22182

حذف گادولينيوم و نئوديميوم از محلول آبي توسط غشاي مايع تثبيت شده حاوي نانوذرات

دكتري تخصصي

مهندسي شيمي

1398/12/12

دكتر احمد رهبر كليشمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش استفاده از غشاي مايع تثبيت شده با هدف مطالعه عملكرد نانوذرات در جداسازي يون¬هاي فلزي گادولينيوم و نئوديميوم از محلول آبي اسيد نيتريك مورد مطالعه قرار گرفت. بدين منظور با استفاده از نانوذرات SiO2 و TiO2 در فاز آلي غشاي مايع تثبيت شده حاوي كروزن و 336Aliquat به عنوان حامل، براي جداسازي گادولينيوم و نئوديميوم از فاز خوراك با غلظت اوليه فلز mg/L 10 و pH 1.2 آزمايش¬هايي صورت گرفت. اثر غلظت اسيد نيتريك و غلظت ماده حامل در فاز غشايي بر ضريب تراوايي سامانه جداسازي بررسي شد و غلظت¬هاي M HNO3 2 در هر دو سامانه حذف گادولينيوم و نئوديميوم و غلظت حامل 336 M Aliquat 0.02 براي حذف نئوديميوم و 336 M Aliquat 0.015 براي حذف گادولينيوم به عنوان شرايط بهينه اين دو پارامتر بدست آمد. به علاوه، در جهت مطالعه تاثير نانوذرات، اثر پارامترهاي اندازه، غلظت و نوع نانوذرات جهت حذف گادولينيوم و نئوديميوم در غشاي مايع تثبيت شده مورد مطالعه قرارگرفت. نتايج نشان داد به طور كلي استفاده از نانوذرات مي¬تواند موجب بهبود انتقال جرم در غشاي مايع تثبيت شده شود، اما افزايش غلظت و اندازه نانوذرات از حدي مشخص، باعث بروز اثرات منفي مانند انسداد حفرات و به هم پيوستگي نانوذرات و متعاقبا كاهش انتقال جرم خواهد شد. در اين راستا، مشاهده شد كه در صورت حضور نانوذرات SiO2 با اندازه nm 20 و جزء جرمي 0.04 درصد وزني در فاز غشايي، ضريب تراوايي مي¬تواند حداكثر تا %42 براي حذف نئوديميوم در غشاي مايع تثبيت شده افزايش يافته و در حالت استفاده از نانو ذرات TiO2 با اندازه nm 70 و جزء جرمي 0.12 درصد وزني، تراوايي غشاي مايع تثبيت شده براي حذف گادولينيوم را حداكثر تا حدود %48 كاهش دهد. به علاوه آزمايش دوام نيز نشان دهنده افت نسبي تراوايي در غشاي مايع تثبيت شده حاوي نانوذرات براي 10 دوره عملكرد غشاي مايع تثبيت شده بود. همچنين، مكانيسم¬هاي محتمل عملكرد نانو ذرات در سامانه غشاي مايع مورد بررسي قرار گرفت و مكانيسم نفوذ براوني به عنوان موثرترين مكانيسم در انتقال جرم اين سامانه شناخته شد. همچنين، روابطي براي محاسبه ضريب انتقال جرم بر اساس معادلات تئوري تشابه انتقال جرم و انتقال حرارت و توسعه داده شد كه به ترتيب داراي خطاي نسبي مطلق ميانگين %17.03 و %21.28 بودند. در انتها نيز مدل¬سازي دوبعدي براي تشريح هرچه بهتر عملكرد نانوذرات انجام شد.

1399/05/27

Removal of gadolinium and neodymium from aqueous solution via supported nano-liquid membrane

3/2/2021 12:00:00 AM

In this work, the supported liquid membrane was applied in order to evaluate the effect of nanoparticles presence on gadolinium and neodymium removal from aqueous media. To reach this goal, the experiments were conducted via and supported liquid membrane containing TiO2/SiO2 nanoparticle in kerosene and Aliquat 336 as membrane phase. Via these experiments the effect of nitric acid concentration and the carrier concentration on permeation coefficient were studied and 2 M HNO3 for both neodymium and gadolinium and concentration of 0.02 M Aliquat 336 for neodymium removal and 0.015 M Aliquat 336 for gadolinium removal were reported as the optimum conditions for these two parameters. In addition, to determine the influence of the nanoparticles presence in the system, size, mass fraction and type of nanoparticle were tested. The results showed that applying nanoparticles can generally improve the mass transfer in the supported liquid system, although increment of nanoparticle size and concentration more that a specific value may lead to undesireable outcomes such as pores blockage and paticles agglomeration and consequently reduction of mass transfer in the system. Also, it was observed that using nanoparticles can rise the permeation coefficient up to 42% for 20 nm SiO2 nanoparticles with the mass fraction of 0.04 wt% for neodymium removal and in case of using 70 nm with the mass fraction of 0.12 %wt the permeation was droped by 48% for Gadolinium removal by supported liquid membrane. Besides, probable mechanisms of nanoparticle presence in supported liquid membrane were evaluated and the Brownian diffusion was known as the most dominant mechanism of mass transfer. Additionally, mass transfer coefficient correlations were developed via theoretical equations and heat and mass transfer analogy which resulted in 17.03% and 21.28% of AARE, respectively. Finaly, a 2-D model was provided to better clarify the effect of nanoparticles presence in supported liquid membrane which approved the experimental results.