SUPERVISOR
Kayghobad Shams
کیقباد شمس اسحاقی (استاد راهنما)
STUDENT
Zohre Tavassolirizi
زهره توسلی ریزی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1386
TITLE
Platinum recovery from spent catalyst using natural based synthetic adsorbents
Fabrication and characterization of adsorbents from corn husk and pomegranate peel for platinum recovery from model media and intact extraction supernatant of Pt-Sn/Alumina and Pt-Re/Alumina industrial spent catalyst was investigated. Two adsorbent samples are prepared using corn husk and pomegranate peel via acid and diethylamine treatment. The adsorbents are characterized and the adsorption of platinum onto the adsorbents is examined using model media and real solutions. These characterization analysises indicate that the amine immobalized corn husk and amine immobalized pomegranate peel adsorbents have the amorphous structure. Also the amine immobalized corn husk and amine immobalized pomegranate peel adsorbents are more pure than the acid treated corn husk and acid treated pomegranate peel adsorbents respectively, and contain more nitrogen and hydrogen elements than acid treated corn husk and acid treated pomegranate peel adsorbents. This results in purer final product and also because of more nitrogen and hydrogen elements the amine immobalized corn husk and amine immobalized pomegranate peel adsorbents, have more affinity to adsorbed platinum ions from the solutions. The presense of active hydroxyle and C=O functional groups on the surface of adsorbents improves their adsorption affinity to platinum ions. The average particle size of amine immobalized corn husk adsorbent and amine immobalized pomegranate peel adsorbent are 502 and 1300 nm. Adsorption results indicate that hydroxyl and amine functional groups are responsible for adsorption of platinum onto the adsorbents, and immobilization of amine functional groups enhances the adsorption. Adsorbents show appreciable affinities for relative selective adsorption of Pt. Aluminates interfere in adsorption of platinum ions. The adsorption capacity of the corn husk adsorbent with immobilized amine functional group for model media and intact supernatant (from pt/Sn alumina catalysis) is 38.5 mg Pt/(g adsorbent) and 7.8 mg Pt/(g adsorbent), respectively. Also the adsorption capacity of the pomegranate peel adsorbent with immobilized amine functional group for model media and intact supernatant (from pt/Sn alumina catalysis)is 5.64 mg Pt/(g adsorbent) and 3.78 mg Pt/(g adsorbent), respectively. The interference of aluminates is believed to be responsible for the reduced adsorption capacity. Platinum is obtained in elemental form when adsorbent is burnt (calcined) after the saturation. Platinum product purity for adsorption from Pt/Sn solution is about 53.8 and 52.8 percentage for amine immobalized corn husk and amine immobalized pomegranate peel adsorbents respectively. And Platinum product purity for adsorption from Pt/Re solution is about 80.1 and 86.5 percentage for amine immobalized corn husk and amine immobalized pomegranate peel adsorbents respectively. These result show that amine immobalized corn husk adsorbtion capacity is higher than amine immobalized pomegranate peel adsorbents adsorption capacity but amine immobalized pomegranate peel adsorbents selectivity for Pt ions is higher than amine immobalized corn husk adsorbent selectivity. Further, structural changes induced by chemical treatment of the corn husk is explained by Mannich type mechanisms. Dead-end adsorption data indicates that the kinetics of adsorption of Pt onto the sorbent follows a pseudo-second order adsorption model. The pseudo-second order rate constant (k 2 ) for Pt ion adsorption for amine immobalized corn husk and amine immobalized pomegranate peel adsorbent are 0.00436 and 0.004091 g/mg.min respectively. The pseudo-second order rate constant (k 2 ) for Sn ion adsorption for amine immobalized corn husk and amine immobalized pomegranate peel adsorbents are 5.13891 and 22.91514 g/mg.min respectively. Whole results show a good affinity of synthetized adsorbents for Platinum ion and also the Re removal stage results in aluminum removal from solution and the purer Pt final produst. Key Words Spent catalyst; Corn husk and pomegranate peel; Precious metals; Platinum recovery; Adsorbent characterization and adsorption
در این رساله تهیه جاذب های طبیعی از مواد اولیه پوست ذرت و پوست انار و تعیین خواص آن ها به منظور کاربرد در فرآیند بازیابی فلز پلاتین از درون محلول نمونه ساخته شده و همچنین محلول حاصل از استخراج پلاتین کاتالیزورهای فرسوده صنعتی پلاتین- قلع بر پایه آلومینا و پلاتین- رنیوم بر پایه آلومینا مورد بررسی قرار گرفته است. دو نمونه جاذب مورد نظر با استفاده از پوست ذرت و پوست انار در طی دو مرحله عملیاتی فرآوری با اسید و سپس فرآوری با آمین (دی اتیل آمین) ساخته شده است. خواص فیزیکی و شیمیایی جاذب های ساخته شده با روش های معین مشخص شده و سپس در جذب یون های فلزی از محلول نمونه و محلول واقعی حاصل از استخراج کاتالیزورهای فرسوده مورد استفاده قرار گرفته است. ساختار جاذب های تهیه شده از پوست ذرت و پوست انار آمورف است. همچنین جاذب های پوست ذرت و پوست انار فرآوری شده با اسید و آمین به ترتیب نسبت به جاذب های پوست ذرت و پوست انار فرآوری شده با اسید ترکیب خالص تری دارند و همچنین مقدار عناصر نیتروژن و هیدروژن در ساختار آنها بیشتر است. حضور عناصر نیتروژن و هیدروژن باعث افزایش راندمان فرآیند جذب شده است. همچنین وجود گروه عامل های هیدروکسیل و همچنین C=O ،که پتانسیل تبدیل به گروه های هیدروکسیل در محیط اسیدی را دارند، به اثبات می رسد. متوسط اندازه ذرات جاذب های پوست ذرت و پوست انار فرآوری شده با اسید و آمین به ترتیب 502 و 1300 نانومتر است. نتایج تجربی جذب یونهای پلاتین بر روی هر چهار نمونه جاذب نشان می دهد تثبیت گروه عاملی آمین باعث بهبود فرآیند جذب شده است و همچنین حضور گروه های عاملی آمین و هیدروکسیل در سطح جاذب عامل اصلی جذب یون های پلاتین بر روی آن می شود و همانطور که دیده شده است پوست ذرت و پوست انار فرآوری شده با اسید و آمین تمایل جذب بالاتری برای یون های پلاتین نسبت به پوست ذرت و پوست انار فرآوری شده با اسید دارند. از بین یون های دیگری که همراه پلاتین در محلول واقعی وجود دارد، یون های آلومینیوم در فرآیند جذب پلاتین اختلال ایجاد می کند. در فرآیند جذب مورد بررسی ظرفیت جذب یون های پلاتین توسط جاذب تهیه شده از پوست ذرت از محلول نمونه حاوی تک عنصر پلاتین و محلول واقعی به ترتیب 5/38 و 8/7 میلی گرم به ازاء هر گرم جاذب است. همچنین ظرفیت جذب یون های پلاتین توسط جاذب تهیه شده از پوست انار از محلول نمونه حاوی تک عنصر پلاتین و محلول واقعی به ترتیب 64/5 و 78/3 میلی گرم به ازاء هر گرم جاذب است. مزاحمت حضور یون های آلومینیوم دلیل اصلی کاهش ظرفیت جذب جاذب از این دو محلول است. جاذب های مورد استفاده پس از اشباع شدن در فرآیند به منظور بدست آوردن پلاتین عنصری سوزانده شده است. خلوص پلاتین بدست آمده از استخراج از محلول واقعی پلاتین- قلع برای جاذب های پوست ذرت و پوست انار فرآوری شده با اسید و آمین به ترتیب 8/53 و 8/52 درصد است و برای محصول نهایی جذب از محلول پلاتین – رنیوم این خلوص 1/80 و 5/86 درصد است. با توجه به همه نتایج حاصل جاذب تهیه شده از پوست ذرت ظرفیت جذب بالاتری دارد در حالی که جاذب تهیه شده از پوست انار علیرغم ظرفیت جذب بسیار کمتر انتخابگری بالاتری نسبت به جذب یون های پلاتین دارد به طوریکه عوامل مزاحم باعث کاهش کمتری در ظرفیت جذب آن شده است. به علاوه در این رساله تغییر ساختار شیمیایی پوست ذرت در طول فرآیند دو مرحله ای ساخت جاذب با مکانیزمی از نوع مکانیزم مانیخ توصیف می شود. پس از آن با توجه به نتایج فرآیند جذب ناپیوسته محلول ها بر جاذب های پوست ذرت و پوست انار فرآوری شده با اسید و آمین در دمای ثابت ، مدل سینتیکی حاکم بر فرآیند جذب مدل شبه مرتبه دوم است. مقدار ثابت سرعت مدل مرتبه دو برای جذب یون های پلاتین بر روی جاذب های پوست ذرت و پوست انار فرآوری شده با اسید و آمین به ترتیب 00436/0 و 004091/0(g/mg.min) است. همه نتایج حاصل از آزمایش ها انجام شده و بررسی نتایج حاصل از آنها نشان می دهد جاذب های ساخته شده تمایل بالایی برای جذب یون های پلاتین دارند. کلمات کلیدی: کاتالیزور فرسوده، پوست ذرت و انار، فلزات گرانبها، بازیابی پلاتین، شناسایی جاذب و فرآیند جذب