عنوان پایان‌نامه
مدلسازی نمودارهای شکست توریم در ستون های بستر ثابت توسط جلبکهای قهوه ای
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1332.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59702
- تاریخ دفاع
- ۰۵ آبان ۱۳۹۲
- دانشجو
- مسعود ریاضی
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان
- چکیده
- در این پژوهش جذب زیستی توریم بر روی جلبک¬ قهوه¬ای سیستوسریا ایندیکا با پیش¬تصفیه محلول کلسیم¬کلرید مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه گرفته شد که شرایط بهینه برای جذب زیستی حداکثری توریم روی جلبک سیستوسریا در 5/3pH= قابل دست¬یابی است. علاوه بر این جذب زیستی تعادلی توریم در pHهای 5/2، 5/3 و 5/4 مورد بررسی قرار گرفت. داده¬های تعادلی توسط مدل¬های گوناگون از جمله لانگمویر، فرندلیچ، سیپس، توث، ردلیش- پیترسون، دوبین- رادوشکویچ، خان، هیل، فرامکین، رادک-پرازنیتز و فریتز- اشلاندر مدلسازی شد. نتیجه گرفته شد که جذب توریم روی جلبک¬های قهوه¬ای سیستوسریا، جذب زیستی مطلوب و تک¬لایه است که به روی جایگاه¬های فعال طبق فرضیات لانگمویر صورت می¬گیرد. طبق ایزوترم لانگمویر مقادیر حداکثر ظرفیت جذب به ترتیب در pHهای 5/2،5/3 و 5/4 برابر 3/151، 7/195 و 6/120 میلی¬گرم بر گرم جاذب به دست آمد. به منظور تعیین تأثیر متغیرهای فرایندی همانند اثر ارتفاع، غلظت ورودی توریم و دبی جذب زیستی، جذب پیوسته در ستون بستر ثابت انجام شد. افزایش ارتفاع و غلظت ورودی توریم باعث افزایش ظرفیت جذب زیستی شد. افزایش دبی باعث کاهش عملکرد جذب زیستی روی جلبک سیستوسریا شد. تطابق نتایج آزمایشگاهی به دست آمده (درآزمایش¬های بررسی اثر ارتفاع، غلظت و شدت جریان محلول ورودی روی جذب زیستی) با نتایج پیش‌بینی شده به کمک مدل توماس، مدل یان، مدل بلتر، مدل کلارک، مدل یون- نلسون، مدل mdr و مدل¬های انتقال جرمی با حل تحلیلی و عددی بررسی شد. این مدل‌ها انطباق خیلی خوبی با داده‌های آزمایشگاهی داشتند. در این میان مدل انتقال جرمی(1) ضریب نفوذ مؤثر جذب توریم روی جلبک سیستوسریا را تخمین زد. هم‌چنین از مدل BDST جهت بدست آوردن ارتباط بین زمان سرویس با ارتفاع بستر استفاده شد. این مدل نیز تطابق قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی داشت. آنالیز حساسیت مدل(1) نشان داد که ضریب انتقال جرم روی شیب نمودارهای شکست تأثیر دارد ولی ضریب پراکندگی محوری تأثیر کمی روی شکل نمودارهای شکست دارد. آزمایش¬های FTIR و نمایش غلظت کلسیم خروجی از ستون نشان داد که مکانیسم اصلی در جذب زیستی توریم روی این جلبک تبادل یون است.
- Abstract
- In this study biosorption of Thorium(IV) onto Ca-pretreated Cysoseria indica brown alga was investigated. It was resulted that the optimum condition for maximum biosorption was achieved at pH 3.5 for biosorption of Th(IV) onto the C. indica alga. In addition the equilibrium biosorption of Th(IV) was studied at pH 2.5, 3.5 and 4.5. Several models including Langmuir, Freundlich, Sips, Toth, Redlich-Peterson, Dubinin-Radushkevich, Khan, Hill, Frumkin, Radke-Prasnitz and Fritz–Schlunder were implemented to fit the equilibrium data. It was resulted that the biosorption of Th(IV) onto the C. indica alga was monolayer favorable biosorption that was performed in binding sites according to the Langmuir assumption. According to Langmuir isotherm the maximum biosorption capacity was obtained 151.3, 195.7 and 120.6 mg/g at pH values of 2.5, 3.5 and 4.5, respectivelty. The continuous biosorption was carried out to determine the effect of process parameters like bed height, concentration of Th(IV) ion and flow rate on Th(IV) biosorption by C. indica alga in a fixed bed column. Increase of bed height and Th(IV) concentration in inlet solution results in increase of biosorption capacity. The increase in flow rate decreased the biosorption performance of C. indica alga. The fitness of experimental data (in experiments of bed height, inlet concentration and flow rate of inlet solution effects on biosorption capacity) and predicted data by Thomas model, Yan model, Yoon-Nelson model, mdr model, Clark model, Belter model and mass transfer models with analytical and numerical solution was studied. These models were found in a suitable fitness with the experimental data. Among these models the mass transfer model (1) was estimated effective diffusion coefficient for Th(IV) biosorption onto the C. indica alga. Also BDST model was used to obtain relationship between service time and bed height. This model was found in a suitable fitness with the experimental data. A sensitivity analysis of model (1) showed that mass transfer coefficient affected the slope of the breakthrough curves while axial dispersion coefficient has negligible effect on the shape of breakthrough curves. The results of FTIR and monitoring of Ca2+ ions in effluent solution suggest that the main mechanism in Th(IV) biosorption with this alga is ion exchange.
