عنوان پایان‌نامه
بررسی میزان راندمان جذب آنتی بیوتیک ها توسط جاذب های طبیعی در حضور نانو ذرات
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1381.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60915
- تاریخ دفاع
- ۰۱ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- قدیر نظری
- استاد راهنما
- محمد اسماعیلی, حسین ابوالقاسمی
- چکیده
- این پژوهش در دو بخش آزمایشگاهی و مدلسازی انجام گرفته است، که در آن جداسازی سفالکسین از محلول آبی آن، به روش جذب سطحی (به دو صورت ناپیوسته و پیوسته) با استفاده ازکربن فعال به عنوان جاذب سطحی بررسی شده است. در ابتدا، برای تهیه جاذب سطحی از پوست گردو استفاده شد، که با اصلاح فیزیکی و شیمیایی بر روی آن کربن فعال تولید شد. در فاز آزمایشگاهی و در فرآیند ناپیوسته به بررسی پارامترهای مختلف موثر در جذب سطحی مانند میزان جاذب مورد استفاده، pH محلول، زمان تماس و دمای فرآیند جذب پرداخته شده است. میزان بهینه جاذب سطحی استفاده شده برابر g/l 0.6 ، pH بهینه محلول برابر 6.5 و مدت زمان تماس بهینه نیز در حدود min 1200 بدست¬آمد. مطالعه ترمودینامیکی فرآیند، نشان دهنده گرماگیر و خودبخودی بودن فرایند جذب سطحی سفالکسین روی کربن فعال می¬باشد. همچنین مطالعه سینتیکی این فرآیند، نشانگر کارایی مدل سینتیکی شبه درجه دوم در تحلیل سینتیک جذب سطحی سفالکسین می باشد. مطالعه حالت تعادل فرآیند نیز، نشان دهنده کارایی مدل های ایزوترم دو و سه پارامتری فرویندلیچ و تات در تحلیل ایزوترم تعادلی جذب سطحی مورد بررسی در فرآیند ناپیوسته می¬باشد. در نهایت به مطالعه تاثیر حضور سه نوع نانو ذره اکسید فلزی Fe_2 O_3 و SiO_2 و ?TiO?_2 هیدروفیلیک در سیستم جذب سطحی پرداخته و مشاهده شد که درصد افزایش حذف سفالکسین با استفاده از نانوذرات Fe2O3، TiO2و SiO2 به ترتیب برابر 2.1 ، 6.2 و 7.5% به¬دست آمد. در فاز آزمایشگاهی و در فرآیند پیوسته، تاثیر پارامترهای مهم عملیاتی در فرآیند پیوسته نظیر غلظت اولیه محلول خوراک، دبی حجمی بستر و ارتفاع بستر بر روی منحنی شکست بررسی شده است. در فاز مدلسازی این مطالعه، ابتدا به مدلسازی فرآیند ناپیوسته به کمک نرم افزار MATLAB پرداخته شده و چگونگی تغییر غلظت ماده جذب شونده درون حفره های جاذب سطحی بر حسب شعاع ذره و در زمان¬های مختلف و همچنین، چگونگی تغییر غلظت جذب شونده در فاز جامد بر حسب شعاع ذره و در زمان¬های مختلف بررسی شده است. نتایج بدست-آمده نشان¬دهنده تطبیق مناسب داده¬های سینتیکی آزمایشگاهی با مدل و همچنین، همگرایی مدل به پاسخ حالت پایای سیستم بود. به منظور مدل¬سازی منحنی¬های شکست از مدل¬های مشهور ارائه شده مانند مدل آدامز- بوهارت ، مدل توماس، مدل یون- نلسون و مدل BDST استفاده شده و نتایج مدل ارائه شده است. همچنین با استفاده از نرم افزار Eviews، به بررسی چهار مدل پیشنهادی برای مدلسازی منحنی شکست پرداخته شده است. نتایج، نشان دهنده همپوشانی بهتر یکی از مدل ها نسبت به مدل های دیگر ارائه شده با داده های آزمایشگاهی می باشد. در انتها، محاسبه ضریب انتقال جرم حجمی و بررسی تاثیر غلظت اولیه خوراک، دبی حجمی خوراک و ارتفاع بستر بر ضریب انتقال جرم با استفاده از تئوری پخش موج انجام گرفته است. نتایج، نشانگر افزایش ضریب کلی حجمی انتقال جرم با افزایش غلظت خوراک ورودی به ستون، افزایش دبی حجمی خوراک ورودی به ستون و همچنین، افزایش ارتفاع بستر پرشده می باشد.
- Abstract
- This research has been conducted in two experimental and modeling part in which removal of cephalexin (CFX) from aqueous solution by adsorption method (batch and continuous) was studied. Activated Carbon (AC) made from walnut shell was used as adsorbent. In the first step, the adsorbent was prepared by chemical activation method in the presence of ZnCl2. In batch experiments, several adsorption parameters including the adsorbent dosage, the initial CFX concentration, contact time, temperature, and pH were studied. The adsorption isotherms were analyzed by different isotherm models. It was found that the Freundlich and Toth models provided best results to fit the experimental data among two and three parameters models, respectively. The maximum adsorption capacity was 233.1 mg/g based on the Langmuir model. The kinetic data was represented by pseudo-first order and pseudo-second order models. The kinetic data were well represented by pseudo-second order model. To determine the mechanism of adsorption process, intra-particle diffusion model was used and thereafter the results were expressed. Thermodynamic analysis showed an endothermic CFX adsorption on walnut shell AC under experimental conditions. Finally, the effects of Fe2O3, TiO2 and SiO2 hydrophilic nanoparticles in adsorption process have been studied and results for the all nanoparticles showed that, increasing of removal efficiency for Fe2O3, TiO2 and SiO2 were obtained 2.1, 6.2 and 7.5%, respectively. In experimental continuous process, important operating parameters in that process, like adsorbate initial concentration, volume flow rate and height of bed as well as effects of them on breakthrough curve have been studied. Also, modeling of batch adsorption of CFX by walnut shell AC, with MATLAB was performed. Results indicate good agreement between experimental kinetic data and the model. Moreover, the equilibrium model result compeletely agrees with steady state calculation. In order to investigation of breakthrough curves, Adams-Bohart, Thomas, Yoon-Nelson and BDST models, were used. In this regard, four proposed models for modeling of failure breakthrough curves using Eviwes software have been investigated. Results shows that one model have a better overlap with the experimental data. Finally, by wave propagation theory, overall mass transfer coefficient and effect of volume flow rate, height of bed and concentration of adsorbate, were obtained. Results showed overall mass transfer coefficient increases with rise in volume flow rate, height of bed and concentration of adsorbate.
