SUPERVISOR
Zahra Talebi mazraehshahi,Haleh Khalili
زهرا طالبی مزرعه شاهی (استاد راهنما) هاله خلیلی (استاد راهنما)
STUDENT
Shirin Karimi
شیرین کریمی امنیه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Investigation of cationic dyes adsorption from textile wastewater by acrylic fiber blanket and nanostructured silica aerogel
As regards the importance of textile wastewater treatment due to high dye concentration in the wastewater, the effective adsorbent is much needed in the textile industry. The usual adsorbents such as zeolite, activated carbon, nanotube, cellulose membranes and nanoparticles involve disadvantages of difficulty and high cost treatment and also low adsorption capacity. Recently, nanostructured aerogel having the high porosity and surface area good biocompatibility and the ability of surface modification has been interested as the efficient adsorbent. The researches were limited to the aerogel granules and chemical interactions between the absorbent and basic dyes and also, the use of aerogel blanket as the adsorbent of cationic dye has not been reported. In this research, the removal of industrial cationic dyes from wastewater using aerogel blanket prepared by the acrylic fabric was investigated. Silica aerogel powder samples with different structure and physical properties were synthesized via two step sol-gel method using TEOS as the precursor followed by the ambient pressure drying. Then aerogel blanket were prepared by in situ synthesis of aerogel particles on the substrate of acrylic fabric. The surface modification of acrylic fabric by NaOH was investigated to achieve the improved dusting and dye adsorption properties. The physical and chemical properties, pores structure and dye adsorption properties of samples were characterized by the nitrogen adsorption-desorption analysis, FE-SEM images, FTIR spectra, contact angle test and transmission spectrophotometer. The results showed that the hydrophilic silica aerogel samples with different structure which obtained by the synthesis condition control, displayed the porosity of 70 %, specific surface area of 600-900 m 2 /g, mesoporous structure with the average pore size of 6-18 nm. An increase about 2-fold for basic blue 14 dye absorption was observed in the aerogel sample with high pore volume (2.47 cm 3 /g) and large pore size (18 nm) comparing to the xerogel sample with low pore volume (0.66 cm 3 /g) and small pore size (4 nm). The results showed that Surface modification of the acrylic fabric by NaOH in the optimum condition (95 ) reduced the dusting aerogel blanket up to 14.5% compared to unmodified blanket with the dusting of 21/4%. The aerogel coating significantly increased the cationic dye adsorption of acrylic fabric. So the dye adsorption of modified acrylic fabric (4 mg/g) increased to 18.17 mg/g in its aerogel blanket. Increasing the pore volume and average pore size of aerogel particles in the blanket sample from 4 to 18 nm increased the dye absorption about 2-fold. For optimum aerogel blanket, the adsorption efficiency of 80% was obtained for cationic dye at 36 ppm concentration which decreased to 56% at high dye concentration. The adsorption isotherm of Langmuir type was determined for aerogel powder and aerogel blanket. [C sat ] indicated the adsorption capacity of absorbent was almost the same for all samples because of similar chemical structure. R L is near the zero for all samples which demonstrated a strong hydrogen-type interaction in the adsorption process. The pseudo-second order kinetic model showed a correlation coefficient about one with the most accordance with the experimental data. Key word : silica aerogel, aerogel blanket, acrylic fabric, adsorption of cationic dye, dusting
با توجه به اهمیت تصفیه پساب صنعت نساجی که به دلیل غلظت بالای رنگزا منجر به آلودگی محیط زیست میشود، استفاده از یک جاذب با کارآیی بالا بسیار مورد نیاز صنعت نساجی است. جاذبهای مرسوم مانند زئولیت، کربن فعال، کربن نانوتیوب، غشا سلولزی و نانو ذرات عموماً از معایبی مانند دشواری فرآیند، هزینه بالای تصفیه و ظرفیت جذب پایین برخوردارند. نانوساختار ایروژل به دلیل ویژگیهایی مانند تخلخل و سطح مخصوص بالا، زیست سازگاری خوب، جداسازی آسان و امکان اصلاح آن با گروههای عاملی مختلف در سالهای اخیر به عنوان یک جاذب ایدهآل برای حذف رنگزا از پساب مورد توجه محققان قرار گرفته است. پژوهشهای انجام گرفته در این راستا محدود به استفاده از گرانول های ایروژل و بررسی برهمکنشهای شیمیایی بین جاذب و رنگزای بازیک معرف است. از طرفی تاکنون استفاده از بلانکت ایروژلی به عنوان جاذب رنگزای کاتیونیک از پساب گزارش نشده است. لذا در این پژوهش حذف رنگزاهای کاتیونیک مورد استفاده در صنعت از پساب توسط بلانکت ایروژلی تهیه شده از پارچه اکریلیک مورد بررسی قرار گرفت. ذرات ایروژل سیلیس با ساختار و خواص فیزیکی متفاوت به روش سل – ژل دومرحلهای با استفاده از پیشماده TEOS و خشک کردن در فشار محیط سنتز شدند. سپس بلانکت آنها به روش سنتز درجای ذرات ایروژل بر بستر پارچه اکریلیک تهیه شده و در راستای کاهش غباردهی و بهبود خواص جذب رنگزای بلانکت حاصل، اصلاح سطح پارچه اکریلیک توسط سود مورد بررسی قرار گرفت. ارزیابی خواص فیزیکی، شیمیایی و ساختار حفرات ایروژل سیلیس و بلانکت ایروژلی و خواص جذب رنگزای آنها با استفاده از تصاویر FE-SEM وآزمونهای جذب و واجذب نیتروژن، FTIR، زاویه تماس و اسپکتروفوتومتر انتقالی انجام شد. نتایج نشان دادند با کنترل شرایط سنتز، نمونههای ایروژل سیلیس آبدوست با ساختار کاملا متفاوت حاصل شده و دارای تخلخل 90-70 %، سطح مخصوص 900-m 2 /gr 600، حجم حفرات 47/2 -cm 3 /g 66/0 و متوسط اندازه حفرات 3-18 نانومتر هستند. میزان جذب رنگزای بازیک بلو 14 در نمونه ایروژل حاوی حجم بالای حفرات (cm 3 /g 47/2) و اندازه حفرات بسیار بزرگتر (18 نانومتر) نسبت به نمونه زیروژل با حجم حفرات cm 3 /g 66/0 و متوسط اندازه حفرات 4 نانومتر در حدود 2 برابر افزایش یافت. نتایج حاکی از آن است که اصلاح سطح پارچه اکریلیک با سود در شرایط بهینه (دمای 95 درجه سانتیگراد زمان 60 دقیقه و غلظت 5/7 % سود) میزان غباردهی بلانکت ایروژلی حاصل را از 36/21 % در نمونهی اصلاح نشده تا 5/14 % کاهش داد. جذب رنگزا در نمونههای پارچه اکریلیک و بلانکتهای ایروژلی تهیه شده از آنها نشان میدهد پوشش دهی پارچه اکریلیک با ذرات ایروژل سیلیس به طور قابل ملاحظهای قابلیت جذب رنگزای کاتیونیک را افزایش داده است. به طوری که میزان جذب رنگزای بازیک بلو 14 ازmg/g 4 در پارچه اکریلیک اصلاح شده به mg/g 17/18 در بلانکت ایروژلی آن افزایش یافته است. زمان رسیدن به تعادل در بلانکت ایروژلی دارای ذرات ایروژل با حفرات بزرگتر و تخلخل بیشتر در مقایسه با دو بلانکت دیگر کمتر است. در نمونه بلانکت ایروژلی بهینه، میزان راندمان جذب رنگزای کاتیونیک در غلظت ppm 36 برابر 80 % و در غلظتهای بالا (ppm 160) برابر 56 % است که در مقایسه با جاذبهای مورد بررسی در سایر پژوهشها، بیانگر عملکرد عالی این نمونه به عنوان جاذب رنگزای کاتیونیک است. ایزوترم فرآیند جذب رنگزای بازیک بلو 14 در همه نمونههای پودر ایروژل و بلانکتهای حاصل از نوع ایزوترم لانگمیور است. نتایج [ ] نمونهها نشان داد که حداکثر ظرفیت جذب نمونههای ایروژل سیلیس مشابه بوده و علت این تشابه، یکسان بودن ساختار شیمیایی سه نمونه ایروژل سنتز شده است. مقدار متغیر تعادلی (R L ) برای همه نمونهها به صفر نزدیک بوده که بیانگر برهمکنش شیمیایی قوی از نوع هیدروژنی بین جاذب و رنگزای کاتیونیک است. در مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم ضریب همبستگی نزدیک به یک و بیشترین تطابق را با دادههای تجربی دارد.