Skip to main content
SUPERVISOR
محسن سلیمانی امین آبادی (استاد راهنما) نوراله میرغفاری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Rezvan Torki Harchegani
رضوان ترکی هرچگانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Conversion of Fruit peel wastes into Biochar and its application for removal of lead and zinc from aqueous solutions
Fruit wastes are generated as a by-product of food industry in large quantities that their deposition in landfills causes environmental problems. Therefore, recycling of these wastes is very important.Since these wastes are cheap, renewable, available and producible in large amount and their sources are quickly restored, their conversion into the biochar and their application as heavy metal sorbents from wastewater, are important in view of economical and environmental aspects. In this study, the peelwastes of pomegranate, orange and lemon were collected from various fruit juice factories and were converted into biochar using slow pyrolysis at 300, 400 and 500° C under nitrogen atmosphere for one hour. Then, their ability to remove lead (Pb) and zinc (Zn) from aqueous solutions in a batch experiments was investigated separately. The results showed that the biochar derived from orange peel in temperature of 500° C (OP-BC), biochar derived from pomegranate pell in temperature of 500° C (PP-BC) and biochar derived from lemon peel in temperature of 400° C (LP-BC) had the most ability for removal of Pb and Zn from aqueous solutions. The properties of biochar samples were characterized usingFT-IR spectroscopy, BET and SEM analyses. Although the samples had relatively low surface area (0.38-1.00 m 2 /g), they showed a high ability for removal of Pb from aqueous solutions. FTIR spectroscopy described the major function groups on the surface of biochars. The results revealed the presence of carboxyl, hydroxyl, and carbonyl groups, which were likely responsible for the adsorption of Pb and Zn ions. The N 2 adsorption–desorption isotherms indicated type III isotherm for three biochar samples. In this study the effect of initial concentrations of Pb (10, 25, 50, 100 and 200 mg/L) and Zn (1, 5, 10, 100 and 200 mg/L), dose of biochar (1, 5, 10, 20 and 30 g/L), contact time (5, 15, 30, 60 and 120 min) and pH solution (2, 3, 4, 5, 6) were investigated using Taguchi design experiments. Based on the results, initial concentration of Zn was the most important factor for optimization process of Zn sorption, while dose of biochar had the greatest effect for Pb. Although, the contribution of various factors in absorption of Pb and Zn for all samples was not same, the least significant factor for them was contact time. The optimum conditions for Pb sorption of three biochar samples were initial concentration of Pb=100 mg/L, dose of biochar=30 g/L and pH of solution=6, which resulted in 95% removal efficiency of Pb. The optimum conditions for Zn sorption of the samples was initial concentration of Zn=1 mg/L, dose of biochar=30 g/L and pH of solution=5, that in this condition removal efficiency of Zn was 97%. The equilibrium data were well ?tted with Freundlich model and the adsorption process was well described by pseudo-second-order model. Keywords: Adsorption, Biochar, Fruit wastes, Heavy metals
پسماند میوه به‌عنوان محصول جانبی صنایع غذایی در مقادیر زیاد تولید می‌شود که انتقال آن به محل‌های دفن زباله مشکلات محیط زیستی بسیاری ایجاد می‌کند. بنابراین، بازیافت این پسماندها بسیار حائز اهمیت است. ازآنجایی‌که این ضایعات ارزان، تجدید پذیر، در دسترس و قابل‌تولید در مقادیر بالا هستند و منابعشان به‌آسانی تجدید می‌شود، تبدیل آن‌ها به بیوچار و استفاده به‌عنوان جاذب فلزات سنگین از پساب، از ‌نظر اقتصادی و زیست محیطی حائز اهمیت است. در این مطالعه، پسماندهای پوست انار، پوست پرتقال و پوست لیمو از کارخانه‌های آب‌میوه‌گیری تهیه شده و در سه دمای 300، 400 و 500 درجه سانتی‌گراد تحت جو نیتروژن به مدت یک ساعت مورد پیرولیز قرار گرفت و قابلیت آن‌ها برای حذف سرب و روی از محلول آبی به صورت جداگانه به‌وسیله آزمون جذب اولیه در حالت ناپیوسته بررسی شد. نتایج نشان داد بیوچار پوست انار در دمای 500 درجه سانتی‌گراد، بیوچار پوست پرتقال در دمای 500 درجه سانتی‌گراد و بیوچار پوست لیمو در دمای 400 درجه سانتی‌گراد بیشترین قابلیت حذف سرب و روی را از محلول آبی داشتند. ویژگی‌های بیوچارهای تولیدشده به‌وسیله آنالیزهای طیف‌سنجی مادون‌قرمز(FT-IR) ، سطح ویژه (BET) و تصویربرداری با میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. باوجود سطح ویژه نسبتاً پایین بیوچارهای تولیدشده (38/0 تا 1 مترمربع بر گرم)، توانایی آن‌ها برای حذف سرب از محلول آبی مناسب بود. نتایج حاصل از طیف‌سنجی مادون‌قرمز حاکی از وجود گروه‌های عاملی اصلی کربوکسیل، کربونیل و هیدروکسیل در بیوچارهای تولیدشده بود که می‌توانند پاسخگوی جذب فلزهای سرب و روی بر بیوچارهای تولیدشده باشند. منحنی‌های جذب-واجذب گاز نیتروژن برای هر سه بیوچار موردمطالعه نشان‌دهنده ایزوترم جذبی نوع III بود. در این مطالعه با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی تأثیر 4 عامل غلظت اولیه سرب (10، 25، 50، 100 و 200 میلی‌گرم بر لیتر) و روی (1، 5، 10، 100 و 200 میلی‌گرم بر لیتر)، میزان بیوچار (1، 5، 10، 20 و 30 ‌گرم بر لیتر)، زمان تماس (5، 15، 30، 60 و 120 دقیقه) و pH محلول سرب و روی (2، 3، 4، 5 و 6) در حذف سرب و روی از محلول‌های آبی موردبررسی قرار گرفت. باوجود متفاوت بودن سهم هر عامل در حذف سرب و روی از محلول آبی، نتایج نشان داد غلظت اولیه فلز روی مهم‌ترین عامل در فرآیند بهینه‌سازی جذب روی بود، درحالی‌که برای حذف سرب، مقدار بیوچار استفاده‌شده بیشترین تأثیر را داشت. همچنین عامل زمان کم‌اهمیت‌ترین عامل در حذف سرب و روی از محلول‌های آبی بود. شرایط بهینه برای جذب سرب در هر سه بیوچار شامل غلظت سرب 100 میلی‌گرم بر لیتر، مقدار بیوچار 30 گرم بر لیتر و pH برابر 6 بود که در آن درصد حذف سرب حدود 95 درصد به دست آمد. شرایط بهینه برای حذف روی به‌وسیله هر سه بیوچار شامل غلظت روی 1 میلی‌گرم بر لیتر، مقدار بیوچار 30 گرم بر لیتر و pH برابر 5 ، درصد حذف روی حدود 97 درصد بود. داده‌های تعادلی به‌خوبی با مدل فرندلیچ برازش یافتند. همچنین فرآیند جذب به‌خوبی به‌وسیله مدل شبه مرتبه دوم توصیف شد. کلمات کلیدی: بیوچار، پسماند میوه، جذب، فلزات سنگین

ارتقاء امنیت وب با وف بومی