شماره راهنما :
1051 دكتري
عنوان :
سنتز و شناسايي زئوليت كانكرينايت و ژئوپليمر بر پايه كائولن و كاربرد آنها در تصفيه آب
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي
صفحه شمار :
دوازده، 83ص.: مصور، جدول، نمودار
يادداشت :
ص.ع. به فارسي و انگليسي
استاد راهنما :
كيقباد شمس
توصيفگر ها :
زئوليت كربنات كانكرينايت , حذف نيترات , ژئو پليمر , روش گداز , كائولن , حذف سختي , جذب , تبادل يون
استاد داور :
احمد محب، مهران غياثي، اكبر ملك پور
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/06/07
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
كد ايرانداك :
ID1051 دكتري
چكيده فارسي :
2 چكيده در ساالهاي اخير سانتز زئوليتهاي اصاالح شاده با مواد فعال ساطحي و ژئوپليمرها و اساتفاده از آنها در تصفيه آب بسيار مورد توجه قرار گرفته اسات نيترات از جمله آنيونهاي مضاري اسات كه غلظت باالي آن در آب آشااميدني ميتواند موجب مشاكالت فراوان براي ساالمتي بشار شاود اا ا ا ا ا ا ا همچنين كاهش غلظت كلسايم و منيزيم در آبهاي آشاميدني و صنعتي به داليل مختلف اهميت دارد پژوهش حاضر را ميتوان به دو بخش تقسيم نمود بخش اول شاامل سانتز زئوليت كربنات كانكرينايت از ماده اوليه كائولن و ساپس اصاالح سطح آن با استفاده از هگزادسيل تري متيل آمونيوم برمايد به منظور حذف نيترات از آب ميباشاد نتايج اين بخش نشان ميدهد كه براي سنتز كربنات كانكرينايت نيازي به تبديل كائولن به متاكائولن نميباشاد و سنتز اين زئوليت در محدوده غلظتي بين 5 تا 7 موالر سود و 51 1 تا 51 1 موالر سديم كربنات داراي باالترين خلوص ميباشد استفاده از پيرساازي در حمام فراصاوت با دماي 17 درجه ساانتيگراد براي مدت 16 دقيقه موجب كاهش زمان سانتز از 15 سااعت به 51 ساااعت گرديد ا ا ا ا ا CEC و ECEC زئوليت سانتز شاده به ترتيب 6 9 و 84 1 ميلياكيواالن بر گرم تعيين گرديد نتايج اصاالح ساطح زئوليت سانتز شاده با ماده فعال اا ا ا ا سااطحي كاتيوني نشااان از جذب حداكثر 3 461 ميليگرم ماده فعالسااطحي روي سااطح هر گرم زئوليت داشاات كه تقريبا دو برابر ظرفيت تبادل كاتيون خارجي زئوليت بود و موجب افزايش درصااد حذف نيترات از كمتر از 8 3 درصااد به 8 92 درصااد گرديد غلظت اوليه نيترات 211 ppm نسااابات جاذب به محلول 2 گرم بر ليتر و دما 13 درجه ساااانتيگراد بر مبناي مدل النگموير حداكثر ظرفيت جذب تك اليه نيترات روي جاذب سااانتزي در دماهاي 11 13 و 14 درجه ساااانتيگراد به ترتيب برابر 33 53 24 81 و 91 72 ميليگرم به ازاي هر گرم جاذب بود كه بيانگر گرمازا بودن فرآيند جذب ميباشد بخش دوم اين پژوهش شااامل ساانتز ژئوپليمر بر پايه كائولن به روش جديد گداز در دماي بين 114 تا 118 درجه سااانتيگراد براي مدت 12 تا 11 ا ا ا سااعت و پس از آن هيدراسايون در زمان بسايار كوتاه شاستشو و خنثي سازي ميباشد شناسايي ژئوپليمر سنتز شده با استفاده از آزمونهاي XRD BET SEM و FTIR انجاام گرفات ژئوپليمر حااصااال داراي CEC باال بوده و به منظور كاهش ساااختي آب مورد اساااتفاده قرار گرفت نتايج بهينهساازي پارامترهاي موثر در سنتز ژئوپليمر با استفاده از روش طراحي آزمايش به روش رويه پاسخ به منظور دستيابي به حداكثر كارايي در حذف ساختي آب نشاان داده است كه 2 نسبت سود به كائولن در فرآيند گداز بايد از 1 1 بيشتر باشد 1 زمان گداز بايد از 42 ساعت بيشتر باشد و 3 دماي گداز بايد در محدوده 115 تا 117 درجه ساانتيگراد باشد بر مبناي مدل النگموير حداكثر ظرفيت جذب كلسيم و منيزيم در دماي 51 درجه ساانتيگراد به ترتيب برابر 43 97 و 89 63 ميليگرم بر گرم و در دماي 54 درجه سانتيگراد به ترتيب 43 46 و 55 25 ميباشد كه بيانگر گرماگير بودن فرآيند جذب ميباشاد ساينتيك جذب كلسايم و منيزيم با استفاده از ژئوپليمر از مدل شبه مرتبه دوم تبعيت ميكند در ادامه كاهش كلسيم و منيزيم از آب چاه با سااختي كل 244 ميليگرم كلساايم كربنات بر ليتر نيز مورد بررسااي قرار گرفت كه نشااان از كارايي ژئوپليمر ساانتزي در حذف سختي آبهاي واقعي دارد در پايان نتايج مربوط به احيا و استفاده مجدد ژئوپليمرهاي اشباع شده نشان داد كه بر خالف آب مقطر محلول NaCl با غلظت بيش از 5 1 موالر به آسااااني و در زمان كوتاهي جاذب را احيا ميكند اين نتايج نشاااان ميدهد كه طبق انتظار مكانيسااام جذب توساااط ژئوپليمرها همانند زئوليتها تبادل يون ميباشد و جاذبهاي سنتز شده قابل احيا و استفاده مجدد ميباشند كلمات كليدي 2 زئوليت كربنات كانكرينايت 1 حذف نيترات 3 ژئوپليمر 4 روش گداز 5 كائولن 9 حذف سااختي 7 جذب 8 تبادل يون
چكيده انگليسي :
84 Synthesis and characterization of cancrinite zeolite and kaolin based geopolymer and their application in water treatment Mahdi Naghsh m naghsh@ce iut ac ir Date of Submission 12 07 2017 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree Ph D Language FarsiSupervisor Kayghobad shams K Shams@cc iut ac irAbstractRecently synthesis of surfactant modified zeolites SMZs and geopolymers and their utilization in water treatmenthas attracted much attention It is established that presence of nitrate anions calcium magnesium and heavy metalcations in tab water can cause numerous problems for human health In the present study high purity carbonate cancrinite zeolite was synthesized hydrothermally at 200 C using kaolinin a mixture of 6 molar NaOH and 0 05 molar Na2CO3 The synthesized carbonate cancrinite zeolite was characterizedusing standard instrumental techniques The synthesis time was reduced by half from 50 hours to 25 hours by usingbath ultrasound aging for 90 min Cationic surfactant modified zeolite was prepared using HDTMABr The preparedmodified zeolite at optimal conditions was used for removing nitrate from water The high external cation exchangecapacity ECEC of the synthesized zeolite justified its surface modification for anion removal from water The cationexchange capacity and the external cation exchange capacity of the synthesized zeolites were 6 9 and 0 48 meq g respectively The results of the surface modification of the synthesized zeolite by cationic surfactant showed anadsorption of a maximum of 294 3 mg of surfactant on the surface of 1 gram zeolite This is approximately twice ofthe external cation exchange capacity of the intact cancrinite zeolite Using the surfactant modified cancrinite zeoliteincreased the percentage of nitrate removal from 3 8 to 16 8 initial nitrate concentration of 100 ppm adsorbentto solution ratio of 1 g L and temperature of 30 C Based on the Langmuir isotherm model the maximum monolayernitrate adsorption capacity over the synthesized adsorbent at 20 30 and 40 C was 35 33 28 41 and 17 06 mg g respectively This indicates that the absorption process is exothermic In the second part of this study kaolin based geopolymer was synthesized using a two step method that consists of afusion step fusion of kaolin and sodium hydroxide and a hydration and dealkalization step The fusion step wasperformed at a temperature range of 400 800OC for 10 to 20 h and the hydration and dealkalization step was carriedout by washing the fusion product with demineralized water for a short time The synthesized geopolymer wascharacterized using XRD FTIR SEM EDS and BET analyses The sorption efficiency of the synthesized geopolymerwas examined via removing Ca2 and Mg2 from both model media and groundwater Results showed that sodiumhydroxide to kaolin ratio fusion time and temperature have profound effects on the performance of geopolymer inreduction of water hardness Response Surface Methodology RSM was used to determine the optimal geopolymersynthesis conditions RSM results indicated that the sodium hydroxide to kaolin ratio of more than 2 2 the fusion timeof more than 14 h and the fusion temperature range of 500 700 C provide the optimal synthesis conditions Moreover the synthesized geopolymer can efficiently adsorb Ca2 and Mg2 from both model media and groundwater Based onthe Langmuir isotherm model the maximum Ca2 adsorption capacity was 76 34 mg g at 25 C increasing to 94 34mg g at 45 C Similarly the maximum Mg2 adsorption capacity increased from 39 68 mg g at 25 C to 51 55 mg g at45 C The adsorption experimental data at the above mentioned temperatures i e 25 and 45 oC fitted well with thepseudo second order model Finally efficient regeneration of the saturated geopolymer using sodium chloridesolution suggested that the dominating mechanism of water softening by the synthesized geopolymer is ion exchange Keywords Carbonate cancrinite zeolite Nitrate removal Geopoly
استاد راهنما :
كيقباد شمس
استاد داور :
احمد محب، مهران غياثي، اكبر ملك پور
