عنوان پایان‌نامه
بررسی حذف فلزات سنگین از محلول های آبی با استفاده از غشا نانو فیبر کامپوزیتی پلی اکریلو نیتریل
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1194.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 55205
- تاریخ دفاع
- ۰۵ مهر ۱۳۹۱
- دانشجو
- ابوالفضل دست باز
- استاد راهنما
- حسین ابوالقاسمی
- چکیده
- در پژوهش حاضر، غشاء نانوفیبر کامپوزیتی PAN/SiO2/APTES (3-آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان/نانو سیلیکات/پلی اکریلونیتریل) با استفاده از روش های اصلاح سطحی و الکتروریسی ساخته شده است. عملکرد جاذب غشائی PAN/SiO2/APTES برای جذب فلزات نیکل، کادمیم، اورانیم و توریم بصورت فرآیند ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین جذب رقابتی این فلزات بصورت محلول های دوتایی Cd-Ni، U-Th و Th-Cd مورد بررسی قرار گرفت و افزایش ظرفیت جذب جاذب در جذب رقابتی نسبت به جذب تک جزئی مشاهده شده است. ماکزیمم میزان جذب فلزات نیکل، کادمیم، اورانیم و توریم توسط غشاء نانوفیبر کامپوزیتی PAN/SiO2/APTES به ترتیب در 20 درصد وزنی از SiO2 و 50 درصد وزنی از APTES به دست آمده است. براساس بررسی های انجام گرفته، حداکثر میزان جذب انجام گرفته برای فلزات نیکل، کادمیم، اورانیم و توریم به ترتیب در pH های برابر با 6، 6، 5 و محدوده 5-4، غلظت جاذب 1 گرم بر لیتر، دما 25 درجه سانتی گراد و مدت 5 ساعت بدست آمده است. داده های سینتیکی با مدل های سینتیکی شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و دو اکسپونانسیلی برازش شده اند که در میان آنها، مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم بهتر از مدل سینتیکی شبه مرتبه اول و دو اکسپونانسیلی داده های تجربی و تعادلی را توصیف می نماید. چهار مدل ایزوترم فرندلیچ، لانگمویر، دابین-رادکوویچ و تمکین برای توصیف داده های تعادلی بررسی شده اند که مدل ایزوترم فرندلیچ داده های تجربی جذب نیکل و مدل ایزوترم لانگمویر داده های تجربی جذب کادمیم، اورانیم و توریم را بهتر توصیف می کنند. بیشترین میزان جذب فلزات بررسی شده توسط جاذب غشائی PAN/SiO2/APTES با استفاده از مدل ایزوترم لانگمویر به صورت زیر بدست آمده است. Qmax,Th (249.4 )>Qmax,U (193.1 )>Qmax,Cd (138.7 )>Qmax,Ni (69.5 ) برازش داده های تعادلی با مدل دابین-رادکوویچ و مقادیر انرژی آزاد جذب بدست آمده از آن، نشان می دهند که مکانیزم جذب فلزات نیکل، کادمیم و اورانیم از نوع جذب فیزیکی و مکانیزم جذب فلز توریم از نوع تبادل یونی می باشد. مقادیر محاسبه شده پارامترهای ترمودینامیکی نشان داده اند که جذب فلزات اورانیم و توریم توسط جاذب غشائی PAN/SiO2/APTES، خودبخودی، گرماگیر و با افزایش آنتروپی در سطح جاذب و محلول همراه است. جذب فلز کادمیم در دمای 25 درجه سانتی گراد و نیکل در همه دما ها گرماگیر و غیر خودبخودی می باشد. با بررسی توان احیاء شدن غشاء در 7 سیکل متداول، میزان جذب فلزات توسط این جاذب کمتر از 10 درصد کاهش یافته است و این موضوع نشان دهنده پتانسیل بالای این غشاء نانوفیبر کامپوزیتی در جذب و دفع فلزات سنگین و اکتیو می باشد.
- Abstract
- In the present study, Polyacrylonitrile/SiO2/3-Amino-Propyltriethoxysilane (PAN/SiO2/APTES) as a novel membrane was prepared by surface modification/electrospinning method. The adsorption capacity of PAN/SiO2/APTES membrane for Nickel, Cadmium, Uranium and Thorium sorption was investigated in a batch mode. Also, the competitive adsorption of binary metal solution of U-Th and Cd-Ni was investigated and results shows that adsorption capacity of the adsorbent in the Competitive adsorption is greater than adsorption capacity of the adsorbent in single metal adsorption. The effect of parameters such as SiO2 and APTES content, pH, contact time, adsorbent dosage, initial concentration of metal ions and temperature on metal sorption was evaluated. The kinetic data was fitted with Pseudo-first order, Pseudo-second order and Double-exponential models. Based on results, Pseudo-second order describes the experimental data well. Four isotherm models namely Freundlich, Langmuir, Dubbin-Radushkevich and Temkin were used for analysis of equilibrium data. Maximum adsorption capacity of the PAN/SiO2/APTES membrane for the metals is in order of: Qmax,Th (249.4 )>Qmax,U (193.1 )>Qmax,Cd (138.7 )>Qmax,Ni (69.5 ) Calculation of thermodynamic parameters showed that the nature of Cadmium, Uranium and Thorium sorption onto the membrane is endothermic and spontaneous and the mechanism of nickel adsorption by the membrane is endothermic and non-spontaneous. This membrane is regenerated by 0.5 M HNO3/0.1 M HCl in equal ratio solution and the adsorption capacity did not remarkably after seven sorption-desorption cycles.
