SUPERVISOR
Hasti Hashemi nejad,Sayyed-Saeid Eslamian,Amir Taebi Harandi
هستی هاشمی نژاد (استاد راهنما) سیدسعید اسلامیان (استاد مشاور) امیر تائبی هرندی (استاد راهنما)
STUDENT
Faezeh Alsadat Eslamian
فائزه السادات اسلامیان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Evaluation of Walnut Shells as an Adsorbent for Dye Removal from Solutions Containing Textile Dyes
Dyes are one the most important groups of pollutants which are widely used in industries such as textile, plastics, leather, food, cosmetics and printing. Due to their hazardous nature, the effluent from such industries poses major problems to the environment as well as the human health. Therefore, nowadays, the importance of dye removal from effluents containing textile dyes has become of greater concern. Various removal techniques are used, among which the most effective is adsorption. The main goal of this research is to evaluate walnut shells as a low-cost and agricultural adsorbent for the removal of textile dyes from aqueous solutions. For this purpose, the batch adsorptions of three dyes namely Acid Red 88, Acid Blue 113 and Direct Blue 15 onto walnut shells were investigated. The effect of three most effective factors on dye removal such as the Initial dye concentration in 4 levels (25, 50, 100 and 150 mg/L), adsorbent dosage in 4 levels (5, 10, 20 and 35 g/L) and pH in 3 levels (4, 6 and 8) were evaluated by means of full factorial experiment design. The experiments carried out in this research can be divided into three sections:The first section involves the kinetic experiments (112 tests) which were carried out in order to study the effect of contact time and to determine the equilibrium time of the dye adsorption process for each dye. The solution containing Acid Red 88 reached equilibrium after 90 min of contact with the adsorbent, while the other two dyes reached equilibrium after 120 min. The kinetics analyses were conducted using pseudo-first-order, pseudo-second-order and Elovich models. The results showed that the adsorption of the three dyes studied in the current research, best fit the pseudo-second-order kinetics model. In the second section, adsorption isotherm experiments were conducted and it was found that the maximum adsorption capacity of walnut shells for the removal of Acid Red 88, Acid Blue 113 and Direct Blue 15 is 24.6, 15.4 and 11.3 mg/g, respectively. Furthermore, equilibrium isotherms were analyzed by Langmuir and Freundlich and BET adsorption isotherm models. According to the results, the absorption of these three dyes onto walnut shells can be well described by Freundlich adsorption isotherm model. The third section composes of 288 tests done to evaluate the effect of the three most important chosen factors (Initial dye concentration, adsorbent dosage and pH) in dye removal by walnut shells. Statistical analyses proved that approximately 70% of the data had a removal efficiency percent in the range of 70 to 100 percent. The maximum dye removal efficiency for Acid Red 88, Acid Blue 113 and Direct Blue 15 was reported as follows: 96.6, 96.4 and 87.4 percent. The results obtained of the analysis of variance (ANOVA) determined that the adsorbent dosage has the most contribution to the process of dye removal by walnut shells (49%). The augmentation in the amount of adsorbent considerably increases the dye removal efficiency; while by increasing the initial dye concentration, the removal efficiency slightly decreases. However, the change in the pH of the solutions did not significantly affect the adsorption process.The dye removal efficiency of walnut shells for the 3 dyes was compared to that of activated carbon in the optimum condition. Based on the results obtained, walnut shells have more capacity in removing Acid Blue 113 and Direct Blue 15 in comparison with activated carbon, whereas the adsorbent showed similar results for Acid Red 88. Due the high-cost of activated carbon in relevance with walnut shells, and by taking into consideration its high removal efficiency and availability, therefore walnut shells as an adsorbent, is preferable for the case of these three dyes. Overall, walnut shells with maximum size of 300 microns have the optimal removal efficiency for these Acid Red 88, Acid Blue 113 and Direct Blue 15 at the following lab conditions: initial dye concentration of 25mg/L, Adsorbent dosage of 35g/L, natural pH and contact time of 120 min.
رنگینهها یکی از مهمترین آلایندههای محیطزیست و منابع آبی هستند که به دلیل ماهیت خطرناک خود و همچنین از لحاظ زیبایی، همواره مشکلاتی را برای محیطزیست به همراه دارند و وجود آنها در منابع آبی، موجب بر هم زدن تعادل اکوسیستم میشود. امروزه به دلیل تخلیهی مقادیر زیادی از فاضلابهای حاوی رنگ صنایع نساجی به منابع آبهای طبیعی و همچنین وضع قوانین سختگیرانهتر توسط دولتها و سازمانهای محیطزیست، از این رو حذف رنگ از فاضلابهای نساجی از اهمیت خاصی برخوردار است. روشهای حذف گوناگونی برای جداسازی رنگ از محلولهای آبی موجود است. از میان روشهای متداول، روش جذب سطحی مؤثرترین روش در حذف رنگ از محلولهای آبی حاوی رنگ به شمار میآید. راندمان رنگزدایی فرآیند جذب به میزان زیادی به نوع جاذب انتخاب شده بستگی دارد. متداولترین جاذب به دلیل ظرفیت بالای جذب آن، کربن فعال میباشد. اما به دلیل گرانقیمت بودن آن و مشکلاتی که در فرآیند احیا و بازسازی آن وجود دارد، محققان در صدد جایگزین کردن آن با دیگر جاذبها از جمله جاذبهای ازران قیمت و طبیعی میباشند. یک دسته مهم و کارآمد از این جاذبهای ارزانقیمت، زائدات کشاورزی هستند که امکان استفاده مجدد از آنها در حذف رنگ از محلولهای آبی، میتواند قدم مهمی جهت حفاظت از محیطزیست محسوب شود. هدف از انجام این پژوهش، بررسی عملکرد زائدات گردو در حذف رنگ از محلولهای آبی حاوی رنگینههای نساجی است. در این تحقیق از پوست گردو به عنوان یک جاذب ارزان قیمت در حذف سه رنگینهی قرمز اسیدی 88، آبی اسیدی 113 و آبی مستقیم 15 استفاده شده است و پارامترهای مؤثر بر جذب رنگ از جمله غلظت اولیهی رنگ در چهار سطح (25، 50، 100 و 150 میلیگرم در لیتر)، دز جاذب در چهار سطح (5، 10، 20 و 35 گرم در لیتر) و pH در سه سطح (4، 6، 8)، از طریق طرح آزمایش فاکتوریل کامل مورد بررسی قرار گرفت. کلیه آزمایشهای این پژوهش در سه بخش انجام پذیرفت. در بخش اول آزمایشهای سینتیک جذب (112 آزمایش) انجام گرفت که بر اساس آن اثر زمان تماس بر فرآیند جذب رنگ بررسی و زمان تعادل تعیین گردید. زمان رسیدن به تعادل در فرآیند جذب رنگ قرمز اسیدی 88 توسط پوست گردو برابر 90 دقیقه و برای دو رنگ آبی اسیدی 113 و آبی مستقیم 15 برابر 120 دقیقه محاسبه گردید. سپس تطابق دادههای آزمایشگاهی بدست آمده از آزمایشهای سینتیک جذب با سه مدل سینتیک جذب شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و ایلویچ مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که دادههای آزمایشگاهی حاصل از فرآیند حذف رنگ توسط جاذب پوست گردو با مدل سینتیک جذب شبه مرتبه دوم برازش مناسبتری دارد. در بخش دوم آزمایشهای ایزوترم جذب انجام گرفت که بر اساس آن، ظرفیت جذب حداکثر جاذب پوست گردو در حذف سه رنگینهی قرمز اسیدی 88، آبی اسیدی 113 و آبی مستقیم 15 به بترتیب 6/24، 4/15، 3/11 میلیگرم بر گرم محاسبه گردید. همچنین در این قسمت، تطابق دادههای آزمایشگاهی با سه مدل ایزوترم جذب متداول لانگمویر، فرندلیچ و BET مورد بررسی قرار گرفت و براساس نتایج بدست آمده ازآن، به طور کلی سه رنگینه با مدل ایزوترم جذب فرندلیچ برازش مناسبتری داشتند. در بخش سوم 288 آزمایش به منظور بررسی پارامترهای مؤثر بر راندمان حذف رنگ توسط پوست گردو انجام گرفت. براساس آنالیزهای آماری انجام گرفته، حدود 70% دادهها دارای درصد حذف رنگی در بازه 100-70 بودند. راندمان حذف رنگ حداکثر برای سه رنگ قرمز اسیدی 88، آبی اسیدی 113 و آبی مستقیم 15 برابر 6/96، 4/96 و 4/87 درصد گزارش گردید. نتایج آنالیز واریانس نشان داد که عامل دز جاذب با درصد مشارکت 49% دارای بیشترین تاثیر در حذف رنگ توسط پوست گردو است. با افزایش دز جاذب، راندمان حذف رنگ افزایش مییابد. این در حالی است که با افزایش غلظت اولیهی رنگ، راندمان رنگزادیی کاهش مییابد. تغییر pH، تغییر چندانی بر روی این راندمان از خود نشان نداد. نتایج مقایسه راندمان حذف رنگ توسط پوست گردو با کربن فعال در شرایط بهینه برای این سه رنگینه، نشان داد که پوست گردو راندمان حذف بالاتری برای دو رنگینهی آبی اسیدی 113 و آبی مستقیم 15 و راندمان مشابهی برای رنگ قرمز اسیدی 88 دارد. از این رو، به علت ارزانقیمت و دردسترستر بودن پوست گردو نسبت به کربن فعال، جاذب پوست گردو در حذف این سه رنگینهی مورد بررسی در این پژوهش نسبت به کربنفعال برتری دارد. به طور کلی پوست گردو با حداکثر اندازه ذرات 300 میکرون، قادر به حذف بهینهی این سه رنگینه در شرایط آزمایشگاهی: غلظت اولیه رنگ 25 میلیگرم در لیتر، دزجاذب 35 گرم در لیتر، pH طبیعی (حدود 7)، زمان تعادل 120 دقیقه، سرعت شیکر 160 دور بر دقیقه ودمای آزمایشگاهی ( 2 C?25) است.