No category

پایان نامه ارشد رایگان با موضوع تغییر رنگ، پتانسیل انتقال

دسامبر 1, 2018

mg/g). ks ثابت سرعت شبه درجه‌ی اول می‌باشد که واحد آن ۱/min است، و t نماینده‌ی زمان که واحد آن دقیقه می‌باشد. با انتگرال‌گیری از معادله فوق می‌توان به معادله ۴-۷. دست یافت:
(۴- ۷
نرخ جذب اولیه، h که واحد آن (mg/(g.min)) است با استفاده ازشرایط به صورت زیر تعریف می‌شود:
(۴- ۸
معادله‌ی ۴-۷. می‌توان دوباره نویسی و مرتب کرد،
(۴- ۹
qe از روی شیب خط رسم شده‌ی t/qt برحسب t بدست می‌آید. بدین ترتیب h نیز بدست می‌آید. با توجه به خطای بدست آمده می‌توان تصمیم گرفت که چه مدلی برای توصیف سنتیک جذب مناسب است.
۳-۱۶-۳ مدل سنتیک نفوذ درون ذره‌ای
این مدل به شکل معادله‌ی ۳-۱۰. می‌باشد.
(۴- ۱۰
که در آن ، ثابت نرخ نفوذ درون ذره ای می‌باشد، با رسم qt در مقابل t1/2 می‌توان جداول مربوطه را رسم نمود[۷۷].
مقدار I‌ایده ای را برای ضخامت لایه‌ی مرزی به ما می‌دهد که مقادیر بالای آن نشان دهنده‌ی تأثیر بیشتر لایه‌ی مرزی است[۳۳]. اگر چنانچه برازش منحنی و داده‌های آزمایش با‌این روش نیز خطی مستقیم تولید نکرد، نتیجه گرفته‌می‌شود که نفوذ به داخل حفرات، تنها مرحله‌ی کنترل کننده‌ی نرخ انتقال جرم نمی‌باشد[۷۸, ۷۹]. معمولا نمودار‌های‌این مدل به شکل دو قسمتی ظاهر می‌شود[۳۳]. یک قسمت مربوط به انتقال جرم از بالک می‌باشد که سریع‌تر اتفاق می‌افتد و یک قسمت مربوط به نفوذ درون ذره ای است که به کندی اتفاق می‌افتد، به همین دلیل، شیب کندتری دارد[۷۷].
۳-۱۶-۴ مدل سنتیک بنگهام۷۲
(۴- ۱۱
که در آن V حجم محلول است که برحسب میلی لیتر می‌باشد و ?(که کوچکتر از ۱ می‌باشد) و k0 ثابت می‌باشند. اگر چنانچه دو بار لگاریتم‌گیری از داخل پرانتز‌، و رسم خط مربوطه، داده‌ها را برازش نکند، می‌توان نتیجه گرفت که نفوذ جذب‌شونده به داخل حفرات، به‌تنهایی مرحله‌ی کنترل کننده نمی‌باشد. شاید نفوذ از حفرات و نفوذ از فیلم برای‌این چنین فرآیندهایی غیر قابل چشم پوشی بوده‌اند که‌این چنین نتیجه ای حاصل شده است[۳۳]. پس بایستی معادلات بررسی گردند تا بهترین و منطبق ترین حالت انتخاب گردد.
فصل چهارم: نتایج آزمایشگاهی
مراحل بهینه‌کردن فرآیند جذب برای هر دوشکل از جاذب بررسی شد و مقادیر مناسب برای پارامترهای مؤثر بدست آمد، سپس سنتیکی که فرآیند‌های جذب حاضر از آن تبعیت کند و‌ایزوترمی‌که داده‌های بدست آمده از آزمایش‌ها توسط آن توصیف گردند، بدست آمد. همزمان با بررسی شرایط بهینه، به ساختار‌شناسی جاذب‌ها پرداخته شد و علت برخی رفتار‌های جاذب تشریح شد. از‌این پس در‌این تحقیق، نانوژل گیاه خاکشیر به نام جاذب اول و گیاه خاکشیر به نام جاذب دوم به کار خواهد رفت.
۴-۱ بهینه‌کردن جاذب
برای بررسی تأثیر عوامل مختلف در جداسازی رنگ بریلیانت‌گرین و بهینه‌سازی شرایط جذب، بایستی فرآیند جذب در بهینه‌ترین شرایط انجام گیرد، برای بدست آوردن‌این شرایط از عوامل مختلف محیطی همچون: pH محیط جذب، دور همزن، مقدار جاذب، دمای محیط و سایر پارامتر‌ها بهره گرفته‌شد و تأثیر هرکدام بررسی گردید.
۴-۱-۱ انتخاب pH بهینه
مطالعات زیادی نشان داده‌اند که مهمترین پارامتری که در جذب رنگ و یونهای فلزی با استفاده ازجاذب‌های طبیعی و کامپوزیتهای پلیمرهای زیستی، تأثیر گذار می‌باشد، pHاولیه محلول میباشد، که بر مکان‌های جذب یونهای جذب‌شونده در سطح جاذب و ساختار شیمیایی رنگ در آب تأثیر زیادی دارد. تغییرات pH محلول باعث تغییر بار سطحی جاذب، درجه‌یونیزاسیون ماده جذب‌شونده و یونیزاسیون گروه‌های فعال جاذب می‌شود. از‌این رو تغییرات pH می‌تو‌اند نقش مهمی‌در فرایند حذف ماده رنگزا‌ایفا نماید[۸۰].
تاثیر pH بر فرایند حذف رنگزای بریلیانت‌گرین بررسی شد و نتایج در شکل ۴-۱. نشان داده‌ شده‌است. همانطور که مشاهده می‌شود در محدوده اسیدی بهترین درصد حذف برای شکل اول و دوم جاذب بدست آمد. همانند آنچه که برای رنگ مورد آزمایش در‌این تحقیق رخ ‌داد، با کاهش بیش از حد pH مشاهده می‌شد که رنگ محلول به سمت بی‌رنگ شدن پیش می‌رفت و یا زمانی که pH محیط افزایش پیدا می‌کرد، غلظت یون‌های OH- در محیط افزایش پیدا کرده و باعث واکنش با رنگ و تغییر رنگ آن به بنفش تیره می‌گردید. لازم به ذکر است pH=0 به دلیل تغییر رنگ و تغییر طول موج بررسی نشد. همان طور که در شکل ۴-۱. نشان داده‌شده، برای جاذب اول و دوم، به دلیل یکسان بودن ماده‌ی هردو جاذب هردو، مقدار pH بهینه نیز یکسان بدست آمد که معقول می‌باشد.
بیشترین میزان حذف برای نانوژل در ۵=pH بدست آمد که علت آن را می‌توان به بار مثبت روی جاذب و جذب بیشتر مواد به ذرات جاذب اشاره کرد. برای ادامه کار ۵ PH = بعنوان مبنای محاسبه انتخاب شد.
شکل ۴- ۱. اثر تغییر pH بر روی حذف رنگ بریلیانت‌گرین با استفاده از جاذب ( ۰.۳گرم جاذب و ۳گرم برای ۱۰۰سی سی و زمان تماس ۲۰ دقیقه برای رنگ اولیه‌ی ppm20
برای رسم نمودار‌این مرحله، pH محلول به ۳، ۵، ۶، ۷، ۹، ۱۱ تغییر داده شد و تأثیر pH محیط بر جذب بررسی گردید که شکل ۴-۱. بدست آمد. برای تغییر محیط از حالت خنثی به اسیدی از نیتریک اسید ۰.۱مولار (HNO3 (M 1/0)) و برای تبدیل به محیط بازی از NaOH (M 1/0) استفاده شد. سایر پارامتر‌های به کار رفته به قرار زیر بود:
گرم جاذب انتخاب شده: ۰.۳ گرم،
گرم جاذب انتخاب شده برای نانوژل: ۳ گرم
حجم محیط آبی شامل آلودگی: ۱۰۰سی سی
زمان تماس ۲۰ دقیقه
غلظت برای رنگ: ppm 20
دور همزن: ۳۶۰ دور بر دقیقه
۴-۱-۲ زمان تماس
زمان تماس جاذب با رنگزا در محلولهای رنگی یکی از مهمترین پارامترها در فرایند جذب می‌باشد. مهمترین نکته ای که برای جذب بایستی در نظر داشت اقتصادی بودن و سریع بودن فرآیند می‌باشد که‌این پارامترها در طول کار مد نظر قرار گرفتند. مقدار مشخصی از هردو جاذب(جاذب نانوژل گیاه خاکشیر ۳ گرم۷۳ و جاذب با مش بین ۳۰تا۳۵‌، مقدار ۰.۳ گرم) با غلظت معینی از ماده رنگزا در تماس قرار داده‌شد، مخلوط حاصل توسط همزن مغناطیسی به مدت ۶۵ و برای بررسی سنتیک تا ۷۶۰ دقیقه هم زده‌شد و در فواصل زمانی ۱، ۲، ۳، ۵، ۸، ۱۰، ۲۰، ۳۰، ۴۰، دقیقه مقدار حذف اندازه‌گیری شد. درصد جذب رنگ توسط جاذب در زمان‌های مختلف نشان داد با افزایش زمان تماس تا ۲۰ دقیقه میزان جذب با سرعت بالا افزایش می‌یابد که علت آن جذب در فضاهای خالی در سطح جاذب می‌باشد. پس از زمان بهینه، به دلیل پر شدن حفرات سطح جاذب و اشباع شدن آن‌ها، درصد جذب به شیب افزایشی ثابتی رسیده و پس از طی مسیر آن زمان نیز ثابت می‌ماند. بنابراین زمان ۲۰ دقیقه به عنوان زمان بهینه برای شکل دوم جاذب گیاه خاکشیر انتخاب شد که در شکل ۴-۲. نتایج نشان داده شده است. برای شکل اول گیاه خاکشیر نیز‌این عملیات انجام گرفت و نشان داد که با افزایش زمان تماس، تا مقدار ۴ دقیقه، مقدار جذب افزایش یافته و پس از آن ثابت می‌ماند. شکل ۴-۲. مقایسه‌ی زمان تماس بهینه برای دو شکل از جاذب را نشان می‌دهد. با توجه به شکل، چنین نتیجه گیری شد که در حالت نانوژل، جذب بسیار سریع اتفاق افتاد و در زمان ۴ دقیقه رنگ محیط آبی سریعاً حذف شد. مدت زمان ۴ دقیقه نشان می‌دهد که هرچند که مقاومت عبور ذرات از حفرات از بین رفته و ۲ مقاومت انتقال جرم هنوز وجود دارند، ولی در کل، زمان انجام عملیات ۵ برابر سریعتر شده است. بنابراین تبدیل شکل جاذب به نانوژل در کاهش زمان حذف بسیار تأثیر گذار بود. به منظور دست یابی به زمان اختلاط تمامی‌متغیرها به جز زمان اختلاط
با توجه به‌اینکه مقادیر پارامترهای آزمایش هنوزمعلوم نبود، پارامترهای دور همزن، زمان تماس بهینه و مقدار جاذب به طور تخمینی به شکل زیر انتخاب شدند:( شرایط اختلاط بصورت زیر میباشد):
غلظت رنگ بریلیانت‌گرین در آب ۲۰ میلی‌گرم بر لیتر ، pH محلول ۵، دمای اختلاط C?25، دور همزن
۲۰۰دور بر دقیقه و میزان جاذب ۳/۰ گرم انتخاب شده‌است.
شکل ۴- ۲. مقایسه بهینه‌سازی زمان تماس
همانطور که در شکل ۴-۲. مشاهده می‌شود با افزایش زمان اختلاط، میزان جداسازی نیز افزایش می‌یابد. با شروع فرایند جذب، ابتدا سرعت حذف بالا بوده ‌و سپس از سرعت جذب کاسته می‌شود، این نتایج نشان می‌دهد که فرایند جذب شامل یک مرحله سریع اولیه است که قسمت زیادی از جذب را به خود اختصاص می‌دهد و مراحل بعدی به میزان کمی‌در فرایند جذب سهیم می‌باشند. برای زمان‌های طولانی‌تر تماس‌‌، مشاهده شد که مقداری دفع انجام شده و قابلیت جذب کاهش پیدا کرد.‌این نتیجه با زمان تماس ۸ ساعت بدست آمد(در نمودار لحاظ نشده ). تقریباً پس از یک ساعت یک حالت پایا برای سیستم بوجود آمد و‌این پدیده در شکل ۴-۲. مشهود است.
۴-۱-۳ مقدار گرم جاذب(دُز جاذب)
مقادیر وزنی متفاوت ) ۱ الی ۱۸ گرم( از جاذب نانوژل ساقه‌ی گیاه خاکشیر و (۰.۱ تا ۱ گرم) از جاذب ساقه‌ی گیاه خاکشیر به غلظت‌های ppm20 از محلول‌های ماده رنگزا اضافه‌شد و در زمان بهینه بدست آمده از مرحله قبل) ۴ دقیقه برای جاذب اول و ۲۰ دقیقه برای جاذب دوم) توسط همزن مغناطیسی هم زده‌شد و پس از صاف‌کردن مخلوط غلظت آلاینده‌ی باقی مانده در محلول توسط دستگاه اسپکتروفوتومتر بدست آمد.
با توجه به شکل ۴-۳، گرم بهینه برای جاذب نانوژل گیاه خاکشیر به دلیل شامل بودن ۹۰% ای از آب، ۳ و برای جاذب دوم، ساقه‌ی گیاه خاکشیر،gr 3/0 بدست آمد. (همان طور که از شکل مشخص است، زمانی که مقدار گرم جاذب به ۳گرم رسیده است، نمودار شیب یکنواختی را در پیش گرفته و یکنواخت شده است) نتایج بدست آمده در شکل ۴-۳. نشان داده‌شده‌است. همان طور که از نمودار برمی‌آید، مقدار حذف به ازای مقادیر جرمی‌یکسان از هر دوشکل، شکل نانوژل مقدار حذف بالاتری داده است.
. جاذب اول به دلیل نانو ساختار شدن، ‌کمتر از ساقه‌ی گیاه خاکشیر مصرف شد، ولی داده‌های استفاده شده برای گرم هردو شکل از جاذب یکسان بود به همین خاطر در نمودار‌این امر محسوس نشد ولی باید توجه داشت که مصرف جاذب در حالت نانوژل کاهش داشته است.
شکل ۴- ۳. مقایسه بهینه‌سازی گرم جاذب(داده‌های مقادیر جرمی‌جاذب خاکشیر به شکل دوم ۱۰ برابر شده است)
۴-۱-۴ غلظت اولیه‌ی محلول
از دیگر پارامترهای مؤثر بر فرایند جذب سطحی، غلظت اولیه رنگ بریلیانت‌گرین موجود در محلول است. غلظت اولیه محلول به دلیل‌ایجاد پتانسیل انتقال جرم، تأثیر زیادی بر روی میزان جذب یون از محلول میگذارد. جهت بررسی تأثیر غلظت اولیه رنگ بریلیانت‌گرین موجود در محلول، پارامتر‌های دیگر را ثابت در نظر گرفته ‌و از غلظتهای ۵، ۱۰، ۲۰، ۳۰ و۵۰، ۱۰۰،۱۵۰ میلی‌گرم بر لیتر محلول حاوی

No Comments

Leave a Reply