فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:143
پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی شیمی
فهرست مطالب:
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و تئوری تحقیق 11
1-1 مقدمه 11
1-2 انواع جذب 33
1-3 طبیعت جاذب‌ها 44
1-4 جاذب‌ها 44
1-5 عوامل تأثیرگذار بر روی قدرت جذب یک جاذب 55
1-5-1 سطح تماس 55
1-5-2 غلظت 77
1-5-3 دما 77
1-5-4 نوع ماده جذب شده و جاذب 77
1-5-5 حالت ماده جذب شده و جاذب 77
1-6 ذغال‌های رنگ بر 77
1-7 کربن فعال 88
1-8 روشهای فعالسازی 99
1-8-1 روش فعالسازی فیزیکی 99
1-8-2 روش فعالسازی شیمیایی: 1010
1-9 تئوری رنگ‌ها و جذب رنگ 1212
1-10 اساس کار دستگاه اسپکتروسکوپ 1313
1-10-1 اسپکتروفتومتر نور مرئی 1313
1-10-2 اجزاء دستگاه 1313
1-10-3 طرز تعیین غلظت یک ماده توسط اسپکتروفتومتر 1515
1-11 رنگ‌ها و خواص آن‌ها 1616
1-11-1 رنگ‌های اسیدی یا آنیونی 1616
1-11-2 رنگ‌های بازی یا کاتیونی 1616
1-11-3 رنگ‌های خنثی 1717
1-12 ایزوترم‌های جذب 1818
1-12-1 ایزوترم فرندلیچ 1818
1-12-2 مدل‌ایزوترم لانگمیر 1919
1-12-3 مدل‌ایزوترم BET 2020
1-12-4 مدل‌ایزوترم دوبین-رادوشکویچ 2121
1-12-5 ایزوترم تمکین 2222
1-12-6 مدل‌ایزوترم توس 2222
1-12-7 مدل‌ایزوترم سیپز 2222
1-12-7 رادکه-پراودنیتز 2323
1-13 تخمین پارامترهای‌ایزوترم جذب با استفاده از خطی‌سازی: 2323
1-14 تصـفیـه آب 2424
1-15 جذب سطحی 2424
1-16 کاربرد‌های فرآیند جذب سطحی در صنعت تصفیه آب 2626
1-17 اهداف تحقیق 2727
فصل دوم: مروری بر سوابق مطالعاتی و پژوهشی 2929
2-1 مروری بر تحقیقات انجام شده در حذف آلاینده، بخصوص رنگ‌ها از محیط‌های آبی 2929
2-2 انواع جاذب‌ها 3030
2-2-1 استفاده از جاذب‌های سنتزی 3030
2-2-2 استفاده از جاذب‌های طبیعی 3131
2-3 حذف رنگ‌های کاتیونی و آنیونی 3232
2-4 روشهای تبدیل مواد به جاذب کربنی 3434
2-5 نانوبیوکامپوزیت سلولز باکتریایی/سیلیکا جایگزین سلولزهای گیاهی 3838
2-6 استفاده از جاذب‌های گیاهی و ارزان قیمت به جای جاذب‌های گران 3939
فصل سوم: مواد و روش‌ها 4141
3-1 جاذب به کار رفته برای جذب دراین تحقیق 4141
3-2 ترکیبات شیمیایی 4242
3-3 فرمول شیمیایی آلاینده‌ی رنگی به کار رفته 4242
3-4 شکل مولکولی 4343
3-5 نانو فیبر سلولز 4343
3-6 شرایط آزمایشگاه : 4545
3-7 تجهیزات و دستگاه‌ها 4646
3-8 مواد لازم 4646
3-9 روش آماده‌سازی جاذب 4848
3-9-1 تهیه‌ی جاذب و مش بندی آن 4848
3-9-2 تهیه جاذب خاکشیر در ابعاد نانو با استفاده از آسیاب فوق ریز کننده‌ی دیسکی 4848
3-10 تهیه‌ی محلول رنگ به عنوان پساب رنگی 4949
3-11 مراحل بهینه‌کردن جذب 5050
3-12 بررسی‌های جاذب به کار رفته 5050
3-13-1 شکل شناسی ذرات(ریخت شناسی) 5050
3-13-2 بررسی گونه‌های موجود در ساختار با استفاده از آزمون FTIR 5151
3-13-3 روش جداسازی رنگ بریلیانت‌گرین 5151
3-13-4 روش تعیین غلظت رنگ در محیط آبی 5252
3-13 روش محاسبه‌ی میزان حذف 5353
3-14بررسی و تعیین‌ایزوترم یا‌ایزوترم‌های جذبی حاکم بر فرآیند جذب 5454
3-15 بررسی سنتیک جذب 5454
3-16-1 مدل سنتیک شبه درجه اول 5454
3-16-2 مدل سنتیک شبه درجه دوم 5555
3-16-3 مدل سنتیک نفوذ درون ذره‌ای 5656
3-16-4 مدل سنتیک بنگهام 5656
فصل چهارم: نتایج آزمایشگاهی 5757
4-1 بهینه‌کردن جاذب 5757
4-1-1 انتخاب pH بهینه 5757
4-1-2 زمان تماس 5959
4-1-3 مقدار گرم جاذب(دُز جاذب) 6060
4-1-4 غلظت اولیه‌ی محلول 6262
4-1-5 بررسی دما 6363
4-1-6 دور همزن 6463
4-1-7 اسیدی‌کردن جاذب 6563
4-1-8 تأثیر اندازه جاذب بر میزان حذف 6663
4-2 ایزوترم‌های حاکم بر فرآیند جذب 6763
4-2-1 مدل فرندلیچ 6763
4-2-2 مدل‌ایزوترم لانگمیر 6863
4-2-3 ایزوترم تمکین 7063
4-2-4 نانوژل و جداسازی آن از محیط آبی پس از فرآیند حذف 7163
4-3 شکلشناسی (شکلشناسی یا ریخت‌شناسی جاذب) 7263
4-4 آزمایش FTIR برای بررسی گونه‌های موجود در ساختمان شیمیایی جاذب 7863
4-5 تخمین پارامتر‌های ترمودینامیکی 8263
4-5-1 مدل سنتیک شبه درجه اول 8263
4-5-2 مدل سنتیک شبه درجه دوم 8263
4-5-3 مدل نفوذ درون ذره‌ای 8363
4-5-4 مدل بنگهام 8463
4-6 مقایسه جداسازی رنگ بریلیانت‌گرین از محلول آبی با استفاده از جاذب‌های مشابه با شرایط یکسان 8663
4-7 بررسی مقاومت‌های انتقال جرم 8763
فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات 9063
5-1 نتیجه‌گیری 9063
5-2 پیشنهادت 9263
مراجع: 9363
پیوست 1. فهرست اسامی‌لاتین 10063
پیوست 2. کالیبراسیون دستگاه اسپکتروفوتومتر 10363
پیوست 3. شبیه سازی جذب 10463
پیوست 4. گرمای جذب و تغییرات انرژی آزاد گیبس و تغییرات آنتروپی 10563
فهرست جداول
جدول 1- 1. رنگ‌های به کار رفته در آزمایشگاه محیط‌های متخلخل برای آزمایش‌های اولیه جذب 1818
جدول 1- 2. پارامترهای‌ایزوترم فرندلیچ 1919
جدول 1- 3. پارامترهای‌ایزوترم لانگمیر 2020
جدول 1- 4. مشخصات فیزیکی و شیمیایی آب آشامیدنی که سازمان استاندارد تعیین کرده است 2727
جدول 2- 1. حداکثر جذب رنگ متیلن بلو توسط جاذب‌های ارزان قیمت و پسماند کشاورزی 3333
جدول 2- 2. حداکثر جذب رنگ بریلیانت‌گرین توسط جاذب‌های ارزان قیمت در طبیعت و مواد پسماند کشاورزی 3434
جدول 2- 3. خلاصه ای از روشهای ساخت جاذب کربنی با فعال ساز‌های متفاوت 3636
جدول 3- 1. مشخصات رنگ بریلیانت‌گرین 4343
جدول 3- 2. مشخصات دستگاههای مورد استفاده 4646
جدول 3- 3. اسامی‌و مشخصات مواد مورد استفاده 4747
جدول 3- 4. جدول رنگ‌ها و طول موج‌های حداکثر مربوط به هر رنگ 4747
جدول 3- 5. مقدار جذب به ازای غلظت‌های مختلف رنگ برای بدست آوردن نمودار کالیبراسیون 5252
جدول 4- 1. پارامتر‌ایزوترم‌های بررسی شده برای جاذب مورد استفاده در دوشکل 7163
جدول 4- 2. مدل‌های سنتیکی فرآیند جذب 8663
فهرست اشکال
شکل 1- 1. نمودار خوشه ای برای دسته بندی کلیه‌ی پساب‌های آبی 2
شکل 1- 2. دیاگرام تبدیل خوراک خام و خط تولید جاذب‌های گرانولی 1010
شکل 1- 3. دستگاه اسپکتروسکوپ ساخته شده برای گازها 1515
شکل 1- 4. دستگاه اسپکتروفوتومتر UNICO مدل 2100 1515
شکل 1- 5.ایزوترم BET. 2020
شکل 2- 1. نمودار مربوط به جاذب‌های به کار رفته برای حذف رنگ متیلن بلو 3333
شکل 2- 2. نمودار مقایسه‌ی قدرت جذب و حذف رنگ بریلیانت‌گرین توسط جاذب‌های مختلف ارزان قیم 3535
شکل 2- 3. مراحل فعالسازی مواد برای تولید جاذب با تخلخل بالا 3737
شکل 2- 4. مقایسه هزینه‌ی تمام شده‌ی انواع جاذب‌ها 4040
شکل 3- 1. ساقه‌های خشک شده‌ی گیاه در طبیعت 4141
شکل 3- 2. گیاه خاکشیر به صورت سبز،تر و قبل از خشک شدن در طبیعت 4242
شکل 3- 3. لوزی مشخصات‌ایمنی برای رنگ بریلیانت‌گرین (استاندار NFPA) 4343
شکل 3- 4. ساختار شیمیایی رنگ بریلیانت‌گرین 4343
شکل 3- 5. تبدیل فیبر سلولز آلفا به نانوژل سلولز 4444
شکل 3- 6. توزیع ذرات در نانو فیبر سلولز تبدیل شده توسط شرکت دانش بنیان نانو نوین پلیمر 4545
شکل 3- 7 . نمودار کالیبراسیون دستگاه اسپکتروسکوپ (کالیبراسیون بعد از 3ساعت استفاده از همزن برای برای 5353
شکل 4- 1. اثر تغییر PH بر روی حذف رنگ بریلیانت‌گرین با استفاده از جاذب ( 0.3گرم جاذب و 3گرم 5858
شکل 4- 2. مقایسه بهینه‌سازی زمان تماس 6060
شکل 4- 3. مقایسه بهینه‌سازی گرم جاذب(داده‌های مقادیر جرمی‌جاذب خاکشیر به شکل دوم 10 برابر شده است) 6161
شکل 4- 4. اثر تغییر میزان غلظت رنگ بریلیانت‌گرین بر روی درصد جداسازی رنگ 6363
شکل 4- 5. بررسی تأثیر دما بر روی میزان حذف 6463
شکل 4- 6. تأثیر دور همزن بر حذف رنگ 6563
شکل 4- 7. مقایسه قابلیت جذب شکل دوم جاذب با ارتقاء توسط اسیدی‌کردن با اسید کلریدریک 1مولار 6663
شکل 4- 8. اثر اندازه ذرات جاذب بر حذف 6763
شکل 4- 10. مدل لانگمیر برای دو شکل جاذب مورد بررسی 6963
شکل 4- 11. مدل تمکین 7163
شکل 4- 12. تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه‌ی جاذب به کار رفته با بزرگنمایی 1000برابر 7263
شکل 4- 13. تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه‌ی جاذب به کار رفته با بزرگنمایی 10هزار برابر 7363
شکل 4- 14. تصویر میکروسکوپ الکترونی مربوط به جاذب، با بزرگ نمایی1.5K 7363
شکل 4- 15 . تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM) مربوط به نانو ساختار جاذب نانوژل با بزرگ نماییK30 7463
شکل 4- 16. مدل لیگنین و سلول گیاهی که دسترسی به سلولز سخت می‌باشد 7463
شکل 4- 17. الیاف سلولزی که به صورت منظم در کنار هم قرار گرفته‌اند با بزرگ نمایی2.5K 7563
شکل 4- 18. الیاف سلولزی که به صورت منظم و همچون پارچه بافته شده در کنار هم قرار گرفته‌اند با بزرگ نمایی6K 7663
شکل 4- 19. تصویر میکروسکوپ الکترونی جاذب نوع اول، بعد از ازاینکه توسط ماده افزودنی اسید کلریدریک 1مولار و زمان ماند 1 ساعت به همراه همزن مغناطیسی با دور RPM 360 خوابانده شد، با بزرگ نمایی 350 برابر 7663
شکل 4- 20. تصویر میکروسکوپ الکترونی جاذب نوع اول، بعد از ازاینکه توسط ماده افزودنی اسید کلریدریک 7763
شکل 4- 26. برازش داده‌ها برای مدل سنتیک مدل شبه درجه دوم. 8363
شکل 4- 27. برازش مدل درون ذره ای به عنوان سنتیک جذب دو شکل از جاذب 8463
شکل 4- 28. برازش داده‌های آزمایش برای مدل سنتیک بنگهام 8563
شکل 4- 29. نمودار مقایسه‌ی قدرت جذب و حذف رنگ بریلیانت‌گرین توسط جاذب‌های مختلف ارزان قیمت 8763
شکل 4- 30) نمودار مقاومت های انتقال جرم در یک سیستم شامل جامد و انتقال جرم از مایع به داخل جامد 8863
شکل 4- 31) نفوذ غیر مداوم در سیستم های جامد در سیتم مختصاتی مختلف 8963
چکیده
دراین تحقیق شرایط جذب بهینه برای رنگ‌های کاتیونی مورد بررسی قرار گرفته و حذف رنگ بریلیانت‌گرین توسط جاذب طبیعی خاکشیر، مورد بررسی واقع شده است. ابتدا شرایط موثر در میزان حذف بریلیانت‌گرین توسط جاذب ساقه‌ی خاکشیر مورد تحقیق قرار گرفت، سپس با استفاده از روش بالا به پایین(یکی از روش های تهیه نانو مواد)، اندازه‌ی قطعات جاذب استفاده‌شده به صورت ذرات نانو (نانوژل) تبدیل شد و به عنوان جاذب استفاده گردید. بعد از عملیات حذف رنگ، قابلیت جذب جاذب در هردو حالت ابعاد میکرو و ابعاد نانو بررسی و مقایسه گردید. ذرات جاذب توسط روشهای آنالیز دستگاهی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) میکروسکوپ الکترونی پویشی(SEM) و روبشی(TEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. برای افزایش بازدهی فرآیند، توجه کار بر مقاومت‌های انتقال جرم معطوف شد و با استفاده از آسیاب فوق ریز کننده‌ی دیسکی، مقاومت انتقال جرم در رسیدن ماده‌ی جذب‌شونده از سطح جاذب به سایت‌های فعال، از بین رفت. فرآیند جذب با استفاده از‌ایزوترم‌های فرندلیچ، لانگمیر وتمکین بررسی شد که‌ایزوترم لانگمیر از بین‌ایزوترم‌های مورد بررسی، به‌خوبی فرآیند جذب با هردو شکل از جاذب را توصیف کرد. همچنین سنتیک جذب نیز برای جذب سطحی دراین تحقیق مورد بررسی قرار گرفت که شامل مدل سنتیک شبه درجه اول، دوم، بنگهام و نفوذ درون ذره ای بود که نتیجه‌ی آن پیروی از مدل درجه‌ی دوم بود. نتایج‌این تحقیق مشخص کرد که عمل جذب در5=pH بهتر صورت می‌گیرد، زمان تماس بهینه برای جاذب خاکشیر در ابعاد میکرو25 دقیقه وبرای ابعاد نانوژل 4 دقیقه بدست آمد، و مقدار دُز جاذب در شکل میکرو و نانو تفاوتی با هم نکرد و برای ابعاد میکرو gr/lit3 و شکل نانوژل gr/lit 30 بود، غلظت بهینه برای حذف نیز ppm20 و ppm25 بدست آمد. مقدار حذف رنگ برای شکل نانوژل بسیار خوب و در حدود 98% و برای ابعاد میکرو، مقدار درصد حذف درحدود 89% حاصل شد.
کلید واژه‌ها: ایزوترم جذب، پسماند‌کشاورزی، جاذب ارزان، جذب سطحی، حذف رنگ، نانوژل.