31513

مطالعه تجربي و مدل سازي جذب سطحي فلزات سنگين سزيم و استرانسيم و توريم و منيزيم با نانولايه هاي مكسين و تعيين مشخصه آن

دكتري

مهندسي شيمي

1399

03/07/1403

دكتر احد قائمي - دكتر طاهر يوسفي

-

مهندسي شيمي

در اين پژوهش، مكسين )Tx2C3Ti )به عنوان جاذب نانواليهاي براي جذب يونهاي توريم، استرانسيم، سزيم و منيزيم مورد مطالعه قرار گرفت. استفاده از انرژي هستهاي در چند دهه اخير مقادير عظيمي از فلزات سنگين و سمي را وارد محيط زيست كرده است. از ميان تكنولوژي هاي مختلف، جذب سطحي با داشتن ويژگيهايي مانند سادگي فرآ يند، عدم تخريب محيط زيست و مقرون بهصرفه بودن براي حذف فلزات سنگين از محيط زيست مورد توجه بوده است. سينتيك آهسته، بازدهي پايين و گزينشپذيري نسبتا ضعيف جاذبهاي به كار رفته، توسعه جاذبهاي كارآمد و گزينشپذير را مورد توجه محققان قرار داده است. بنابراين مكسينها با داشتن ويژگيهاي منحصر به فرد مانند ماهيت آب دوستي، سطح ويژه موثر، حضور گروههاي عاملي سطحي، پايداري مكانيكي و شيميايي عالي در جذب فلزات سنگين مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش از مكسين بر پايه تيتانيوم به دليل فراواني عنصر، عدم توليد محصوالت سمي در حين سنتز و حضور گسترده گروههاي عاملي سطحي بعد از سنتز در بررسي فرايند جذب توريم، استرانسيم، سزيم و منيزيم استفاده ميشود. ساختار و مورفولوژي مكسين سنتز شده با هر دو روش متداول 40 % HF و HF در جا)12 موالر ليتيم فلورايد/ 9 موالر هيدروكلريدريك اسيد( با استفاده از آزمونهاي مشخصهيابي مانند طيفسنجي پراش انرژي پرتوايكس، طيفسنجي مادون قرمز، جذب و واجذب نيتروژن، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، آناليز عنصري، پتانسيل زتا، آناليز حرارتي بررسي شده است. تفاوت در فراواني گروههاي عاملي سطحي تشكيل شده و فاصله بين اليهاي با روش سنتز منجر به اختالف ظرفيت جذب هر يك از فلزات سنگين با مكسين ميشود. براي بررسي تاثير هر يك از ويژگيهاي منحصر به فرد مكسينها مانند سطح ويژه، نوع و فراواني گروههاي عاملي سطحي و فاصله بين اليهاي قابل تنظيم مكسينها، ظرفيت جذب هر يك از فلزات سنگين با مكسين اصالح شده با ديهيدروژن پتاسيم فسفات و كيتوسان بررسي شد. ظرفيت جذب دو برابري مكسين اصالح شده با ديهيدروژن پتاسيم فسفات نشان ميدهد كه با افزايش فاصله بين اليهها، عالوه بر افزايش گروههاي عاملي سطحي موافق جذب، ميتوان فضاي مناسب براي تعامالت هر چه بيشتر نيروهاي الكترواستاتيكي را فراهم كرده و در نتيجه جذب افزايش مييابد. براي انتخاب نقطه بهينه شرايط عملياتي و ساختاري جاذب از نرمافزار طراحي آزمايش و روش سطح استفاده شد. نتايج ترمودينامكي بدست آمده نشان ميدهند كه جذب با مكسين )بكر و اصالح شده( گرماگير و خود به خودي و با افزايش بينظمي همراه است. عالوه بر اين نتايج به دست آمده براي جذب توريم، استرانسيم و سزيم با مدل ايزوترمي فرندليچ و براي منيزيم با النگموير قابل تفسير است. احياء مكسين در 4 مرحله توسط هيدروكلريدريك اسيد 0/1 موالر انجام شده و نتايج جذب تا 4 مرحله احياء و واجذب، نزديك به 85 درصد جذب اول را نشان ميدهد. آناليزهاي ساختارشناسي نشان ميدهند كه ساختار مكسين بعد از واجذب-جذب تغييري نداشته است

1403/08/22

Experimental study, characterization and modeling of Cs, Sr, Th and Mg adsorption by MXene nanolayers

1/1/1900 12:00:00 AM

In this research, Ti3C2Tx MXene was studied as a nanolayer adsorbent for the absorption of thorium, strontium, cesium and magnesium ions. in the last few decades, the use of nuclear energy has introduced huge amounts of heavy and toxic metals into the environment. Among the various technologies, surface absorption has been of interest for removing heavy metals from the environment with features such as simplicity of the process, non-degradation of the environment, and cost-effectiveness. The slow kinetics, low efficiency and relatively poor selectivity of the used adsorbents have drawn the attention of researchers to the development of efficient and selective adsorbents. Therefore, maxins with unique characteristics such as hydrophilic nature, effective specific surface area, presence of surface functional groups, excellent mechanical and chemical stability in absorbing heavy metals have been considered. In this research, titanium-based Maxine is used in investigating the absorption process of thorium, strontium, cesium, and magnesium due to the abundance of the element, the absence of production of toxic products during synthesis, and the widespread presence of surface functional groups after synthesis. The structure and morphology of maxin synthesized with both conventional methods of 40% HF and HF in situ (12M LiF/9M HCl) using characterization tests such as XRD, SEM, EDS, FTIR, BET, XRF, zeta potential and TGA have been investigated. The difference in the abundance of surface functional groups formed and the interlayer distance by the synthesis method leads to the difference in the absorption capacity of each of the heavy metals with maxin. To investigate the effect of each of the unique characteristics of MXenes, such as the specific surface area, the type and abundance of surface functional groups, and the adjustable interlayer distance of MXenes, the MXene adsorption capacity of each heavy metal with modified MXenes. It was investigated with potassium dihydrogen phosphate and chitosan. The MXene adsorption capacity modified with potassium dihydrogen phosphate has increased two-fold by increasing the distance between the layers. In addition to increasing the surface functional groups in favor of adsorption, it is possible to provide a suitable space for the interactions of electrostatic forces as much as possible, and as a result, adsorption increases. To select the optimal operational and structural conditions of the adsorber, the RSM-CCD were used. The thermodynamic results show that adsorption with maxin (pristine and modified) is endothermic and spontaneous and is associated with an increase in disorder. In addition to thorium, these results can also be interpreted for strontium and cesium with the Freundlich isotherm model and for magnesium with Langmuir. MXene Reduction was done in 4 steps by 0.1 M hydrochloric acid and the results of up to 4 steps of reduction and desorption show nearly 85% adsorption of the first step. Structural analyzes show that the structure of maxin has not changed after adsorption-desorption.

مكسين)Tx2C3Ti)، , جذب فلزات سنگين , توريم , استرانسيم , سزيم , منيزيم

Ti3C2Tx, , Heavy Metals, , Thorium , Cesium , Strontium , Magnesium

shanli nezami

Dr. ahad ghaemi- Taher yousefi