سنتز نانو گرافن اکساید عامل دار جهت کاهش گرفتگی بیوراکتور غشایی با استفاده از روش تلفیق جاذب و فرایندهای الکتروشیمایی
[پایان نامه]
احسان طاهری
صنعتی سهند
۱۴۰۱
۷۵ص.
مصور، جدول، نمودار
CD
کارشناسی ارشد
مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی
۱۴۰۱/۰۸/۰۱
در مطالعه حاضر گزارشی در رابطه با تصفیه بهبودیافته فاضلاب سنتزی با یکپارچهسازی الکترواکسیداسیون که یکی از پرکاربردترین فرایندهای اکسیداسیون شیمیایی پیشرفته در مطالعات محسوب میشود با بیوراکتور غشایی از طریق قرار دادن الکترودهای اسیل درون بیوراکتور همراه با افزودن نانوذرات اکسیدگرافن برای اولین بار گزارششده است. نانوذرات اکسید گرافن (GO) به طور همزمان با اتیلن دی آمین (EDA) اصلاح و کاهش یافتند. سپس، EDAtreated GO (RGO-NH2) در معرض واکنش¬های آلکیلاسیون و آمیداسیون تکرارشونده برای سنتز نانو صفحه¬های GO پیوندی پلی (آمیدوآمین) (PAMAM) قرار گرفت. واکنش¬ها تا زمانی که نسل یک و نیم PAMAM بر روی لایه های GO پیوند زده شود ادامه یافت. نتایج FT-IR سنتز ساختارهای مختلف را تأیید کرد، در حالی که منحنی TGA نشان داد که واکنش های غیر ایده آل رخ داده و PAMAM همانطور که انتظار می رفت پیوند نخورد. همچنین، نمودارهای XRD نشان داد که در برابر درهم آمیختن لایه های نانو مقاومتی به نام دوخت وجود دارد. در این مطالعه از ماژول غشای تخت برای جداسازی فاضلاب و میکروارگانیسم¬ها از جنس PVDF با اندازه¬ی حفره¬ی 04/0 میکرومتر استفاده شد. نتایج نشان دادند که سیستم ترکیبی در همه¬ی غلظت-های نانوذرات اعمالی منجر به حذف کامل و 10 درصد بیشتری اکسیژن شیمیایی موردنیاز نسبت به فرآیند EMBR بدون نانوذره و 20 درصد بیشتر نسبت شد. بر دقیقه شد. علاوه بر آن سیستم یکپارچه EMBR با افزودن نانوذرات گرافن اکسید احیا شده منجر به کاهش چشمگیر گرفتگی غشا شد که همراه با افزایش 20 روزی زمان عملیاتی قبل از رسیدن به مقدار حدی شار شد. اندازهگیریها نشاندهنده کاهش کسر EPS در لایه کیک لجن همراه با کاهش چشمگیر ترکیبات پروتئینی در LB-EPS در مقایسه با سیستم MBR بود. بهبود رفتار گرفتگی EMBR را میتوان به حمله الکتروندوست رادیکالهای هیدروکسیل تولیدشده به بافتهای غنی از الکترون عوامل گرفتگی ارگانیک EPS، جذب عوامل گرفتگی ارگانیک برروی سطح نانوذرات گرافن اکسید و همچنین افزایش اندازه لخته¬های میکروارگانیسم و جلوگیری از نفوذ ذرات ریز میکروارگانیسم به درون حفرات غشا ربط داد. این نتایج در ادامه توسط آنالیز شبکه ارتعاش و پراش و طیفسنجی تبدیل فوریه مادونقرمز تائید شدند. نتایج این مطالعه را میتوان با افزودن تعداد ماژولهای غشایی یعنی حجم بیشتر تراوش و تعداد بیوراکتورهای غشایی با استفاده از مفهوم راکتورهای سری برای تغییر مقیاس از فرایند شبه پایا به پایا برای تصفیه جریان پیوسته پساب از صنایع مورداستفاده قرارداد. نتایج مطالعه حاضر مبنای خوبی برای مطالعات بعدی از طریق روشن شدن مکانیسم پیچیده گرفتگی و عملیاتی سیستمهای یکپارچه اکسیداسیون پیشرفته و بیوراکتور غشایی همراه با نانوجاذب برای تصفیه بهتر پسابهای آلوده و ترکیبات آلی با زیست تجزیهپذیری پایین فراهم میکند.
In the current study, a report is presented regarding improved treatment of synthesized wastewater using integrated electrooxidation with Membrane Bioreactor (MBR) by placing anode and cathode inside bioreactor and addition of Graphene Oxide nanoparticles (GO NPs). For this aim, 8 MBRs were operated simultaneously. GO NPs were reduced and modified using ethylene diamine (EDA). After that, EDAtreatedGO (RGO-NH2) were exposed to alkylation and repetitive amidation for synthesizing polyamdioamine (PAMAM) bonded nanosheets of GO. Reactions were continued until 1.5 age of PAMAM were located on bonded GO layers. FTIR results confirmed formation of various structures while TGA graphs showed occurrence of non-ideal reactions and lack of PAMAM bonding as expected. Moreover, it is resulted from XRD graphs that bonding resistance exists against bonding of nanosheets. In the current study, the plate and frame module was used for separation of effluent and microorganisms and the membrane was made of PVDF with 0.04 micrometer pore diameter. Results show that integrated systems lead to complete removal of chemical oxygen demand (COD) which is 10 and 20% more than efficiency of EMBR and MBR systems alone. In addition, NPs included EMBR system led to significant reduction of membrane fouling and operational time was extended for 20 days before reaching critical flux. Measurements showed reduction of EPS fraction with significant decrease in the content of proteinaceous compounds in LB-EPS fraction in comparison with respective values for MBR systems. Improvement in fouling behaviour of EMBR could be related to the electrophilic attack of electro generated hydroxyl radicals to the electron rich moieties of organic fouling agents, adsorption of organic fouling agents on the outer surface of GO NPs and increase in overall size of microorganism size and prevention of flock penetration through membrane pores. These results were further confirmed by the emission-excitation matrix and FTIR spectroscopy methods. Results of current study could be beneficial for operation of scaled-up system using more membrane modules and larger permeate using the concept of reactors in series/parallel concept for continuous treatment of industrial wastewaters. Results of current study could be considered as a basis for future studies by elucidating complex mechanisms of fouling in integrated advanced oxidation processes and membrane bioreactors along with nanoparticles for improved treatment of wastewaters containing organic compounds with low biodegradability.
Synthesis of functionalized graphene oxide for fouling mitigation of MBR by combination of adsorption addition and electrochemical processes
بیوراکتورغشایی
فاضلاب مصنوعی
الکترواکسیداسیون
اکسید احیا شده
بیوراکتورغشایی؛ فاضلاب مصنوعی؛ الکترواکسیداسیون؛ نانوجاذب؛ گرافن اکسید احیا شده