عنوان پایان‌نامه
مقایسه عملکرد جاذب معدنی نانو ذرات رس و جاذب آلی سنتزی پلی کواترنری آمونیوم در جذب مس و رنگزای آزو از محلول آبی- بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی عددی
- رشته تحصیلی
- معدن - معدن و محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3509;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79064;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3509;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79064
- تاریخ دفاع
- ۰۹ آبان ۱۳۹۵
- دانشجو
- شبنم حسنی
- استاد راهنما
- فرامرز دولتی ارده جانی
- چکیده
- در سال های اخیر با توسعه صنایع مختلف و آلودگی آب به فلزات سمی و مواد آلی، محققان در جستجوی یافتن یک روش نوین، موثر و اقتصادی برای حذف این فلزات و رنگدانه های آلی از محلول آبی می باشند. در این پایان نامه، از دو جاذب نانو-مونتموریلونیت و پلی کواترنری آمونیوم به منظور حذف فلز مس و رنگزاهای آزو Basic Red 18 و Direct Red 80 از محلول آبی استفاده شده است و تاثیر پارامترهای مختلف از جمله مقدار جاذب، pH، دور همزن، غلظت اولیه آلاینده، زمان و دما بر فرآیند جذب بررسی شده است. مساحت سطح نانو-مونتموریلونیت و نمک پلی کواترنری آمونیوم به ترتیب (m2.g-1) 49/1438 و (m2.g-1) 0/0624 تعیین شده است که بیشتر بودن مساحت سطح نانو-مونتموریلونیت، قابلیت و سرعت بیشتر جذب این جاذب را تایید می نماید. ایزوترم جذب با استفاده از مدل های جذب سطحی لانگمویر، فروندلیچ و تمکین مطالعه شد و مقدار ظرفیت جذب سطحی (Q0) برای جذب سطحی رنگزای BR 18 و یون مس توسط نانو-مونتموریلونیت به ترتیب برابر با (mg.g-1) 714/29و(m2.g-1) 37/04 و برای جذب سطحی رنگزای DR 80 توسط نمک پلی کواترنری آمونیوم(m2.g-1) 70/42 به دست آمده است. به منظور بررسی سینتیک فرآیند جذب، مدل های سینتیکی شبه مرتبه اول، سینتیک شبه مرتبه دوم و مدل نفوذ درون ذره ای بررسی شد و ثابت سرعت در مقادیر مختلف غلظت اولیه آلاینده به دست آمده است. طبق نتایج به دست آمده، سینتیک جذب رنگزای BR 18 و یون مس بر روی نانو-مونتموریلونیت و سینتیک جذب رنگزای DR 80 بر روی نمک پلی کواترنری آمونیوم از مدل شبه مرتبه دوم پیروی می کند. همچنین طبق بررسی های ترمودینامیکی، مکانیزم جذب سطحی رنگزای BR 18 و یون مس بر روی نانو-مونتموریلونیت و جذب رنگزای DR 80 بر روی نمک پلی کواترنری آمونیوم به صورت خودبه خودی انجام شده و یک فرآیند گرماگیر است. همچنین در این تحقیق، جذب آلاینده های مورد نظر براساس معادله سینتیک شبه مرتبه دوم و مکانیزم نفوذ، مدل سازی شد. طبق نتایج به دست آمده، تطابق بسیار خوبی بین مدل سازی عددی و داده های آزمایشگاهی وجود دارد.
- Abstract
- Recently, researchers are trying to find a new, effective and economic wastewater treatment method in order to remove heavy metals and organic dyes from aqueous solutions. In this thesis, nano-montmorillonite and polyquaternary ammonium salt were used as adsorbents for the adsorption of copper, Basic Red 18 and Direct red 80. The effect of several operational parameters such as adsorbent dosage, pH, agitation speed, time, initial concentration and temperature was studied. The surface areas of nano-montmorillonite and polyquaternary ammonium salt were obtained 49.1438 and 0.0624 m2.g-1, respectively. High surface area of nano-montmorillonite compared with polyquaternary ammonium salt supported a rapid adsorption phenomenon. Equilibrium isotherms were analyzed by Langmuir, Freundlich and Temkin adsorption models. The adsorption capacities, Q0, were calculated 714.29 and 37.04 mg.g-1 for adsorption of BR 18 and copper on nano-montmorillonte, respectively. Also, Q0 was 70.42 mg.g-1 for adsorption of DR 80 on polyquaternary ammonium salt. In order to describe the adsorption kinetics, the pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetics and the intraparticle diffusion model were used. The rate constants were calculated at different initial concentrations. According to the results, adsorption of copper and BR 18 on montmorillonite follow pseudo-second-order kinetics. In addition, adsorption of DR 80 on polyquaternary ammonium salt follows pseudo-second-order kinetics. Thermodynamic parameters suggest that the adsorption of copper and BR 18 on montmorillonite and adsorption of DR 80 on polyquaternary ammonium salt are spontaneous and endothermic. Besides this paper presents a numerical model incorporating the second-order kinetic and diffusion expressions to describe the adsorption process using COMSOL Multiphysics software. A excellent agreement was achieved between the numerical model predictions and experimental data. Keywords: Adsorption mechanism, Nano-montmorillonite, Polyquaternary ammonium salt, Numerical modelling, Azo dyes, Copper ion.
