23948

بررسي عوامل مؤثر در ساخت نانوالياف كامپوزيت كيتوسان الكتروريسي‌شده به‌منظور بهبود جداسازي فلزات سنگين

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي _فرآيندهاي جداسازي

1397-1400

1400/03/11

دكنتر تورج محمدي

دكتر امير اتابك اسدي

مهندسي شيمي نفت و گاز

بازدهي بالا، عملكرد آسان و فضاي كم مورد نياز فرايندهاي فيلتراسيون غشايي مورد استفاده در جداسازي فلزات سنگين مورد توجه قرار داده است. غشاهاي نانواليافِ تمايلي برخلاف غشاهاي اسمز معكوس (كه بازده بالا و مصرف انرژي بسيار بالا دارند)، مي‌توانند با مصرف انرژي بسيار كم، در فشارهاي عملياتي پايين‌، با بازده بالا بكار گرفته شوند. كيتوسان به عنوان پليمر طبيعي با قابليت جذب بالاي فلزات سنگين، قابليت پاييني براي الكتروريسي دارد كه با استفاده از پليمر همراه پلي‌وينيل‌الكل قابل جبران است. در اين پژوهش با استفاده از يك طراحي آزمايش، به‌طور جامع به ارزيابي پارامترهاي الكتروريسي توليد نانوالياف يكنواخت پرداخته شد تا با دست‌يابي به ساختاري يكنواخت از اين الياف، حداكثر مقدار جذب گونه‌هاي فلزي ميسر شود. بر اساس تصاوير ميكروسكوپ الكتروني (SEM) نمونههاي طراحي آزمايش، اثر پارامترها بررسي شد و الياف يكنواخت و بدون گره به عنوان غشاي پايه (كيتوسان/پليوينيلالكل) بهينه با قطر ميانگين nm 7/222 بدست مي‌آيد. در مرحلهي بعد پس از تأييد آميناسيون نانولوله‌هاي هالوسيت توسط آناليز طيف‌سنج مادون‌قرمز (FTIR)، اين نانولوله‌ها به همراه كيتوسان/پلي‌وينيل‌الكل در دو حالت پوشش‌دهي و كامپوزيت (درصدهاي wt.% 3 الي9 از وزن پليمر خشك) الكتروريسي و به كمك اتصال عرضيِ نانوالياف با گلوتارآلداهيد براي پايداري در محيط آبي آماده شدند. علي‌رغم برهمكنش مناسب نانوذرات پوشش داده‌شده با پليمرها و عملكرد بالاي جذبي، اين روش از پايداري پاييني برخوردار است. اضافه نمودن نانوذرات به محلول پليمري، باعث بهبود ظرفيت جذب، و مقاومت حرارتي و مكانيكي شد كه با تغيير پارامترهاي مؤثر در حذف يون‌هاي سرب و كادميم و قابليت احياي جاذب مورد بررسي قرار گرفت. حداكثر ظرفيت جذب استاتيك يون‌هاي سرب و كادميم براي غشايي با ساختاري بهينه (كيتوسان3% /پلي‌وينيلالكل 9% / هالوسيت آمين‌دار 7%) ، در دماي C°25 و pH برابر 5/5 و 6، به ترتيب معادل mg/g 2/476 و 5/454 اندازه‌گيري شد كه 2 برابر جذب غشاي پايه است. همچنين پس از 5 چرخه بازيابي جاذب، تنها 37% از عملكرد غشاها كاهش يافت. از نظر عملكرد غشايي، درصد پسزني و شار تراوش بهينه براي پساب ppm 50 سرب و كادميم اين غشا در فشار bar 15/0 به ترتيب 78 و 84% و 8/427 و L/(m^2×h) 9/457 بدست آمد.

1400/04/02

Investigation of effective parameters in fabrication of electrospun chitosan composite nanofiber for improvement of heavy metal separation

6/1/2022 12:00:00 AM

The high efficiency, easy function and the low required space by membrane filtration processes made them attractive in the separation of heavy metals. The nanofiber membranes, in contrast to the reverse osmosis membranes (which have high efficiency and high energy consumption), can be used with low energy consumption and high performance efficiency. chitosan as a natural polymer with high heavy metals adsorption capability, has low electospinability, which can be compensated by using polar polymers such as poly (vinyl alcohol). In this thesis, first the effect of different electrospinning parameters on CS/PVA was studied and then the optimal conditions were forund to maximize the amount of adsorption of metal species using a response surface methodology. On the basis of scanning electron microscopy (SEM) images, the effect of dominant parameters such as uniformity, fiber diameter and pore size was investigated and uniform CSPVA fibers were obtained with average diameter of 222.7nm. Then, amino group grafted Halloysite nanotubes (HNT-NH2s) were used to enhance the adsorption performance of chitosan (CS)/ Poly (vinyl alcohol) (PVA) electrospun nanofibers by coating on the CS/PVA polymer mat as well as embedding into polymer solution. Addition of nanoparticles to the polymeric solution improved adsorption capacity, thermal and mechanical resistance, which was investigated by changing effective parameters in removing lead and cadmium ions and adsorption capacities. The novel cactus-like nanofibers exerted considerably higher Cd(II) and Pb(II) adsorption capacity compared with any other functionalized materials, but this method has low stability. Impacts of potentially affecting parameters including HNT-NH2 loading, pH, temperature, and contact time of adsorption, and initial concentration of heavy metal ions were studied on the performance of the synthesized nano-adsorbent. according to well-fitted Longmuir model, maximum adsorption capacity of Cd(II) and Pb(II) ions at 120 min equilibrium time were measured to be 454.5, and 476.2 mg/g for HNT-NH2 entrapped nanofibersKinetics of the adsorption process was studied, indicating that pseudo-second-order model was fitted on the experimental data. HNT-NH2 entrapped nanofibers were considerably stable and after the adsorption capacity remained almost intact after five adsorption/desorption cycles. To evaluate membrane performance, flux and rejection were obtained as 427.8, 457.9 LmH and 84, 78% for Pb(II) and Cd(II), respectively.

تصفيه‌ي آب , جذب فلزات سنگين , الكتروريسي , كيتوسان , آميناسيون هالوسيت

Water treatment , adsorption of heavy metals , electrospinning , chitosan , functionalized Halloysite nanotubes