شماره ركورد
28928
پديد آورنده
زهرا كريمي
عنوان
استحصال اكسيدهاي معدني آلومينيوم و آهن از گل قرمز با هدف توليد نانو جاذب هيبريدي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي سيمي
سال تحصيل
1395
تاريخ دفاع
1402/7/4
استاد راهنما
دكتر احمد رهبر
دانشكده
مهندسي شيمي
چكيده
توسعه صنايع معدني منجر به توليد مقادير زيادي از مواد پسماند و محصولات جانبي شده كه خود موجب پديد آمدن مشكلات زيست¬محيطي ناشي از انباشت پسماند¬هاي مختلف شده¬است. در اين ميان، پسماند بوكسيت يا گل قرمز و مديريت مناسب آن يكي از دغدغه¬¬هاي زيست¬محيطي به¬شمار مي¬رود. هدف از پژوهش حاضر، استفاده از گل قرمز به عنوان پسماند صنعت آلومينيوم براي ساخت يك نانوجاذب هيبريدي مغناطيسي است كه مي تواند نيترات را از محيط آبي حذف كند. گل قرمز به دليل توليد گسترده، وجود برخي عناصر راديواكتيو، قليائيت بالا و شوري، ظرفيت چشمگيري در آلودگي خاك و آب هاي زيرزميني دارد. گل قرمز عليرغم مضراتي كه دارد، حاوي عناصر متعددي از جمله آهن، آلومينيوم، سيليس و كلسيم به اشكال مختلف معدني است. در مطالعه حاضر، فروشويي مرحله اي به عنوان روشي مناسب براي جداسازي و خالص سازي عناصر با ارزش اصلي از گل قرمز با استفاده از اسيد كلريدريك به كار رفته است. در مرحله فروشويي اوليه تحت شرايط بهينه با استفاده از اسيد كلريدريك 0.2 مولار در دماي اتاق به مدت 2 ساعت، 89 درصد از محتواي كلسيم از گل قرمز حذف شد. براي حذف انتخابي سيليس، در مرحله فرو شويي اصلي، از اسيد كلريدريك 3 مولار، در دماي °C 95 استفاده شد كه منجر به استحصال آهن و آلومينيوم با راندمان بالا شد. سپس طي فرايند سنتز و در مرحله ترسيب، نانوجاذب هيبريدي مغناطيسي اكسيد آلومينيوم سنتز شد. مشخصه يابي نانوجاذب مذكور با تجزيه و تحليل اشعه ايكس(XRF)، فلورسانس اشعه ايكس(XRF)، مغناطيس سنج نمونه ارتعاشي (VSM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) و ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) بررسي شد. اندازه بلورهاي Fe3O4و γ -Al2O3 به ترتيب حدود 18.7 و 19.6 نانومتر، مقدار Fe3O4 و γ -Al2O3 حدود % 48.1 و % 51.2 در ساختار نانوجاذب با مساحت سطح ويژه حدود m2/g 125.9 شناسايي شد. سپس عملكرد اين نانوجاذب از نظر ميزان جذب و درصد حذف نيترات با استفاده از غلظت هاي اوليه مختلف نيترات ppm 200، 150 و 100 در طول زمان تماس 80 دقيقه و محدوده 3-10pH= ارزيابي شد. نتايج نشان داد كه ميزان جذب با گذشت زمان تا حدود 70 دقيقه روند افزايشي دارد و پس از آن ثابت مي¬گردد. علاوه بر اين مشاهده شد كه محلول با pH اوليه 6 منجر به ميزان جذب و رصد حذف بيشتري شد. در اين مرحله حداكثر ميزان جذب نيترات از محلول¬هاي با غلظت اوليه نيترات ppm 200، 150 و 100 به ترتيب در حدود mg/g 148، 112 و 69 با استفاده از دوز جاذب g/L 1 پس از 80 دقيقه به دست آمد. همچنين افزايش دوز جاذب منجر به افزايش درصد حذف گرديد. داده هاي جذب به طور مناسب با مدل ايزوترم فروندليچ برازش داده شد كه نشان دهنده جذب چند لايه است. آزمايشهاي بازيابي نشان داد كه نانوجاذب ميتواند جذب نيترات مؤثري را حتي پس از چهار چرخه بازيابي انجام دهد. در اين مطالعه يك نانوجاذب هيبريدي مغناطيسي سازگار با محيط زيست و مقرون به صرفه از پسماند صنعت آلومينوم سنتز شده است كه به طور موثر نيترات را از محيط آبي حذف مي كند. همچنين به دليل مغناطيسي بودن داراي مزيت جداسازي سريع است علاوه بر اين، اين روش كمترين مقدار پسماند قابل استفاده را در طول فرآيند استحصال ايجاد كرده كه اين روش را به يك روش پايدار و سازگار با محيط زيست تبديل ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/08/02
عنوان به انگليسي
Extraction of aluminium and iron oxides from red mud for synthesis of hybrid nano-adsorbent
تاريخ بهره برداري
9/25/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
زهرا كريمي
چكيده به لاتين
The effectiveness of using red mud as the aluminum industry waste to fabricat a novel alumina magnetic hybrid nanosorbent, which can remove nitrate from contaminated water was evaluated in current study. Red mud due to its wide production, presence of some radioactive elements, high alkalinity, and salinity, has a dramatic potential to contaminate soil and groundwater. Notwithstanding its drawbacks, Red mud consists several elements, including Ca, Al, Ti, Si, and Fe, in various mineral forms. In the peresent study, stepwise leaching was applied as a proper method to separate and purify the main valuable elements using available and affordable HCl. The pre-leaching step under optimized conditions using HCl (0.2 M) at room temperature for 2 h removed 89% of the calcium content from red mud. To selectively remove the solid silica, the residue was treated with concentrated HCl (3.0 M, L/S of 20 mL/g) at 95 °C, resulting in the dissolution of iron and aluminum content with up to 90% efficiency. After precipitation step, inexpensive red mud was converted into highly valuable nano-sized metal oxides using simple, sustainable techniques and cheap reagents. The characterization of the prepared nanosorbent were addresed by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), surface area, transmission electron microscopy (TEM), and field emission scanning electron microscopy (FESEM) analysis. The results indicated the crystallite size of the Fe3O4 and γ -Al2O3 of about 18.7 and 19.6 nm, respectively, amount of Fe3O4 and γ -Al2O3 about 48.1 % and 51.2 % in the structure of nanosorbent, the surface area around 125.9 m2/g, and nanoparticles with approximately uniform size less than 25 nm along with a slight agglomeration. Studies on adsorption were performed using various contact time and initial nitrate concentrations, different pH and sorbent dosages. Maximum adsorption capacity was obtained at about 69 mg/g using 1 g/L sorbent dispersed in 100 ppm nitrate solution with a pH of 6 after 80 min. The adsorption data was appropriately fitted with Freundlich isotherm model, indicating multilayer adsorption. Regeneration experiments demonstrated that the nanosorbent could perform effective nitrate adsorption even after four regeneration cycles. The significance of this work is in the development of waste-driven, eco-friendly, and cost-effective creation of a novel alumina magnetic hybrid nanosorbent that effectively removes nitrate from contaminated water, which also has the advantage of rapid separation due to its magnetic properties. Moreover, this technique generates the lowest amounts of waste during the leaching process and all reagents can be recycled for further uses, making this method a sustainable utilization.
كليدواژه هاي فارسي
گل قرمز , فروشويي , استحصال , ، جذب سطحي , نانو جاذب هيبريدي مغناطيسي
كليدواژه هاي لاتين
Red mud (bauxite residue) , Leaching , Extraction , Magnetite Nanosorbent , Adsorption , Waste recycling
Author
Zahra Karimi
SuperVisor
Ahmad Rahbar