19456

۱۹۴۵۶

بررسي اثر همزمان نانوذرات و سورفكتنت بر پايداري غشاي مايع امولسيوني به‌منظور جداسازي اورانيوم و فلزات نادر خاكي گادولينيم و نئوديميم

دكتري

مهندسي شيمي

۱۳۹۷/۰۵/۰۷

دكتر احمد رهبر كليشمي-دكتر سيد جابر صفدري

دكتر حسين ابوالقاسمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

هدف از انجام اين رساله بررسي اثر هم¬زمان نانوذرات و سورفكتنت بر پايداري غشاي مايع امولسيوني به‌منظور جداسازي اورانيوم و فلزات نادر خاكي گادولينيم و نئوديميم بوده است. براي اين منظور، آزمايش‌ها در شش بخش كلي صورت گرفت. در بخش اول، عملكرد غشاي مايع امولسيوني به‌منظور استخراج گادولينيم از محلول‌هاي آبي اسيدي توسط حامل D2EHPA موردبررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه در شرايط بهينه، 99% از Gd(III) در مدت‌زمان 10 دقيقه استخراج گرديد و به‌طور هم¬زمان 79% از Gd(III) به فاز داخلي دفع گرديد. در بخش دوم، استخراج گادولينيم در حضور و عدم حضور نانولوله‌هاي كربني چند ديواره با حامل CYANEX 272 موردبررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد تحت شرايط بهينه، ميزان پيش‌بيني‌شده درصد استخراج Gd(III) برابر با 05/92% حاصل شد. همچنين نتايج نشان داد كه حضور نانولوله¬هاي كربني باعث كاهش تورم و شكست غشا به ترتيب به ميزان 8/45% و 9/62% شد. در شرايط بهينه، حضور نانوذرات منجر به بهبود ضريب كلي انتقال جرم به ميزان 97% گرديد. در بخش سوم، استخراج نئوديميم در حضور و عدم حضور نانولوله¬هاي كربني توسط حامل CYANEX 272 بررسي گرديد. تحت شرايط عملياتي بهينه، مقدار درصد استخراج پيش‌بيني‌شده براي Nd(III)، 03/99% به دست آمد. در بخش چهارم، از عامل استخراج‌كننده جديد CYANEX 572 به‌منظور استخراج گزينشي و غني‌سازي Gd(III) و Nd(III) استفاده گرديد. نتايج نشان داد كه تحت شرايط بهينه، بيشترين درصد استخراج Gd(III) (45/67%)، كمترين درصد استخراج Nd(III) (98/28%) و بالاترين فاكتور جداسازي (78/3( حاصل مي‌شود. بازده عريان سازي و غني سازي به ترتيب 04/89% و 01/12 براي Gd(III) و 45/19% و 13/1 براي Nd(III) حاصل گرديد. در بخش پنجم، جداسازي اورانيوم از مخلوط گادولينيم و نئوديميم با استفاده از حامل Cyanex 572 و با طراحي آزمايش¬ها به روش تاگوچي بررسي گرديد. نتايج نشان داد كه مي‌توان اورانيوم را به‌طور كامل از مخلوط گادولينيم و نئوديميم جداسازي نمود و مقادير فاكتور جداسازي اورانيوم نسبت به گادولينيم و نئوديميم به ترتيب 72/78 و 36/76 به دست آمد. در بخش نهايي، تأثير حضور هم¬زمان نانولوله¬هاي كربني و سورفكتنت بر اندازه قطرات امولسيون در سامانه غشاي مايع امولسيوني مورد بررسي قرار گرفت. حضور هم¬زمان نانولوله‌هاي كربني و سورفكتنت به‌طور متوسط باعث 66% كاهش در قطر ميانگين قطرات امولسيون گرديد. غلظت سورفكتنت و نانوذرات به‌عنوان پارامترهاي مستقل در رابطه جهت پيش‌بيني اندازه قطرات اعمال گرديد.

1397/07/16

Study on the simultaneous effects of nanoparticles and surfactant on the stability of emulsion liquid membrane for separation of uranium and rare earth metals of gadolinium and neodymium

10/8/2018 12:00:00 AM

The aim of this thesis was the study on the simultaneous effects of nanoparticles and surfactant on the stability of emulsion liquid membrane (ELM) for the separation of uranium and rare earth metals of gadolinium and neodymium. In order to this purpose, six major series of experiments were done. For the first Seri, the extraction of Gd(III) with D2EHPA in ELM from acidic solution was evaluated. Important variables affecting the ELM performance were systematically investigated and the optimum conditions were obtained. Results indicated that at the optimum condition, simultaneous quantitative extraction (>99%) and stripping (>79%) of Gd(III) were achieved. In second Seri, an emulsion nanofluid membrane (ENM) was applied to effectively extract Gd(III). Simultaneous emulsification of nanoparticles and surfactant was performed to stabilize the ENM. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) nanofluid was employed as liquid membrane and CYANEX 272 as carrier. Results indicated that presence of MWCNTs led to 45.8% and 62.9% reduction in membrane swelling and breakage, respectively. Furtheremore, MWCNTs caused to enhanced overall mass transfer coefficient about 97%. Under the optimized conditions, the extraction of Gd(III) reached the maximum of 92.05%. In the third Seri, Study on the Nd(III) extraction with CYANEX 272 through MWCNTs assisted ELM has been performed. At the optimum condition, the extraction of Nd(III) reached the maximum of 99.03%. At the forth Seri, the novel extractant, CYANEX 572, was applied for selective separation and enrichment of Nd(III) and Gd(III) through an ELM. Under the optimum condition, the extraction percentage of Gd(III) was maximum (67.45%), while the extraction percentages of Nd(III) was minimum (28.98) and the separation factor was found to be 3.78. The stripping efficiency and enrichment factor reached the maximum of 89.04% and 12.01 for Gd(III), and 19.45% and 1.13 for Nd(III). For the fifth Seri, selective extraction of uranium from Nd(III) and Gd(III) using C572 through an ELM was investigated. Taguchi (L9) method with four variables was performed. Results indicated that U(VI) was completely extracted and separation factor of U(VI)/Gd(III), U(VI)/Nd(III) were achieved 78.72 and 76.36, respectively. For the last Seri, the simultaneous effects of nanoparticles and surfactant on the mean drop size of the continuous ELM system in a horizontal mixer-settler were studied. Results indicated that presence of MWCNTs and Span-85 at the same time, caused to a remarkable reduction in drop size about 66%. In order to predict mean drop size, a new modified correlation was suggested where the surfactants and nanoparticles concentrations were introduced as new independent parameters.