عنوان پایان‌نامه
بررسی دینامیک جذب زیستی فلزات سنگین از پساب واحد های فراوری شیمیایی اورانیوم
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1183.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 54563
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- مهدی محمودی
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان
- چکیده
- در پژوهش حاضر جذب زیستی یون مس از محلول تک جزیی و یون اورانیوم از محلول سه جزیی (در حضور یون¬های مس و نیکل) توسط جلبک قهوای Cystoseira indica مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش¬ها هم به صورت ناپیوسته و هم به صورت پیوسته (در ستون بستر ثابت) انجام شده است. در قسمت ناپیوسته اثر پارامترهای تجربی pH، زمان تماس، غلظت اولیه¬ی فلز و دما و در قسمت پیوسته اثر دو پارامترِ مهمِ طراحی یعنی شدت جریان و ارتفاع بستر در یک ستون شیشه¬ای با قطر 5/1 و ارتفاع 10 سانتیمتر مورد آزمایش قرار گرفته است. در بررسی اثر pH در محدوده بین 2 تا 6، در ابتدا با افزایش pH محلول، میزان جذب مس و اورانیوم به شدت افزایش می¬یابد ولی در pH های بین 4 تا 6 میزان جذب تقریبا ثابت می¬ماند. با افزایش زمان تماس بین جاذب و محلول، میزان جذب یون¬ها افزایش می¬یابد که طبق نتایج می¬توان زمان 45 دقیقه را برای جذب مس و یک ساعت را برای جذب اورانیوم به عنوان زمان تقریبی تعادل در نظر گرفت. برای مدلسازی سینتیک آزمایش¬ها از مدل¬های نفوذ درون ذره¬ای، شبه درجه اول و شبه درجه دوم استفاده شد که مانند اغلب فرایندهای جذب زیستی مدل شبه درجه دوم با دقت بالایی داده¬ها را برازش کرد. ایزوترم¬های تعادلی بدست آمده از آزمایشها با مدل¬های خطی لانگمیر و فرندلیچ و مدل غیرخطی تمکین مدلسازی شدند که مدل تمکین تطابق بهتری با داده¬ها نشان داد. پارامترهای ترمودینامیکی (G°? ،H°? و S°?) نیز محاسبه گردید که نشان داد در محدوده¬ی دمایی 25 تا ?C 45 جذب مس گرماده و جذب اورانیوم گرماگیر است. برای بررسی مکانیسم غالب در جذب زیستی مس و اورانیوم نیز دو آزمایش انجام شد که نشان داد تبادل یونی بیشترین سهم را داشته است. در حالت پیوسته، نتایج حاکی از وجود شدت جریان بهینه (ml/min 6/4 برای جذب مس از محلول تک جزیی و ml/min 3/2 برای جذب اورانیوم از محلول سه جزیی) بود که در آن بیشترین میزان جذب توسط جاذب صورت گرفت. افزایش ارتفاع بستر تغییر چندانی بر روی میزان جذب توسط جاذب نداشت اما باعث افزایش درصد جذب یون فلزی از محلول می¬شد. در محدوده¬ای از زمان انجام آزمایش پیوسته¬ی جذب از محلول سه جزیی، غلظت خروجی نیکل از غلظت ورودی آن بیشتر می¬شود. این امر نشان دهنده¬ی رقابت بین یون¬های اورانیوم و مس با نیکل برای پیوند با جاذب می¬باشد که در نتیجه یون¬های اورانیوم و مس جایگزین نیکلِ جذب شده می¬شوند. برای مدلسازی منحنی¬های شکست بدست آمده از مدل¬های توماس، یان، یون-نلسون، mdr و BDST استفاده شد که همگی تطابق خیلی خوبی با داده¬های آزمایشگاهی نشان دادند.
- Abstract
- This study investigates the biosorption of copper ions from one component solution and uranium from three component solution (in presence of copper and nickel) by the brown algae Cystoseira Indica. Experiments were done in batch and continuous modes (in fixed bed column with 1.5 cm internal diameter and 10 cm height). In batch mode parameters such as pH, contact time, initial metal concentration and temperature were studied. Continuous experiments were performed to study the influence of flow rate and bed height on biosorption. Batch equilibrium experiments at different pH values (2.0-6.0) showed that in low pH uptake capacity increased rapidly with increasing pH but in range of 4 to 6 is almost constant. Also metal ions uptake increased with increasing contact time between adsorbent and solution. Equilibrium was reached nearly after 45 min for copper and 1 hour for uranium biosorption. Kinetic study was carried out with intra particle diffusion, pseudo-first-order and pseudo-second-order reaction equations and it was found that uptake process followed the pseudo-second-order rate expression. The experimental data obtained have been analyzed using linear form of Langmuir and Freundlich isotherm models and Temkin model in nonlinear form. Equilibrium data fitted very well to the Temkin model. The calculated thermodynamic parameters (?G ?, ?H ? and ?S ?) in range of 298 to 318 K showed that copper biosorption is exothermic and uranium biosorption is endothermic. Two experiments were done to identify mechanisms. The results suggested that the dominant mechanism in copper and uranium biosorption with this biomass is likely ion exchange. In continuous mode results showed that sorption column had an optimum flow rate (4.6 ml/min for copper uptake from one component solution and 2.3 ml/min for uranium uptake from three component solutions). The uptake capacity of the biomass remained almost identical for different bed heights investigated although percentage of ion removal increased. In three component solutions the preferential sorption of uranium and copper over nickel was demonstrated by the displacement of nickel (marked overshoot on the breakthrough curves). Breakthrough curves were fitted very well with different models such as Thomas, Yan, Yoon-Nelson, modified dose-response and BDST equations.
