شماره ركورد
33694
پديد آورنده
اميرعلي معصومي
عنوان
سنتز و تعيين مشخصات نانوكامپوزيت پليمري تبادل كاتيون و كاربرد آن در حذف يونهاي فلزات سنگين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1401-1404
تاريخ دفاع
1404/05/14
استاد راهنما
سيد نظامالدين اشرفيزاده - حسن فرخزاد
استاد مشاور
علي پورخليل
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
در اين پژوهش، با هدف توليد يك عامل تبادلگر يون، پليمر پلي وينيليدن فلورايد توسط سولفوريك اسيد تحت شرايط كنترلشده سولفونه شد. واكنش در دماهاي 60، 100 و 140 درجه سانتيگراد، در مدت زمانهاي 45 دقيقه، 2 و 4 ساعت و نسبتهاي اسيد به پليمر 5 و 10 انجام شد. نتايج آزمونهاي FTIR، H-NMR، TGA، ICP-MS و زاويه تماس موفقيت فرايند سولفوناسيون را تأييد كردند. شرايط بهينه سنتز رزين دماي 140 درجه، مدت زمان 4 ساعت و نسبت اسيد به پليمر 10 تعيين گرديد. به¬منظور ارتقاي ظرفيت تبادل يون رزين، نانوذرات كلينوپتيلوليت در چهار درصد وزني مختلف شامل 0.5، 1، 1.5 و 2% به ساختار پليمر تبادلگر يون افزوده شدند. براي بررسي عملكرد رزين سنتز شده، آزمون¬هاي تجربي ناپيوسته و ستوني با هدف تبادل يون سرب از محلول آبي طراحي و اجرا شدند. در اين آزمايش¬ها، از آناليز جذب اتمي براي تعيين غلظت يون سرب در محلول استفاده شد. نتايج حاصل از آزمون¬هاي ناپيوسته نشان دادند كه پس از مدت زمان تماس 5 ساعت، حداكثر ميزان تبادل يون سرب (%84) انجام گرديد. همچنين بازه pH بين 5 تا 7 به عنوان بازه بهينه در نظر گرفته شد. علاوه بر اين، نشان داده شد در غلظت¬هاي پايين¬تر (ppm 25)، ميزان حذف به بيشينه مقدار خود (%95) خواهد رسيد و با افزايش غلظت اوليه يون سرب، كارايي جذب كاهش پيدا خواهد كرد. در آزمون¬هاي ستوني، افزايش ارتفاع بستر تا 10 سانتيمتر ميزان حذف يون سرب را تا 98% براي نمونه تجاري و 81% براي پليمر سولفونهشده افزايش داد. بيشترين ظرفيت تبادل يون يعني 1.84 ميلياكيوالان بر گرم را نشان داد. علاوه بر اين، افزودن نانوذرات كلينوپتيلوليت باعث افزايش ظرفيت تبادل يون و بهبود چشمگير كارايي جذب شد، به طوري كه رزين حاوي %2 وزني نانوذره، ظرفيت تبادل يون معادل 2.33 ميلياكيوالان بر گرم را در شرايط بهينه جذب از خود نشان داد. مطالعات سينتيكي نشان داد كه مدل شبه مرتبه دوم تطابق بالاتري با دادههاي آزمايشگاهي دارد و نشاندهنده غالب بودن مكانيزمهاي شيميايي در جذب است. همچنين، تحليل ايزوترمي نشان داد كه جذب يون سرب از مدل لانگموير پيروي ميكند و بهصورت تكلايهاي با انرژي يكنواخت رخ ميدهد. يافتههاي اين پژوهش اثربخشي پليمر سولفونهشده در حذف يونهاي سرب و امكان استفاده از آن در سيستمهاي تصفيه آب را تأييد ميكنند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/07
عنوان به انگليسي
Synthesis and Characterization of Cation Exchange Nanocomposite and its Application in the Removal of Heavy Metal Ions
تاريخ بهره برداري
8/5/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرعلي معصومي
چكيده به لاتين
Water sources are hazardous to human health and the environment due to heavy metals. In this study, polyvinylidene fluoride (PVDF) was sulfonated using sulfuric acid under controlled conditions to produce an effective ion exchange material. The sulfonation reaction was carried out at temperatures of 60, 100, and 140 °C, for durations of 45 minutes, 2 hours, and 4 hours, with acid-to-polymer ratios of 5 and 10. The success of the sulfonation process was confirmed through FTIR, H-NMR, TGA, ICP-MS, and contact angle analysis. The optimal synthesis conditions were determined to be a temperature of 140 °C, a reaction time of 4 hours, and an acid-to-polymer ratio of 10. To enhance the ion exchange capacity of the resin, clinoptilolite nanoparticles were incorporated into the polymer matrix at four different weight percentages (0.5, 1, 1.5, and 2%). Batch and column experiments were conducted to evaluate the performance of the synthesized resin in the removal of lead ions from aqueous solutions. Atomic absorption spectroscopy was used to determine the concentration of lead ions in the solution. Batch results indicated a maximum lead ion exchange efficiency of 84% after 5 hours of contact time. The optimal pH range for the process was found to be between 5 and 7. Furthermore, at lower initial lead concentrations (25 ppm), the removal efficiency reached a maximum of 95%, while higher initial concentrations led to a decrease in adsorption performance. In column studies, increasing the bed height to 10 cm enhanced lead ion removal to 98% for the commercial resin and 81% for the sulfonated polymer. The maximum ion exchange capacity of the sulfonated resin was found to be 1.84 meq/g. Incorporating clinoptilolite nanoparticles significantly improved the ion exchange performance, with the resin containing 2 wt% nanoparticles achieving the highest ion exchange capacity of 2.33 meq/g and a lead removal efficiency of 96.7%. Kinetic studies revealed that the pseudo-second-order model best described the experimental data, indicating that chemisorption was the dominant mechanism. Isotherm analysis showed that the adsorption followed the Langmuir model, suggesting monolayer adsorption with uniform energy distribution. Overall, the findings confirm the effectiveness of the sulfonated polymer in lead ion removal and highlight its potential application in water treatment systems.
كليدواژه هاي فارسي
رزين تبادل يون , پليوينيليدنفلورايد , نانوذرات كلينوپتيلوليت , سولفوناسيون , يون سرب , تصفيه آب
كليدواژه هاي لاتين
Ion Exchange Resin , Polyvinylidene Fluoride , Clinoptilolite Nanoparticles , Sulfonation , Lead Ion , Water Treatment
Author
Amirali Masoumi
SuperVisor
S.N. Ashrafizadeh - Hassan Farrokhzad