Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Dinari,Mehran Shirvani
محمد دیناری (استاد مشاور) مهران شیروانی جوزدانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Tahereh Salehi brrgani
طاهره صالحی بیرگانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Removal of Lead from Aqueous Solutions by Poly (Vinyl Alcohol) - Alginate-Bentonite Nanocomposites
With the rapid industrial and economic growth, various pollutants particularly heavy metals, have entered the environment. Lead (Pb) is one of the most toxic and most common heavy metals in aquatic ecosystems and water resources. Various processes have been developed to remove Pb and other metals from aqueous solutions among which sorption processes is particularly important due to its high efficiency, ease of use, and low costs. Polymeric sorbent have great capacity to remove heavy metals from polluted waters but these sorbents have low physical and structural stabilities. To improve the physical and chemical properties of polymeric sorbents and to increase their sorption capacity, mineral nanoparticles, such as layered silicates, are added to the polymer matrix to develop polymer nanocomposites. Moreover, to enhance the catalytic properties and sorption properties of the silicate clays, these mineral nanoparticles are modified using organic compounds, such as amino acids, before being added to the polymer matrix. In this study, poly (vinyl alcohol)/alginate composites were synthesized in the presence of bentonite and bentonite modified with cysteine. The synthesized composites were characterized using XRF, XRD, FT-IR, SEM and TEM methods. Results showed that cysteine was penetrated into the interlayer space of bentonite. Also, the results confirmed that a bentonite/poly (vinyl alcohol)/alginate and a cysteine-bentonite/poly (vinyl alcohol)/alginate nanocomposites have been synthesized with a mixture of intercalated and exfoliated microstructures. Lead sorption isothermal behavior of the composites were studied as a function of initial Pb concentration, pH and contact time. Freundlich, Langmuir, Koble-Currigan, Temkin, and Dubinin-Radushkevich isotherm models were fitted to the Pb sorption data. Based on the results, all isothermal models have good fits to the Pb sorption data. However, the Langmuir model was superior in describing the data. The maximum sorption capacity predicted from the Langmuir model for poly (vinyl alcohol)/alginate composites in the presence and absence of bentonite and cysteine-bentonite was 0.480, 0.724 and 0.955 mmol g -1 , respectively. Effect of pH on sorption properties of the composites was also determined in the pH range of 2 to 9. The maximum Pb sorption capacity occurred for all three sorbents at pH=5. Kinetic studies of Pb sorption on the composites at constant Pb concentration and pH value were also performed during 9 hours. Pseudo-first-order, pseudo-second-order, Elovich, Parabolic diffusion, and Power function models were used to describe the kinetic data. According to the results, the time of reaching the equilibrium was estimated to be 4-5 hours. All kinetic models were able to describe the Pb sorption data by all the three sorbents; however, the Elovich model was superior . It can be concluded that with the addition of bentonite, and in particular cysteine-modified bentonite, to poly (vinyl alcohol)/alginate composite, the capacity and rate of Pb sorption significantly increases. The nanocomposites synthesized in this study are suitable candidate sorbents for removal of Pb from aqueous solutions. Keywords : anocomposite, Poly (vinyl alcohol), Alginate, Bentonite, Cysteine, Lead, Adsorption
همزمان با رشد صنعتی و اقتصادی و تولید مواد شیمیایی و ترکیبات مختلف، انواع آلاینده ها و به ویژه فلزات سنگین و سمی به محیط زیست وارد شده اند. از جمله سمی ترین و معمول ترین فلزات سنگین سرب می باشد که از طرق مختلف مانند معدن کاری و فلزکاری به اکوسیستمهای آبی وارد می شود. فرآیندهای مختلفی برای حذف فلزات از محلولهای آبی توسعه یافته اند که در میان آنها جذب به دلیل راندمان زیاد ، سهولت دسترسی و هزینه کم برای حذف فلزات سنگین از محلول آبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. جاذب های متعددی نیز جهت حذف این فلزات استفاده شده اند. جاذب های پلیمری دارای ظرفیت زیادی برای جذب فلزات می باشند اما استحکام فیزیکی مناسبی ندارند. برای بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی و افزایش ظرفیت جذب مواد پلیمری، نانوذرات معدنی مانند رس های سیلیکاتی برای ساخت نانوکامپوزیت های پلیمری به آنها اضافه می گردند. بعلاوه، برای افزایش و یا تقویت ویژگی های کاتالیزوری و خصوصیات جذبی رس های سیلیکاتی می توان این نانوذرات را با استفاده از ترکیبات آلی هم چون اسیدهای آمینه اصلاح نمود و سپس به ماتریس پلیمری اضافه کرد. در این مطالعه به وسیله پلی مرهای پلی (وینیل الکل) و آلژینات، کامپوزیت پلی(وینیل الکل)/ آلژینات سنتز گردید. همچنین، برای بررسی اثر نانو ذرات بر خصوصیات جذبی آن، این کامپوزیت در حضور بنتونیت و بنتونیت اصلاح شده با سیستئین نیز سنتز شد. همچنین روش های XRF، XRD، FT-IR، SEM و TEM برای مشخصه یابی جاذب ها مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج مشخصه یابی نشان داد که اسیدآمینه سیستئین در فضای بین لایه ای بنتونیت قرار گرفته و بنتونیت به وسیله این اسیدآمینه اصلاح شده است. همچنین نانوکامپوزیت های بنتونیت/ پلی (وینیل الکل)/ آلژینات و سیستئین-بنتونیت/ پلی (وینیل الکل)/ آلژینات با مخلوطی از ریزساختارهای اینترکلیت و اکسفولیت شده ایجاد گردیده است. رفتار جذبی سرب به وسیله کامپوزیت پلی(وینیل الکل) / آلژینات در حضور و عدم حضور بنتونیت و بنتونیت اصلاح شده به وسیله آمینواسید سیستئین برای حذف یون سرب از محلول آبی نیز با تغییر در غلظت اولیه سرب، pH و زمان تماس بررسی شد. مدلهای فروندلیچ، لانگ مویر، کوبله-کوریگان، تمکین و دابینین-رادشکویچ بر داده های جذب سرب برازش داده شد. بر اساس نتایج، تمامی مدل ها دارای برازش خوبی بر داده های جذب سرب به وسیله جاذب های سنتز شده بودند. با این حال، مدل لانگ مویر در توصیف جذب سرب موفق تر از سایر مدل ها بود. حداکثر جذب پیش بینی شده از مدل لانگ مویر برای به وسیله کامپوزیت پلی(وینیل الکل) / آلژینات در حضور و عدم حضور بنتونیت وسیستئین- بنتونیت به ترتیب 480/0، 724/0 و 995/0 میلی مول بر گرم به دست آمد. شاخص ظرفیت جذب مدل فروندلیچ نیز به ترتیب 578/0، 979/0 و 39/1 بود. حداکثر مقدار ظرفیت جذب این یون برای هر سه جاذب در 5 =pH رخ داد. مطالعات سینتیک جذب سرب نیز در غلظت ثابت به مدت 9 ساعت انجام شد. مدل های سینتیک شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم، الوویچ، پخشیدگی پاربولیک و تابع توانی برای توصیف داده های سینتیکی مورد استفاده قرار گرفتند. باتوجه به نتایج حاصل از برازش تمامی مدل های سینتیکی مدت زمان رسیدن به تعادل 5-4 ساعت برآورد شد. مدل hy;های مختلف سینتیکی قادر به توصیف جذب سرب توسط هر سه جاذب بودند. با این حال، مدل الویچ دارای بهترین توصیف بر داده های جذب سرب توسط هر سه جاذب بود. در کل می توان اظهار داشت که با افزودن بنتونیت و به ویژه بنتونیت اصلاح شده بوسیله سیستئین به کامپوزیت پلی (وینیل الکل)/ آلژینات ظرفیت و سرعت جذب بسیار افزایش می یابد. بنابراین می توان از نانوکامپوزیت های سنتز شده به عنوان جاذب های کارآمدی برای جذب سرب از محلول های آبی استفاده نمود. کلمات کلیدی: نانوکامپوزیت، پلی(وینیل الکل)، آلژینات، بنتونیت، سیستئین، سرب، جذب

ارتقاء امنیت وب با وف بومی