SUPERVISOR
Kayghobad Shams
کیقباد شمس اسحاقی (استاد راهنما)
STUDENT
Hamid Ramezani pourpenchah
حمید رمضانی پورپنچاه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Extraction of Heavy Metals Using Emulsion Liquid Membrane and Application of this Method to the Wastewater treatment of Mobarakeh Steel Company
In this investigation, extraction and enrichment of iridium and silver ions were carried out using emulsion liquid membrane (ELM) as model compounds from aqueous solutions and separation of heavy metals from wastewaters from Mobarakeh Steel Company. In the ELM system, the mass transfer flux is high because of large surface to volume ratio. This would facilitate extraction of metal and nonmetal ions in ppm, concentrations. One of the applications of this method is recovery and reuse of heavy metals from industrial wastewaters. Response surface methodology is a powerful tool in minimization of number of experiments that involve interactive parameters. This technique involves three factorial designs giving number of input (independent) factors and their corresponding relationship between one or more measured dependent responses. Response surface methodology (RSM) was used to determine the minimum number of experiments in order to study separation of these ions by ELM technique. The liquid membrane used was composed of liquid paraffin as the solvent, sorbitan monooleate (SPAN-80) as the surfactant, perchloric acid as the internal reagent and Bis (2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA) as the carrier.The process parameters namely, surfactant concentration, carrier concentration, contact time, external pH, speed of agitation and volume fraction of oil to internal phase on the extraction and enrichment of iridium were optimized using Box–Behnken design. An orthogonal 48 Box–Behnken design with six replicates at the center point, all in duplicates, resulting in a total of 54 experiments were used to optimize the chosen key variables for maximum amount of the extraction and enrichment and minimum amount of swelling on ELM. The results show that the optimal values for surfactant concentration, carrier concentration, contact time, speed of agitation, external pH and volume fraction of oil to internal phase of system were 1.59%v/v, 0.08 molar, 29.5 min, 234 rpm, 5.3 and 1.36, respectively. At the optimized conditions the maximum iridium extraction and enrichment and minimum swelling of system were 98.18%, 13.38 and 11 respectively. The process parameters namely, surfactant concentration, carrier concentration, external pH and volume fraction of membrane to external phase on the extraction and enrichment of silver were optimized using Box–Behnken design. The results show that the optimal values for surfactant concentration, carrier concentration, external pH and volume fraction of membrane to external phase of the system were 3.28%v/v, 0.05 molar, 6.89 and 0.23, respectively. At the optimized conditions the maximum silver extraction and enrichment of system were 96% and 10.3 respectively. To evaluate the effectiveness of ELM technique, real wastewater from Mobarakeh Steel Company that contains several heavy metal ions was used and optimized conditions for metal ion separation was obtained. Results pertaining to separation of heavy metals from Mobarakeh steel Co. wastewaters show that the optimal values for surfactant concentration, carrier concentration, volume fraction of internal to oil phase and volume fraction of membrane to external phase of the system were 2%v/v, 0.05 molar, 0.7 and 0.2, respectively. All in all, results of this study demonstrate that ELM is a viable technique for separation of dilute solutions.
در این پژوهش استخراج فلز ایریدیوم و نقره با استفاده از غشاء مایع امولسیونی (Emulsion Liquid Membrane) از محلول آبی و جداسازی فلزات سنگین کروم، منگنز، آهن و کادمیوم از پساب صنعتی فولاد مبارکه صورت گرفته است. در سامانه غشاء مایع امولسیونی شار انتقال جرم به علت نسبت سطح به حجم بسیار بزرگ آن، زیاد می باشد. این امر باعث استخراج سریع مواد فلزی و غیر فلزی از غلظت های بسیار کم آن ها می شود. یکی از کاربردهای این روش، بازیابی فلزات سنگین و استفاده مجدد از آن ها می باشد. روش رویه-پاسخ ابزاری قدرتمند برای کمینه کردن تعداد آزمایش ها می باشد. با توجه به تعداد زیاد متغیرهای موثر و اثرات متقابل آنها در این فرآیند و بهینه سازی آن، از طراحی آزمایش ها و روش رویه-پاسخ برای تعیین کمترین تعداد آزمایش ها استفاده شده است. مواد مورد استفاده در این فرآیند، ماده فعال سطحی( اسپن 80 )، ماده ی حامل (دی-2-اتیل هگزیل فسفریک اسید) ، فاز غشاء( پارافین) و فاز داخلی (اسید پرکلریک و اسید کلریدریک) می باشند. متغیرهای مورد مطالعه در فرآیند استخراج ایریدیوم شامل غلظت ماده فعال سطحی، غلظت ماده حامل، زمان تماس، دور همزن، pH فاز خارجی و نسبت حجمی فاز غشاء به فاز داخلی هستند. تعداد 54 عدد آزمایش برای استخراج ایریدیوم توسط نرم افزار Design Expert 7.1.6 و با استفاده از روش Box-Behnken بدست آمد و مقادیر بهینه برای بیشینه شدن استخراج و غنی سازی و کمینه شدن تورم امولسیون حاصل شد. شرایط بهینه ارائه شده توسط نرم برای غلظت ماده فعال سطحی(%v/v) 59/1، غلظت ماده حامل 08/0 مولار، زمان تماس 5/29 دقیقه، دور همزن 234 دور بر دقیقه، pH برابر 3/5 و نسبت حجمی فاز روغن به فاز داخلی36/1 بدست آمدند. در این شرایط نرخ استخراج ، غنی سازی و تورم امولسیون به ترتیب برابر 18/98% ، 38/13 و 11 میلی لیتر می باشند. متغیرهای مورد مطالعه در فرآیند استخراج نقره شامل غلظت ماده فعال سطحی، غلظت ماده حامل، pH فاز خارجی و نسبت حجمی فاز غشاء به فاز خارجی می باشند. تعداد 29 عدد آزمایش برای استخراج نقره توسط نرم افزار Design Expert 7.1.6 و با استفاده از روش Box-Behnken بدست آمد و مقادیر بهینه برای بیشینه شدن استخراج و غنی سازی حاصل شد. شرایط بهینه ارائه شده توسط نرم افزار شامل غلظت ماده فعال سطحی(%v/v) 28/3، غلظت ماده حامل 05/0 مولار، pH برابر 89/6 و نسبت حجمی فاز غشاء به فاز خارجی23/0 می باشند. در این شرایط نرخ استخراج ، غنی سازی به ترتیب برابر 96% و 3/10 می باشند. برای ارزیابی تأثیر روش غشاء مایع امولسیونی، از پساب واقعی فولاد مبارکه که شامل بسیاری از فلزات سنگین است استفاده شد. نتایج مربوط به جداسازی فلزات سنگین از پساب فولاد مبارکه نشان می دهند که مقادیر بهینه برای غلظت ماده فعال سطحی 2 درصد حجمی، غلظت ماده حامل 05/0 مولار ، نسبت حجمی فاز داخلی به فاز روغن 7/0 و نسبت حجمی فاز غشاء به فاز خارجی 2/0 می باشند. روی هم رفته نتایج این مطالعه نشان می دهد که فرآیند غشاء مایع امولسیونی یک روش مناسب برای جداسازی محلول های رقیق می باشد.