Skip to main content
SUPERVISOR
Kayghobad Shams
کیقباد شمس اسحاقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sajad Mobini demne
سجاد مبینی دمنه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Synthesisof magnetic nanosorbent by iron oxide-zeolite composites and its application for removal of lead, nickel and chromium ions
Zeolites are crystalline, hydrate and nano-porous aluminosilicate materials. These valuable materials are commonly used as commercial adsorbents , and because of their unique structural, physical and chemical properties have many industrial, agricultural, and environmental applications. Zeolites are extensivelyutilized in industry for water purification, for the preparation of advanced materials, for catalytic reactions in petroleum refining, and in nuclear reprocessing. In addition, they are used to separate nitrogen from air to increase oxygen content for both industrial and medical purposes. Currently, theyare usedin large quantities in the production of laundry detergents. The adsorption capacity of zeolites originates from the existence of a porous structure and a net negative charge in their framework, which can lead to attraction and holding of cations. Using zeolites in form of fine powders in purification processes have been limited because of its operational difficulties and the solid-liquid separation stage subsequent to the purification process and. Combining magnetite materials with zeolites and separating them using an external magnetic field, is one of the solutions that has been proposed in the last few years in order to solve or mitigate these problems. In this project, magnetite nano-sorbent was produced from the combination of zeolite-magnetite iron oxide using a process based on vapor phase traort (VPT) method, and its sorption capacity for removal of lead, nickel and chromium ions was investigated. Sorbent synthesis was done in four stages. At first, synthesis of magnetite iron oxide nanoparticles was carried out using co-precipitation method in presence of air using ultra-sonic agitator. Second step was synthesis of NaA zeolite. In order to reduce the size of the zeolite particles and increase the size of its pores, synthesis was performed using microemulsion-ultrasound method. The third step involved the deposition of magnetite particles that were prepared in the first stage using SiO 2 solution. At the final stage, the zeolite particles were used as a coating layer with high absorption capacity for the particles that obtained from the third stage.Finally, the VPT method was used for stabilization of the zeolite layer. In order to evaluate the performance of the obtained sorbent, adsorption of the Pb(II), Ni(II) and Cr(VI) ions from 100mg/l solution of each of this ions were investigated. Also, effect of various parameters such as pH, initial amount of adsorbent and initial concentration of solution on performance of the sorbent was studied. By comparing the result of adsorption test with Freundlich and Langmuir adsorption isotherm models, a good agreement between the experimental data with the Langmuir adsorption isotherm was observed. The maximum value of adsorption for lead, nickel and chromium ions was 232.58, 128.21 and 50.50 milligrams per grams of sorbent, respectively. The adsorbent characteristics were investigated using X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron microscopy SEM, Fourier Transform Infra-Red (FT-IR), and Vibrating SampleMagnetometer (VSM)instrumental tests, and flame atomic absorption test was used for investigating the remaining concentrations of ions after adsorption. Keywords Magnetite nano-sorbent, magnetite, zeolite, VPT method, heavy metals, adsorptio
زئولیت ها مواد آلومینوسیلیکاتی بولورین، هیدراته و نانومتخلخل هستند. این مواد با ارزش به طور معمول به عنوان جاذب های تجاری استفاده می شوند و به دلیل ساختار و خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود، در بسیاری از کاربردهای صنعتی، کشاورزی و زیست محیطی استفاده می شوند. زئولیت ها به طور گسترده ای در صنایع، برای تصفیه آب، تولید مواد پیشرفته، واکنش های کاتالیستی در پالایشگاه های نفت و فرآیندهای هسته ای کاربرد دارند. علاوه بر این، این مواد برای جداسازی نیتروژن از هوا برای افزایش مقدار اکسیژن برای اهداف صنعتی و دارویی، استفاده می شوند. به صورت رایج، از آن ها در مقادیر بالا برای تولید پودرهای لباس شویی استفاده می شود. ظرفیت جذب زئولیت ها ناشی از ساختار باز و بار منفی موجود در ساختار شبکه ای آن هاست، که می تواند کاتیون ها را جذب و نگه داری کند. استفاده از زئولیت ها به صورت پودرهای ریز در فرآیندهای تصفیه ای بدلیل نیاز به سیستم های جداسازی جامد-مایع بعد از فرآیند تصفیه و مشکلات عملیاتی با محدودیت روبرو شده است. تلفیق مواد مغناطیسی با زئولیت ها و سپس جداسازی آن ها با یک میدان مغناطیسی خارجی، یکی از راه‌حل‌هایی است که در سال‌های اخیر برای حل یا کاهش این مشکلات ارائه شده است. در این پروژه نانو جاذب مغناطیسی از ترکیب زئولیت-اکسید آهن مغناطیسی بر اساس فرآیندی مبتنی بر روش انتقال فاز بخار (VPT) تولید و ظرفیت جذب آن در حذف یون های سرب، نیکل و کروم بررسی شد. سنتز جاذب در چهار مرحله انجام شد. ابتدا نانو ذرات اکسید آهن مغناطیسی با روش هم رسوبی شیمیایی و در حضور هوا با استفاده از همزن اولتراسونیک سنتز شد. مرحله دوم سنتز زئولیت NaA است. به منظور کاهش اندازه ذرات زئولیت و افزایش اندازه حفرات آن از روش میکروامولسیون-فراصوت در سنتز استفاده شد. مرحله سوم شامل لایه نشانی ذرات مگنتیت حاصل از مرحله اول توسط محلول SiO2 می باشد. در مرحله آخر ذرات زئولیت به عنوان پوششی با ظرفیت جذب بالا بر روی ذرات حاصل از مرحله سوم قرار گرفت که در ادامه برای تثبیت این لایه از روش VPT استفاده شد. برای بررسی کارایی جاذب به دست آمده، جذب یون های Pb(II)، Ni(II) و Cr(VI) از محلول mg/l100 هر یک از این یون ها بررسی شد. همچنین اثر پارامترهای مختلف همچون pH، مقدار اولیه جاذب و غلظت اولیه محلول بر روی عملکرد جاذب بررسی شد. با مقایسه نتایج آزمون جذب با مدل های هم دمای جذب فروندلیچ و لانگمویر، تطابق خوبی بین داده های تجربی با هم دمای جذب لانگمویر مشاهده شد. ماکزیمم مقدار جذب برای یون های سرب، نیکل و کروم به ترتیب برابر با 56/232، 21/128 و 50/50 میلی گرم بر گرم جاذب بود. مشخصات جاذب با تست های پراش پرتو ایکس(XRD)، تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی(SEM)، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز(FT-IR) و مغناطیس سنجی تبدیل فوریه(VSM)، بررسی شد و از آزمون جذب اتمی شعله برای بررسی غلظت یون های باقیمانده پس از جذب استفاده شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی