عنوان پایان‌نامه

جداسازی توریم از محلول پساب شستشوی واحد خالص سازی نیترات توریم توسط جاذب نانوفیبر کامپوزیتی پلی وینیل الکل



    دانشجو در تاریخ ۰۹ شهریور ۱۳۹۳ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "جداسازی توریم از محلول پساب شستشوی واحد خالص سازی نیترات توریم توسط جاذب نانوفیبر کامپوزیتی پلی وینیل الکل" را دفاع نموده است.


    محل دفاع
    کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1476.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64287
    تاریخ دفاع
    ۰۹ شهریور ۱۳۹۳

    در این تحقیق، جاذب نانوفیبرکامپوزیتی پلی وینیل الکل/ تیتانیم اکسید/ روی اکسید/ 3-مرکاپتو پروپیل تری متوکسی سیلان (PVA/TiO2/ZnO/TMPTMS) با روش الکتروریسی تهیه شده است. این جاذب برای بررسی پارامترهای جداسازی توریم، با توجه به ظرفیت جذب بالاتر نسبت به سایر جاذبها انتخاب شد. سنتز این جاذب با آنالیزهای FTIR،TGA ،BET و SEM تایید شده است. آزمایشات جذب به صورت ناپیوسته برای یون توریم از محلول های تک جزیی و چند جزیی (در حضور یون های اورانیوم، آهن، نیکل، کادمیوم، مس و آلومنیوم) توسط این جاذب مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر پارامترهای مختلفی نظیر مقدار نانوذره، pH، قدرت یونی، زمان تماس، غلظت اولیه یون فلزی در محلول، دما و حضور سایر یونها در سیستم ناپیوسته برای درک بهتر فرایند جذب توریم مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی اثر pH در محدوده بین 2 تا 6، در ابتدا با افزایش pH محلول، میزان جذب توریم به شدت افزایش می¬یابد ولی در pH های بیشتر از 4 میزان جذب کاهش پیدا کرد. برای تعیین تاثیر قدرت یونی بر میزان جذب توریم، نمک NaNo3 به محلول توریم اضافه شد که تاثیر بسیار کمی بر میزان جذب توریم داشته است. همچنین با افزایش زمان تماس بین جاذب و محلول،‌ میزان جذب یون¬ها افزایش می¬یابد. شرایط بهینه جذب یون توریم توسط جاذب نانو فیبر PVA/TiO2/ZnO/TMPTMS در 5% وزنی نانو ذره ZnO، pH برابر 4، زمان تماس 5 ساعت و دمای 45 درجه سانتی¬گراد به دست آمده است (مقادیر بهینه20% وزنی TiO2، 15% وزنی TMPTMS و غلظت جاذب 1 گرم بر لیتر از پژوهش قبلی در این پروژه استفاده شده است). برای مدلسازی سینتیک آزمایش¬ها از مدل¬های شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم، دواکسپونانسیلی و نفوذ درون ذره ای استفاده شده است که از بین مدل¬های به کار گرفته شده، مدل دواکسپونانسیلی فرایند جذب توریم را در هر دو سیستم تک جزیی و چند جزیی بهتر از مدلهای دیگر توصیف کرده است. چهار مدل ایزوترم فرندلیچ، لانگمویر، دوبین-رادکویچ و تمکین برای توصیف داده های تعادلی توریم بررسی شده است که مدل لانگمویر برای سیستم تک جزیی و مدل دوبین-رادکویچ برای سیستم چند جزیی تطابق بهتری با داده های تعادلی یون انتخابی دارد. ماکزیمم ظرفیت جذب توریم در سیستم تک جزیی 3/333 میلی گرم بر لیتر (غلظت اولیه در محدوده mg/L500-30) و در سیستم چند جزیی 7/84 میلی گرم بر لیتر (غلظت اولیه در محدوده mg/L100-10) توسط این جاذب به دست آمد. مقادیر محاسبه شده پارامترهای ترمودینامیکی نشان داد که فرایند جذب توریم در هر دو سیستم، خود¬به¬خودی و گرماگیر است. نتایج حاصل از جذب رقابتی یون های فلزی در سیستمهای دو جزیی نشان داد که تاثیر بازدارنده سایر یونهای فلزی روی جذب توریم توسط جاذب نانو فیبر PVA/TiO2/ZnO/TMPTMS به صورت زیر بوده است: تاثیر بازدارنده: Al(III) > Cu(II) > Cd(II) > Ni(II) > U(VI) > Fe(II)
    Abstract
    In this study, Poly vinyl alcohol/ titanium oxide/ zinco xide/ 3-mercapto propyltrimethoxysilane (PVA/TiO2/ZnO/TMPTMS) composite nanofiber was prepared by electrospinning method. This nanofiber adsorbent was selected for thorium separation due to high adsorption capacity. The prepared adsorbent was characterized by FTIR, TGA, SEM and BET analyses. The adsorption of thorium ions in single and multi-component systems (in the presence of uranium, iron, nickel, cadmium, copper and aluminium) was investigated by this nanofiber adsorbent in batch mode. The effect of different parameters such as pH, ionic strength, contact time, initial concentrations of metal ions in solution, temperature and presence of other ions were investigated to obtain a complete understanding on the adsorption nature of Th(IV) ions onto this adsorbent. Batch equilibrium experiments at different pH values (2-6) showed that with increasing pH levels of the media from 2 to 4, the amount of Th(IV) ions adsorption on the surface of nano?ber adsorbent increased sharply, Conversely, thorium ions adsorption decreased in pH values more than 4. The investigation of ionic strength effect has shown that the addition of NaNO3 to metal solution has slight effect on the thorium adsorption process. Also metal ions uptake increased with increasing contact time between adsorbent and solution. The optimum conditions for thorium were obtained in 5%W of ZnO, pH of 4, contact time of 5 hours and temperature of 45°C. (The optimum conditions for 20%W of TiO2, 15%W of TMPTMS and adsorbent dose of 1g/L were used from last work). Kinetic study was carried out with intra particle diffusion, pseudo-first-order, pseudo-second-order and double-exponential models. Based on results, The double-exponential model described the adsorption of Th(IV) ions much better than other kinetic models for both the single and multi-component systems. Four isotherm models namely Freundlich, Langmuir, Dubbinin-Radushkevich and Temkin were used for analysis of equilibrium data. Among various isotherm models used, the equilibrium data of Th(IV) conformed the Langmuir isotherm in the single system, while those were best ?tted by Dubinin–Radushkevich (D-R) isotherm in multi-component system. The maximum adsorption capacity of Th(IV) was found to be 333.3 mg/L (initial concentrations at around 30-500 mg/L) and 84.7 mg/L (initial concentrations at around 10-100 mg/L) at optimum conditions for single and multi-component systems, respectively. Calculation of various thermodynamic parameters, such as ?Ho, ?So, and ?Go, indicated that the nature of adsorption process in both systems was spontaneous, endothermic and thermodynamically favored. The adsorption of Th(IV) ions from binary mixtures of Th(IV) with other cations containing U(VI), Al(III), Cd(II), Ni(II), Cu(II) and Fe(II) was also investigated. The results of competitive adsorption in binary systems showed that the inhibitory effect of other metal ions on the Th(IV) adsorption by PVA/TiO2/ZnO/TMPTMS composite nanofiber adsorbent increased in order of Al(III) > Cu(II) > Cd(II) > Ni(II) > U(VI) > Fe(II).