عنوان

طراحی و سنتز نانوکامپوزیت پلیمری بر بستر آلومینا و آلومینیوم آندایز شده برای حذف همزمان آلاینده‌های آلی و فلزی از پساب

IR

۴۳۸۴پ

فارسی

IR

طراحی و سنتز نانوکامپوزیت پلیمری بر بستر آلومینا و آلومینیوم آندایز شده برای حذف همزمان آلاینده‌های آلی و فلزی از پساب

[پایان‌نامه]

Design and synthesis of the supported polymeric nanocomposite on the anodized aluminum and alumina for the simulataneous removal of organic and metal contaminants from wastewater

/مریم نورمحمدی

: مهندسی شیمی

، ۱۴۰۰

۱۵۹ص.

:

زبان: فارسی

زبان چکیده: فارسی

چاپی - الکترونیکی

مصور، جدول، نمودار

کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی- محیط زیست

۱۴۰۰/۰۷/۰۱

صنعتی سهند

در پژوهش حاضر طراحی و سنتز نانوکامپوزیت‌های پلیمری بر بستر گاما آلومینای پودری و آلومینیوم آندایز شده برای حذف تک مولفه‌ای و همزمان آلاینده‌های آلی و فلزی شامل رنگ‌های آنیونی متیل اورانژ و راکتیوسیاه ۵، داروی هیدروکینون و یون آرسنیک از پساب مورد بررسی قرار گرفتند .به منظور سنتز نانوکامپوزیت‌های پلیمری بر بستر گاما آلومینای پودری، از پودر گاما آلومینای خریداری شده از شرکت مرک و سنتز شده توسط بوهمیت آذرشهر استفاده شد، و کیتوسان نیز به عنوان پلیمر زیست سازگار مورد ارزیابی قرار گرفت .به منظور افزایش ظرفیت جذب نانوکامپوزیت های پودری دو تئوری، اصلاح نانوکامپوزیت و استفاده از جزء سوم به عنوان تقویت کننده مطرح شد .اصلاح نانوکامپوزیت آلومینا-کیتوسان برای دو ماده‌ی کیتوسان و گاما آلومینا به طور جداگانه انجام شد به گونه‌ای که پودر گاما آلومینا با استفاده از دو اسید، تحت عنوان اسید اگزالیک و اسید سالیسیلیک اسیدشویی شد .با توجه به اینکه کیتوسان یک زیست پلیمر آبدوست است لذا در محلول‌های آبی نمی‌تواند کارایی مناسبی را ارائه دهد .بنابراین با استفاده از سدیم دودسیل سولفات (SDS) به عنوان یک سورفکتانت آنیونی، سطح کیتوسان آب‌گریز شد .در ادامه نانوکامپوزیت‌های سنتز شده بر بستر آلومینیوم آندایز شده با استفاده از روش آندکاری خود نظم یافته، برای حذف رنگ متیل اورانژ و یون آرسنیک ساخته شدند .زیست پلیمر کیتوسان به عنوان یک پلیمر کارآمد برای سنتز نانوکامپوزیت آندایز شده با استفاده از دو روش التراسونیک و هیدروترمال در نظر گرفته شد که در روش هیدروترمال رشد و نفوذ بهتر کیتوسان درون نانوحفره‌ها مشاهده شد .به منظور اصلاح نانوکامپوزیت ذکر شده در ابتدا کیتوسان با استفاده از روش همرسوبی مغناطیسی شد سپس طی فرآیند هیدروترمال درون حفره‌های بستر آندی گرفت شد .آنگاه با استفاده از نانولوله‌های کربنی و خاک رس قرمز دو نانوکامپوزیت متفاوت تهیه شده که نانوکامپوزیت سنتز شده با خاک رس توانست قدرت جذب بالاتری را به خود اختصاص دهد .در آخرین مرحله از اصلاح نانوکامپوزیت آندایز شده استفاده از نیترات آهن به منظور رشد اکسیدهای آهن درون حفره‌های سطح آندی انجام شد .با توجه به این که وجود داروی هیدروکینون در پساب می‌تواند بسیار خطرناک باشد ، بنابراین تصفیه آن مستلزم بررسی‌های دقیق‌تر است .تأثیر پارامترهای دما، غلظت اولیه و قلیاییت بر ظرفیت جذب جاذب در حذف هیدروکینون، توسط طراحی آزمایش با استفاده از پکیج MBC در نرم افزار متلب برای اولین بار در بحث مهندسی شیمی، مورد ارزیابی قرار گرفت .آنالیزهای ساختارشناسی مختلفی شاملXRD ،FTIR ،BET ،FESEM ، EDX و TEM جهت بررسی و مطالعه‌ی ساختار نانوکامپوزیت‌های سنتز شده انجام گرفت .با توجه به آنالیز BET سطح فعال تمامی نانوکامپوزیت‌های پودری در مقایسه با گاما آلومینا تقلیل یافته است که این امر را می‌توان به خاصیت شبکه‌سازی گلوتارآلدهید مربوط ساخت که منجر به متورم شدن کیتوسان در ساختار نانوکامپوزیت‌ها می‌شود، لذا مسدود شدن سایت‌های فعال را به دنبال خواهد داشت .همچنین اندازه‌ی نانوذرات نانوکامپوزیت‌های پودری اصلاح شده با استفاده از آنالیز FESEM کمتر از ۱۰۰ نانومتر تعیین شد که با نتایج حاصل از معادله‌ی شرر در آنالیز XRD مطابقت داشت .بیشینه ظرفیت جذب برای جاذب‌های سنتز شده با استفاده از ایزوترم لانگمویر در حدود ۴۱۶/۶۷ میلی‌گرم بر گرم بوده که مربوط به نانوکامپوزیت پودری اصلاح شده با اسید سالیسیلیک است .برای حذف دو آلاینده‌ی راکتیو سیاه ۵ و هیدروکینون، به ترتیب ظرفیت جذب بیشینه برای جاذب پودری اصلاح شده با اسید اگزالیک برابر با ۱۸۵/۱۸۵ میلی‌گرم بر گرم و برای جاذب اصلاح شده با اسید سالیسیلیک معادل با ۸۶/۹۵ میلی‌گرم بر گرم تعیین شد .نهایتا جاذب پودری اصلاح شده با اسید سالیسیلیک با ظرفیت جذب بیشینه ۹۵/۲۴ میلی‌گرم بر گرم توانست در میان سه جاذب دیگر به عنوان جاذب بهینه برای حذف یون آرسنیک انتخاب شود .بیشینه ظرفیت جذب سطحی نیز برای جاذب آندایز شده برای متیل اورانژ و یون آرسنیک به ترتیب ۵۳/۴۸ و ۱۴ میلی‌گرم بر گرم محاسبه شد .همچنین به منظور تعیین رفتار سینتیکی جاذب‌های سنتز شده، دو مدل سینتیکی شبه درجه اول و شبه درجه دوم مطالعه شد.

g/g of arsenic ion was used. The reported results showed that the synthesized adsorbents have good adsorption even for the simultaneous removal of methyl orange and arsenic ion contaminants.إ In the present research, the design and synthesis of polymer nanocomposites supported on the powdered gamma alumina (merck), gamma alumina synthesized from the bohmit of Azarshahr and anodized aluminum for simultaneous removal of organic and metallic contaminants including methyl orange and reactive black 5 as anion dyes, hydroquinone and arsenic ion from the wastewater were evaluated. In order to synthesize polymer nanocomposites on powdered gamma alumina and gamma alumina synthesized from the bohmit, two biocompatible polymers of chitosan and polyacrylamide were selected, Cs/Al, Cs/AlSB and PAM/Al nanocomposites were obtained, that for evaluate their efficiency, adsorption test was performed in the specified operating conditions. The results showed that the nanocomposite synthesized with chitosan had a higher removal percentage. Then, in order to increase the adsorption capacity of Cs/Al nanocomposite, two theories were proposed: modification of the nanocomposite and use of the third component as a reinforcement. Modification of Cs/Al nanocomposite was performed separately for chitosan and gamma alumina, so that gamma alumina powder was modified with oxalic acid and salicylic acid. Due to the fact that chitosan is a hydrophilic biopolymer, so it can not provide good performance in aqueous solutions, so in the present study, using sodium dodecyl sulfate (SDS) as an anionic surfactant, the surface of chitosan was become hydrophobic. Then, using carbon nanotubes and red clay as third component, caused to the synthesis of two Cs/Al/C and Cs/Al/MWCNT nanocomposites. Cs/Al/C was selected as a suitable three-component adsorbent due to its high absorption capacity and economic efficiency. The performance of the modified nanocomposites was evaluated for the four pollutants, of which five adsorbents were Cs/Al-Oxa (1:3.5), Cs/Al-Oxa (1:3.5), Cs/Al-Sly (1:3.5), Cs-SDS/Al-Sly (1:3.5) and Cs/Al/C for methyl orange, adsorbent Cs-SDS/Al-Oxa (1:3.5) for reactive black 5, adsorbent Cs-SDS/Al-Sly (1:3.5) for hydroquinone and four adsorbents Cs/Al-Oxa (1:3.5), Cs/Al-Oxa (1:3.5), Cs/Al-Sly (1:3.5) and Cs-SDS/Al-Sly (1:3.5) Were accepted for arsenic ions. Also, in order to synthesize nanocomposites on anodized aluminum substrate, alumina nanotubes were created on the aluminum substrate using self-ordered anodizing method and were used to remove two contaminants, methyl orange and arsenic ion. Chitosan biopolymer was selected as an efficient polymer for the synthesis of the desired nanocomposite, AAO@Cs nanocomposite was prepared using two ultrasonic and hydrothermal methods. In the hydrothermal method, better growth and penetration of chitosan into nanopores were observed. In order to increase the adsorption capacity and efficiency of AAO @ Cs nanocomposites, like polymer nanocomposites on powdered alumina substrate, the issue of modification and use of carbon nanotube and red clay reinforcers was discussed. In order to modify the AAO@Cs nanocomposite, chitosan was first magnetized by co-precipitation method and then penetrated into the cavities of the anodic bed during the hydrothermal process. Two AAO@Cs-C and AAO@Cs-MWCNT nanocomposites were synthesized using carbon nanotube and red clay reinforcers, That AAO@Cs-C nanocomposite had a higher adsorption power. Subsequently, two three-component nanocomposites, Cs/Al/C and Cs/Al/MWCNT, were synthesized from carbon nanotubes and red clay. Finally, AAO@Cs-Fe-C nanocomposite was considered as an efficient adsorbent to remove two contaminants, methyl orange and arsenic ion. To evaluate the conditions governing adsorption operations such as temperature parameters, alkalinity and initial contaminant concentration for the synthesized adsorbents were investigated. Given that the presence of hydroquinone in wastewater can be very dangerous and have adverse effects, so its treatment requires careful investigation. In the present study, the effect of temperature, initial concentration and pH parameters on the adsorbent adsorption capacity in hydroquinone removal due to the sensitivity of the subject was evaluated by designing an experiment using the MBC package in MATLAB software for the first time in chemical engineering. Various structural analyzes including XRD, FTIR, BET, FESEM, EDX and TEM were performed to study the structure of the synthesized nanocomposites. Due to BET analysis, the active surface of all synthesized nanocomposites has been reduced, which can be related to the crosslinking property of glutaraldehyde, which leads to swelling of chitosan in the structure, thus blocking the active sites were happens. Also, the nanoparticle size of the modified Cs/Al nanocomposites was determined using BET analysis less than 100 nm, which is consistent with the results of the Scherrer equation in XRD analysis. FESEM images were obtained from the anodic surface of aluminum at different times of the first and second stages of anodizing, which showed that increasing the anodizing time causes the cavities to be distributed in a more orderly manner. The maximum adsorption capacity for the synthesized adsorbents was evaluated using the Langmuir isotherm. Among the five adsorbents selected for methyl orange removal, Cs-SDS/Al-Sly (1:3.5) adsorbent was able to achieve the best performance with a maximum adsorption capacity of 416.67 mg/g. To remove the two contaminants: Reactive Black5 and Hydroquinone, the adsorption capacity of the adsorbent for Cs-SDS/Al-Oxa (1:3.5) adsorbent was 185.185 mg/g and for Cs-SD/Al-Sly (1:3.5) adsorbent was determined 86.95 mg/g, respectively. Also, in order to determine the kinetics of the synthesized adsorbents, two pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models were studied and evaluated. To investigate the simultaneous removal of anionic contaminants, a real water sample of a village in Qazvin province containing 35

ba

Design and synthesis of the supported polymeric nanocomposite on the anodized aluminum and alumina for the simulataneous removal of organic and metal contaminants from wastewater

جذب سطحی

گاما آلومینای پودری

آلومینیوم آندایز شده

کیتوسان

خاک رس قرمز

اکسید آهن

یون آرسنیک

متیل اورانژ

راکتیو سیاه ۵ و هیدروکینون

Adsorption, Powdered Gamma alumina, Anodized aluminum, Chitosan, Red Clay, Iron oxide, Arsenic ion, Methyl orange, Reactive Black5 and Hydroquinone

جذب سطحی، گاما آلومینای پودری، آلومینیوم آندایز شده، کیتوسان، خاک رس قرمز، اکسید آهن، یون آرسنیک، متیل اورانژ، راکتیو سیاه ۵ و هیدروکینون

نورمحمدی، مریم

ذبیحی، محمد، استاد راهنما

فقیهی، مرتضی، استاد مشاور

ایران

20230912

شیمی ،۲۰۹۹۱ ،۱۴۰۰

ب‌اسپ‍ زا ی‌زلف‍ و ی‌لآ ی‌اهه‌دنیلاآ ن‌امزمه‍ ف‌ذح‍ ی‌ارب‍ ه‌دش‍ زیادنآ م‌وینیمولآ و انیمولآ رتسب‍ رب‍ ی‌رمیلپ‍ ت‌یزوپماکونان‍ زتنس‍ و ی‌حارط.pdf

عادی

عادی

d4.pdf

pch20991.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ۴۳۸۴

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y