherms of Langmuir, Freundlich and Temkin were investigated. The results indicated accordance of the Freundlich model for adsorption of phenol by PUF and accordance of the Langmuir and Temkin models for furfural adsorption by MAC. The results of the simultaneous adsorption of phenol and furfural by PUF showed little effect of the initial concentration of furfural on the adsorption capacity of phenol, but the results for MAC showed that with increasing the initial concentration of phenol, furfural adsorption capacity is decreased. In the presence of sodium chloride in the solution, the adsorption capacity of phenol by PUF was not changed, but the adsorption capacity of furfural by MAC was reduced. Regeneration of adsorbents with 25% ethanol at pH 12 was performed and after three stages of adsorption, adsorption capacity phenol by PUF was unchanged but the adsorption capacity of furfural by MAC was decreased about 25%. Key words: Phenol, Furfural, Polyurethane foam, Magnetized activated carbon, Iron oxide nanoparticles, Adsorption, Chemisorption, Simultaneous absorption, Regeneration
جداسازی آلاینده های آلی از فاضلابهای صنعتی بمنظور پیشگیری از نشر و افزایش آلودگیهای زیست محیطی امری مهم است. فنلها و سایر ترکیبات حلقوی آلایندههای رایجی هستند که اغلب در جریان فاضلاب پالایشگاههای نفتی و صنایع پتروشیمی یافت میشوند. جداسازی فنل و فورفورال در دههی گذشته توجه چشمگیری را به خود جلب کرده است. برخی از روشهای مهم به منظور حذف فنل و فورفورال شامل استخراج با حلال، فرایندهای غشایی و جذب سطحی بر روی کربن فعال و جاذبهای پلیمری میباشد. جذب سطحی به علت سادگی، انعطافپذیری و سرعت جذب بالا بیشتر مورد استفاده میباشد. تخلخل بالا، سطح ویژه بالا، حضور گروههای عاملی فعال بر سطح و توانایی جداسازی و بازیابی جاذب از ویژگیهای یک جاذب مناسب برای استفاده صنعتی می باشد. به این منظور کربن فعال مغناطیسی شده با نانوذرات اکسید آهن و اسفنج پلییورتان به منظور جذب فورفورال و فنل سنتز شدند. پودر کربن فعال با نانوذرات اکسید آهن به روش همرسوبی، مغناطیسی شده تا به آسانی به وسیلهی یک آهنربای ساده قابل جداسازی پس از فرایند جذب باشد. اسفنج پلییورتان با استفاده از پلیال پلی اتری با متیلن دی فنیل دیایزوسیانات سنتز شد. نتایج به دست آمده از جذب فنل توسط اسفنج پلییورتان و جذب فورفورال توسط کربن فعال نشان داد سینتیک جذب از نوع شبه درجه دوم بوده و علاوه بر سرعت نفوذ درون ذرهای، جذب شیمیایی نیز کنترل کننده فرایند جذب است. در ادامه نتایج تأثیر سه عامل pH، غلظت اولیه آلاینده و جرم جاذب بر جذب آلاینده به وسیله طراحی آزمایش با روش رویه پاسخ نشان داد که تأثیر عامل pH بسیار کمتر از دو عامل دیگر میباشد و در برهمکنشها نیز تأثیر متقابل pH با دو عامل دیگر کمتر از برهمکنش غلظت اولیه آلاینده و جرم جاذب میباشد. بیشینه ظرفیت جذب فنل برای اسفنج پلییورتان در 6=pH، غلظت اولیه فنل ppm 90 و مقدار جاذب g 5/0 برابر با mg/g255/3 بود و بیشینه ظرفیت جذب فورفورال برای کربن فعال مغناطیسی شده در 6/6=pH، غلظت اولیه فورفورال ppm 190 و مقدار جاذب g 03/0 برابر با mg/g 106 میباشد. با در نظر گرفتن pH و جرم جاذب بهینه برای هر جاذب و آلاینده در غلظتهای اولیه مختلف، همدماهای جذب لانگمویر، فروندلیچ و تمکین بررسی شد که نتایج حاکی از منطبق شدن مدل فروندلیچ برای جذب فنل توسط اسفنج پلییورتان و منطبق شدن مدل تمکین و لانگمویر برای جذب فورفورال توسط کربن فعال مغناطیسی شده بود. نتایج جذب همزمان فنل و فورفورال توسط اسفنج پلییورتان نشان از تأثیر کم غلظت اولیه فورفورال بر ظرفیت جذب فنل میباشد ولی این نتایج برای کربن فعال مغناطیسی شده نشان داد که با افزایش غلظت اولیه فنل، ظرفیت جذب فورفورال کاهش مییابد. وجود نمک سدیم کلرید در محلول بر ظرفیت جذب فنل توسط اسفنج پلییورتان تأثیری ندارد ولی باعث کاهش ظرفیت جذب فورفورال توسط کربن فعال مغناطیسی شده میشود. احیای جاذبها با اتانول 25% در pH برابر 12 انجام شد که بعد از سه مرحله جذب، ظرفیت جذب فنل توسط اسفنج پلییورتان تغییری نکرد ولی ظرفیت جذب فورفورال توسط کربن فعال مغناطیسی شده حدود 25% کاهش یافت. کلمات کلیدی:فنل، فورفورال، اسفنج پلییورتان، کربن فعال مغناطیسی شده، نانوذرات اکسید آهن، جذب سطحی، جذب شیمیایی، جذب همزمان، احیا.