SUPERVISOR
Hamed Zilouei,Ahmad Asadinejad
حمید زیلوئی (استاد راهنما) احمد اسدی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Amir Alavi
سیدامیر علوی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Removal of Lead, Cadmium and Chromium from Aqueous Solutions using Surface-Modified and Alginate-Entrapped Biomass
There are heavy metals in wastewater of many industries such as the mining, petrochemical, oil refining, paper, pharmaceutical industry, paint and plastic products industries. Entering these metals into water resources cause to add these metals to the food chain. This action was done through the absorption of these metals by microorganisms and causes a lot of problems for humans. To remove heavy metals, there are various physical, chemical and biological methods. From these methods researchers pay attention to the biosorption process Because of this method with using of a series less valuable materials are able to remove many heavy metals. Biosorption is the physical and chemical absorption of heavy metals by living and non-living microorganisms (bacteria, fungi, algae) and other organic object such as (rice bran, fruit skins, leaves and skin of trees, etc). At this thesis, the waste of Goldar and two brown algae, Nizamuddin zanardini and marginutum were used for removal of heavy metals such as lead, cadmium and chromium. The algal species, Nizamuddin zanardini and marginutum, were acquired from Oman Sea coast of Chabahar and Otostegia persica, known as goldar, is an endemic plant that can be found in its natural habitat in Kerman province in Iran. The standard stock solutions of 20 mg/L of Pb(II), Cd(II) and Cr(VI) were prepared by dissolving appropriate amount of Pb(NO3)2 , Cd(SO4).8H2O, K2(Cr2O7) in distillated water. The alga was washed extensively with distilled water to remove dust and other particles. The clean biomass was sundried for 24 h, and then in the oven at 50 °C for 24 h Absorbents were used initially as raw form and then modified with 4-phenyl-3-thiosemicarbazide and finally with sodium alginate polymer for removal three metals. For these absorbents, three models (Langmuir, Freundlich and Temkin) were evaluated and the result shows a good conformity between the experimental data and Langmuir isotherm. Langmuir isotherm shows a homogenous absorption on the homogenous surface and theoretical qm for absorbent are acceptable with the experimental qm. To investigate the kinetics of the process, the pseudo- second order model and intra particle diffusion was used. Presenting this model (intra particle diffusion) was done for investigating of multistage absorption. This absorption is as 2, 3 stages. In this model, diagrams of sorption capacity inclusive sorption on the surface of biosorbent (linear with high slopes), penetrate the pores (average linear slope) and penetration in the biosorbent structure (linear with very little slope) were considered. Ho’s pseudo – second order model conform for most raw and modified absorbents. The most important effective parameters into absorption process such as pH, initial concentration and the amount of biomass was investigated in this project. The pH of the solutions was adjusted to a favorite value using 0.1 M NaOH and 0.1 M HCl. The result shows that optimum pH for maximum removal of aqueous solution are 5 to 6 for cadmium and lead, 3 to 4 for chromium. Another important effect observed in this project was increased absorption capacity with initial concentration and the increase of absorption percentage with increase of biomass concentration. Keywords : waste Goldar, Zanardini, Marginutum, Heavy metals, Isotherms, Kinetics.
فلزات سنگین در پساب بسیاری از صنایع مانند صنایع استخراج روی و صنایع پتروشیمی، صنایع پالایش نفت، صنایع کاغذ سازی، صنایع دارویی، صنایع رنگسازی و صنایع فرآورده های پلاستیکی وجود دارند. راه یابی این فلزات به منابع آبی منجر به اضافه شدن آنها به زنجیره غذایی میشود که این عمل از طریق جذب این مواد توسط میکروارگانیسم های زنده صورت گرفته و سبب ایجاد مشکلات زیادی در موجودات زنده و انسان ها میشود. برای حذف فلزات سنگین روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی به کار برده میشوند که در این میان استفاده از فرآیند بیوجذب مورد توجه محققین قرار گرفته است، زیرا روش مذکور با استفاده از یک سری مواد کم ارزش از نظر اقتصادی، قابلیت حذف بسیاری از فلزات سنگین را دارد. بیوجذب، جذب فیزیکی و شیمیایی فلزات سنگین توسط میکروارگانیسمهای زنده وغیر زنده (باکتری، قارچ، جلبک) و سایر اجرام آلی (مانند سبوس برنج، پوست میوه، برگ وپوست درختان و...) است. در این پایان نامه از ضایعات گیاه گلدر و دو جلبک قهوه ای زاناردینی و مارجیناتوم برای بررسی حذف فلزات سنگین سرب، کادمیوم و کروم مورد استفاده شد. جاذب ها در ابتدا به صورت خام و سپس به صورت اصلاح شده با 4-فنیل-3-تیوسمی کاربازید و در نهایت با تثببیت در چهارچوب پلیمر سدیم آلژینات برای سه فلز، مورد استفاده قرار گرفت. برای این جاذب ها سه مدل ایزوترم لانگمویر، فرندلیچ و تمکین مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه حاصل شده نشان از مطابقت داده های آزمایشگاهی با ایزوترم لانگمویر داشت. ایزوترم لانگمویر نشاندهندهی جذب بر روی سطح هموژن به صورت یکنواخت می باشد که q m های محاسبه شده به صورت تئوری برای جاذبها با q m آزمایشگاهی مطابقت قابل قبولی داشت. برای بررسی سینتیک فرآیند از مدل های شبه درجه دوم هو و نفوذ درون ذره ای استفاده گردید. ارائه مدل نفوذ درون ذرهای برای بررسی چند مرحلهای بودن فرآیند جذب که در تمام موارد جذب به صورت 2 یا 3 مرحله ای بوده، صورت گرفته است. در این مدل نمودارهای ظرفیت جذب بر حسب زمان، به صورتِ جذب در سطح بیوجاذب (خطی با شیب زیاد)، نفوذ در خلل و فرج (خطی با شیب متوسط) و نفوذ در درون ساختار بیوجذبها (خطی با شیب بسیار اندک) می باشد. مدل شبه درجه دوم هو برای اکثر جاذب های خام و اصلاح شده مطابقت بالایی با دادههای آزمایشگاهی داشته است. مهمترین پارامتر های موثر بر فرآیند جذب، شامل H، غلظت اولیه و مقدار بیومس در این پروژه مورد بررسی قرار گرفتند و نتیجهی حاصل شده نشان داد که شرایط بهینه Hبرای حداکثر حذف از محلول آبی، 5/4 تا5/5 برای کادمیوم و سرب و 5/3 تا 5/4 برای کروم بوده است. از دیگر تاثیرات مهم مشاهده شده در نتایج پروژه، افزایش ظرفیت جذب با افزایش غلظت اولیه و افزایش درصد جذب با افزایش غلظت بیومس استفاده شده بوده است. لازم به ذکر است افزایش درصد جذب پس از رسیدن غلظت بیومس به یک مقدار مشخص متوقف میگردد. واژگان کلیدی : ضایعات گلدر، زاناردینی، مارجیناتوم، فلزات سنگین، ایزوترم، سینتیک.