عنوان پایان‌نامه
بررسی و ساخت جاذب نانو هیبرید Fe۳O۴/PVA به منظور حذف فلزات سنگین از محلول های آبی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1357.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60353
- تاریخ دفاع
- ۲۰ آذر ۱۳۹۲
- دانشجو
- غلام حسین میرزابه
- استاد راهنما
- حسین ابوالقاسمی
- چکیده
- در این تحقیق، نانو ذرات Fe3O4 ابتدا به روش همرسوبی سنتز و سپس با گروههای عاملی APTES و SiO2 اصلاح شد. جاذبهای نانو هیبریدFe3O4/PVA ،Fe3O4@APTES/PVA ، Fe3O4@SiO2/PVA و Fe3O4@SiO2@APTES/PVA به دو روش casting و الکتروریسی تهیه شد. آزمایشات جذب به صورت ناپیوسته و برای فلزات توریم و اورانیوم انجام شد. جاذبهای نانو فیبر و نانو هیبرید Fe3O4@SiO2@APTES/PVA با توجه به جذب بالاتر نسبت به سایر جاذبها، به ترتیب برای بررسی پارامترهای جذب اورانیوم و توریم انتخاب شدند. تاثیر مقادیر درصد نانوذره (Fe3O4@SiO2@APTES)، pH، زمان تماس، غلظت جاذب، غلظت اولیه محلول فلزی و دما در سیستم ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفت. برای فلز اورانیوم، اثر حضور سایر یونها نیز مورد بررسی قرار گرفت. برای فلز توریم تاثیر pH، غلظت جاذب و غلظت اولیه محلول فلزی با روش طراحی آزمایش و با نرم افزار design expert بررسی شد. شرایط بهینه جذب هر دو فلز اورانیوم و توریم در20% وزنی نانوذره ، pH برابر 5، زمان 5 ساعت، غلظت جاذب 1 گرم بر لیتر، دمای 45 درجه سانتی¬گراد به دست آمد. داده‌های سینتیکی با مدل¬های سینتیکی شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم، دواکسپونانسیلی، نفوذ درون ذره‌ای وElovich برازش شد که از بین مدل¬های به کار گرفته شده مدل دواکسپونانسیلی از مدلهای دیگر بهتر بوده است. پنج مدل ایزوترم فرندلیچ، لانگمویر، دابینین-رادشکویچ، تمکین و هنری برای توصیف داده های آزمایشگاهی بررسی شد که مدل لانگمویر تطابق بهتری نسبت به چهار مدل دیگر داشت. ماکزیمم ظرفیت جذب اورانیوم و توریم توسط جاذبهای نانو فیبر و نانوهیبرید Fe3O4@SiO2@APTES/PVA به ترتیب برابر 96/68 و mg/g 36/112 به دست آمد. مقادیر محاسبه شده پارامترهای ترمودینامیکی نشان داد که جذب فلز اورانیوم و توریم خود¬به¬خودی و گرماگیر است. همچنین ظرفیت جذب بعد از پنج سیکل جذب-دفع تغییر قابل توجهی نداشته است. میزان جذب اورانیوم توسط این جاذب در سیستم های دو جزئی نیز مورد بررسی قرار گرفت.
- Abstract
- Fe3O4 nanoparticles were synthesized and modified with 3-aminoproyltriethoxysilane (APTES) and SiO2. Novel nanofiber adsorbents from polyvinyl alcohol (PVA)@modified Fe3O4 nanoparticles were synthesized by electrospinning and casting method. Uranium and thorium ions were adsorbed by these adsorbents in a batch system The Fe3O4@SiO2@APTES/PVA nanofiber and nanohybrid adsorbents were selected for uranium and thorium adsorption, respectively. The effect of several variables such as nanoparticles content, adsorbent dose, pH, contact time, initial concentration of metal ions and temperature were studied in batch experiments. For thorium sorption the effect of adsorbent dose, pH and initial thorium concentration were optimized by design expert software. The kinetic data were described with pseudo-first-order, pseudo-second-order, double-exponential, intra-particle diffusion and Elovich models and the best correlation was observed by double-exponential kinetic model for both metl ions. Five isotherm models, namely Henry, Langmuir, Freundlich, Dubinin–Radushkevich and Temkin were used for analysis of equilibrium data. The results showed that the equilibrium data agreed very well with the Langmuir model, whit maximum uranium and thorium sorption capacity of 68.96 and 112.36 mg/g at 45 °C with pH of 5, respectively. Calculation of ??G?^°, ??H?^° and ??S?^° indicated that the nature of uranium and thorium ions sorption were endothermic, spontaneous, physical adsorption and were favored at higher temperature. The inhibitory effect of competitive Th4+, Cu2+, Ni2+, Pb2+ and Cd2+ ions on the uranium adsorption was examined in the binary systems. Also, the inhibitory effect was increased with increase of concentration of interfering metal ions. The sorption capacity did not change notably after five cycles of sorption–desorption
