Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Saraji,Jahangir Abedi-Koupai,Manouchehr Heidarpour
محمد سراجی (استاد مشاور) جهانگیر عابدی کوپائی (استاد راهنما) منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saloome Sepehri sadeghian
سالومه سپهری صادقیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Evaluation of Adsorption Efficiency of Modified Organic and Inorganic Adsorbents with Zero-Valent Iron Nano Particles for Reclamation of Un-conventional Water
The aim of this study is the investigation of nitrate, lead and cadmium removal from aqueous solution using inorganic materials (hazelnut shell (HS) and HS activated carbon (HSAC)) – supported zero valent iron nano particles (HS-nZVI and HSAC-nZVI) and organic materials (natural zeolite (Ze) and sand (Sa)) – supported zero valent iron nano particles (Ze-nZVI and Sa-nZVI). These novel adsorbents was synthesized by the sodium borohydride reduction method. The nature and morphology of adsorbents were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD), and Brunauer–Emmett–Teller (BET-N 2 ) analysis. The SEM images revealed that nZVI immobilized on Ze-nZVI, Sa-nZVI, HS-nZVI and HSAC-Fe 0 were spherical and uniformly dispersed on the surface of the stabilizers. The synthesized materials were then tested for the removal of nitrate, lead and cadmium from aqueous solution. Isotherm experiments indicated that the maximum adsorption capacity of Ze-nZVI is higher than other adsorbents. The maximum adsorption capacities of Ze-nZVI for nitrate, Pb(II) and Cd(II) were 113.2, 131.5 and 114.6 , respectively. Reduction of nitrate, Pb(II) and Cd(II) using Ze-nZVI was in accordance with the pseudo first order kinetic model. Keywords: Nanoscale zero-valent iron particles, Nitrate, Lead, Cadmium, Sorption isotherm, Kinetic modeling.
محدودیت های منابع آبی و بحران آب در کشور از یک سو و افزایش آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی به وسیله آلاینده های حاصل از بخش های صنعت و کشاورزی از سویی دیگر، لزوم استفاده از روش های نوین و قابل قبول محیط زیستی برای بهبود کیفیت آب های نامتعارف را نمایانتر کرده است .نانو ذرات آهن با ظرفیت صفر سال های زیادی است که برای تصفیه آب های آلوده مورد بهره برداری قرار گرفته اند، لکن هنوز کاربرد این ذرات مشکلاتی به همراه دارد، مانند تجمع ذرات، عدم پایداری و معضل جداسازی نانو ذرات از محیط محلول پس از اتمام فرآیند جذب آلاینده ها. در رساله حاضر، هدف تثبیت نانو ذرات آهن بر روی بستری مناسب جهت غلبه بر چالش های موجود در به کارگیری نانو ذرات آهن خالص می باشد. بنابراین از تعدادی مواد زیستی و معدنی (شن (Sa)، زئولیت طبیعی (Ze)، پوسته سخت فندق(HS) و کربن فعال تهیه شده از پوسته سخت فندق (HSAC)) جهت تثبیت نانو ذرات آهن صفر ظرفیتی (nZVI) استفاده شد. سنتز nZVI تثبیت شده بر اساس روش کاهش فاز مایع با استفاده از بروهیدرات سدیم انجام شد. جاذب های سنتز شده با استفاده از تکنیک های پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و اندازه گیری سطح ویژه مشخصه یابی شدند. در مطالعات مرحله اول، کارآیی جاذب های Ze، HS، HSAC، nZVI خالص، Sa-nZVI، Ze-nZVI، HS-nZVI و HSAC-nZVI در حذف نیترات، سرب و کادمیوم (به عنوان آلاینده های مدل) طی آزمایش های همدمای جذب بررسی شد. نتایج مطالعات مرحله اول نشان داد که جاذب Ze-nZVI پایدارتر بوده و همچنین کارآیی بیشتری در حذف آلاینده ها داشت. در مطالعات مرحله دوم اثر پارامترهای مختلف: (pH محلول، غلظت اولیه آلاینده، مقدار جاذب، زمان تماس، دما و حذف همزمان آلاینده های رقیب) بر فرآیند جذب آلاینده ها توسط Ze-nZVI در سیستم ناپیوسته بررسی شد. نتایج نشان داد که کارآیی جذب نیترات، سرب و کادمیوم با افزایش زمان تماس، مقدار جاذب و دما افزایش و با افزایش غلظت اولیه آلاینده کاهش یافت. افزایش pH محلول سبب افزایش راندمان حذف سرب و کادمیوم و کاهش راندمان حذف نیترات شد. در نهایت 6=pH به عنوان pH بهینه برای حذف آلاینده های مدل انتخاب شد. در این pH درصد حذف نیترات، سرب و کادمیوم به ترتیب به میزان 5/94، 9/98 و 1/95% بدست آمد. همچنین مطالعات سینتیکی، همدما و ترمودینامیک جذب آلاینده های مدل توسط جاذب Ze-nZVI انجام شد. نتایج نشان داد که جذب هر سه آلاینده توسط Ze-nZVI از مدل سینتیکی شبه مرتبه اول و همدمای لانگمویر- فروندلیچ پیروی می کند. جذب نیترات، سرب و کادمیوم به ترتیب در 250، 180 و 400 دقیقه پس از شروع آزمایش به حالت تعادل رسید و درصد حذف نیترات، سرب و کادمیوم به ترتیب 3/94، 5/97 و 5/94% حاصل شد. حداکثر ظرفیت جذب Ze-nZVI برای نیترات، سرب و کادمیوم به ترتیب به میزان (mg/g)2/113، 5/131 و 6/114 بدست آمد. همچنین جذب هر سه آلاینده توسط Ze-nZVI فرآیندی خودبه خودی و گرماگیر است. بررسی مکانیسم جذب آلاینده ها توسط Ze-nZVI نشان داد که فرآیند حاکم بر جذب نیترات و سرب فرآیند ردوکس می باشد. جذب کادمیوم نیز توسط دو فرآیند ردوکس و جذب سطحی کنترل می شود. در مطالعات مرحله سوم، جاذب Ze-nZVI جهت حذف آلاینده ها در سیستم پیوسته مورد استفاده قرار گرفت و پارامترهای غلظت اولیه آلاینده، دبی جریان ورودی و ارتفاع جاذب بر فرآیند جذب آلاینده ها توسط Ze-nZVI بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت اولیه آلاینده، دبی جریان ورودی و کاهش ارتفاع ستون جاذب سبب کاهش چشمگیری در زمان های رخنه و اشباع ستون می شود. مدل های ریاضی بلتر و توماس با دقت بالایی بر داده های آزمایشگاهی جذب آلاینده ها توسط Ze-nZVI در ستون برازش یافتند. همچنین مدلسازی جذب آلاینده ها توسط شبکه عصبی مصنوعی نشان داد که شبکه های بهینه جهت مدلسازی فرآیند حذف نیترات، سرب و کادمیوم در مطالعات ناپیوسته به ترتیب عبارتند از: 1-14-18-5، 1-10-15-5 و 1-16-13-5. واژگان کلیدی: نانوذرات آهن صفر ظرفیتی، نیترات، سرب، کادمیوم، زئولیت، ستون بستر– ثابت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی