توصيفگر ها :
جذب سطحي , زئوليت طبيعي , نانوالياف پلي آميد , فلز كروم
چكيده فارسي :
با توجه به افزايش جمعيت و كمبود آب سالم و افزايش آلودگي جوامع، مسائل مربوط به مديريت منابع و آلايندههاي آب از اهميت ويژهاي برخوردار است. روش هاي مختلف حذف آلايندههاي آب از جمله تبادل يوني، تهنشيني، اسمز معكوس در مطالعات پيشين بررسي شده است. در اين پژوهش به بررسي فيلتر نانوالياف اصلاح شده با زئوليت به عنوان جاذبي در دسترس و ارزان قيمت براي حذف فلزات سنگين از جمله كروم در محلول¬هاي آبي پرداخته شد. فيلتر نانوالياف اصلاح شده با زئوليت به دليل سطح ويژه بالا، ساختار متخلخل و همچنين خواص شيميايي چشمگير داراي كاربرد¬هاي متنوع و وسيع مي¬باشد. يكي از كاربرد¬هاي فيلتر نانو الياف، تصفيه آب و پساب حاوي فلزات سنگين، به عنوان تصفيه تكميلي به منظور جلوگيري از مشكلات زيست محيطي ناشي از ورود فلزات سنگين به محيط است. براي ساخت فيلتر نانوالياف اصلاح شده با زئوليت، ابتدا زئوليت طبيعي به مدت 24 ساعت توسط آب شهري شسته شو داده شده و سپس در دماي 70 درجه سانتي¬گراد خشك شد. پس از آن زئوليت توسط دستگاه آسياب گلوله¬اي به ابعاد نانو تبديل و با اسيد فرميك 88 درصد و گرانول پلي آميد6 و به مدت 24 ساعت توسط همزن مغناطيسي مخلوط شد و در نهايت محلول مورد نظر به¬وسيله¬ي دستگاه اولتراسونيك و حمام اولتراسونيك همگن شد. به منظور توليد الياف در ابعاد نانو از دستگاه الكتروريسي استفاده شد. خصوصيات غشاء نانوالياف اصلاحشده با زئوليت با استفاده از آناليز¬SEM-EDX تعيين شد. در مرحله¬ي بعدي جذب فلز كروم توسط فيلتر نانوالياف بررسي شد.آزمايش¬هاي جذب به صورت ناپيوسته و ستوني طراحي شدند و عوامل موثر بر ميزان جذب از جمله pH (3، 5، 7، 9)، زمان تماس(15، 30، 60، 120دقيقه) ، مقدار زئوليت (0درصد، 1درصد، 3 درصد، 5 درصد)، سطح فيلتر (2،1، 3و4 سانتيمتر مربع)، غلظت اوليه فلز (1، 10، 20 و 40 ميلي¬گرم بر ليتر) بررسي شد. نتايج نشان داد كهpH بهينه جذب فلزكروم برابر 3 (كارايي جذب بيش از 90 درصد) و حداقل جذب در pH برابر 9 بود. با افزايش درصد زئوليت فيلتر از 0 تا 5 درصد وزني، جذب فلزكروم (با غلظت 20 ميلي¬گرم بر ليتر) افزايش يافت. حداكثر جذب فلزكروم در زمان 120 دقيقه به¬دست آمد و پس از آن كارايي جذب فيلتر كم شد. افزايش سطح فيلتر از 1 تا 4 سانتي متر مربع نشان داد حداكثر جذب فلزكروم توسط فيلتر با سطح 4 سانتي¬متر مربع بود. بررسي سينتيك جذب نشان دهنده برازش بهتر مدل شبه مرتبه دوم بود و جذب فلز كروم توسط غشاء با مدل لانگموير نسبت به فروندليچ برازش بهتري داشت. آزمايش ستوني نشان داد كه فيلتر نانوالياف اصلاح شده با زئوليت كارايي جذب 50 درصدي كروم از محلول با غلظت 20 ميلي¬گرم بر ليتر داشت. نتايج بيانگر پتانسيل زياد فيلتر نانوالياف اصلاح شده با زئوليت براي جذب كروم از محلول¬هاي آبي بود كه نيازمند بررسي بيشتر در پساب¬هاي حاوي اين عنصر است.
چكيده انگليسي :
.In this research, the nanofiber filter reinforced with zeolite was investigated as an available and inexpensive adsorbent for the removal of heavy metals, including chromium (Cr), from aqueous solutions. The nanofiber filter reinforced with zeolite has a wide range of applications due to its high specific surface area, porous structure, and impressive chemical properties. One of the applications of the nano fiber filter is to purify water and wastewater containing heavy metals, in order to prevent environmental problems caused by the entry of heavy metals into the environment. To make a nanofiber filter reinforced with zeolite, first, natural zeolite was washed with city water for 24 hours and then dried at a temperature of 70 degrees celsius. 88% formic acid and polyamide 6 granules were mixed for 24 hours by a magnetic stirrer and finally the desired solution was homogenized by an ultrasonic device. After preparing the desired solution, an electrospinning machine was used to produce fibers in nano dimensions. The characteristics of the nanofiber filter reinforced with zeolite were determined using XRD, SEM-EDX analyses. In the next step, the sorption of Cr was investigated by nano fiber filter. Adsorption tests were designed in a discontinuous and columnar experiments, and the factors affecting the sorption rate, such as pH (3, 5, 7, 9), contact time (15, 30, 60, 120 minutes), sorption dose (0%, 1%, 3%, 5%), filter surface area (1,2, 3 and 4 cm2), and initial metal concentration (1, 10, 20 and 40 ppm) were investigated. The results showed that the optimal pH for sorption of more than 90% of Cr was equal to 3 and the minimum sorption effieicency was obtained at pH 9. By increasing the percentage of zeolite from 0 to 5%, the sorption of Cr increased with a Cr concentration of 20 ppm. The maximum Cr sorption occurred after 120 minutes, and after that, the efficiency decreased. Increasing the filter surface from 1 to 4 cm2 showed that the maximum Cr sorption from a 20 ppm Cr solution was obtained by the filter with a surface of 4 cm2. Sorption kinetics revealed a better fit of the pseudo-second-order model, and Cr sorption showed a better fit by Langmuir isotherm model than Freundlich model. The column experiments showed that the nanofiber filter modified with zeolite had the a 50% sorption efficiency from 20 ppm Cr solution. The results showed the high potential of the nanofiber filter modified with zeolite to remove Cr from aqueous solutions, which requires further investigation in wastewater containing this element.