توصيفگر ها :
اسفنج لوفا , پسماند , الياف كربن , جذب روغن , فلزات مغناطيسي
چكيده فارسي :
امروزه نشت مواد نفتي و آلاينده هاي روغني از منابع مختلف در بستر دريا ها و محيط هاي آبي با مقياس هاي بزرگ از جمله نگراني هاي زيست محيطي در سرتاسر جهان به شمار مي رود. به همين علت توليد جاذب هاي زيست كربني مقرون به صرفه از پيش ماده هاي طبيعي كه عمدتا به صورت ضايعات مورد استفاده قرار مي گيرند مي تواند راهكاري مناسب جهت حذف آلودگي هاي نفتي از محيط هاي آبي باشد كه با ايجاد يك خاصيت مغناطيسي در آن ها به تسريع عملكرد پاكسازي و قابليت بازيابي راحت تر جاذب كمك مي كند. بنابراين در پژوهش حاضر از پيش ماده طبيعي اسفنج لوفا جهت توليد الياف كربن اسفنج لوفا با ساختار شبكه اي و سه بعدي استفاده شده است. در اين راستا پيش عمليات اسيدي با استفاده از H3PO4 قبل از عمليات كربنيزاسيون بر روي الياف اسفنج لوفا خام صورت گرفته است و به منظور بررسي تاثير مقدار اسيد نسبت به ماده جامد بر روي ريز ساختار و خواص سطحي نمونه ها، سه نسبت آغشته سازي مختلف (1:4، 1:7 و 1:10) مورد آزمايش قرار گرفتند. پيش عمليات اسيدي بر روي الياف اسفنج لوفا باعث افزايش پايداري گرمايي و همچنين افزايش قابل توجه بازده كربني به ميزان (70%-60 ~) نسبت به الياف كربن حاصل شده از اسفنج لوفا خام (21% ~) مي شود. تجزيه و تحليل حاصل از آزمون هاي انجام شده نشان داد كه الياف كربن توليد شده از اسفنج لوفا كه پيش عمليات اسيدي روي آن ها صورت گرفته است به علت خاصيت فوق آبگريزي و شكل منحصر به فرد سه بعدي شبكه اي الياف كربن، ساختاري مناسب براي جذب مواد نفتي و پاكسازي آلاينده ها از محيط هاي آبي است. به همين منظور خواص جذب روغن موتور توسط جاذب هاي زيست كربن در زمان هاي تماس مختلف مورد ارزيابي قرار گرفت و سرعت جذب روغن توسط مدل هاي سينتيكي شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و نفوذ درون ذره اي بررسي شد. مقدار جذب تعادلي روغن هاي مختلف براي الياف كربن اسفنج لوفا با ساختار سه بعدي گزارش شده است و اين ميزان براي روغن موتور، گازوئيل، روغن بادام و روغن هسته انار به ترتيب 4/0±1/23، 1±7/23، 1±1/28 و g/g 8/0±2/29 طي مدت زمان 20 دقيقه بدست آمد. الياف كربن اسفنج لوفا با ساختار منحصر به فرد سه بعدي و شبكه اي الياف مي توانند جهت جذب رقابتي براي جداسازي مواد نفتي از آب به صورت جذب سريع مورد استفاده قرار گيرند و همچنين امكان استفاده مجدد از آن ها پس از عمليات جذب (بيش از 6 سيكل) وجود دارد. همچنين به منظور بازيابي آسان تر و سريع تر جاذب كربن اسفنج لوفا بعد از عمليات جذب، خاصيت مغناطيسي توسط تجزيه گرمايي كبالت(II) كلرايد و توليد نانو ذرات كبالت و اكسيد كبالت در نمونه ها شكل گرفت. تجزيه گرمايي در سه دماي مختلف 500، 650 و °C 800 انجام شد و ظرفيت تعادلي جذب روغن توسط اين نمونه ها به ترتيب مقادير 18/32، 19/30 و g/g 33/20 بدست آمد كه باتوجه به خاصيت فوق آبگريزي نتايج مناسبي جهت جذب مواد نفتي از خود نشان داده اند. بطور كلي پژوهش حاضر يك فرآيند آسان و مقرون به صرفه را براي توليد نمونه هاي كربني با ساختار سه بعدي از طريق بازيافت ضايعات اسفنج لوفا براي جذب سريع روغن ارائه كرده است و همچنين با توليد نمونه هاي كربن مغناطيسي به بازيابي سريع تر و آسان تر جاذب بعد از عمليات جذب كمك شاياني كرده است.
كلمات كليدي: اسفنج لوفا، پسماند، الياف كربن، جذب روغن، فلزات مغناطيسي
چكيده انگليسي :
Nowadays, the spills of petroleum substances and oily pollutants from various sources in the seabed and aquatic environments on a large scale, all over the world. For this reason, the production of cost-effective bio-carbon sorbents from natural precursors that are mainly used as waste can be a suitable approach to remove oil pollution from aquatic environments. Moreover, creating a magnetic property in these sorbents helps to accelerate the cleaning performance and the ability to recover the sorbent oil more easily. Therefore, in this study, the 3D structure of carbon fibers (CFs) was prepared from Luffa sponge wastes by H3PO4 impregnation with various ratios (1:4, 1:7, and 1:10) and a low-temperature carbonization process at 500 °C in a nitrogen atmosphere. The H3PO4-treated Luffa sponge had higher thermal stability and carbonic yield (~60-70 %) than neat-Luffa (~21 %). Characterization analyses exposed that the synthesized CFs derived from H3PO4-treated Luffa exhibited oleophilic and hydrophobic carbonic nature with 3D sponge skeletal, reflecting an ideal structure for oil sorption. The properties of engine oil sorption by bio-carbon adsorbents were evaluated at different contact times, and the rate of oil sorption was investigated by pseudo-first-order, pseudo-second-order, and intraparticle diffusion kinetic models. The equilibrium oil sorption capacities of 3D CFs were as large as 23.1±0.4 g/g for engine oil, 23.7±1.0 g/g for gasoline, 28.1±1.0 g/g for almond oil, and 29.2±0.8 g/g for pomegranate seed oil in 20 min. Moreover, the CFs with a unique 3D structure and a network shape of fibers can be used for selectivity sorption to separate petroleum substances from water in the form of rapid sorption and also the possibility of reusing them after the sorption operation (> 6 cycles). Also, in order to recover the CFs more easily and quickly after the sorption process, the magnetic property was formed by the thermal decomposition of cobalt (II) chloride and the production of cobalt nanoparticles and cobalt oxide in the samples. Thermal decomposition was performed at three different temperatures of 500, 650, and 800 °C and the equilibrium capacity of oil sorption by these samples was obtained as 32.18, 30.19, and 20.33 g/g respectively, due to the superhydrophobic property, they have shown reasonable results for the sorption of petroleum materials. This research presented a facile and cost-effective process for the 3D CFs through recycling Luffa sponge wastes for rapid oil sorption and producing magnetic carbon samples for faster recovery and easier sorbent after the adsorption proccess has helped a lot.
Key words: Luffa sponge, Residue, Carbon fibers, Oil sorption, Magnetic metals
