25085

حذف هيدروژن سولفيد و سولفات از گازها و محيط هاي آبي با استفاده از جاذب هاي نانوساختار متخلخل

دكترا

شيمي تحزيه

1393

1400/03/05

دكتر منور انبياء

شيمي

حذف مؤثر سولفات اضافي از آب براي محافظت از محيط زيست و بازيابي كيفيت آب ضروري است، همچنين حذف هيدروژن سولفيد (H2S) آزاد شده از فرآيندهاي منابع مختلف حائز اهميت است زيرا اين تركيب حتي در غلظت پايين نيز مي¬تواند باعث خوردگي و آسيب به محيط زيست شود. مواد متخلخل، طيف گسترده¬اي از معماري¬هاي شيميايي را با اندازه منافذ قابل تنظيم و مساحت سطح بالا ارائه مي¬دهند كه براي جذب H2S و مولكول هاي سولفات بسيار اميدوار كننده هستند. در رساله حاضر، در ابتدا نانوذرات زئوليت از نوع T (LTA) با استفاده از روش هيدروترمال سنتز و برخي از پارامترهاي سنتز مانند زمان تبلور و دما با هدف به دست آوردن زئوليت¬هايي با اندازه نانو بهينه شد. چارچوب ايميدازول زئوليتي سلسله مراتبي H/ZIF-8)) و دو فلزي H/ZIF-8@La و H/ZIF-8@Cu، با اضافه كردن نمك La(NO₃)₃.6H₂O و Cu(NO3)2.3H2O به ترتيب به عنوان منبع La وCu ، با جايگزيني 50-50٪ مولارLa يا Cu با منبع Zn با يك روش ساده و سبز و با استفاده از آب به عنوان حلال تهيه شدند. پارامترهاي فرآيند نظير دما و زمان تبلور، همچنين پارامترهاي تركيب مواد مانند مقدار 2-متيل ايميدازول و 2- متيل آمينو اتانول، مورد مطالعه قرار گرفتند. روش تاگوچي جهت بهينه سازي روش سنتز زئوليت LTA و ZIF-8 انتخاب شد. نمونه¬ها با تكنيك¬هاي XRD، EDS،FE-SEM ،TGA/DTA ،FTIR ، همدماي N2 مورد شناسايي و تأييد قرار گرفت. سپس عملكرد آنها براي حذف H2S از گازها و جذب سولفات از محيط¬هاي آبي ارزيابي شد. تحت شرايط آزمايش مورد نظر، ظرفيت جذب جاذب¬ها در نقطه شكست (ppm 5) براي H2S به ترتيب كاهش: H/ZIF-8@La > H/ZIF-8 > H/ZIF-8@Cu> Nano Zeolite 4A > زئوليت تجاري، و مقدار 90، 74 ، 56 ، 25 و 8 ميلي گرم در گرم در زمان¬هاي 430، 355، 270، 120 و40 دقيقه به دست آمد. بهينه سازي حذف سولفات از محيط¬هاي آبي با جاذب¬هايH/ZIF-8 ، H/ZIF-8@La و H/ZIF-8@Cu انجام شد. جهت تعيين برهمكنش پارامترهاي مؤثر بر فرآيند جذب و بهينه سازي آنها از طراحي آزمايش‌ها به روش سطح پاسخ RSM)) و مدل مرتبه دوم و طرح مركب مركزي (CCD) استفاده شد. توافق قابل توجه بين مدل¬ها و داده هاي تجربي، با تجزيه و تحليل واريانس (ANOVA) تأييد گرديد. در مقايسه با نمونه هاي H/ZIF-8 آماده شده، H/ZIF-8@La ظرفيت جذب بالاتري نشان داد. بازده حذف بيشتر H/ZIF- 8@La را مي¬توان به خصوصيات بافتي بهتر آن از دو نمونه ديگر H/ZIF-8 و H/ZIF-8@Cu نسبت داد. توانايي بالقوه سه نمونه H/ZIF-8 سنتز شده نسبت به سولفات با افزايش دما از 298 به 318 كلوين بهبود يافته است. پارامترهاي ترموديناميكي محاسبه شده مانندH ∆، ∆S و ΔG نشان داد كه روند در حال انجام از نظر ماهيت گرمازا، عملي و خودجوش است.

1400/04/19

Removal of hydrogen sulfide and sulfate from gaseous and aqueous media using Porous nanostructured adsorbents

5/26/2022 12:00:00 AM

Effective removal of excess sulfate from water is essential to protect the environment and restore water quality, also the removal of hydrogen sulfide (H2S) released from various source processes is crucial because this compound can cause corrosion and environmental damage even at low concentrations levels. The porous materials offer a wide variety of chemical architectures with tunable pore size and high surface area that are very promising for the adsorption of H2S and sulfate molecules. In the current study, at first, we synthesized the T-Type of zeolite nanoparticles via hydrothermal method, and optimize some synthesis parameters such as crystallization time and temperature aiming to obtain nano-sized zeolites. The hieratical zeolitic imidazole framework 8 (H/ZIF-8) and bimetallic H/ZIF-8, H/ZIF-8@La and H/ZIF-8@Cu, were prepared using La(NO₃)₃.6H₂O and Cu(NO3)2·3H2O as a La and Cu sources, respectively, to substitute 50-50% molar La or Cu with the Zn source, with a simple and green method using water as a solvent. Process parameters (temperature and time of crystallization), as well as compositional parameters (amount of 2-Methylimidazole and 2-(methylamino)ethanol), were studied. The Taguchi method was chosen to optimize the procedure of zeolite LTA and ZIF-8 synthesis. samples were characterized and confirmed with XRD, EDS, FE-SEM, TGA/DTA, FTIR, N2 isotherms, and their performance was evaluated for removal of H2S from gases and sulfate uptake from aqueous media. Under the experimental conditions explored, the adsorption capacities of adsorbents in breakthrough (5 ppm) for H2S decreased in the sequence: H/ZIF-8@La >H/ZIF-8 >H/ZIF-8@Cu >Nano Zeolite 4A> Commercial Zeolite which were 90, 74, 56, 25, and 8 mg/g, and breakthrough time: 430 min, 355 min, 270 min, 120 min and 40 min, obtained respectively. The optimization of sulfate removal from aqueous media was conducted with uptake onto H/ZIF-8, H/ZIF-8@La, and H/ZIF-8@Cu. Process optimization concentrated on the effect of independent parameters using CCD in the RSM package. A significant agreement between the models and experimental data was verified by analysis of variance (ANOVA). Compared with prepared H/ZIF-8 samples, the H/ZIF-8@La had a higher adsorption capacity. The further removal efficiency of H/ZIF-8@La could be attributed to the better textural properties than that of the H/ZIF-8 and H/ZIF-8@Cu. The potential abilities ofthree samples towards sulfate improved with temperature raising from 298 to 318 K. The calculated thermodynamic parameters like ∆H, ∆S and ΔG revealed that the ongoing process was endothermic, feasible, and spontaneous in nature.

روش سطح پاسخ، سولفات، هيدروژن سولفيد، H/ZIF-8، لانتانيم، مس

RSM, H2S, Sulfate, H/ZIF-8, Lanthanum, Copper.