SUPERVISOR
Seyed-Abdolkarim Hoseini,Hossein Izadan
سیدعبدالکریم حسینی (استاد راهنما) حسین ایزدان (استاد راهنما)
STUDENT
Somaye Kalantari dehaghi
سمیه کلانتری دهقی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
application of nanofibrous membrane to recycle heavy metal ion from waste water
The presence of heavy metal in the wastewater has been of great concern to scientists and engineers because of their increased discharge, toxic nature, and other adverse effects on receiving waters. Removal of toxic heavy metal ions from wastewater has received signi?cant attention due to their high impact on environment and public health. Leaking of these toxic heavy metals to the soil contaminates groundwater and surface water leading to serious impacts on the health of human and animals. Many methods that are being used to remove heavy metal ions include chemical preciptation, ion-exchange, adsorption, membrane ?ltration, electro-chemical treatment technologies, etc. Membrane ?ltration technologies with different types of membranes show great promise for heavy metal removal for their high ef?ciency, easy operation and space saving. In this study an electrospun sulfonated poly(ethylene terephthalate) (SPET) nanofibrous mat was applied as a membrane for metal ion filtration. Nanofiber membranes prepared with different conditions and then simulated wastewater containing metal ion as an aqueous solution , an experimental design based on an orthogonal array (OA) L9 (3 4 ) proposed by Taguchi was used. In any case, the transmitted flux (flow per unit area) of the membrane was measured and compared the efficiency of the filtering process. Firstly Membrane with a thickness of 50 micrometers, the average diameter of the nanofibers was in the range of 308-317 nm were made from the polyester polymer. Three metal, copper, zinc and lead, which are harmful heavy metals found in the waste water from dyeing to be selected. The effect of parameters such as initial concentration, amount of adsorbent, pressure, pH soluble on absorption, have been studied. The results showed that the metal ion rejection increased with increasing adsorbent concentration and the pH of solution, decreased by increasing applied pressure and concentration of solution. pH change in the efficiency of metal removal is the most effective and then adsorbent concentration, initial concentration of effluent and pressure, respectively second, third and fourth have influence. Spectra ATR–FTIR of the samples before and after filtering membrane translocation showed absorption bands indicating the Absorbed mainly through the reaction between the metal ion and the polyester sulfonated group has been created. Efficiency of Cu, Pb and Zn, respectively, 99.7%, 99.32% and 86.37% of the polymer solution of 24% (w/v) of sulfonated poly(ethylene terephthalate) was prepared in trichloroacetic acid (TFA)/ dichlromethane (DCM) mixture (70:30 v/v), constant flow rate of 0.25 ml/h during electrospining and applied voltage of 20 kV was used to draw the jet from the nozzle in cross-flow filtration system for the concentration in 20 ppm in pressure 1.5 bar the and maximum allowable pH prior to precipitate metal ions, respectively. Filtering mechanism to block the pores of the membrane made ??of metal ion adsorption isotherm for membrane made ??of nano-fiber polyester Freundlich was a significant factor. The maximum adsorption capacity of Cu (II), Pb (II) and Zn (II), respectively Freundlich model 595.26, 534/85 and 154/00 mg/g was shown to have a high capacity to work. Key words: wastewater, heavy metal, nano-fibrous membrane, filtering
فاضلاب های شهری و صنعتی با یون های فلزی سمی یک مسئله نگران کننده زیست محیطی می باشد. این آلاینده ها به واسطه طبیعت غیر قابل تجزیه، سمیت زیاد، اثرات تجمعی و سرطان زایی مورد توجه می باشند. فلزات سنگین نه تنها آب های قابل مصرف برای انسان و دیگر موجودات زنده را به شدت آلوده می سازند، بلکه موجب آلودگی شدید خاک و زمین های زراعی نیز می گردند. حذف و کنترل آلودگی فلزات سنگین به دلایل متعدد و متفاوت بودن منایع آلوده کننده بسیار مشکل است، به گونه ای که هرمنبع آلوده کننده، فرایند تصفیه ای خاص خود را می طلبد. تاکنون روش های بسیاری برای انجام عمل تصفیه این فاضلاب ها ابداع و مورد استفاده واقع شده اند که از آن جمله می توان به فرایند ترسیب شیمیایی، اسمز معکوس و استفاده از مبادله کننده ی یونی اشاره کرد که هر کدام دارای معایب خاص خود می باشند. در میان روش های تصفیه پساب، استفاده از فیلترکردن غشایی توسط غشاهای ساخته شده از نانوالیاف، می تواند بهتر از بقیه روش ها باشد، چون این غشا ها بسیار متخلخل بوده و منافذ آن ها از درون به هم پیوسته می باشند و هم چنین می توان به راحتی آن ها را عامل دار نمود. در این تحقیق استفاده از غشای پلی استر عامل دار در حذف فلزات سنگین مورد بررسی قرار گرفت. برای این کار در مرحله نخست غشاهای نانولیفی با شرایط مختلف تهیه و در مرحله بعد پساب حاوی یون فلزی به عنوان محلول آبی شبیه سازی شد و به کمک طراحی آزمایش به روش الگوریتم تاگوچی آزمون های مختلف انجام شد. در هر حالت شار عبوری (جریان عبوری در واحد سطح) از غشا اندازه گیری شد و راندمان فرایند فیلتر شدن مقایسه و بررسی شد.در این تحقیق ابتدا غشاهایی با ضخامت 50 میکرومتر و میانگین قطر نانو الیاف در محدوده 317-308 نانومتر از پلیمر پلی استر عامل دار ساخته شد. در این تحقیق سه فلز مس، روی و سرب که از عناصر سنگین خطرناک هستند و در پساب های رنگرزی به وفور یافت می شود، انتخاب شدند. تاثیر پارامترهایی از قبیل غلظت اولیه، مقدار جاذب، فشار و pH محلول روی میزان جذب ، مورد مطالعه قرار گرفته اند. در بررسی پارامترهای فرایند الکتروریسی مشاهده شد که با افزایش غلظت محلول الکتروریسی راندمان افزایش و در بررسی پارامترهای فرایند فیلتر شدن، با افزایش فشار کاربردی و غلظت اولیه پساب راندمان کاهش و با افزایش pH محلول راندمان افزایش می یابد.تغییر pH بیشترین اثر را بر شاخص راندمان در حذف فلزات را دارد و پس از آن در صد جاذب، غلظت اولیه پساب و فشار به ترتیب رتبه های دوم، سوم و چهارم اثر گذاری را دارا هستند. طیف ATR–FTIR از سطح نمونه غشا قبل و پس از فیلترکردن جابجایی باند های جذب را نشان داد که نشان دهنده این است که جذب عمدتاً از طریق واکنش بین یون های فلزی و گروه های سولفونه موجود در پلی استر سولفونه ایجاد شده است. راندمان جذب مس، سرب و روی به ترتیب 7/99%، 32/99% و 37/86% از الکتروریسی محلول 24% وزنی- حجمی از پلی استر عامل دار در مخلوط TFA/DCM با نسبت 30 :70بر روی فوم کربنی به مدت 3 ساعت، ولتاژ kv 20 و نرخ تغذیه ml/h25/0 در سیستم فیلتر شدن جریان عرضی برای غلظت ppm 20 به مدت زمان یک ساعت در فشار 5/1 بار و در بالاترین pH مجاز قبل از رسوب یون های فلزی به دست آمد. مکانیسم فیلتر شدن غشای ساخته شده از نوع انسداد داخلی منافذ و ایزوترم جذب یون های فلزی برای غشای ساخته شده از نانو الیاف پلی استر عامل دار از نوع فرندلیچ تعیین شد. ماکزیمم ظرفیت جذب Cu(II)، Pb(II) و Zn(II) توسط مدل فرندلیچ به ترتیب mg/g26/595، 85/534 و 00/154 نشان داده شد که نسبت به کارهای انجام شده ظرفیت بالایی است. کلمات کلیدی: پساب، فلز سنگین، غشای نانو لیفی، فیلترکردن