انتقال فضاهای خالی که شامل انتقال مواد است تا توسط ترکیبی از انتشار مولکولی در مایع بین حفره ها و انتشار در طول سطح جاذب در حفره ها جذب شوند.
جذب سطحی که شامل اتصال مواد به جاذب می باشد.
جذب سطحی می تواند در سطح خارجی جاذب و فضاهای ریز اتفاق بیفتد. از آنجا که جذب سطحی در چند مرحله اتفاق می افتد، مرحله ای که کمترین سرعت را دارد به عنوان مرحله محدود کننده شناخته می شود. در کل، اگر جذب فیزیکی روش اصلی جذب سطحی باشد، یکی از مراحل انتشار به عنوان مرحله محدود کننده می باشد چراکه نرخ جذب فیزیکی سریع است. در جایی که جذب شیمیایی روش اصلی جذب باشد، مرحله جذب سطحی به عنوان مرحله محدود کننده شناخته می شود.
مقدار ماده ای که توسط جاذب جذب می شود، تابعی از ویژگی ها و غلظت ماده جذب شونده و دما می باشد. ویژگی های ماده جذب شونده که در این زمینه مهم است شامل: انحلال پذیری، ساختار مولکولی، وزن مولکولی، قطبیت و اشباع هیدروکربنی می باشد. به طور عمومی مقدار ماده ای که جذب می شود، به عنوان تابعی از غلظت در دمای ثابت تعیین می شود و تابع بدست آمده ایزوترم جذب نامیده می شود. غلظت فازی ماده جاذب بعد از تعادل از رابطه ۲-۸ بدست می آید.
qe = (۲-۸)
که در این رابطه:
:qe غلظت فازی ماده جاذب بعد از تعادل (میلی گرم جاذب/ گرم ماده جذب شونده)
:C0غلظت اولیه جاذب (میلی گرم بر لیتر)
Ce: غلظت تعادلی جاذب بعد از جذب (میلی گرم بر لیتر)
V: حجم مایع در رآکتور (لیتر)
:m جرم جاذب (گرم)
مدل لانگمویر طبق رابطه ۲-۹ تعریف می گردد:
qe= qm(2-9)
که در این رابطه:
qe: مقدار ماده جذب شده به ازای واحد جرم جاذب
Ce: غلظت تعادلی ماده جذب شده در محلول
KL: ثابت لانگمویر
qm: بیشترین مقدار ظرفیت جاذب روی ماده جذب شونده مورد نظرمی باشد.
که معمولا این رابطه به صورت خطی زیر نوشته می شود:
= () +(۲-۱۰)
مدل متداول دیگری که از آن برای تعیین ایزوترم جذب سطحی استفاده می شود، مدل فروندلیچ می باشد. این مدل که رابطه ای تجربی را نشان می دهد، قادر به توصیف فرایند جذب ترکیبات آلی و غیر آلی بر روی انواع مختلفی از جاذب ها و بیو جاذب ها است. این ایزوترم به صورت زیر تعریف می شود:
( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
qe=KfCe1/n (۲-۱۱)
که در این رابطه qe نشان دهنده مقدار ماده جذب شده به ازای واحد جرم جاذب، Ce غلظت تعادلی ماده جذب شده و n وKf ثابت های تجربی مدل فروندلیچ می باشند. با نوشتن رابطه ۲-۱۱ به صورت لگاریتمی، رابطه خطی زیر حاصل می شود:
Log qe = log Kf + log Ce (۲-۱۲)
با رسم نمودار log qe بر حسب log Ce خطی حاصل می شود که شیب آن برابر ۱/n و عرض از مبدا آن برابر log Kf است. در بیشتر مواقع در یک فرایند جذب مطلوب ثابت n فروندلیچ مقداری بین ۱ تا ۱۰ دارد و با افزایش این مقدار برهمکنش شدیدتری بین جاذب و ماده جذب شونده وجود دارد و در صورتی که n برابر ۱ باشد، جذب خطی بوده و انرژی یکسانی برای تمامی مکان های جذب وجود دارد و در حالی که n کمتر از ۱ باشد، شکل ایزوترم به صورت مقعر است (Febrianto et al., 2009).
۲-۳-۲-۲- مدل های تجربی برای مدلسازی نتایج آزمایشها
به منظور توصیف جذب فلزات بر روی انواع جاذب ها، مدل های تجربی بسیاری به وجود آمده اند که مدل های Adam-Bohart و توماس از جمله آنها می باشند.
۲-۳-۲-۲-۱- مدل Adam-Bohart
این مدل که برای توصیف رابطه بین C/C0 و t در سیستم های با جریان پیوسته به وجود آمده است (Baral et al., 2009) بر این فرض استوار است که تعادل آنی نبوده و بنابراین نرخ جذب متناسب با ظرفیت جذبی باقیمانده جاذب و غلظت ماده جذب شونده می باشد (Kalavathy et al., 2010). معادله (۲-۱۳) این رابطه را نشان می دهد:
ln () = kAB C0 t – kAB N0 () (۲-۱۳)
که در آن kAB (L/mg min)ثابت انتقال جرم، U0 (cm/min) سرعت ظاهری، z (cm) ارتفاع بستر، t(min) زمان، C و C0 غلظت ورودی و خروجی ماده ماده جذب شونده و N0 غلظت اشباع می باشد.
۲-۳-۲-۲-۲- مدل توماس
این مدل که از متداولترین روش های مورد استفاده برای توصیف فرایند های بیو جذب در سیستم های پیوسته با بستر ثابت می باشد (Calero et al., 2009) بر اساس فرضیات زیر استوار است:
نسبت حفرات ستون ثابت است.
در ستون با بستر ثابت پخش محوری و قطری به صورت ناچیز صورت می گیرد.
خصوصیات فیزیکی فاز جامد و مایع ثابت می باشد.
شرایط هم دما و هم فشار برقرار است.
فرایند جذب با یک واکنش شبه درجه دو توصیف شده و سینتیک لانگمویر برای جذب و احیا مورد استفاده قرار می گیرد.
دیفیوژن بین ذره ی و مقاومت خارجی در خلال فرایند های انتقال جرم ناچیز است.
این مدل به صورت رابطه (۲-۱۴) بیان می شود:
ln () = – Veff(2-14)
که در این رابطه kTh (mL/min mg) ثابت توماس، X (g) مقدار جاذب در ستون، Veff (mL) حجم خروجی می باشد.
۲-۴- جمع بندی
با توجه به آنچه که در بخش تحقیقات پیشین ذکر شد، تا کنون روش های مختلفی برای حذف نیکل از فاضلاب به کار برده شده است اما آنچه این تحقیق را متمایز کرده و انجام آن را توجیه پذیر می نماید، حذف پیوسته نیکل و طراحی آزمایشها به کمک روش پاسخ سطح است که تا کنون انجام نشده است.
فصل سوم
۳- مواد و روشها
۳-۱- مقدمه
در این تحقیق به ارزیابی آزمایشگاهی جذب یونهای فلزی نیکل بر روی جاذب طبیعی شلتوک برنج اصلاح شده با سدیم هیدروکسید پرداخته شده است. بدین منظور از نتایج آزمایشگاهی که به صورت پیوسته (Continuous) صورت گرفته، استفاده شده است. در این فصل به شرح مواد، دستگاه ها و روش های مورد استفاده در این تحقیق (روش انجام آزمایش ها و تحلیل داده ها) پرداخته خواهد شد.
۳-۲- مواد مورد استفاده
۳-۲-۱- جاذب مورد استفاده: شلتوک برنج اصلاح شده بازی
همان طور که پیشتر ذکر شد، از ضایعات کشاورزی به عنوان ماده جاذب استفاده می شود چرا که این مواد مقرون به صرفه می باشند. همچنین این مواد حاوی نشاسته، قند، لیگنین و هیدروکربن می باشند که شامل گروه های عاملی هستند که توانایی آنها را برای ایجاد پیوند با یونهای فلزی را افزایش می دهد (سعادت، ۱۳۹۰). از طرفی برای جلوگیری از نشت مواد آلی شلتوک به درون فاضلاب و همچنین افزایش ظرفیت آنها برای جذب فلز سنگین باید آن را اصلاح کرد. از آنجا که فلزات سنگین دارای بار الکتریکی مثبت هستند، باید از ماده جاذبی با بار منفی برای حذف آنها استفاده شود. به منظور اصلاح بازی جاذب مورد استفاده شلتوک برنج خام به مدت ۲۴ ساعت در تماس با محلول سود (NaOH) 1 مولار قرار گرفت. بدین ترتیب که ۱۵ گرم شلتوک برنج خام و ۱۵۰ میلی گرم محلول سود ۱مولار در ظرفی ریخته شده و به مدت ۲۴ ساعت در دستگاه همزنی با دمای ۲۵ درجه و با سرعت ۶۵ دور در دقیقه قرار گرفت. پس از گذشت ۲۴ ساعت، جاذب ها توسط آب مقطر تا زمانی شسته شدند که pH آن به حدود ۸ رسید. نهایتا جاذب ها در دمای اتاق خشک شده و در ظروف در بسته ریخته شدند.
۳-۲-۲- فاضلاب مصنوعی حاوی فلز سنگین
دراین تحقیق حذف فلز سنگین نیکل از فاضلاب مصنوعی ساخته شده در آزمایشگاه مورد بررسی قرار میگیرد. بدین منظور غلظتهای بدست آمده از روش RSM به کمک رقیق سازی محلول استوک ۱۰۰۰ میلیگرم در لیتر این فلز بدست می آید. برای ساخت محلول استوک ۱۰۰۰ میلیگرم در لیتر نیکل، ۴۷۹/۴ گرم سولفات نیکل (N2SO4 . ۶H2O) در ۱۰۰ میلی لیتر آب مقطر و ۱۰ میلی لیتر اسید نیتریک غلیظ حل شده و سپس حجم آن به ۱ لیتر رسانده میشود. باید پس ازساخت محلول pHآن به مقدار خنثی رسانده شود. اینکار توسط محلول هیدروکلریک اسید و سدیم هیدروکسید ۱ مولار انجام میشود.
۳-۲-۳- سایر مواد مورد استفاده
فرم در حال بارگذاری ...
