17731

17731

بررسي اثر تخلخل سطح الياف پلي استايرن / نانوذره تهيه شده به روش الكتروريسي بر ميزان جذب يون نيكل

كارشناسي ارشد

مهندسي پليمر

تير ماه 1396

دكتر محمدرضا مقبلي

شيمي

همه روزه مقادير زيادي پسآب خطرناك صنعتي كه حاوي موادي سمّي مانند فلزات سنگين هستند، در طبيعت رها مي شوند كه براي كاهش اثر مخربشان نياز به جداسازي اين مواد از آنها است. در اين پژوهش يك غشاء اليافي متخلخل تبادل كاتيوني به وسيله سولفونه كردن الياف پلي استايرني ريسيده شده به روش الكترو‌ريسي به منظور جذب يون فلز سنگين نيكل از آب تهيه شد. به منظور افزايش كارايي غشاء و افزايش سطح ويژه آن، با تغيير در شرايط محيطي ريسندگي (دما در محدوده 25 - 35°C و رطوبت در محدوده %70 - 30) و افزودن مقادير مختلف نانو سيليكا به محلول پليمري مورد نياز ريسندگي (0 - 4%وزني) الياف متخلخل تهيه شد. به منظور تعيين بيشترين سطح ويژه طراحي آزمايش آماري به روش پاسخ سطح (Response Surface Method) انجام شد. عكسهاي SEM گرفته شده از سطح الياف به خوبي ايجاد نانو تخلخل ها روي سطح الياف را تأئيد كرد. نتايج حاصل از آزمون BET الياف ريسيده شده در شرايط طراحي آزمايش و پردازش اين نتايج با نرم افرار Design Expert، بيشترين سطح ويژه الياف را در دماي °C30، رطوبت نسبي 65% و ميزان نانو سيليكا 2.3%w با سطح ويژه اي برابر 48.15 m2/gr را نشان داد. با قرار گيري الياف داراي بيشترين سطح تماس در معرض اسيد سولفوريك 97%، الياف متخلخل پلي استايرني سولفونه شده حاصل شد كه نتايج حاصل از آزمون FTIR اين موضوع را تأئيد كرد. به منظور بررسي كارايي غشاء اليافي متخلخل تبادل كاتيوني در جذب يون فلزي نيكل از محلول آبي، طراحي آزمايشي به روش پاسخ سطح با استفاده از متغيرهاي ميزان جاذب (A) (در محدوده 0.005 -0.025gr)، غلظت جذب شونده (C) (در محدوده 100 -300ppm)، pH (در محدوده 11-3) و زمان تماس (T) (در محدوده 30 – 90min)، صورت گرفت. نتايج حاصل از آزمون طيف سنجي جذب اتمي روي نمونه هاي جذب شده در شرايط طراحي آزمايش و پردازش اين نتايج با نرم افرار Design Expert نشان داد كه يكي از حالات بيشينه جذب در A=0.015gr، C=100ppm، pH=7 و T=60min به ميزان 99.9 درصد اتفاق مي افتد. به منظور مقايسه عملكرد غشاء اليافي متخلخل تبادل كاتيوني (E-PM) با غشاء اليافي تبادل كاتيوني عاري از تخلخل و نانو سيليكا (عمليات ريسندگي در دما و رطوبت اتاق) (E-M)، ظرفيت تبادل يوني و ميزان جذب بررسي شد. ظرفيت تبادل يون و ميزان جذب در شرايط A=0.015gr، C=200ppm، pH=7 و T=60min براي E-PM به ترتيب برابر 3.9 meq/gr و 99.5% و براي E-M به ترتيب برابر 3.5 meq/gr و 90% محاسبه شد.

1396/05/30

7/18/2023 12:00:00 AM

Every day, large quantities of dangerous industrial wastewater containing toxic substances such as heavy metal ions are released in the environment. These heavy metal ions need to be separated from wastewater to reduce their destructive effects on nature. In this study, electrospun nano-porous polystyrene fibers cation exchange membrane (E-PM) was made by sulphonation of electrospun polystyrene fibers to adsorb heavy metal ions from wastewater. In order to increase the efficiency of the E-PM and increase its specific surface area, porous fibers (PF) has been developed by changing the spinning environment (temperature in the range of 25 - 45 °C and humidity in the range of 30 - 70 %) and adding different levels of nano silica to the polymeric solution needed for spinning ( 0 – 4 %w); To find out the optimum level of each for having the highest specific area, an experimental design was made by Response Surface Method. The SEM images taken from the fibers surfaces have well established the nanopores and nano silica existance on the surface of the fibers. The results of the BET test and processing by Design Expert sofware showed that the highest specific area happens at temperature of 30 °C, relative humidity of 65 % and 2.3 %w of nano-silica which has the specific area of 48.15 m2/gr. The PF with the highest specific area were treated by 97 % sulfuric acid to add agent groups to their surfaces for ion-exchange process. The results of the FTIR test confirmed this addition. In order to eva​luate the performance of E-PM in adsorption of nickel metal ions from aqueous solution, an experimental design was made by Response Surface Method using the variables of adsorbent (A) (in the range of 0.005 - 0.025 gr), absorbent concentration (C) (In the range 100 - 300 ppm), pH (in the range of 3 - 11) and contact time (T) (in the range of 30 - 90 min). The results of the Atomic Absorption Spectroscopy test on the adsorbed samples and processing with Design Expert software showed that the maximum adsorption happens at A = 0.015 gr, C = 100 ppm, pH = 7 and T = 60 min with the adsorption of 99.9 % . In order to compare the performance of the E-PM with non-porous electrospun polystyrene fibers cation exchange membrane (E-M) (which happens in electrospinning process at room temperature, room humidity with no nano silica in polymeric solution), ion exchange capacity and adsorption rate have been investigated. The ion exchange capacity and adsorption rate in the conditions of A = 0.015 gr, C = 200 ppm, pH = 7 and T = 60 min for E-PM were 3.9 meq/gr and 99.5 %, respectively, and for E-M were 3.5 meq / gr and 90 % that means a higher performance of E-PM to E-M for nickel ion adsorption.