عنوان پایان‌نامه
بررسی سینتیک و ایزوترم بیو جذب توریم با استفاده از پوست پرتقال
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1341.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59837
- تاریخ دفاع
- ۰۶ آبان ۱۳۹۲
- دانشجو
- احمد موفق پور
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان
- چکیده
- امروزه توریم به عنوان منبعی با آلایندگی کمتر نسبت به اورانیم جهت استفاده در راکتورهای هسته¬ای شناخته می شود. از اینرو فراوری و تولید توریم به شدت مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر وجود توریم در پساب های صنایع مختلف سبب ایجاد آلودگی زیست محیطی می گردد. به همین خاطر ضرورت حذف و بازیافت این رادیونوکلئوئید با روشی مقرون به صرفه احساس می شود. روش های متداول تصفیه پساب های حاوی یون های فلزات سنگین اشکال های متعددی از نظر کارایی و هزینه های تمام شده به خصوص در غلظت های پائین آلاینده دارند از اینرو جذب زیستی به عنوان روشی ارزان و مؤثر در تصفیه پساب های صنعتی توجه متخصصین را به خود جلب کرده است. در این تحقیق جذب زیستی توریم از محلول های آبی توسط پوست پرتقال و سلولز استخراج شده از آن در شرایط ناپیوسته مطالعه شد. ظرفیت جذب توریم توسط پوست پرتقال به شدت تحت تأثیر pH محلول بود به طوری¬که با افزایش pH جذب فلز به شدت افزایش یافت. pHبهینه برای حداکثر جذب توریم 8/3 تعیین شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که زمان لازم برای رسیدن به تعادل برای پوست پرتقال 4 ساعت می باشد. مطالعات سینتیکی جذب توریم توسط پوست پرتقال نشان داد که بعد از 2 ساعت بیش از 80 درصد کل جذب اتفاق می افتد. مدل¬های سینتیکی الویچ و شبه مرتبه دوم به خوبی با نتایج تجربی تطبیق دارد. ایزوترم های جذب مورد مطالعه در این پایان¬نامه شامل مدل¬های دو پارامتری (لانگمویر، فرندلیچ، تمکین و دوبین- رادکوویچ) و سه پارامتری ( ردلیش- پترسون، خان، تاث و سیپس) می باشند. برای یافتن بهترین ایزوترم، سه روش آنالیز خطا، ضریب همبستگی (R2)، جذر متوسط مربع خطاها(RMSE) و آزمون مجذور کی (?2) مورد استفاده قرار گرفت. آنالیز خطاها نشان داد که از میان مدل¬های دو پارامتری به ترتیب مدل تمکین،D-R و فرندلیچ دارای کمترین خطا بودند و از میان مدل¬های سه پارامتری ایزوترم خان و سیپس برازش بهتری با نتایج تجربی داشتند. بررسی تأثیر غلظت اولیه توریم بر میزان جذب نشان داد که با افزایش غلظت توریم، میزان جذب افزایش می یابد و این افزایش در غلظت های پایین ¬تر شدیدتر می باشد و به تدریج با افزایش غلظت میزان جذب به یک مقدار ثابتی می رسد. اثر مقدار جاذب زیستی بر میزان جذب بررسی شد. اثر دما روی فرایند جذب زیستی توریم بررسی شد که نتایج نشان دهنده افزایش جذب با افزایش دما است به طوریکه حداکثر جذب (qm) که یکی از پارامترهای مدل لانگمویر است از 5/113 میلی¬گرم در لیتر در دمای C?25 به 152 میلی¬گرم در لیتر در دمای C?45 افزایش پیدا می کند. زمان رسیدن به تعادل در مورد سلولز حاصل از پوست پرتقال 1 ساعت بود و مطالعات سینتیکی در این مورد نشان داد که بیش از 90 درصد جذب در مدت 20 دقیقه اول اتفاق می افتد.
- Abstract
- Nowadays, Thorium is known as a fewer emissions fuel source than uranium for use in nuclear reactors as fuel. So the processing and production of thorium is highly regarded. On the other hand side the presence of thorium (like other heavy metals) in various industrial wastes may cause environmental pollution. Therefore it is necessary to recycle or remove thorium with an optimized process. There are a lot of conventional methods for refining and processing of heavy metal containing solutions or wastes in order to metal uptake or waste depletion. Biosorption has attracted the attention of specialists as an inexpensive and effective treatment of heavy metal containing solutions. In this research work, the biosorption of thorium from aqueous solutions by orange peel (OP) and orange peel cellulose (OPC) were studied in the batch conditions. Thorium sorption capacity by OP was heavily influenced by pH variations, and metal uptake increased sharply with increasing the pH. Optimum pH for maximum adsorption of thorium was determined 3.8. Experimental results showed that the time required to reach equilibrium is 4 h in the case of using OP as biosorbent. Kinetic studies showed that over 80% of the total thorium absorption occurs within the first 2 hours. Elovich and Pseudo second-order kinetic models are well matched with the experimental results. The two-parameter isotherm models of (Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin–Radushkevich) and three parameters isotherm models (Redlich-Peterson, Khan, Toth and Sips) have been investigated in this research work. In order to find the best isotherm, three error analysis methods, i.e., correlation coefficient (R2), root mean square error (RMSE) and Chi square (?2) were used. Error analysis showed that the Temkin, Dubinin–Radushkevich and Freundlich models had the lowest error consequently, in the case of two-parameter isotherm models. In the case of three-parameter isotherm models, Khan and Sips models had a better fit with the experimental results. The Effect of initial concentration investigations on biosorption showed that the thorium uptake increases with increasing the initial concentrations of thorium in the solution. This increase is more pronounced at low concentrations especially and with increasing the initial thorium concentration, total thorium uptake reaches to a constant value gradually. The Effect of sorbent amount, i.e., OP, on the biosorption process was investigated. Also the effect of temperature on the biosorption process was examined and the experimental results showed an increase in the thorium uptake with increasing the temperature. Maximum uptake, qm, (one of the parameters of Langmuir Model) raised from 113.5 mg.L-1 in the case of 25 °C to 152.5 mg.L-1 in the case of 45 °C. In the case of using OPC as biosorbent the needed time to reach to the equilibrium was about 1 hour. The kinetic studies in the case of OPC showed that over 90% of biosorption occurs in the first 20 minutes.
