شماره راهنما :
2234 دكتري
پديد آورنده :
ميرحسيني رناني، نسيمه
عنوان :
شبيهسازي و بررسي آزمايشگاهي فرايند جذب يون فلز مس توسط بيوهيدروژل ابرجاذب مغناطيسي، سنتز شده بر پايه نشاسته دريك ستون بستر ثابت تحت ميدان مغناطيسي
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
نوزده، 137ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
بيوهيدروژل مغناطيسي , فرايند جذب , يون فلز سنگين , ستون بستر ثابت , مدل سازي
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/06/06
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/06/10
چكيده فارسي :
توسعه صنعتي و آلودگي آب به انواع آلايندهها توجه پژوهشگران را به بررسي روشهاي نوين، موثر و دوستدار محيط زيست براي حذف آلايندهها از پساب و استفاده مجدد از منابع آب جلب كردهاست. در اين پژوهش آزمايشگاهي هيدروژل مغناطيسي زيست تخريبپذير بر پايه نشاسته پيوند دادهشده با پلياكريليك اسيد و تقويت شده با نانوالياف سلولزي به منظور استفاده از آن در يك فرايند جذب پيوسته سنتز شد. ابتدا با افزودن مقادير متفاوتي از نانوذرات مغناطيسي به ساختار هيدروژل، ويژگيهاي تورمي و جذب يون مس در سيستم ناپيوسته مورد بررسي قرار گرفت. مشخصات فيزيكي و ساختاري و مورفولوژيكي هيدروژل و نيز ويژگيهاي مغناطيسي آن قبل و بعد از جذب يون مس بررسي شدند. بررسي سرعت تورم و همدماي جذب سطحي فرايند از ديگر اهداف اين پژوهش بودند. نتايج آزمايشها پيروي خوبي از مدل همدماي لانگمايررا نشان داد. براي هيدروژل با 8 درصد وزني نانوذره ، بيشترين ظرفيت جذب يون مس در 5 =pH ، mg/g 555 بدست آمد. با توجه به اين كه تصفيه فاضلاب در مقياس بزرگ به طور معمول به صورت فرايندي پيوسته مورد بهره برداري قرار ميگيرد با طراحي يك سامانه آزمايشگاهي شامل ستوني پرشده با كلاف استيل نواري تحت ميدان مغناطيسي جهت پراكندن و نگهداشتن دانههاي هيدروژل مغناطيسي روي آن و ايجاد يك بستر ثابت، آزمايشهاي جذب يون فلز مس به صورت يك فرايند پيوسته مورد ارزيابي قرارگرفت. در آزمايشهاي جذب پيوسته اثر مشخصههاي عملياتي مختلف شامل شدت جريان خوراك( 8، 22 و mL/min 37)، غلظت يون مس در خوراك ( 90، 180 و mg/L 270) و ميزان جاذب موجود در بستر (09/0، 16/0 و g 24/0) مورد بررسي قرار گرفت. در همين راستا جهت توسعه محدوده تغييرات مشخصههاي ستون و پيش بيني عملكرد ستون و با در نظر گرفتن اثرات پراكندگي محوري و استفاده از نيرومحركه خطي انتقال جرم، مدل رياضي جذب مس روي جاذب هيدروژلي استخراج شد. پس از حل معادلات مدل در محيط نرمافزار انسيس فلوئنت و مقايسه يافتههاي آزمايشگاهي با نتايج به دستآمده از مدل، نشان دادهشد، مدل ارائه شده به خوبي قادر است مشاهدات آزمايشگاهي را پيش بيني نمايد. همچنين يكي از مهمترين ويژگيهاي فرايند جذب امكان بازيابي جاذب است. به اين منظور از محلول هيدروكلريك اسيد به عنوان محلول احياكننده در سامانههاي ناپيوسته و پيوسته استفاده شد. نتايج نشان داد، در فرايند پيوسته پس از سه چرخه جذب/واجذب، بازده فرايند جذب 37/14 درصد كاهش يافت.
چكيده انگليسي :
Industrial development and water pollution with all kinds of pollutants have attracted the attention of researchers to investigate new, effective and environmentally friendly methods for removing pollutants from wastewater. In this research, a biodegradable magnetic hydrogel (St-g-PAA/CNFs) was synthesized in order to use it in a continuous adsorption process. First, by adding different amounts of magnetic nanoparticles to the hydrogel structure, swelling characteristics and adsorption of Cu2+ were investigated in the batch system. The physical, structural and morphological characteristics of the hydrogel as well as its magnetic properties were investigated before and after Cu2+ adsorption. Investigating the rate of swelling and isothermal adsorption of the process were among the other goals of this research. The results of the experiments showed a good compliance with the Langmuir isothermal model. For the hydrogel with 8 wt.% Fe3O4NPs, at pH = 5, the maximum Cu2+ adsorption capacity was obtained 555 mg/g. Due to the fact that wastewater treatment on a large scale is usually used as a continuous process, by designing a laboratory system including a column filled with strip steel coils under a magnetic field to disperse and keep the magnetic hydrogel grains on it and create a bed, Cu2+ adsorption experiments were evaluated as a continuous process. In the continuous adsorption experiments, the effect of various operational characteristics including the flow rate (8, 22 and 37 mL/min), Cu2+ concentration in the feed (90, 180 and 270 mg/L) and the amount of adsorbent in the bed (0.09 0.16 and 0.24 g) were investigated. In this regard, in order to develop the range of changes in the characteristics of the column and predict the performance of the column, the mathematical model of Cu2+ adsorption on hydrogel was derived. After solving the model equations in AnsysFluent software, the results were compared. Also, one of the most important features of the adsorption process is the possibility of adsorbent recovery. For this purpose, hydrochloric acid solution was used as a regenerating solution in discontinuous and continuous systems. The results showed that in the continuous process after three absorption/desorption cycles, the efficiency of the adsorption process decreased by 14.4%.
استاد راهنما :
نسرين اعتصامي , طيبه بهزاد
استاد داور :
ارجمند مهرباني زين آباد , مهرداد فرهاديان , صفورا كريمي