انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول

امروزه فعالیت های بشری موجب آلودگی هر چه بیشتر محیط زیست شده است. از این میان فعالیت های صنعتی بخش وسیعی از این آلودگی ها را ایجاد می کنند به طوری که فلزات سنگین حاصل از پساب این صنایع در محیط تجمع می یابد. این در حالی است که این فلزات قابل تجزیه زیستی نبوده و با ورود به چرخه غذایی در بدن موجودات زنده تجمع می یابند و بیماری های خطرناکی را ایجاد می کنند (Ozer, 2007).
روشهای متعددی برای پاکسازی فلزات سنگین از محیط به کار گرفته شده است که از آن میان می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• اسمز معکوس: در این روش از غشاهای جدا کننده ای استفاده می شود که مولکولهای آب را از خود عبور می دهند اما مولکولهای مواد حل شده توانایی عبور از این غشا را ندارند. در این روش آب خالص از قسمت رقیق با فشار اسمزی به قسمت غلیظ وارد می شود و این روند ادامه می یابد تا پتانسیل شیمیایی دو طرف برابر گردد. این فرایند را اسمز می نامند. بنابراین در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا با اختلاف فشار اسمزی برابر است (مظفریان و همکاران، 1385).
• روش ترسیب: در این روش دامنه گسترده ای از فلزات سنگین حذف می شوند و آنیونها که نقش رسوب دهنده های ویژه را دارند و از آنها در ترسیب استفاده می شود قابل دستیابی می باشند. این روش نسبت به سایر روشها ارزانتر است و احداث واحدهای جدید آن به هزینه گزافی احتیاج ندارد (خسروی، 1386).
• روش تبادل یونی: در این روش کاتیونهای غیر سمی جایگزین کاتیومهای فلز سنگین در محلول می شوند. در این صورت از رزین هایی استفاده می شود که به میزان ظرفیت فعال خود می تواند کاتیونها و آنیونها را دریافت کرده و عمل تبادل یونی را انجام دهد. برای حذف فلزات سنگین باید از رزین های کاتیونی با پوشش پروتونی و یا یک فلز دیگر به عنوان عامل تعویض شونده استفاده کرد (خسروی، 1386).
در این روش می توان در صورت استفاده از حجم بالای رزین، فلزات سنگین را تا حد ppb تصفیه کرد. همچنین این روش به نسبت ارزان است و تجهیزات آن در دسترس می باشد (زیودار، 1383).
• روش الکترودیالیز: این روش معمولترین روش تصفیه الکتروشیمیایی است که در آن از یک سل الکتروشیمیایی برای احیاء فلزات به حالت اکسیداسیون صفر استفاده می شود. یک سل ساده شامل دو الکترود مثبت ( آند) و منفی (کاتد) است که با استفاده از یک منبع برق خارجی مانند باتری، پتانسیل ثابتی به الکترودها اعمال می شود و به دلیل وجود جاذبه الکتروستاتیک بین بارهای غیر همنام، یونهای موجود در محلول جذب الکترودها می شوند. معمولا سل های متوالی به این صورت ایجاد می شوند که تیغه های آند و کاتد به صورت یک در میان قرار می گیرند و به اینترتیبیونهای فلزات سنگین با بار مثبت به سمت کاتد حرکت کرده و در آنجا به حالت عدد اکسیداسیون صفر احیا می شوند. در صورت وجود آنیون در آب، آنیون جذب آند می شود.
در صورت استفاده از سل های الکتروشیمیایی می توان یک فلز را به صورت انتخابی حذف کرد و فلز جذب شده غالبا قابل بازیافت است. همچنین با این روش به غلظت هایی در حدppm 1 و یا حتی کمتر رسید (زیودار، 1383).
• روش جذب سطحی: جذب عبارتی است که به تجمع یک ماده در فصل مشترک بین دو فاز مختلف مثل جامد و مایعیا جامد و گاز اطلاق می شود. ماده ای که در فصل مشترک تجمع مییابد را ماده جذب شونده و جامدی که فرایند جذب بر روی آن صورت می گیرد را ماده جاذب می نامند (Bhatnagar & Sillanpaa, 2010). این روش کاربردی آسان و موثر دارد که در آن امکان حذف مواد آلی و معدنی حتی در غلظت های پایین وجود دارد. همچنین می توان از آن در موقعیت های مختلف بدون نیاز به تجهیزات پیچیده در صورتی استفاده کرد که نه تنها لجن تولید نمی شود بلکه امکان احیاء ماده جاذب و استفاده مجدد از آن وجود دارد و در صورت استفاده از جاذب های طبیعی هزینه کمی خواهد داشت (Hu et al., 2009؛ Zhao et al., 2009؛ Wang et al., 2007؛ Yang et al., 2009؛ Ozer, 2007؛ Gao et al., 2009؛ Zhu et al., 2009؛ Rao et al., 2007؛ Li et al., 2003؛ Li et al., 2005؛ Wang et al., 2007؛ Kikuchi et al., 2005؛ Lu et al., 2008؛ Ranjan et al., 2009؛ Kandah and Meunier., 2007؛ Li et al., 2007).
یکی از فلزات سنگین که نگرانی های بسیاری در مورد آثار مخرب آن وجود دارد نیکل است. از نمکهای نیکل معمولا در ریخته گری، پالایش نقره، صنایع باطری سازی، آبکاری الکتریکی، چاپ و ساخت بعضی از آلیاژها استفاده می شود. از مشکلاتی که این فلز ایجاد می کند می توان به تورم پوست و ایجاد حساسیت اشاره کرد. همچنین در صورتی که غلظت نیکل بالا باشد، موجب سرطان ریه، استخوان، حالت تهوع و استفراغ، تنگی نفس، بالا رفتن ضربان قلب، سر درد و سر گیجه و … می شود (سعادت، 1391؛ Kandah & Meunier, 2007؛ Lu et al., 2008).
بر طبق آخرین استاندارد منتشر شده از طرف سازمان محیط زیست ایران ماکزیمم مقدار مجاز غلظت فلز نیکل در خروجی پساب ها 2 میلی گرم در لیتر می باشد (سازمان حفاظت محیط زیست، 1383). همچنین سازمان بهداشت جهانی ماکزیمم غلظت مجاز این فلز را در آب آشامیدنی کمتر از 1/0 میلی گرم در لیتر اعلام کرده است (Kandah & Meunier, 2007).

1- مقدمه………………………………………………………………………………….. 2
1-1- کلیات…………………………………………………………………………………. 2
1-2- ضرورت انجام تحقیق………………………………………………………………… 4
1-3- اهداف تحقیق………………………………………………………………………… 6
1-4- نوآوری تحقیق………………………………………………………………………… 6
1-5- ساختار پایان نامه……………………………………………………………………. 7

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم

برای حذف فلزات سنگین از محلول های آبی روشهای مختلفی مثل ترسیب، الکترودیالیز، اسمز معکوس و جذب سطحی وجود دارد. در روش جذب سطحی، از انواع مختلف جاذب استفاده می شود که امروزه استفاده از جاذب های طبیعی به دلیل دسترسی فراوان، قیمت مناسب و کارایی بالا بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در ادامه به بررسی تحقیقات انجام شده بر انواع مختلف جاذب پرداخته می شود. همچنین با توجه به موضوع تحقیق، مطالعه برخی پژوهش هایی که در زمینه انجام آزمایش ها به صورت پیوسته و به کمک روش پاسخ سطح به انجام رسیده اند، مورد توجه قرار می گیرد.

2-2- پیشینه تحقیق

2-2-1- انواع جاذب
2-2-1-1- پوسته برنج
بیشترین مقدار جذب توسط پوسته برنج برای3-10*97/5 مول بر لیتر آرسنیک به کمک 1گرم جاذب فرآوری شده با 01/0 مول بر لیتر HNO3 , HCl ,H2SO4 یا HClO4 و در مدت 5 دقیقه گزارش شده است (Nasir et al., 1998).
در سال 2008 نیز آزمایشاتی در سیستم پیوسته انجام شده و کاربرد پوسته برنج خام و پوسته برنج فرآوری شده با فسفات در حذف فلزات سنگین مانند سرب، مس، روی و منگنز از شیرابه مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. در این تحقیق از ستونی با قطر داخلی 5/2 سانتی متر و ارتفاع بستر 30 سانتی متر استفاده شد. با وجودیکه هر دو جاذب در حذف فلزات سنگین موفق بودند، اما پوسته برنج فرآوری شده با فسفات دارای ظرفیت و سرعت جذب دو برابر جاذب خام بود (Mohan & Sreelakshmi, 2008).
در سال 1387 تحقیقی بر روی حذف فلز کادمیوم بوسیله پوسته شلتوک اصلاح شده با بی کربنات سدیم انجام گرفت و اثر تغییر مولاریته بی کربنات سدیم بر افزایش ظرفیت پوسته شلتوک برای جذب کادمیوم در غلظت های پایین بررسی گردید. در این آزمایش حداکثر راندمان جذب 1/99% بوده که در pH برابر6 و به کمک جاذب اصلاح شده با محلول 3/0 مولار بی کربنات سدیم بدست آمده است (شامحمدی حیدری و همکاران، 1387).
تحقیقات دیگری بر روی جذب فلزات سنگین با استفاده از جاذب شلتوک برنج انجام شده که نتایج آنها در جدول زیر آورده شده است (سعادت، 1391):

– پیشینه و تئوری تحقیق…………………………………………………………………9
2-1- مقدمه……………………………………………………………………………….. 9
2-2- پیشینه تحقیق……………………………………………………………………… 9
2-2-1- انواع جاذب…………………………………………………………………………9
2-2-1-1- پوسته برنج……………………………………………………………………….9
2-2-1-2- کربن فعال……………………………………………………………………….11
2-2-1-3- پوسته گردو……………………………………………………………………..12
2-2-1-4- خاک اره………………………………………………………………………….12
2-2-1-5- نانو ذرات کربنی………………………………………………………………..13

2-2-1-6- سایر جاذب ها………………………………………………………………….14
2-2-2- انجام آزمایشات با استفاده از سیستم ستون………………………………..15
2-2-3- استفاده از روش پاسخ سطح (RSM) در مدلسازی آزمایش…………………16
2-2-4- انجام آزمایشات با استفاده از سیستم ستون و مدلسازی توسط روش RSM…ا……………………………………………………………………………………..18
2-3- تئوری تحقیق………………………………………………………………………..18
2-3-1- روش سطح پاسخ(RSM)……ا…………………………………………………. 18
2-3-1-1-روش شناسی سطح پاسخ…………………………………………………..18
2-3-1-2- طرحهای آزمایشی برای برازانیدن سطح های پاسخ……………………..20
2-3-1-3- انواع طرح های سطح پاسخ………………………………………………….21
2-3-1-4- طرح های مرکب مرکزی (CCD)…..ا……………………………………….. 24
2-3-2- تئوری جذب سطحی…………………………………………………………….27
2-3-2-1- ایزوترم جذب پایه………………………………………………………………29
2-3-2-2- مدل های تجربی برای مدلسازی نتایج آزمایشها………………………..31
2-3-2-2-1- مدل Adam-Bohart…ا……………………………………………………31
2-3-2-2-2- مدل توماس…………………………………………………………………32
2-4-جمع بندی…………………………………………………………………………….33

فصل سوم

در این تحقیق به ارزیابی آزمایشگاهی جذب یونهای فلزی نیکل بر روی جاذب طبیعی شلتوک برنج اصلاح شده با سدیم هیدروکسید پرداخته شده است. بدین منظور از نتایج آزمایشگاهی که به صورت پیوسته (Continuous) صورت گرفته، استفاده شده است. در این فصل به شرح مواد، دستگاهها و روشهای مورد استفاده در این تحقیق (روش انجام آزمایش ها و تحلیل داده ها) پرداخته خواهد شد.

3-2- مواد مورد استفاده

3-2-1- جاذب مورد استفاده: شلتوک برنج اصلاح شده بازی
همان طور که پیشتر ذکر شد، از ضایعات کشاورزی به عنوان ماده جاذب استفاده می شود چرا که این مواد مقرون به صرفه می باشند. همچنین این مواد حاوی نشاسته، قند، لیگنین و هیدروکربن می باشند که شامل گروههای عاملی هستند که توانایی آنها را برای ایجاد پیوند با یونهای فلزی را افزایش می دهد (سعادت، 1390). از طرفی برای جلوگیری از نشت مواد آلی شلتوک به درون فاضلاب و همچنین افزایش ظرفیت آنها برای جذب فلز سنگین باید آن را اصلاح کرد. از آنجا که فلزات سنگین دارای بار الکتریکی مثبت هستند، باید از ماده جاذبی با بار منفی برای حذف آنها استفاده شود. به منظور اصلاح بازی جاذب مورد استفاده شلتوک برنج خام به مدت 24 ساعت در تماس با محلول سود (NaOH) 1 مولار قرار گرفت. بدین ترتیب که 15 گرم شلتوک برنج خام و 150 میلی گرم محلول سود 1مولار در ظرفی ریخته شده و به مدت 24 ساعت در دستگاه همزنی با دمای 25 درجه و با سرعت 65 دور در دقیقه قرار گرفت. پس از گذشت 24 ساعت، جاذب ها توسط آب مقطر تا زمانی شسته شدند که pH آن به حدود 8 رسید. نهایتا جاذب ها در دمای اتاق خشک شده و در ظروف در بسته ریخته شدند.

3-2-2- فاضلاب مصنوعی حاوی فلز سنگین
دراین تحقیق حذف فلز سنگین نیکل از فاضلاب مصنوعی ساخته شده در آزمایشگاه مورد بررسی قرار میگیرد. بدین منظور غلظتهای بدست آمده از روش RSM به کمک رقیق سازی محلول استوک 1000 میلیگرم در لیتر این فلز بدست می آید. برای ساخت محلول استوک 1000 میلیگرم در لیتر نیکل، 479/4 گرم سولفات نیکل (N2SO4 . 6H2O) در 100 میلی لیتر آب مقطر و 10 میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ حل شده و سپس حجم آن به 1 لیتر رسانده میشود. باید پس ازساخت محلول pHآن به مقدار خنثی رسانده شود. اینکار توسط محلول هیدروکلریک اسید و سدیم هیدروکسید 1 مولار انجام میشود.

3-2-3- سایر مواد مورد استفاده
در حین انجام آزمایش ها از آنجا که کلیه آزمایش ها در pH خنثی انجام گرفتند، برای تنظیم pH از اسید هیدروکلریدریک 37% (محصول مرک آلمان) و سود 50% (محصول Fisher Scientific، آمریکا) استفاده گردید.

3-3- دستگاههای مورد استفاده

در این تحقیق به منظور انجام آزمایش ها و تعیین و تنظیم پارامتر های مورد نیاز از وسایل و دستگاههای موجود در آزمایشگاه محیط زیست دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز استفاده گردید. اندازه گیری و تنظیم pH در مراحل مختلف انجام آزمایشها به کمک دستگاه pH مترpH-03(I) صورت گرفت. دقت این وسیله در حد 01/0 می باشد.
اندازه گیری فلز سنگین نیکل بوسیله دستگاه جذب اتمی (Shimadzu A-A 680) با شعله هوا-استیلن ساخت ژاپن انجام گرفت. بدین منظور منبع لامپ (Hollow Cathode Lamp) بر روی طول موج 232 نانو متر، جریان لامپ بر روی 10 میلی آمپر و عرض شکاف بر روی 5/0 نانومتر تنظیم شد. دقت این دستگاه در حد 001/0 میلی گرم در لیتر است.
توزین مواد در طی مراحل مختلف با ترازوی دیجیتالی مدل GR300 ساخت شرکت AND با دقت 0001/0 گرم انجام گرفت.
در حین انجام آزمایشها به منظور ایجاد دبی مطلوب فاضلاب ورودی به ستون و ثابت نگه داشتن آن از پمپ پریستالتیک مدل Rietschle Thomas با قابلیت ایجاد دبی بین 0 تا 2/1 لیتر در ساعت استفاده گردید.

– مواد و روشها …………………………………………………………………………..35
3-1- مقدمه……………………………………………………………………………….35
3-2- مواد مورد استفاده…………………………………………………………………35
3-2-1- جاذب مورد استفاده: شلتوک برنج اصلاح شده بازی……………………….35
3-2-2- فاضلاب مصنوعی حاوی فلز سنگین………………………………………….36
3-2-3- سایر مواد مورد استفاده………………………………………………………..36
3-3- دستگاههای مورد استفاده……………………………………………………….37
3-4- روشهای مورد استفاده……………………………………………………………..37
3-4-1- آماده سازی ستون……………………………………………………………….37
3-4-2- طراحی آزمایشها به کمک روش RSM…ا…………………………………….39
3-4-3- روش تعیین بازدهی جذب در هر آزمایش……………………………………..41
3-4-4- روش انجام آزمایش غیر پیوسته………………………………………………..43

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل چهارم

در این فصل نتایج حاصل از انجام آزمایش ها توسط نرم افزار Design Expert تحلیل شده و عوامل موثر بر بازدهی معرفی شده اند. همچنین نتایج حاصل از آنالیز واریانس بررسی شده و بهترین مدل جهت به دست آوردن بازدهی به دست آمده است.

4-2- نتایج آزمایش های غیر پیوسته

همانطور که پیشتر بیان شد به منظور تعیین ماکزیمم ظرفیت جذب بستر و رسم ایزوترم جذب آزمایش هایی به صورت غیر پیوسته طراحی و اجرا شد. بر این اساس مقدار غلظت تعادلی نیکل، بازدهی جذب و مقدار نیکل جذب شده در واحد جرم جاذب(mg/g)q در جدول 4-1 آمده است. همچنین نمودار ایزوترم جذب در شکل 4-1 رسم شده است. در شکل 4-2 نمودار 1/qe بر حسب 1/Ceرسم شده و از این طریق ایزوترم بدست آمده با ایزوترم لانگمویر مطابقت داده شده است. با توجه به این شکل میزان میلی گرم نیکل در واحد جرم جاذب برابر 6/26 و ثابت لانگمویر برابر 021/0 بدست می آید. همچنین از آنجا که مقدار R2 برابر 96/0 بدست آمده است تطبیق نسبتا خوبی با مدل لانگمویر نشان داده می شود. شکل 4-3 نمودار log qe بر حسب log Ceرسم شده است و از این طریق ایزوترم بدست آمده با ایزوترم فروندلیچ مطابقت داده شده است. بر اساس این شکل Kf برابر 24/1 و n برابر 63/1 است بنابراین ایزوترم مطلوب می باشد. همچنین از آنجا که مقدار R2 برابر 98/0 بدست آمده است تطبیق خوبی با مدل فروندلیچ نشان داده می شود.

نتایج آزمایش های انجام شده بر مبنای روش سطح پاسخ به منظور بررسی عوامل موثر بر بازدهی جذب فلز سنگین

همانگونه که در فصل قبل نیز توضیح داده شد، به منظور بررسی فاکتور های موثر بر فرایند جذب فلز سنگین نیکل از فاضلاب و همچنین در راستای تعیین برهمکنش این فاکتورها مجموعه آزمایشهایی در دو سطح و با سه فاکتور مستقل انجام گرفت. بدین منظور فاکتورهای ارتفاع جاذب، دبی ورودی به سیستم و غلظت نیکل ورودی در دو سطح مطابق آنچه که در جدول 3-1 آمده است تغییر داده شدند. انتخاب سطح بالا و پایین برای هر پارامتر به گونه ای صورت گرفته است که علاوه بر آنکه امکان بررسی محدوده وسیعی از پارامتر مذکور فراهم آید، تجهیزات آزمایشگاهی نیز پاسخگوی تامین این مقادیر بوده و به تحقیقات پیشین نزدیک باشد. سپس 20 مجموعه آزمایش با ترکیبات طراحی شده به روش RSM مطابق جدول 3-2 به صورت اتفاقی انجام گرفت تا در نتیجه آن بازدهی جذب فلز سنگین نیکل در سیستم پیوسته و به کمک جاذب شلتوک برنج اصلاح شده بازی مورد بررسی قرار گیرد.
میزان راندمان جذب نیکل در هر یک از آزمایش های انجام شده در جدول 4-1 آمده است. با توجه به جدول 4-1 ارتفاع جاذب تاثیر زیادی بر مقدار راندمان جذب دارد به طوری که بیشترین راندمان جذب برابر 8/69 % و در ستونی با ارتفاع جاذب 30 سانتی متر اتفاق می افتد. این در حالی است که مقادیر دبی ورودی به ستون و غلظت اولیه نیکل حد وسط خود را که به ترتیب برابر با 25/13 میلی لیتر بر دقیقه و 55 میلی گرم در لیتر می باشد دارا می باشند. شکل 4-4 نمودار شکست این آزمایش را نشان می دهد همچنین جدول 4-2 میزان غلظت خروجی نیکل را در زمان های مختلف از ستون در این آزمایش را نشان می دهد.

– نتایج …………………………………………………………………………………..46
4-1-مقدمه……………………………………………………………………………….46
4-2- نتایج آزمایش های غیر پیوسته………………………………………………….46
4-3- نتایج آزمایش های انجام شده بر مبنای روش سطح پاسخ به منظور بررسی عوامل موثر بر بازدهی جذب فلز سنگین…………………………………………………………….49
4-4- تحلیل نتایج………………………………………………………………………….52
4-4-1- تحلیل واریانس…………………………………………………………………..68
4-4-1-1- تحلیل واریانس مدل چند جمله ای مرتبه دوم…………………………….68
4-4-1-2- تحلیل واریانس مدل خطی…………………………………………………..72
4-4-2- تعیین بهترین رابطه………………………………………………………………74
4-5- ترکیبات مختلف پارامتر ها در اهداف تعیین شده مجموعه آزمایش ها…………79
4-6- تطبیق نتایج بدست آمده از آزمایش های پیوسته با مدل های تجربی……….81
5- نتیجه گیری و پیشنهادات …………………………………………………………..85
5-1- نتیجه گیری………………………………………………………………………….85
5-2- پیشنهادات………………………………………………………………………….86
فهرست منابع……………………………………………………………………………..88

 

Abstract

Adsorption is one of the most effective methods of treating metals like Ni. In this research, modified rice husk has been used as the adsorbent. As this adsorbent is a natural material with high surface area, not only it can adsorb Ni ions but also, it is available and economic. Experiments were conducted as continuous column system.
To investigate the effects of parameters (height of adsorbent, flow rate and initial concentration of Ni) on the efficiency of adsorption, response surface methodology (RSM) in a central composite design (CCD) was used for experimental design. Experimental results were analyzed by Design Expert software. It was found that quadratic model was the proper model to draw the response surface curves. In addition, fitness of experimental data to the empirical models such as Adam-Bohart and Thomas were investigated. According to the results, height of adsorbent is the most effective parameter on adsorption efficiency with a positive effect. Flow rate and Ni initial concentration have negative effect on adsorption efficiency. َAlso, it was found that the maximum efficiency of adsorption was 69.8% and the adsorption capacity was 16.33 mg of Ni ions per gram of modified rice husk.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان