Skip to main content
SUPERVISOR
Kiuomars Zargoosh,Amir Abdolmaleki,Saied Nouri-Khorasani,Hamed Zilouei
کیومرث زرگوش (استاد مشاور) امیر عبد الملکی (استاد مشاور) سعید نوری خراسانی (استاد راهنما) حمید زیلوئی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Aliyeh Yousefi Abdomaleki
عالیه یوسفی عبدالملکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Production and characterization of chitosan/poly(vinyl alcohol)/Fe3O4 nanofibers by electrospinning to remove phenol and tetracycline from aqueous solutions
Absorption of organic pollutants from industrial effluents is necessary to prevent the spread of environmental contaminants. Phenols and other aromatic compounds are common pollutants that are often found in the wastewater refineries and petrochemical industries. Tetracyclines are also the second most widely used anti-microbial antibiotic in the world. Adsorption is more widely used, due to its simplicity, flexibility and speed of adsorption. High porosity, high surface area, presence of active surfactant groups, and the ability to separate adsorbent from the properties of a suitable absorbent, chitosan have the characteristics of a suitable adsorbent. The purpose of this research is to produce and characterize chitosan/PVA/Fe 3 O 4 nanoparticles by electrospinning method to separate phenol and tetracycline from water. Due to the fundamental problem of chitosan electrospinning, poly (vinyl alcohol) was used as a polymer in the production of nanofibers. For this purpose, firstly, the effective electrical process factors on the production of chitosan/poly (vinyl alcohol) nanofibers were investigated. Then, for adsorbent, the effective factors on adsorption were investigated. Statgraphics software used to optimize electrospinning and adsorption factors. At first, the electrospinning factors such as flow intensity (1.5-2 mL h -1 ), voltage (15-30 kV), distance (10-20 cm), as well as volume ratio of chitosan polymers to poly (Vinyl alcohol) with ratios (25:75-50:50-75:25) were optimized for both phenol and tetracycline pollutants separately. The SEM analysis showed that the adsorbent produced in this study had a mean diameter of 95-105 nm. The presence of pixels related to the functional groups of the compounds in the produced adsorbent was demonstrated by FTIR spectroscopy analysis of composite nanofibers. XRD analysis of the samples shows that the combination of two polymers of chitosan and poly (vinyl alcohol) causes the peaks to be broadened and the adsorbent shape changes from crystalline to amorphous. The result of the TGA test shows that absorbent degradation began at a temperature of 200°C and completely degraded at 500°C. In the second part of the study, for phenol adsorption, the pH value was in the range of 6 to 12, the initial concentration of phenol was 10 to 50 mg/L and the adsorbent content was 0.75 to 1 g/l. The equilibrium time for adsorbing phenol was 3 hours and the adsorbing capacity was 41 mg/g. On the other hand, to determine adsorption of tetracycline, the pH value was between 6 and 12, the initial concentration of tetracycline was 50 to 150 mg/L, and the amount of adsorbent for tetracycline was 5 to 25 g/L. The results of adsorption showed that the equilibrium time for the tetracycline adsorption process was 48 hours and the adsorption capacity of tetracycline was 102 mg/g. The Results showed that phenol adsorption follows by Langmuir and Freundlich isotherms and tetracycline adsorption was followed by only Langmuir isotherm. A second-order polynomial model was obtained using the Statgraphics software for adsorption of both phenol and tetracycline pollutants. Also, the process of adsorption of phenol follows from pseudo-second order kinetics equation and the kinetic of tetracycline were fitted to pseudo-first-order equation. Results of phenol and tetracycline adsorption factors by chitosan/poly (vinyl alcohol) nanofibers showed that phenol and tetracycline adsorption decreases with decreasing pH. The highest removal percent for phenol were achieved at pH=6, initial concentration of the contaminant equal to 10 mg/L and amount of adsorbent is 1 g/L, respectively and for tetracycline pH=6, initial concentration of the contaminant is equal to 100 mg/L and the adsorbent amount is respectively 25 g/L gained the highest absorption capacity. The presence of Fe 3 O 4 nanoparticles used in chitosan/poly(vinyl alcohol) nanofibers was investigated by FESEM and EDAX tests. Also, the VSM test was used to calculate the magnetic strength of nanofibres, which obtained 44 and 5.8 emu/g for pure iron oxide nanoparticles and magnetic nanofibers respectively
جذب آلاینده های آلی از پساب های صنعتی به منظور پیشگیری از نشر آلودگی های زیست محیطی امری ضروری است. فنل ها و سایر ترکیبات حلقوی آلاینده های رایجی هستند که اغلب در پسآب پالایشگاه های نفتی و صنایع پتروشیمی یافت می شوند. همچنین تتراسایکلین ها دومین ضد میکروبی هستند که به طور گسترده در جهان مورد استفاده قرار می گیرند. از بین روش های جداسازی آلاینده ها، جذب سطحی به علت سادگی، انعطاف پذیری و سرعت جذب بالا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. تخلخل بالا، سطح ویژه بالا، حضور گروه های عاملی فعال سطحی و توانایی جداسازی جاذب از ویژگی های یک جاذب مناسب می باشد و کیتوسان کلیه ویژگی های یک جاذب مناسب را دارد. هدف از این پژوهش، تولید و مشخصه یابی نانوالیاف کیتوسان/پلی(وینیل الکل)/Fe 3 O 4 به روش الکتروریسی به منظور جداسازی آلاینده های فنل و تتراسایکلین از آب می باشد. به دلیل مشکل اساسی عدم الکتروریسی کیتوسان، از پلی(وینیل الکل) به عنوان پلیمر کمک کننده در تولید نانوالیاف استفاده شد. بدین منظور ابتدا عوامل فرآیندی الکتروریسی موثر بر تولید نانوالیاف کیتوسان/پلی(وینیل الکل) بررسی و بدست آمد. سپس برای جاذب تهیه شده، عوامل موثر بر جذب سطحی مورد بررسی قرار گرفت. بهینه سازی عوامل الکتروریسی و جذب با نرم افزار Statgraphics انجام شد. ابتدا عوامل الکتروریسی از قبیل شدت جریان ( ml/h 1 - 5/1 - 2)، ولتاژ ( kV 15- 5/22 - 30)، فاصله (cm 10 - 15 - 20) و همچنین نسبت حجمی پلیمرهای کیتوسان نسبت به پلی(وینیل الکل) با نسبت های (25:75 - 50:50 - 75:25) برای هردو آلاینده فنل و تتراسایکلین به طور جداگانه بهینه شد. آنالیز SEM نشان داد که جاذب تهیه شده در این تحقیق دارای قطر متوسط 95-105 نانومتر می باشد. حضور پیک های مربوط به گروه های عاملی ترکیبات موجود در جاذب تولید شده، توسط آنالیز طیف FTIR نانوالیاف کامپوزیتی نشان داده شد. آنالیز XRD نمونه ها نشان می دهد که ترکیب دو پلیمر کیتوسان و پلی(وینیل الکل)، باعث پهن شدن پیک ها شده و جاذب تولیدی از حالت کریستالی به سمت آمورف بودن پیش می رود. نتیجه آزمون TGA نشان میدهد که تخریب جاذب از دمای C°200 شروع شده و در دمای °C500 کاملا تخریب می شود. در قسمت دوم پژوهش بمنظور بررسی جذب فنل، مقدار pH در محدوده 6 تا 12، غلظت اولیه فنل 10 تا 50 میلی گرم بر لیتر و مقدار جاذب برابر 75/0 تا 1 گرم بر لیتر انتخاب شدند. زمان تعادلی برای جذب فنل در مدت زمان 3 ساعت و ظرفیت جذب تعادلی برابر mg/g 41 حاصل شد. از طرفی دیگر بمنظور بررسی جذب آلاینده تتراسایکلین مقدار pH بین 6 تا 12، غلظت اولیه تتراسایکلین 50 تا150 میلی گرم بر لیتر و همچنین مقدار جاذب برای تتراسایکلین برابر 5 تا 25 گرم بر لیتر انتخاب شد. نتایج حاصل از جذب سطحی نشان داد که زمان تعادلی برای فرآیند جذب تتراسایکلین برابر 48 ساعت بدست آمد و ظرفیت جذب تتراسایکلین mg/g 102 حاصل شد. در نهایت جذب سطحی فنل از هم دماهای لانگمویر و فرندلیچ و تتراسایکلین از هم دمای لانگمویر تبعیت کرده و از طریق نرم افزار Statgraphics برای جذب سطحی هر دو آلاینده فنل و تتراسایکلین یک مدل چند جمله ای درجه دوم بدست آمد. همچنین سرعت فرآیند جذب سطحی فنل از معادله سینتیکی شبه درجه دوم ولی تتراسایکلین از معادله شبه درجه اول تبعیت می کند. نتایج بهینه سازی عوامل جذب فنل و تتراسایکلین توسط نانوالیاف کیتوسان/پلی(وینیل الکل) نشان دادکه با کاهش pH، جذب فنل و تتراسایکلین افزایش می یابد. بالاترین ظرفیت جذب سطحی برای فنل در pH برابر6، غلظت اولیه آلاینده برابر mg/L 10 و مقدار جاذب برابر g/L 1 بوده و برای تتراسایکلین در pH برابر 6، غلظت اولیه آلاینده برابر mg/L 100 و مقدار جاذب برابر g/L 25 بیشترین ظرفیت جذب بدست آمد. حضور نانوذرات Fe 3 O 4 به کار رفته در نانوالیاف کیتوسان/پلی(وینیل الکل) توسط آزمون های FESEM و EDAX بررسی شد. همچنین از آزمون VSM برای محاسبه قدرت مغناطیسی نانوالیاف استفاده شد که از مقدار emu/g 44 برای نانوذرات خالص اکسید آهن به emu/g 8/5 برای نانوالیاف مغناطیسی تهیه شده رسید. بررسی هدایت الکتریکی نسبت حجمی های محلول های پلیمیری نشان داد، زمانی که درصد حجمی کیتوسان در محلول پلی(وینیل الکل) افزایش می یابد، هدایت الکتریکی محلول نیز افزایش می یابد. با محاسبه ویسکوزیته محلول های پلیمیری دیده شد که با کاهش میزان پلی(وینیل الکل) در محلول، ویسکوزیته مخلوط محلول پلیمری افزایش می یابد و در همین راستا با کاهش ویسکوزیته محلول (در اثر افزایش نسبت PVA به کیتوسان) ساختار گره دار و معیوب به ساختاری کاملا یکدست و فاقد گره تغییر کرده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی