شکل ۴- ۳۰) نمودار مقاومت های انتقال جرم در یک سیستم شامل جامد و انتقال جرم از مایع به داخل جامد
شکل ۴- ۳۱) نفوذ غیر مداوم در سیستم های جامد در سیتم مختصاتی مختلف
فصل پنجم: نتیجهگیری و پیشنهادات
نتیجهگیری
هر دو شکل از جاذب به کار رفته دراین تحقیق جذب خوبی را نشان داد، شکل اول جاذب قابلیت جذب mg/g7.69 و شکل دوم جاذب mg/g 6.38 را نشان ارائه دادند. مقدار pH بهینه برای هر دو شکل از جاذب ۵=pH بدست آمد. زمان تماس بهینه برای جاذب اول ۲۰ دقیقه و برای جاذب نانوژل تنها ۴ دقیقه بدست آمد که تا به حال سریع ترین حذف در مقایسه با تمام کارهای انجام شده در بین پدیدههای جذب و حذف رنگ بود. مقدار گرم بهینه برای جاذب اول ۰٫۳ گرم و برای جاذب نانوژل ۳ گرم بدست آمد که در مورد شکل نانوژل جاذب، به دلیل دارا بودن ۹۰% آب،این مقدار از جاذب، حذف بیشتری را نتیجه داد. مقادیر غلظتهای بهینهی آلاینده برای حذف نیز تعیین شد که مقدار ppm 20 برای شکل اول جاذب و مقدار ppm25 برای شکل نانوژل خاکشیر بدست آمد. که علت آن را میتوان به افزایش قابلیت جذب به دلیل افزایش سایتهای فعال شرکت کننده در فرایند جذب دانست که به غلظتهای بالاتر حذف خوبی نشان داد. همچنین به دلیل تبدیل جاذب صورت نانوژل، ۴۳٫۷% (حدود ۱٫۵ برابر قابلیت جذب در حالت اول) قابلیت جذب افزایش یافت کهاین امر را میتوان به در دسترس قرار گرفتن تمامیسایتهای فعال در برابر رنگ دانست. با توجه بهاین موضوع که ساقهی گیاه خاکشیر یک محصول طبیعی و بصورت خودرو بوده و در طبیعت به وفور یافت میشود و ساقهی آن ارزش اقتصادی چندانی ندارد به نظر میرسد که استفاده از آن بعنوان یک جاذب طبیعی میتواند بسیار اقتصادی و باصرفه باشد.
از نظر دمای بهینه، مقدار ۳۰ درجهی سلسیوس برای جاذب اول بدست آمد ولی امکان گزارش دمای بهینه برای شکل نانوژل جاذب، مقدور نشد، زیرا با افزایش دما مقدار حذف نیز صعودی بود، به گونه ای که در دماهای ۵۰ تا۷۰ درجه سلسیوس، جذب بسیار خوب انجام میگرفت که به نظر میرسد که دراین محدوده از دماها، واکنش شیمیایی دیگری، فرایند جذب را تحت تأثیر قرار میداد.
در مورد دور همزن، برای شکل اول جاذب دورrpm360 بدست آمد، برای شکل نانوژل جاذب، دور همزن تأثیر کمیدر اختلاط و مقدار حذف داشت، دلیل آن را دسترسی آسان مولکولهای آلاینده در رسیدن به سطح جاذب اشاره کرد، یک نتیجهی مهم نیزاین مرحله بدست داد، و آن پی بردن به درصد بالای سهم مقاومت انتقال جرم در عبور مولکولهای جذب شونده از سطح جاذب برای رسیدن به سایتهای فعال بود. اسیدی کردن جاذب برای شکل اول جاذب انجام شد و مقدار حذف به طور چشمگیری افزایش پیدا کرد.
سنتیکهای فرایند جذب نیز بررسی شد و دادههای بدست آمده از آزمایش با مدل سنتیک جذب شبه درجه دوم بهخوبی تطابق پیدا کردند. نکتهی قابل توجهاینکه به دلیل سرعت بالای جذب در لحظات اولیهی جذب توسط نانوژل، مقدار قابلیت جذب محاسباتی با قابلیت جذب بدست آمده از تئوریاین مدل، مقداری اختلاف داشت. مدلهای سنتیک مرتبه اول و بنگهام خطای زیادی در برازش دادهها نشان دادند. همچنین مدل نفوذ درون ذره ای در مورد شکل دوم جاذب، برازش خوبی از دادهها نشان داد.
دراین تحقیق از ارتقاء جاذب به دو روش فیزیکی و شیمیایی استفاده شد، که جاذب اول از روش بالا به پایین از مادهی اولیهی با مش بزرگتر از ۶۰ به شکل نانوژل تولید شد. جاذب دوم به روش شیمیایی ارتقاء پیدا کرد، بهاین صورت که با بهره گرفتن از اسید کلریدریک ۱مولار و همزن مغناطیسی به مدت ۱ساعت در اسید خوابانده شد. هر دو حالت نتایج بسیار خوب و قابل قبولی را از جذب رنگ بریلیانتگرین نشان دادند. برای جاذب نانوژل، به دلیل رسیدن جاذب به ابعاد نانو، مقاومت انتقال جرم برای رسیدن مولکولهای ماده رنگی از سطح جاذب به حفرات و سایتهای فعال و عبور از حفرات از بین رفت واین امر باعث شد که زمان حذف رنگ۱۰/۱(۰٫۱) زمان لازم برای فرایند حذف توسط جاذب به شکل اول باشد. همان گونه که میدانیم، زمان حذف یکی از مهم ترین پارامترهای فرایند جذب میباشد و حتی ممکن است از به کار بردن جاذبهای با قابلیت جذب بالا به دلیل لزوم زمان تماس طولانی، چشم پوشی گردد. لذااین ویژگی در مورد جاذب نوع اول بسیار مهم بود.جاذب نانوژل همچنین به دلیلاینکه دسترسی به تمام ذرات خود را فراهم کرده بود، قابلیت جذب بالاتری نسبت به شکل اول نشان داد که بسیار قابل توجه بود، به عبارت دیگر با تبدیلکردن ذرات جاذب به ابعاد نانو، از تمام قابلیتهای جاذب استفاده میشود کهاین نکته نیز در مورد جاذبها مهم است.
برای شکل دوم جاذب بدست آمده از خاکشیر، از روش شیمیایی برای ارتقاء جاذب استفاده گردید، از مزایایاین روش از ارتقاء میتوان به راحتی در ارتقاء، و داشتن محیط اسیدیتر برای حذف که به نفع فرایند باشد، اشاره کرد. از طرفی از بین بردن و خنثیکردن حالت اسیدی محیط جذب، بعد از عملیات حذف، که در اثر ورود مولکولهای اسید به کار برده شده برای ارتقاءایجاد میشد،از معایباین روش میباشد که در مقایسه با روش جذب با جاذب نانوژل یک ضعف محسوب میشود. درصد حذف با انجام فرایند در شرایط بهینه ای که دراین تحقیق بدست آمد، به طور میانگین، مقدار ۸۹% برای شکل میکرو جاذب و مقدار ۹۸% برای شکل نانوژل بود.
موادی که دراین تحقیق به عنوان جاذب استفاده شده، کاملا طبیعی و زیست تخریب پذیر میباشند، حتی نانوژل بدست آمده از جاذب اصلی، به دلیل تبدیل مواد اولیه طبیعی و زیست پایه به ابعاد نانو، (بدون مواد افزودنی)، چنانچه در محیط رها شود، بسیار سریعتر تجزیه شده و به محیط برمیگردد واین یک مزیت برای به کاربردناین جاذب است.
پیشنهادت
شبیه سازی فرایند جذب با بهره گرفتن از نرم افزارهای المان محدود و حجم محدود.
بررسی استفاده از شکل پرشدهی جاذب در داخل ستون وایجاد یک فرایند پیوسته برای حذف رنگ و بررسی پارامترهای دبی، غلظت اولیه، ابعاد برج جذب، و سایر پارامترهای مهم در حذف رنگ،
انتخاب اندازهی جاذب بسیار کوچکتر برای جاذبهای مشابه، (این کار بخصوص برای جاذبهای بدست آمده به صورت باقیمانده گیاهان و به شکل طبیعی بسیار مؤثر خواهد بود)،
استفاده از روش تبدیل بالا به پایین تمام جاذبهای مؤثر بر روی حذف و بررسی و مقایسهی هر کدام با همدیگر،
تبدیل جاذبهای طبیعی و گیاهی به صورت نانوژل(با توجه به هزینهی پایین تبدیل سازی به نانوژل،این کار میتوان حذف بالایی را نسبت به سایر روشهای ارتقاء جاذب مثل استفاده از خاکستر سازی بدست آورد.)
بررسی کاربرد جاذب مورد بررسی برای کلیهی رنگهای کاتیونی،
استفاده از جاذب به صورت تی بگ برای حذف در مناطقی که نیاز به روشهای آسان میباشد در اندازههای بزرگ.
استفاده از نانوژل بعد از جذب رنگ، در تولیداتی نظیر کاغذسازی، نانوکامپوزیت.
مراجع:
[۱] V. K. Gupta and Suhas, “Application of low-cost adsorbents for dye removal–a review," J Environ Manage, vol. 90, pp. 2313-42, Jun 2009.
[۲] T. Robinson, B. Chandran, and P. Nigam, “Removal of dyes from an artificial textile dye effluent by two agricultural waste residues, corncob and barley husk," Environ Int, vol. 28, pp. 29-33, 2002.
[۳] B. Crittenden and W. J. Thomas, Adsorption Technology & Design: Elsevier Science, 1998.
[۴] S. D. Faust and O. M. Aly, Adsorption processes for water treatment: Butterworth, 1987.
[۵] M. Suzuki, Adsorption engineering: Kodansha, 1990.
[۶] T. G. M. van de Ven, K. Saint-Cyr, and M. Allix, “Adsorption of toluidine blue on pulp fibers," Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 294, pp. 1-7, 2007.
[۷] T.-Q. Yuan and R.-C. Sun, “Chapter 7.3 - Modification of Straw for Activated Carbon Preparation and Application for the Removal of Dyes from Aqueous Solutions,” in Cereal Straw as a Resource for Sustainable Biomaterials and Biofuels, ed Amsterdam: Elsevier, 2010, pp. 239-252.
[۸] B. Bird, W. Stewart, and E. Lightfoot, Transport Phenomena, Revised 2nd Edition: John Wiley & Sons, Inc., 2006.
[۹] Y. Matsui, N. Ando, T. Yoshida, R. Kurotobi, T. Matsushita, and K. Ohno, “Modeling high adsorption capacity and kinetics of organic macromolecules on super-powdered activated carbon," Water Res, vol. 45, pp. 1720-8, Feb 2011.
[۱۰] R. E. Treybal, Mass-transfer operations: McGraw-Hill, 1980.
[۱۱] M. Toor and B. Jin, “Adsorption characteristics, isotherm, kinetics, and diffusion of modified natural bentonite for removing diazo dye," Chemical Engineering Journal, vol. 187, pp. 79-88, 2012.
[۱۲] H. Treviño-Cordero, L. G. Juárez-Aguilar, D. I. Mendoza-Castillo, V. Hernández-Montoya, A. Bonilla-Petriciolet, and M. A. Montes-Morán, “Synthesis and adsorption properties of activated carbons from biomass of Prunus domestica and Jacaranda mimosifolia for the removal of heavy metals and dyes from water," Industrial Crops and Products, vol. 42, pp. 315-323, 2013.
[۱۳] I. Ali, M. Asim, and T. A. Khan, “Low cost adsorbents for the removal of organic pollutants from wastewater," Journal of Environmental Management, vol. 113, pp. 170-183, 2012.
[۱۴] M. S. Sajab, C. H. Chia, S. Zakaria, and P. S. Khiew, “Cationic and anionic modifications of oil palm empty fruit bunch fibers for the removal of dyes from aqueous solutions," Bioresour Technol, vol. 128, pp. 571-577, 2013.
[۱۵] P. S. Suchithra, L. Vazhayal, A. Peer Mohamed, and S. Ananthakumar, “Mesoporous organic-inorganic hybrid aerogels through ultrasonic assisted sol-gel intercalation of SiO2-PEG in bentonite for effective removal of dyes, volatile organic pollutants and petroleum products from aqueous solution," Chemical Engineering Journal.
[۱۶] م. سعیدی, “بررسی جذب فنل از آب آلوده به کمککربن فعال و کربن پوست بادام و گردو," علوم و تکنولوژی محیط زیست, vol. 10, زمستان ۸۷ ۱۳۸۷٫
[۱۷] F. A. Batzias and D. K. Sidiras, “Simulation of methylene blue adsorption by salts-treated beech sawdust in batch and fixed-bed systems," J Hazard Mater, vol. 149, pp. 8-17, Oct 1 2007.
[۱۸] ر. ع. زاده and س. م. برقعی, “استفاده از کربن فعال گرانولی در فرایند کربن زیستی به منظور حذف مواد آلی و رنگ پساب های صنایع نساجی," مهندسی شیمیایران, vol. 2, 1387.
[۱۹] C. Bauer, P. Jacques, and A. Kalt, “Photooxidation of an azo dye induced by visible light incident on the surface of TiO2," Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, vol. 140, pp. 87-92, 4/13/ 2001.
[۲۰] M. Arami, N. Y. Limaee, N. M. Mahmoodi, and N. S. Tabrizi, “Equilibrium and kinetics studies for the adsorption of direct and acid dyes from aqueous solution by soy meal hull," Journal of Hazardous Materials, vol. 135, pp. 171-179, 2006.
[۲۱] M. Asadullah, M. Asaduzzaman, M. S. Kabir, M. G. Mostofa, and T. Miyazawa, “Chemical and structural evaluation of activated carbon prepared from jute sticks for Brilliant Green dye removal from aqueous solution," Journal of Hazardous Materials, vol. 174, pp. 437-443, 2010.
[۲۲] A. Mittal, J. Mittal, A. Malviya, and V. K. Gupta, “Adsorptive removal of hazardous anionic dye “Congo red” from wastewater using waste materials and recovery by desorption," Journal of Colloid and Interface Science, vol. 340, pp. 16-26, 2009.
[۲۳] A. P. Vieira, S. A. A. Santana, C. W. B. Bezerra, H. A. S. Silva, J. A. P. Chaves, J. C. P. Melo, et al., “Removal of textile dyes from aqueous solution by babassu coconut epicarp (Orbignya speciosa)," Chemical Engineering Journal, vol. 173, pp. 334-340, 2011.
[۲۴] V. V. Panic, Z. P. Madzarevic, T. Volkov-Husovic, and S. J. Velickovic, “Poly(methacrylic acid) based hydrogels as sorbents for removal of cationic dye basic yellow 28: Kinetics, equilibrium study and image analysis," Chemical Engineering Journal, vol. 217, pp. 192-204, 2013.
