Skip to main content
SUPERVISOR
S.Mohammad Ghoreshi,Neda Habibi
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما) ندا حبیبی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Vahid Javanbakht
وحید جوان بخت

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
Environmental contamination of heavy metals has become a worldwide problem and a special attention has been given to them because of their high toxicity, non-biodegradability and accumulation in the food chain. Heavy metals, even at trace level, are very harmful for human beings. Thus, the removal of heavy metals from water systems is a very critical and essential topic and has attracted a considerable attention .Among these techniques, adsorption as a cost-effective technology offers flexibility in design and operation, and in many cases it will generate high-quality treated effluent. In addition, a lot of adsorbents can be regenerated by desorption processes of ease of operation, for multiple use. A novel nanocomposite was synthesized featuring magnetic properties, and was used for the removal of Pb(II) as a toxic heavy metal from aqueous solutions. The obtained magnetic bionanocomposite was characterized using SEM, BET, FTIR, XRD, TGA, EDX and VSM. The effects of temperature, contact time, Pb(II) concentration, pH value of the solution and adsorbent dosage on the adsorption capacity of the nanocomposite were investigated. The kinetics data of adsorption process were analyzed by the models of pseudo-first order, pseudo-second order, the Elovich and intra-particle diffusion. The adsorption kinetics was well described by the pseudo-second order equation. The adsorption isotherms were more accurately fitted by the Langmuir equation and the maximum theoretical Pb(II) adsorption capacity of the nanocomposite was found to be 136.99 mg/g at pH 6 and 333 K. The negative Gi free energy values of adsorption illustrated the spontaneity of the adsorption of Pb(II) ions on the nanocomposite. The magnetic nanocomposite gave a saturation magnetization value of 9.50 emu/g, therefore, it was efficiently separated from the solution by a fast and simple magnetic separation process. Desorption of the Pb(II) ions from the nanocomposite was achieved by using 0.01M HNO 3 , CaCl 2 and NaCl solutions. A rotatable central composite design (CCD) and the RSM were used to conduct and to analyze the experiments, respectively. A two-mass transfer resistance model, consisting of the homogeneous solid diffusion model combined with the external mass transfer resistance, was applied to fit the experimental kinetic data of an agitated batch adsorption system and a parabolic dependence of the driving force on the particle radius was considered.
با توجه به مضرات حضور فلزات سنگین در پساب ها، استفاده از روش های مناسب جهت جداسازی و حذف این مواد و در نتیجه کاهش خطرات ناشی از آن ها ضروری است. روش جذب سطحی شامل استفاده از جاذب های با ظرفیت جذب بالا برای حذف آلاینده های مختلف می باشد. برتری جذب سطحی درجداسازی فلزات سنگین به دلیل انعطاف درطراحی و عملیات، کیفیت بالای خروجی در بسیاری از موارد، قابلیت احیا و استفاده مجدد از جاذب در بسیاری از موارد و هزینه پایین عملیات و نگهداری می باشد. با توجه به اهمیت فلز سرب در صنایع به عنوان فلزی سنگین و استراتژیک و آلودگی قابل توجه آن در محیط زیست در پروژه حاضر سعی بر این شد که بر جذب این فلز از محلول آبی تمرکز شود. در این تحقیق نانواکسیدمغناطیسی مگنتیت بر روی سطح کلینوپتیلولایت با نسبت های وزنی 1:1، 3:1، 5:1 و 7:1 نشانده شد تا جایی که حداکثر خاصیت مغناطیسی جهت سهولت جداسازی نهایی جاذب از محلول و نیز سطح ویژه حاصل گردد و در نهایت به کمک عامل اتصال دهنده گلوتارآلدهید، کیتوزان به عنوان جاذب فلز سنگین برروی نانوکامپوزیت پوشش داده شد. سپس این بیونانوکامپوزیت به کمک تجهزات آنالیز مشخصه یابی گردید. جهت بررسی مورفولوژی ذرات از دستگاه آنالیزSEM، دستگاه آنالیز FTIR برای بررسی گروه های عاملی، از دستگاه آنالیز VSM برای سنجش خاصیت مغناطیسی ذرات، از دستگاه آنالیزXRD جهت بررسی ساختار کریستالی، از دستگاه آنالیزTGA جهت بررسی پایداری حرارتی، از دستگاه آنالیزEDX جهت بررسی ترکیب عنصری و نهایتاً از دستگاه آنالیزBET برای اندازه گیری سطح ویژه ذرات استفاده شد. پس از اطمینان از دستیابی به ساختاری با خواص مورد نظر، بیونانوکامپوزیت سنتز شده در فرآیند جذب فلز مورد استفاده قرارگرفت. بدین ترتیب که مقدار مشخصی از ذرات بیونانوکامپوزیت به عنوان جاذب مغناطیسی به میزان معینی از محلول حاوی سرب اضافه شد و پس از انجام فرایند جذب سرب و رسیدن به تعادل جذب، جاذب حاوی فلز جذب شده به کمک آهنربا از محلول جداسازی و با آنالیز محلول باقی مانده، میزان جذب فلز تعیین گردید. در پایان عوامل مختلف مؤثر بر فرآیند جذب سرب از جمله زمان، pH، غلظت اولیه محلول سرب، میزان جاذب، حضور یون های رقیب، و همچنین سینتیک، ایزوترم، ترمودینامیک و مکانیسم جذب مورد بررسی قرار گرفت. ظرفیت جذب سرب توسط این جاذبmg/g 99/136 تعیین گردید که در مقایسه با بسیاری از جاذب های مشابه عدد قابل توجهی بود. در ادامه به کمک طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ الگوی فرایند جذب سرب استخراج و شرایط بهینه جذب گردید. در انتها با مدل سازی ریاضی فرایند مورد بررسی قرارگرفت. نانوذرات، زئولیت و نانوکامپوزیت های سنتزشده در شرایط بهینه جذب مشابه بیونانوکامپوزیت مغناطیسی سنتزشده، مورد استفاده قرارگرفتند. مقایسه ظرفیت جذب سرب بیونانوکامپوزیت مورد نظر نسبت به ساختارهای تشکیل دهنده آن و همچنین کارهای قبلی، نشان از عملکرد آن و نیز تأییدکننده برتری نسبی آن بود. علاوه برآنکه بیونانوکامپوزیت مغناطیسی سنتز شده مشکل اکسیدشدن نانوذرات مگنتیت را با پوشش کیتوزان برطرف نموده و همچنین خاصیت مغناطیسی امکان جداسازی بسیار آسان جاذب از محلول فلزی را پس از فرآیند جذب، فراهم آورد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی