18315

2029 دكتري

دكتري

شيمي نساجي و علوم الياف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1401

يازده، 160ص. : مصور، جدول، نمودار

1401/12/20

كتابنامه

مهندسي نساجي

مهندسي نساجي

1401/12/21

2916257

اخيراً هيدروكسيدهاي لايه¬اي دوگانه (LDH) به‌عنوان جاذب‌هاي قوي براي حذف رنگزاها بسيار مورد توجه هستند. به دليل سطح مخصوص بالا و پايداري شيميايي خوب، LDH ها عملكرد جذبي عالي دارند. اين تركيب¬ها غير¬سمي، ارزان و به‌راحتي در دسترس هستند و همچنين بازيابي آن‌ها به‌سادگي صورت مي‌پذيرد. در پژوهش حاضر، در ابتدا ZnFe LDH در فرايندي دومرحله‌اي شامل رسوب‌دهي همزمان و اكسيداسيون تهيه گرديد. در مرحله بعد به‌منظور افزايش فضاي ميان لايه‌اي LDH تهيه شده و تسهيل توزيع آن در بافت پليمري كيتوسان، ZnFe LDH با تانيك‌اسيد عمل شد. نتايج آزمون XRD نشان‌دهنده پخش‌شدگي لايه‌هاي LDH در نتيجه نفوذ آنيون بزرگ تانيك‌اسيد در فضاي ميان لايه‌اي بود. در ادامه، فيلم‌هاي نانوكامپوزيت‌زيستي حاوي كيتوسان، تانيك‌اسيد و ZnFe LDH با كاربرد روش قالب‌گيري محلول ساخته شدند و براي حذف رنگزاي راكتيو آبي 4 (RB4) از محلول آبي به كار رفتند. روش‌هاي شناسايي مختلف شامل XRD، FTIR ، FESEM ، EDS و BET براي تعيين خواص فيزيكي و شيميايي جاذب تهيه‌شده به كار رفت. همچنين تأثير درصد LDH و درصد تانيك‌اسيد در فيلم‌هاي نانوكامپوزيت زيستي بر درصد رطوبت محتوي، درصد حلاليت در آب و درصد تورم با كاربرد روش وزن سنجي تعيين گرديد. دو عامل درصد LDH و درصد تانيك‌اسيد به‌عنوان متغيرهاي مستقل در نظر گرفته شدند و در سه سطح 0%، 10% و 20% تغيير داده شدند. تجزيه و تحليل واريانس دوعاملي با مدل اثرهاي تصادفي براي تحليل نتايج به كار رفت. نتايج نشان داد كه در سطح معني‌داري 5%، درصد تانيك‌اسيد و درصد LDH عوامل تأثيرگذاري بر درصد حلاليت و درصد رطوبت محتوي فيلم‌هاي نانوكامپوزيت‌زيستي نبودند. همه فيلم‌هاي تهيه‌شده داراي حلاليت بسيار پاييني (كمتر از 1%) در آب بودند كه اين نتيجه براي كاربرد آن‌ها به‌عنوان جاذب بسيار مطلوب است. درصد رطوبت محتوي فيلم‌ها نيز در محدوده 1/12-1/10 بود و به‌طور معناداري با تغيير درصد LDH و تانيك‌اسيد تغيير نكرد. ولي درصد تورم فيلم‌ها كه در محدوده 268-115 بود، به‌طور معناداري با افزايش درصد LDH و درصد تانيك‌اسيد كاهش نشان داد. روش سطح پاسخ با طراحي باكس-بنكن براي بهينه كردن درصد تانيك‌اسيد، درصد ZnFe LDH در فيلم نانوكامپوزيت‌زيستي و همچنين شرايط كاربردي در فرايند جذب (pH، مقدار جاذب و زمان) به كار رفت. هر كدام از پنج متغيرهاي مستقل در نظر گرفته‌شده در سه سطح به اين شرح تغيير داده شدند: درصد LDH: 0، 10 و 20 درصد، درصد تانيك‌اسيد: 0، 10 و 20 درصد، pH محلول: 5، 7 و 9، مقدار جاذب: 5/0، 1 و 5/1 گرم‌بر‌ليتر و زمان: 30، 60 و 90 دقيقه. پس از انجام آزمايش‌ها و تفسير نتايج با كاربرد روش تجزيه و تحليل واريانس، رابطه بين متغيرهاي مستقل در نظر گرفته‌شده و متغير پاسخ (درصد حذف رنگزاي RB4) با معادله رياضي درجه دومي تطبيق داده شد (96/0=R2). نتايج نشان داد كه افزايش درصد LDH، كاهش pH، افزايش زمان جذب و افزايش مقدار جاذب به‌طور معناداري موجب افزايش درصد حذف رنگزا شدند. شرايط بهينه برآورد شده براي حذف رنگزاي RB4 به اين صورت بود: درصد LDH: 20، درصد تانيك‌اسيد: 10، 5=pH، زمان: 71 دقيقه و مقدار جاذب: 5/1 گرم‌بر‌ليتر. اعمال اين شرايط منجر به حذف 2/98 % رنگزا گرديد. بيشينه ظرفيت جذب فيلم نانوكامپوزيت‌زيستي بهينه‌شده مقدار mg g-1 406 براي رنگزاي RB4 بود. در ادامه، با توجه به اينكه در بسياري از سامانه‌هاي تصفيه از دانه‌هاي پليمري براي پر كردن ستون‌هاي تصفيه استفاده مي‌گردد و همچنين با توجه به خواص جذبي اميدواركننده مخلوط اكسيدهاي فلزي (MMO) مشتق شده از LDH، دانه‌هاي نانوكامپوزيت‌زيستي محتوي كيتوسان و LDH اصلاح‌شده با تانيك‌اسيد و كيتوسان و MMO اصلاح‌شده با تانيك‌اسيد تهيه گرديد و عملكرد جذبي آن‌ها براي حذف همزمان سه رنگزاي راكتيو زرد 4 (RY4)، راكتيو قرمز 2 (RR2) و RB4 بررسي گرديد. طراحي آزمايش‌ها براساس طرح عاملي كامل صورت پذيرفت و نتايج با كاربرد روش تجزيه و تحليل واريانس تفسير شدند. نتايج نشان داد كه در مقايسه بين فيلم و دانه‌هاي تهيه‌شده با تركيب كامپوزيتي مشابه، بيشينه ظرفيت جذب براي رنگزاي RB4 براي دانه‌ها (mg g-1 483) بيشتر از فيلم نانوكامپوزيت‌زيستي (mg g-1 406) بود. همچنين دانه‌هاي نانوكامپوزيت‌زيستي محتوي MMO در مقايسه با دانه‌هاي محتوي LDH بيشينه ظرفيت جذب پايين‌تري ( mg g-1 332>) را براي هر سه رنگزاي موردمطالعه نشان دادند.

Recently, layered double hydroxides (LDH) are of great interest as strong adsorbents for the removal of dyes. Due to high specific surface area and good chemical stability, LDH adsorbents have excellent adsorption performance. In the present study, ZnFe LDH was synthesized in a two-step process including co-precipitation and oxidation. Next, in order to increase the interlayer space of the prepared LDH and facilitate its distribution in chitosan (Cs) polymer matrix, ZnFe LDH was treated with tannic acid (TA). The XRD analysis results showed the exfoliation of LDH layers due to the penetration of the large anions of TA in the interlayer spaces. In the following, bionanocomposite films containing Cs, TA and ZnFe LDH were made using solution casting method. Various characterization techniques including XRD, FTIR, FESEM, EDS and BET were used to determine the physical and chemical properties of the prepared adsorbent. Also, the effect of LDH% and TA% in the bionanocomposite films on their moisture content, water solubility and swelling degree were determined using gravimetric method. All the prepared films had very low water solubility (less than 1%) which was favorable for their application as adsorbents. The moisture content of the films were in the range of 10.1-12.1% and they did not change significantly with the changes of LDH% and TA%. However, the swelling degree of the films, which were in the range of 115-268%, significantly decreased with the increase of LDH% and TA%. The prepared films were applied to remove reactive blue 4 (RB4) from aqueous solution. The response surface methodology with Box-Benken design was used to optimize the TA% and LDH% in the bionanocomposite film, as well as the application conditions in the adsorption process (pH, adsorbent dosage, and time). Each of the five considered independent variables were changed at three levels as follows: LDH%: 0, 10, and 20%, TA%: 0, 10, and 20%, pH: 5, 7, and 9, absorbent dosage: 0.5, 1, and 1.5 g L-1, and time: 30, 60, and 90 minutes. After conducting the experiments and interpreting the results using ANOVA, the relationship between the considered independent variables and the response variable [percentage of RB4 removal (DR%)] was determined using a quadratic equation (R2=0.96). The results showed that the increase in LDH%, decrease in pH, increase in the contact time, and increase in the adsorbent dosage significantly increased the DR%. The estimated optimal conditions for the removal of RB4 were as follows: LDH%: 20, TA%: 10, pH=5, time: 71 min, and adsorbent dosage: 1.5 g L-1. Applying these conditions led to the removal of 98.2% of the RB4 from water. The maximum adsorption capacity of the optimized bionanocomposite film was 406 mg g-1 for RB4. Further, considering that in many purification systems, polymer beads are applied to fill the purification columns, and also considering the promising absorption properties of mixed metal oxides (MMO) derived from LDH, bionanocomposite beads containing Cs and LDH modified with TA, and Cs and MMO modified with TA were prepared and their absorption performance were investigated for the simultaneous removal of three reactive dyes. The experiments were designed based on a full factorial design. The results showed that in the comparison between the film and beads prepared with the identical composite composition, the maximum absorption capacity for RB4 dye for beads (483 mg g-1) was higher than that of bionanocomposite film (406 mg g-1). Also, MMO-containing bionanocomposite beads compared to LDH-containing beads showed lower maximum absorption capacities (>332 mg g-1) for all three studied dyes.

محمود فيض , شادپور ملك پور

اميرحسين نوارچيان , محمد تقي جعفري , حسين ايزدان