شماره راهنما :
1014 دكتري
پديد آورنده :
محمدي فرد، حسين
عنوان :
حذف آلودگي فلزات سنگين از محيط آبي با استفاده از نانوذرات كلسيم كربنات توليد شده در محيط افرونهاي كلوئيدي گازي
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي
صفحه شمار :
دوازده، 92ص.: مصور، جدول، نمودار
يادداشت :
ص. ع. به فارسي و انگليسي
استاد راهنما :
محمد چالكش اميري
توصيفگر ها :
ساختارهاي كلسيم كربنات , افرونهاي كلوئيدي گازي , حذف فلزات سنگين , طراحي آزمايشها , روش باكس-بنكن
استاد داور :
محمد قريشي، محسن نصراصفهاني، مهران غياثي، فواد آقاميري
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/02/06
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
كد ايرانداك :
ID1014 دكتري
چكيده فارسي :
1 چكيده وجود فلزات سنگين در آب و پساب به عنوان يك عامل آلوده كننده خطرناك به شمار ميرود و ميبايست آنها را تا مقادير كمتر از يك ميليگرم بر ليتر حذف نمود امروزه فرايندهاي جذب به عنوان يكي از موفقترين روشها در تصفيه آلودگيهاي فلزات سنگين به حساب ميآيند و يافتن جاذبهاي با ظرفيت باال ارزان قيمت و دوستدار محيط زيست بسيار مطلوب ميباشد به منظور نيل به اين نيازها در اين پژوهش نانوذرات كلسيم كربنات به عنوان يك عامل دفع آلودگي از محيط آبي پيشنهاد شد بدين منظور يك روش جديد بر پايه توليد كلسيم كربنات در محيط افرونهاي كلوئيدي گازي توسعه داده شد با توجه به مورفولوژيها و پليمورفهاي متفاوت كلسيم كربنات اثر غلظت پيشمادهها و غلظت ماده فعال سطحي بر روي مورفولوژي و ساختار كريستالي ذرات حاصل مورد مطالعه قرار گرفت تعيين خواص ذرات حاصل با استفاده از آناليزهاي XRD SEM و FTIR انجام پذيرفت نتايج آزمايشات نشان داد كه در غلظت 4 1 ميليموالر از ماده فعال سطحي سديم دودسيل سولفات ذرات كروي وتريت توليد ميشوند و افزايش غلظت پيشمادهها بدون ايجاد تغيير در مورفولوژي و ساختار كريستالي تنها باعث افزايش اندازه ذرات كروي از 701 تا 0051 نانومتر ميشود با اين وجود در غلظت 2 8 ميليموالر از سديم دودسيل سولفات مورفولوژي و ساختار كريستالي ذرات تغيير كرده و صفحاتي از كلسيم كربنات با فاز كريستالي كلسيت و وتريت و اندازه بيش از 01 ميكرومتر تشكيل شد تاكنون توليد چنين مورفولوژيهايي در ديگر منابع گزارش نشده است نتايج آناليز XRD نشان داد كه در غلظت 2 8 ميليموالر از سديم دودسيل سولفات فراواني كريستالهاي كلسيت نسبت به وتريت با افزايش غلظت پيشمادهها افزايش مييابد در بخش دوم اين پژوهش از نانوذرات كلسيم كربنات توليدي 701 نانومتر براي حذف يونهاي مس سرب و آهن از محلولهاي آبي استفاده شد در اين قسمت با توجه به اثر تداخلي pH در ايجاد گونههاي نامحلول هيدروكسيدي ابتدا اثر pH بر روي ظرفيت حذف يونهاي فلزي بررسي شد و مقادير بهينه اين عامل در ادامه آزمايشها مورد استفاده قرار گرفت بررسي pH بر روي ميزان حذف نشان داد كه افزايش pH از 5 2 تا 6 باعث افزايش بيش از 05 درصدي در ميزان حذف ميشود در اين مرحله 5 5 pH به منظور اطمينان از عدم رسوب يونهاي فلزي در حين فرايند به عنوان pH بهينه انتخاب شد بررسي اثر غلظت يونهاي فلزي در دماهاي 52 54 و 56 درجه سانتيگراد نشان داد كه نانوذرات كلسيم كربنات توانايي بسيار بااليي در حذف يونهاي فلزي دارند به طوريكه بيشينه ميزان جذب بدست آمده براي يونهاي مس سرب و آهن به ترتيب 6 686 03 0121 و 7 548 ميليگرم بر گرم محاسبه شد بررسي مكانيسم فرايند نشان داد كه با توجه به مقادير باالي ظرفيت حذف فرايند حذف فلزات سنگين توسط نانوذرات كلسيم كربنات يك فرايند جذب معمولي نبوده و جايگزيني كربناتهاي فلزات سنگين به جاي كلسيم كربنات ميتواند عامل اصلي مشاهده چنين مقادير بزرگي در ظرفيت حذف باشد بررسي اثر زمان سينتيك فرايند نيز نشان داد كه بيشينه ميزان حذف يونهاي فلزي حداكثر در دو ساعت اول از شروع فرايند حاصل ميشود در اين قسمت مدل سينتيكي درجه دوم پيشبيني دقيقتري را از رفتار سينتيكي سيستم ارائه داد اثر پارامترهاي دما 52 56 درجه سانتيگراد غلظت جاذب 5 0 تا 5 1 گرم بر ليتر و غلظت يونهاي فلزي 01 تا 002 ميلي گرم بر ليتر بر روي ظرفيت حذف با استفاده از طراحي آزمايشها به روش باكس بنكن انجام گرفت نتايج اين قسمت نشان داد كه دما اثر قابل توجهي بر روي ظرفيت حذف نداشته 50 0 p value ولي كاهش غلظت جاذب و افزايش غلظت يونهاي فلزي باعث افزايش در ظرفيت حذف ميشوند در بخش نهايي اين تحقيق از ذرات كلسيم كربنات تهيه شده از كارخانه DMT اصفهان به منظور حذف يون هاي سرب از آب استفاده شد نتايج اين بخش نشان داد كه ميزان حذف توسط اين ذرات 432 ميلي گرم بر گرم نسبت به نانوذرات توليدي كمتر بوده ولي با اين وجود با توجه به رايگان بودن اين ماده استفاده از آن ميتواند مقرون به صرفه باشد كلمات كليدي ساختارهاي كلسيم كربنات افرونهاي كلوئيدي گازي حذف فلزات سنگين طراحي آزمايشها روش باكس بنكن
چكيده انگليسي :
93 Heavy metals removal from wastewaters using calcium carbonate nanoparticles synthesized in colloidal gas aphron system Hossein Mohammadifard Hossein mohammadifard@ce iut ac ir Date of submission 2017 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree Ph D Language Farsi Supervisor Dr Mohammad C Amiri amir33@cc iut ac irAbstractHeavy metals in water and wastewaters are considered as a dangerous pollutant that must be removed usually upto less than ppm levels of concentration Today adsorption processes are recognized as one of successfulmethods for treating heavy metal contaminations and finding powerful cheap and environmentally friendadsorbent is the most desirable To meet these requirements in this thesis nanoparticles of calcium carbonatewere suggested as the desirable adsorbent To achieve this goal a novel method was developed to generatecalcium carbonate in colloidal gas aphron CGA system As there are different morphologies and polymorphsof calcium carbonate the effect of surfactant concentration on the morphology and crystalline structure wereinvestigated in the first step of this study Characterizations of generated calcium carbonate particles wereanalyzed by SEM XRD and FTIR Experimental results show that spherical vaterite particles are formed whenthe concentration of sodium dodecyl sulphate was 1 4 milimolar and increasing the reagents concentrations onlyincrease the average diameter of particles from 107 to 1500 nanometers without any change in morphology andcrystalline structure However when concentration of sodium dodecyl sulphate was 8 2 milimolar morphologyand crystalline structure was changed and calcite and vaterite plates of calcium carbonate with sizes of morethan 10 micrometers were formed There is no report about these morphology of calcites and vaterite plates inthe scientific literature XRD analysis demonstrated that in 8 2 milimolar concentration of surfactant thepopulation of calcite rather than vaterite crystalline increases with increasing reagents concentrations Thegenerated calcium carbonate nanoparticles were used for removal of Cu Pb and Fe ions in the second step ofthis experimental work As many heavy metals precipitate in basic pH the effect of pH was the first parameterthat evaluated on the removal capacity Increasing in pH values from 2 5 to 6 resulted in 50 percent increase inremoval capacity The pH value of 5 5 was selected as the optimum value to ensure no hydroxide precipitationoccur before adding nanoparticles The investigation of metal ions concentrations on the removal capacity ofCaCO3 nanoparticles at different temperatures showed that prepared nanoparticles have a great capacity toremove heavy metals from aqueous solution The maximum removal capacities of calcium carbonatenanoparticles were found to be 1210 30 mg g for Pb II 845 7 mg g for Fe II and 686 6 mg g for Cu II ions respectively Analyzing the experimental data showed that the CaCO3 adsorption mechanism is not just a simplemonolayer adsorption and transformation of precipitation between CaCO 3 and heavy metal carbonates could bethe explanation for the large removal capacity of CaCO3 The effect of time showed that all the experimentsachieve their adsorption equilibrium within 2 hours The reaction rate of process was found to follow the secondorder equation Response surface methodology based on three variable Box Behnken design was utilized toevaluate the effects of temperature 25 65 C initial metal concentration 10 200 mg L and CaCO3 dosage 0 5 1 5 g L on the sorption process The results showed that the temperature has no significant effect on theremoval capacity p value 0 05 but decreasing in CaCO3 dosage and increasing in initial metal concentrationimprove the removal capacity Key words Calcium carbonate structures Colloidal gas aphron Heavy metal removal Cadmium ion Surface response methodology RSM Box behnken method
استاد راهنما :
محمد چالكش اميري
استاد داور :
محمد قريشي، محسن نصراصفهاني، مهران غياثي، فواد آقاميري
