20378

۲۰۳۷۸

بررسي تجربي و مدل‌سازي حذف 4-نيتروفنل و 4-نيتروآنيلين از محلول‌آبي با استفاده از نانوگرافن اكسيد مغناطيسي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

۱۳۹۷-۱۳۹۵

۱۳۹۷/۱۲/۱۵

دكتر احد قائمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در پژوهش حاضر سنتز گرافن اكسيد مغناطيسي به‌عنوان جاذب جهت دستيابي به جداسازي با هزينه كم، در حذف دو آلاينده آلي 4-نيتروفنل و 4-نيتروآنيلين با استفاده از يك روش هيدروترمال بهبود يافت. عملكرد فرايند جذب سطحي به‌عنوان تابعي از چهار فاكتور شامل دما، زمان اختلاط، pH محلول و غلظت اوليه آلاينده‌ها موردمطالعه قرار گرفت. مطالعات نشان دادند كه زمان تعادل براي 4-نيتروفنل و 4-نيتروآنيلين به ترتيب در 70 و 100 دقيقه ميسر مي‌شود. تأثير مقدار جاذب جهت بهينه‌سازي هزينه‌هاي عملياتي فرايند نيز بررسي شد. آزمايش‌هاي ناپيوسته نشان از عالي بودن ظرفيت جذب گرافن اكسيد مغناطيسي سنتز شده براي حذف هر دو آلاينده داشت كه قابليت بازيابي مجدد دارد. به‌منظور بررسي تأثير پارامترهاي مؤثر، آزمايش‌هاي ناپيوسته تحت شرايط موردنظر انجام گرفت و بيشترين ظرفيت جذب براي 4-نيتروفنل و 4-نيتروآنيلين mg/g 4/479 و 1/312 به دست آمد. ايزوترم هاي جذب براي توصيف رفتار و مكانيسم بين جاذب و محلول آبي ارزيابي شدند. براي هر دو نوع آلاينده، مدل سينتيكي شبه درجه دوم و مدل ايزوترمي لنگموير بهترين تطابق را با داده‌هاي تجربي داشتند. مقادير ∆G، ∆H و ∆S به‌دست‌آمده از ترموديناميك جذب حاكي از خودبه‌خودي، گرمازا و افزايش بي‌نظمي حين واكنش بود. دو مكانيسم تعامل π–π و پيوند الكترواستاتيك به‌عنوان مكانيسم‌هاي پيشنهادي بر طبق مدل به‌دست‌آمده ارائه شدند. نهايتاً روش آماري سطح پاسخ به‌منظور بهينه‌سازي پارامترها، دستيابي به بيشينه ظرفيت جذب، بررسي تأثير متقابل پارامترها روي جذب و تعداد آزمايش‌هاي جذب به كار گرفته شد. داده‌هاي تجربي با تحليل واريانس مورد ارزيابي قرار گرفتند كه مدل درجه دوم سازگاري خوبي ارائه داد. متغيرهاي بهينه سازي شده جهت دستيابي به بيشينه ظرفيت جذب به ترتيب براي 4-نيتروفنل و 4-نيتروآنيلين دماي 25 و 25 درجه سانتي گراد، غلظت 320 و 450 ميلي گرم بر ليتر، زمان تماس 120 و 120 دقيقه و pH 95/3 و 2 گزارش شد و در اين شرايط بيشترين ظرفيت جذب نيز به ترتيب mg/g 480 و 32/313 به دست آمدند. خطاي حاصل از تطابق آزمايش هاي تجربي و نتايج آماري نشان داد سازگاري خوبي برقرار است و فقط به ترتيب 39/3 و 64/0 درصد از آزمايشات سازگاري نداشته اند.

1398/02/07

Experimental and modeling investigation of removal of 4-nitrophenol and 4-nitroaniline from aqueous solution using magnetic graphene

4/27/2019 12:00:00 AM

Magnetic graphene oxide (GO) as a carbon based material was modified through a hydrothermal method to obtain an economically recoverable adsorbent in order to two organic contaminants namely 4-nitrophel and 4-nitroaniline adsorption. The performance of adsorption process was investigated as a function of four factors including temperature, solution pH, mixing time and initial concentration. Studies showed that the time to reach an equilibrium system was obtained at 70 and 100 min respectively. Effect of dose of adsorbent was studied individual due to its high cost for optimization of process. Batch experiments represented that synthesized magnetic GO has an excellent adsorption capacity for removal of pollutants which has a cost effective recovery ability. In order to apperceive the effect of operational parameters, batch experiments were carried out under intended conditions which maximum adsorption capacity of magnetic nanoparticles was 479 and 313/1 mg/g at 298 K. Isotherms were evaluated to study mechanism and behavior between adsorbent and aqueous solution. Langmuer isotherm model and for kinetic isotherm, Pseudo second order were best fitted with experimental data. Values of the ∆G, ∆H and ∆S obtained from Thermodynamic isotherms of adsorption assumed that adsorption reaction was spontaneous and a chemisorption reaction was occurred. The adsorption mechanism was discussed and the π–π stacking and electrostatic interactions were supposed as the main mechanisms of adsorption of 4-Np and 4-NA on adsorbent. Finally response surface methodology (RSM) as a statistical investigation was used to optimize adsorption factors to obtain maximum adsorption capacity and investigate the interactive effect of parameters using Box-Behnken Design (BBD). The experimental data were evaluated by analysis of variance (ANOVA) and second order polynomial model was suggested to fitting the experimental data. Optimum conditions obtained by response surface method for temperature, initial concentration, pH, time and maximum adsorption capacity were calculated 25˚C, 450 ppm, pH=2,t=120min for 4-NP and 25˚C, 320 ppm, pH=3/95, t=120 min for 4-NA and maximum adsorption capacity 313/32 and 480 mg/g respectively. Coefficient determination R2 was 96.61% and 99%that indicates a good matching between experimental and statistical results.