عنوان پایان‌نامه
بررسی تعادل سینتیک و ترمودینامیک جذب فلزات سنگین توسط مخمرSaccharomyces cerevesie تثبیت شده روی آلژینات کلسیم
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61062
- تاریخ دفاع
- ۱۴ دی ۱۳۹۲
- دانشجو
- عادل مرادی
- استاد راهنما
- سهرابعلی قربانیان
- چکیده
- امروزه آلودگی فلزات سنگین و سمی در پساب‌های صنعتی یکی از مهمترین مسائل زیست محیطی به شمار می‌رود. جذب زیستی، یکی از روش‌های متداولی است که برای حذف اینگونه ازآلودگی‌ها از پساب‌های صنعتی استفاده می‌شود. در پژوهش حاضر جذب زیستی یون های کادمیم و نیکل از محلول تک جزئی توسط مخمر نان تثبیت شده روی آلژینات کلسیم مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌ها به صورت ناپیوسته انجام شده است. در قسمت ناپیوسته اثر پارامترهای تجربی pH، زمان تماس، غلظت اولیه‌ی فلز، مقدار جاذب و دما مورد آزمایش قرار گرفته است. در بررسی اثر pH در محدوده بین3 تا 7، مشخص گردید که مخمر نان تثبیت شده روی آلژینات کلسیم، در pH بهینه6 بیشترین میزان جذب را دارد که مقدار آن mg/g51 برای کادمیم و mg/g28/23 برای نیکل بود (غلظت اولیه فلزات mg/l100 و مقدار جاذب خشکgr 05/0). با افزایش زمان تماس بین جاذب و محلول، میزان جذب یون‌ها افزایش می‌یابد. جذب پس از گذشت 4 ساعت به تعادل رسید. برای مدلسازی سینتیک آزمایش‌ها از مدل‌های نفوذ درون ذره‌ای، شبه درجه اول و شبه درجه دوم استفاده شد که مانند اغلب فرآیندهای جذب زیستی مدل شبه درجه دوم با دقت بالایی داده‌ها را برازش کرد. که برای کادمیم R2(0/987) و برای نیکل R2(0/985) مشاهده شد. همچنین مطالعات سینتیکی نشان دادند که 74% کل جذب در یک ساعت اول اتفاق افتاد. برای تشریح تعادل جذب از ایزوترم‌های دو پارامتری لانگمویر، فرویندلیش، دوبینین ـ رادشکویچ، تمکین به صورت خطی و مدل سه پارامتری ردلیش ـ پترسون به صورت غیرخطی برای مدلسازی اسفاده شد، که نتایج نشان داد ایزوترم ردلیش ـ پترسون برای فلز کادمیم تطابق خوبی از خود نشان می‌دهد و در میان ایزوترم‌های دو پارامتری، ایزوترم فرویندلیش و دوبینین ـ رادشکویچ برای فلز کادمیم و ایزوترم فرویندلیش برای فلز نیکل تطابق بهتری نشان می‌دهند. پارامترهای ترمودینامیک (?G°،?H° و?S° ) نیز محاسبه گردید که نشان داد در محدوده‌ی دمایی°K 298 تا °K318 جذب کادمیم و نیکل خود‌به‌خودی، گرماگیر و با افزایش بی‌نظمی و تصادفی بودن در طول مدت تقابل فازهای مایع و جامد همراه است. انرژی آزاد جذب (E) برای بیوجذب یون‌های کادمیم (??) و نیکل (??) توسط مخمر نان تثبیت شده روی آلژینات‌کلسیم بدست آمد که با توجه به اینکه مقادیر بین8-16 قرار داشت، مشخص شد که مکانیسم واکنش‌‌های بیوجذب تبادل یونی شیمیایی است. کلمات‌کلیدی: جذب زیستی، مخمر نان، آلژینات‌کلسیم، کادمیم (??)، نیکل (??)، ایزوترم جذب، مدل سینتیکی
- Abstract
- Toxic heavy metal contamination of industrial wastewater is an important environm- ental problem. Biosorption is one of the methods commonly used to remove heavy metal ions from industrialEffluents. This study investigates the biosorption of cadmium and nickel ions from one component solution by Baker’s yeast (Saccharomyces cerevesie) immobilized on calcium alginate. Experiments were done in batch modes. In batch mode parameters such as pH, contact time, initial metal concentration, biomass dosage and temperature were studied. Batch equilibrium experiments at different pH values (3-7) it was found that Sacchar-omyces cerevesie immobilized on calcium alginate had the maximum Removal capacity of 51 mg/g (100 mg/L Cd2+, 0.05 gr biomass) for cadmium and 22.23 mg/g (100 mg/L Ni2+, 0.05 gr biomass) at an optimum pH of 6. Also metal ions uptake increased with increasing contact time between adsorbent and solution. Sorption equilibrium was reached within 4 h. Kinetic study was carried out with intra particle diffusion, pseudo-first-order and pseudo-second-order reaction equations and it was found that uptake process followed the pseudo-second-order rate expression.R2(0.987) for cadmium and R2(0.985) for nickel. Kinetic studies showed that the sorption of 74% of Ni2+ and Cd2+ ions was completed within the first 1 h of contact. To describe the biosorption isotherms, the Two-parameter models (Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich) and three-parameter models (Redlich-Peterson). Were Results showed that the three-parameter model, Redlich-Peterson, described the experimental data quite well for cadmium and Among the two-parameter models, the Freundlich and Dubinin-Radushkevich fitted the experimental data better than the others for cadmium and Freundlich fitted the experimental data better than the others for nickel. The calculated thermodynamic parameters (?G°, ?H° and ?S°) in range of 298°K to 318°K showed that cadmium and nickel biosorption is spontaneous, endothermic and increase in the randomness at the solid-solution interface. The mean biosorption energy (E) was calculated for the biosorption of Cd(II) and Ni(II) ions, results suggest that the biosorption processes of both metal ions onto S. cerev- isiae immobilized on calcium alginate biomass could be taken place by chemical ion-exchange mechanism because the sorption energies lie within 8–16 kJ/mol. Key words: Biosorption, Saccharomyces cerevesie, Calcium alginate, Cadmium(??), Nickel(??),Sorption isotherm, Kinetic model
