عنوان پایان‌نامه
بررسی و مدلسازی جداسازی عناصر فلزی سنگین از محلول های آبی با استفاده از فرآیند جذب سطحی روی نانو لوله های کربنی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1165.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 54361
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- مهدی رهبری کرویه
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان
- چکیده
- پساب بسیاری از صنایع همچون متالورژی، صنایع شیمیایی، معدنی، باتری سازی و... شامل یک و یا تعداد بیشتری از یون¬های فلزی می¬باشند. ضروری است که این یون¬های فلزی قبل از ورود به محیط زیست از پساب¬ها حذف شوند زیرا ممکن است از این طریق وارد زنجیره غذایی شوند. از میان روش¬های متداول مختلف، روش جذب سطحی به علت مؤثر و اقتصادی بودن یک فرآیند نویدبخش جهت حذف فلزات سنگین از آب و پساب¬های صنعتی می¬باشد، زیرا می¬توان جاذب بکار گرفته شده را توسط یک عملیات دفع مناسب احیا نمود. نانولوله¬های کربنی به عنوان نوع جدیدی از جاذب توجه گسترده¬ای را برانگیخته و توانایی فوق العاده¬ای جهت حذف انواع آلودگی¬های معدنی، آلی و رادیواکتیو از پساب¬ها از خود نشان داده است. در پایان نامه حاضر، جذب +2Co و +2Ba بر روی نانولوله¬های کربنی چند دیواره مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا نانولوله¬های کربنی با نیتریک اسید غلیظ اصلاح و سپس به عنوان جاذب بکار گرفته شدند. نانولوله¬های کربنی با روش¬های مختلفی نظیر BET، TEM و FTIR تعیین مشخصه شدند. اصلاح کردن نانولوله¬های کربنی سطح ویژه و حجم تخلخل آنها را افزایش می¬دهد و باعث تثبیت گروه¬های عاملی اکسیژن¬داری بر روی سطح نانولوله¬های کربنی می¬شود که ظرفیت جذب فلزات سنگین را افزایش می-دهند. در این پژوهش، اثر pH، مقدار نانولوله¬های کربنی، زمان تماس، غلظت اولیه یون¬های +2Co و +2Ba و دما روی جذب +2Co و +2Ba بررسی شده است. نتایج نشان می¬دهد که جذب به شدت تحت تأثیر pH می¬باشد. همچنین اطلاعات سینتیکی نشان می¬دهد که فرآیند جذب در 60 دقیقه به تعادل می¬رسد و داده¬های تجربی به خوبی توسط مدل شبه مرتبه دوم برازش می¬گردند. به منظور توصیف جذب +2Co و +2Ba روی نانولوله¬های کربنی از ایزوترم¬های لانگمویر، فرندلیچ، D-R و تمکین استفاده شد. هر دو ایزوترم لانگمویر و فرندلیچ توصیف قابل قبولی از ایزوترم جذب ارائه می¬دهند. حداکثر ظرفیت جذب محاسبه شده توسط ایزوترم لانگمویر برابر با mg/g63/52 برای +2Co و mg/g89/121 برای +2Ba می¬باشد. پارامترهای ترمودینامیکی جذب نیز محاسبه شدند و نتایج نشان می¬داد که فرآیند جذب خودبخودی و گرماگیر می باشد.
- Abstract
- Waste water from many industries such as metallurgical, chemical manufacturing, mining, battery manufacturing industries, etc. contains one or more toxic metal ions. It is necessary to remove these metal ions from the waste waters before releasing into the environment, because there is possibility of entry of toxic metal ions into food chain. Among many conventional methods, adsorption is the promising process for the removal of metal ions from water and waste waters, because the employed adsorbent can be regenerated by suitable desorption process and it is highly effective and economical. Carbon nanotubes (CNTs) have aroused widespread attention as a new type of adsorbent and exhibit outstanding capability for the removal of various mineral, organic and radioactive pollutants from waste waters. In this study, adsorption of Co2+ and Ba2+ on multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) was investigated. MWCNTs were oxidized with concentrated nitric acid and then employed as adsorbent. MWCNTs were characterized by different techniques, such as BET, TEM and FTIR. Oxidation of MWCNTs increased the surface area and the pore volume, and introduced oxygen containing functional groups to the surfaces of MWCNTs, which increased the adsorption capacity of heavy metal ions. In this study, the effect of pH, MWCNTs content, contact time, initial concentration of Co2+ and Ba2+ and temperature on the adsorption of Co2+ and Ba2+ was investigated. The results indicated that the adsorption is strongly dependent on pH. Kinetic data showed that the adsorption process achieved equilibrium within 60 min and experimental data were fitted well by the pseudo-second-order model. Langmuir, Freundlich, D-R and Temkin isotherms were used to describe the adsorption behavior of Co2+ and Ba2+ by MWCNTs. Both Langmuir and Freundlich models described the adsorption isotherms well. The maximum adsorption capacities calculated by the Langmuir isotherm were 52.63 mg/g for Co2+ and 121.89 mg/g for Ba2+ at 25°C. The adsorption thermodynamic parameters were measured and the results showed that the adsorption was spontaneous and endothermic.
