Skip to main content
SUPERVISOR
Arjomand Mehrabani zeinabad,TAYEBEH BEHZAD
ارجمند مهربانی زین آباد (استاد راهنما) طیبه بهزاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Heidarzadeh samani
مریم حیدرزاده سامانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
In this study, bio-nanocomposite hydrogel was synthesized based on starch grafted poly (Acrylic Acid) reinforced by cellulose nanofiber to improve swelling and mechanical properties of hydrogel. This hydrogel was used as an adsorbent, which has the high ability to hold a large amount of water inside its three dimensional network, for removing chromium and cadmium ions from aqueous solutions. The morphology of this bio-nanocomposite hydrogel was assessed before and after adsorption of chromium and cadmium ions by using scanning electron microscopy. The response procedure based on Box- Behnken design was used to evaluate the effect of independent variables on response performance (Cr(VI) and Cd(II) ions removal efficiency) as well as predicting the best removal rate. In this study, the effect of different parameters such as pH, initial concentration of chromium and cadmium ions, and flow rate through the adsorption column on process efficiency were investigated. The concentration of Cr(VI) ion was measured by UV-VIS spectrophotometer at 540 nm and the concentration of Cd(II) ion was determined by atomic absorption. The results showed that the removal efficiency is highly dependent on the pH of the solution. The highest percentages removal was obtained to be 50.26% for chromium ion at pH=6, initial concentration of 20 (mg/L), and flowrate of 10 (mL/min), and 82.50% for cadmium ion at pH=5, initial concentration of 10 (mg/L), and flow rate of 5 (mL/min). Langmuir and Freundlich adsorption isotherm models were employed. Correlation coefficients comparison for both chromium and cadmium ions showed that Langmuir isotherm model has good agreement with experimental data. In order to study the kinetics of the process, Thomas, Yoon- Nelson, and Clark models were employed. For both ions, experimental data was in good agreement with all three models. One of the most important features of the adsorption process is the possibility of desorption. In order to recover synthesized bio-nanocomposite hydrogel, hydrochloric acid solution was used. First, in the batch system, the desorption potential and the appropriate concentration of acid as the reducing agent were determined. Finally, the saturated bed of cadmium ion was restored by the reducing agent and the adsorption-desorption process was performed on three successive stage on adsorbent bed.
در این پژوهش آزمایشگاهی، هیدروژل بیوکامپوزیتی زیست تخریب پذیر بر پایه نشاسته پیوند داده شده با پلی(اکریلیک اسید) و تقویت شده با نانوالیاف سلولزی سنتز شد. این هیدروژل به عنوان یک جاذب زیستی که توانایی بالایی در نگه داری مقدار زیادی آب داخل شبکه سه بعدی خود را دارا می‌باشد در حذف یون های کروم و کادمیوم از محلول های آبی در یک ستون بستر ثابت مورد استفاده قرار گرفت. مورفولوژی این هیدروژل بیو نانوکامپوزیت، قبل و بعد از جذب یون های کروم و کادمیوم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی شناسایی شد. از روش رویه پاسخ بر مبنای طراحی Box-Behnken جهت ارزیابی اثر متغیرهای مستقل بر عملکرد پاسخ (بازدهی حذف یون Cr(VI) و یون Cd(II)) و همچنین پیش بینی بهترین مقدار پاسخ استفاده شد. در این پژوهش تاثیر مشخصه های مختلف از جمله pH محلول، غلظت اولیه یون های کروم و کادمیوم و شدت جریان عبوری از ستون جذب بر کارایی فرآیند بررسی شد. آزمایش های غربالی جهت تعیین محدوده های مطلوب برای هر مشخصه انجام گردید که محدوده ی مناسب pH برای انجام آزمایشات یون کروم 6-4، غلظت اولیه mg/L 20-60، و شدت جریان mL/min 5-15 به دست آمد. همچنین با انجام آزمایش های غربالی یون کادمیوم محدوده ی مناسب pH برابر 6-4، غلظت اولیه mg/L 10-50 و شدت جریان mL/min 5-15 تعیین شد. غلظت یون Cr(VI) توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر UV-VIS در طول موج 540 نانومتر اندازه گیری گردید و غلظت یون Cd(II) توسط دستگاه جذب اتمی تعیین شد. نتایج نشان داد که همه پارامترهای مطالعه شده مهم و تاثیرگذار بودند ولی pH نقش مهمتری را در فرآیند جذب توسط این جاذب داشت. بیشترین درصد حذف یون کروم در pH برابر 6، غلظت اولیه محلول mg/L 20 و شدت جریان mL/min 10 برابر 26/50% و بیشترین درصد حذف یون کادمیوم در pH برابر 5، غلظت اولیه mg/L 10 و شدت جریان mL/min 5 برابر 50/82 % به دست آمد. مدل های همدمای جذب لانگمویر و فروندلیچ مورد برسی قرار گرفتند که با مقایسه ضرایب همبستگی، برای هر دو یون کروم و کادمیوم، مدل همدمای لانگمویر تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی دارند. با استفاده از مدل همدمای لانگمویر بیشترین ظرفیت جذب یون کروم و یون کادمیوم به ترتیب mg/g 47/ 23 و mg/g 65/40 حاصل شدند. به منظور بررسی سینتیک فرآیند از مدل های توماس، یون- نلسون و کلارک استفاده شد که برای هر دو یون، داده های آزمایشگاهی تطابق خوبی با هر سه مدل داشتند. یکی از مهمترین ویژگی های فرآیند جذب، امکان بازیابی جاذب می‌باشد. برای آزمایش واجذب هیدروژل بیونانوکامپوزیت سنتز شده در این پژوهش از محلول هیدروکلریک اسید به عنوان محلول احیاء کننده استفاده شد. ابتدا در سامانه ناپیوسته امکان پذیری واجذب و غلظت مناسب محلول احیاء کننده تعیین گردید و در نهایت، بستر اشباع شده از یون کادمیوم توسط محلول احیاء کننده، احیاء شده و فرآیند جذب- واجذب در سه مرحله متوالی بر روی بستر جاذب انجام شد به طوری که بازده جذب در سیستم پیوسته ابتدا 41/3 % و سپس 95/4 % کاهش یافت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی