No category

پایان نامه با کلید واژگان رگرسیون، انطباق پذیری، بهینه سازی، ظرفیت جذب

دسامبر 1, 2018

بریلیانت‌گرین، استفاده میشود. شرایط اختلاط بصورت زیر میباشد : دمای اختلاط C?25، زمان تماس ۲۰ برای جاذب ۱ و۴ دقیقه برای نانوژل، pH محلول ۵، دور همزن ۲۴۰ دور بر دقیقه و میزان جاذب ۳/۰ گرم برای جاذب اول و ۳گرم برای جاذب نانوژل در نظر گرفته‌شد. شکل ۴-۴. تاثیر غلظت آلاینده در حذف رنگزای بریلیانت‌گرین با استفاده از خاکشیر را نشان می‌دهد. همان طور که در شکل۴-۴. نشان داده‌شده، غلظت بهینه آلاینده برای نانوژل گیاه خاکشیر ppm25و برای جاذب ساقه‌ی گیاه خاکشیر ppm20 است. از چنین استنباط می‌شود که مقاومت قدرت جذبی برای شکل نانو ساختار نسبت به حالت عادی بسیار بالا می‌باشد به طوری که با افزایش غلظت آلاینده در داخل محلول، شکل نانو ساختار، قدرت حذف خود را به سختی از دست داد. همچنین زمانی که از جاذب نوع دوم استفاده ‌شد برای غلظت‌های بالاتر رنگ بالاتر از ppm20، درصد حذف بسیار تغییر کرد.
همان‌طورکه در شکل مشاهده می‌شود با افزایش میزان رنگ بریلیانت‌گرین موجود در محلول، میزان جداسازی به مقدار قابل توجهی کاهش یافت. همچنین افزایش رقابت بین مولکولهای جذب‌شونده و برخورد و دافعه میان آنها از دیگر عوامل‌این سیر کاهشی می‌باشد. بنابراین برای ادامه کار غلظت رنگ بریلیانت‌گرین موجود در محلول۲۰ میلی‌گرم بر لیتر برای جاذب اول و ۲۵ میلی‌گرم بر لیتر برای نانوژل در نظر گرفته‌می‌شود.
شکل ۴- ۴. اثر تغییر میزان غلظت رنگ بریلیانت‌گرین بر روی درصد جداسازی رنگ
۴-۱-۵ بررسی دما
بی شک یکی از پارامترهای مهم در جذب، دمای عملیاتی می‌باشد، در اکثر موارد با افزایش دما، شدت جذب کاهش پیدا کرده و در گاهی موارد متوقف می‌شود. برای شکل اول جاذب‌، نانوژل گیاه خاکشیر، با افزایش دما جذب بهتر شد، ولی برای جاذب دوم، ساقه‌ی گیاه خاکشیر، با افزایش دما تا مقدار ۳۰ درجه‌ی سلسیوس، درصد حذف بالاتر رفت ولی بعد از آن دفع صورت گرفت، پس دمای بهینه برای جذب رنگ در شکل دوم، دمای نزدیک ۳۰ درجه سلسیوس و برای نانوژل ۴۰ در نظر گرفته شد، احتمال می‌رود که نانوژل در دمای بالا با رنگ وارد واکنش شیمیایی شده است که شکل ۴-۵. نشان‌دهنده‌ی تأثیر دما بر جذب می باشد و‌اینکه دمای محیط جذب بر روی درصد حذف تأثیر می گذارد.
شکل ۴- ۵. بررسی تأثیر دما بر روی میزان حذف
۴-۱-۶ دور همزن
تأثیر دور همزن نیز در حذف بررسی شد، شکل ۴-۶. نشان دهنده‌ی افزایش دور همزن و بدست آوردن دور بهینه می‌باشد، نکته‌ی جالب‌این بود که دور همزن در مقدار حذف رنگ با استفاده از شکل نانوساختار جاذب تأثیر بسیار کمی‌داشت،‌این امر کاملا در نمودار قابل مشاده است، علت را می‌توان‌این گونه بیان کرد که همزدن مخلوط باعث کاهش مقاومت نفوذ به سطح بالک، مقاومت نفوذ از بالک و تاحدودی مقاومت نفوذ به حفرات و خلل و فرج جاذب می‌شود، ولی چون در حالت نانوژل تنها مقاومت نفوذ از بالک و مقاومت فیلم جرم وجود دارد و مقاومت نفوذ به حفرات از بین رفته است، بنابراین تأثیر تغییر دور همزن به طور واضح مشاهده نشد. علاوه بر آن می‌توان دریافت که بیشتر مقاومتی که مانع از جذب سریع رنگ می‌شود، مقاومت حفرات موجود در جاذب است و مقاومت نفوذ در بالک می‌تواند راحت از بین برود.
شکل ۴- ۶. تأثیر دور همزن بر حذف رنگ
۴-۱-۷ اسیدی‌کردن جاذب
از آنجایی که شکل دوم جاذب با استفاده از شرایط بهینه ای که تا‌این مرحله بدست آمده بودند و بدون ارتقا با اسید یا خاکستر شدن، مقدار حذف بالایی‌ایجاد می‌کرد، از روش‌هایی همچون خاکستر‌کردن جاذب و سایر روش‌های هزینه بر برای ارتقاء جاذب استفاده نگردید و تنها به اسیدی‌کردن جاذب اکتفاء شد. به‌این صورت که شکل دوم جاذب با شرایط بهینه شده، در محلول اسیدی (اسید کلریدریک ۱مولار) قرار داده شد و با استفاده از همزن به مدت ۱ ساعت در‌این محلول همزده شد. بعد با استفاده از صافی، جاذب‌های اسیدی شده جدا گردیده و با استفاده از آبDM شسته شد.‌این جاذب هم برای حذف به کار رفت که نتایج بسیار خوبی بدست داد که در شکل ۴-۷. تأثیر‌این مرحله به‌خوبی نشان داده شده است. برای شکل نانوساختار‌این مرحله انجام نشد.
شکل ۴- ۷. مقایسه قابلیت جذب شکل دوم جاذب با ارتقاء توسط اسیدی‌کردن با اسید کلریدریک ۱مولار
۴-۱-۸ تأثیر اندازه جاذب بر میزان حذف
از آنجایی که تبدیل جاذب به نانوژل، ‌مقدار حذف بالاتری‌ایجاد کرد، به همین خاطر تأثیر سایر اندازه‌های جاذب در مقدار حذف بررسی شد و شکل ۴-۸. بدست آمد. لازم به ذکر است که شرایط بهینه برای جاذب با اندازه‌ی مش بندی بین اندازه‌ی ۳۵ (اندازه‌ی ذرات ۰.۵ میلی متر) تا ۵۰ (اندازه‌ی ذرات ۲۰۰ میکرو متر) بدست آمد و بعد از آن‌این شرایط برای تمامی‌جاذب‌ها به کار رفت، علت‌اینکه اگر چنانچه برای تمامی‌اندازه‌های جاذب بهینه سازی شرایط انجاممی‌شد مقادیر حذف نزدیک به هممی‌شد و‌این امر مقایسه را سخت ترمی‌کرد. به احتمال زیاد زمانی که شرایط برای تک تک اندازه‌ها بهینهمی‌شد، برخی پارامترها از جمله زمان تماس، برای اندازه‌های بزرگتر جاذب طولانی ترمی‌شد. پارامترهایی همچون pH بدون تغییر باقی خواهد بود، زیرا خود ماده یکسان بود.
شکل ۴- ۸. اثر اندازه ذرات جاذب بر حذف
۴-۲ ایزوترم‌های حاکم بر فرآیند جذب
جذب سطحی یک فرایند انتقال جرم است که در آن‌ترکیبات مختلف برای رسیدن به تعادل در حال رقابت هستند. نیروهای موثر اولیه در جاذب بین جذب کننده و جذب‌شونده، نیروهای جاذبه و دافعه‌ی الکترواستاتیک می‌باشند که می‌تو‌اند فیزیکی یا شیمیایی باشد. برای شرح تعادل بین جاذب و جذب‌شونده معادلالت متعددی وجود دارد که روابط آن‌ها به تفصیل در مقدمه و فصل ۱ آورده شده‌اند. از متداول‌ترین معادلات‌، معادلات جذب لانگمویر، فرندلیچ، تمکین، توس، سیپز و‌ترکیبی از‌این‌ایزوترم‌ها می‌باشد[۸۱]. با توجه به ماهیت جذب، در‌این تحقیق، به بررسی سه نوع محتمل و متفاوت از‌ایزوترم‌ها، پرداخته شد که عبارت بودند از:‌ایزوترم فرندلیچ،‌ایزوترم لانگمیر و‌ایزوترم تمکین که در ادامه به بررسی هرکدام پرداخته می‌شود.
۴-۲-۱ مدل فرندلیچ۷۴
این‌ایزوترم برای هر دو شکل از جاذب‌ها به کار رفت، همان طور که از شکل ۴-۹. می‌توان دریافت،‌ایزوترم فرندلیچ، فرآیند جذب شکل اول و دوم جاذب را توصیف نکرد، به عبارت دیگر‌این مدل برای جذب رنگ با استفاده از جاذب ساقه‌ی گیاه خاکشیر مناسب نیست. از رسم Ln(qe) در مقابلLn Ce ، LnK f عرض از مبدا آن می‌باشد شیب‌این خطn/1 نشان‌دهنده‌شدت جذب و Kf (((mg g-1) (mg L-1)-1/n نشان‌دهنده ظرفیت جذب می‌باشد[۸۲]. همانطورکه از شکل ۴-۹. دیده می‌شود. ضریب رگرسیون معادله جذب فرندلیچ ۰.۹۵۵۷ و۰.۸۶۲۵ است، بنابراین‌این مدل برای توصیف‌ایزوترم فرآیند جذب و برای مدلسازی داده‌های تعادلی جذب مناسب نشد.
شکل ۴- ۹.‌ایزوترم فرندلیچ برای شکل اول و دوم جاذب
۴-۲-۲ مدل‌ایزوترم لانگمیر۷۵
مدل‌ایزوترم لانگمیر برای توصیف فرآیندهایی به کار می‌رود که در آن جذب تنها در یک لایه وجود دارد.‌این مدل توسط معادله ۴-۱۰. بیان می‌شود. برای بررسی مدل لانگمیر بایستی شکل معادله را به صورتی تبدیل کنیم که برحسب پارامترهای Ce و qe شده و رسم آن‌ها پارامترهای لازم را در اختیار قرار‌دهند، از رابطه‌ی ۴-۲. می‌توان با ساده‌سازی به رابطه‌ی ۴-۳. رسید که همان رابطه‌ی ۴-۴ می‌باشد. اکنون با رسم Ce/qe برحسب Ce شکل ۴-۱۰. حاصل می‌شود. همان طور که از نمودار استنباط می‌شود، انطباق پذیری جاذب به شکل دوم یعنی نانوژل بودن، بسیار بالاتر از جاذب اول بود.‌این امر را می‌توان به دلایل زیر دانست:
۱. انرژی جذب یکسان است، به عبارت دیگر با تبدیل به نانوژل شدن، قابلیت جذب هر سایت یکسان بوده‌و حضور ماده‌ی جذب شده در هر جایگاه تأثیری در دیگری ندارد؛
۲. ماده‌ی جذب شده به صورت یک لایه‌ی مولکولی(به ضخامت یک مولکول جذب‌شونده) و جذب تک لایه‌است به عبارت دیگر، هرگاه جذب در سایتی انجام شد، فضای لازم برای مولکول‌های لایه‌ی دوم و بعدی از بین می‌رود؛
۳. و به دلیل یکسان بودن تمام ابعاد جاذب نوع دوم، جذب در محیط همگن انجام می‌شود.
(۴- ۱۲
(۴- ۱۳
(۴- ۱۴
همانطورکه از شکل ۴-۱۰. دیده می‌شود. ضریب رگرسیون معادله جذب لانگمیر برای شکل دوم و اول جاذب به ترتیب، ۰.۹۹۸۵ و۰.۹۹۹۴ بدست آمد، بنابراین مدل لانگمیر برای توصیف‌ایزوترم فرآیند جذب و برای مدلسازی داده‌های تعادلی جذب بسیار مناسب است.
شکل ۴- ۱۰. مدل لانگمیر برای دو شکل جاذب مورد بررسی
۴-۲-۳ ‌ایزوترم تمکین۷۶
به منظور استنتاج‌ایزوترم تمکین فرض می‌شود که کاهش گرمای جذب خطی‌تر از رابطه لگاریتمی‌که دلالت بر معادله فروندلیچ دارد می‌باشد.‌این مدل وجود برهم کنش غیر مستقیم جاذب جذب‌شونده را در نظر گرفته‌و پیشنهاد می‌کند که بخاطر‌این برهم‌کنش‌ها، گرمای جذب تمام مولکول‌ها در لایه بطور خطی با پوشش کاهش می‌یابد.‌ایزوترم تمکین به صورت معادله ۴-۵. بکار می‌رود:
(۴- ۱۵
که در‌این رابطه qe و Ce به صورت قبل تعریف می‌شوند. A و ثابت‌های‌ایزوترم تمکین هستند و ثابت B به گرمای جذب مربوط می‌شود. در غلظت‌های خیلی زیاد یا خیلی کم، داده‌های جذب می‌توانند مطابق معادله تمکین بررسی شوند. از رسم qe در مقابل Ln Ce، مقادیر A و B تعیین می‌شود. از شیب و عرض از مبدا به‌ترتیب B و A بدست می‌آید. A ثابت اتصال تعادلی (L.mol-1) مطابق با حداکثر انرژی اتصال است و ثابت B به گرمای جذب مربوط می‌شود[۸۳]. همانطورکه در شکل ۴-۱۱. دیده می‌شود. ضریب رگرسیون معادله جذب تمکین برای جاذب‌ها، ۰.۸۶ و۰.۹۶ بدست آمد، بنابراین‌این مدل برای توصیف‌ایزوترم فرآیند جذب مناسب نبود.
شکل ۴- ۱۱. مدل تمکین
کلیه‌ی نتایج برای ضرایب مدل‌های مختلف‌ایزوترم برای جذب رنگ بریلیانت‌گرین به صورت جدول ۴-۱. ارائه شده است.
جدول ۴- ۱. پارامتر‌ایزوترم‌های بررسی شده برای جاذب مورد استفاده در دوشکل
جاذب
مدل فرندلیچ
مدل تمکین
مدل لانگمیر
Kf
(mg.g-1)
N
R2
A
(L.gr-1)
B
(J.mol-1)
R2
qm
(mg.g-1)
KL
R2
Nano Gel-DS77
۶۱۱.۶۱۳
۷.۱۸۹-
۰.۸۶۲۵
۴-۱۰*۲.۰۴
۷۲.۵۰۷-
۰.۸۹۴۴
۶۵۵.۶
۰.۰۴۷-
۰.۹۹۹
DS78
۶۳۲.۸۹۲
۸.۸۵۷-
۰.۹۵۵۷
۵-۱۰*۷
۶۶.۲۰۳-
۰.۹۶۳۴
۶۳۸.۹
۰.۲
۰.۹۹۸
۴-۲-۴ نانوژل و جداسازی آن از محیط آبی پس از فرآیند حذف
با احتساب‌اینکه ۹۰% از نانوژل استفاده‌شده، آب بود، مقدار ۳ گرم نانوژل برای حصول به ۰.۳ گرم جاذب خشک استفاده‌شد، البته‌این مقدار حذف بالایی را برای رنگ بریلیانت‌گرین‌ایجاد کرد که با توجه به مراحل بهینه‌سازی جاذب

No Comments

Leave a Reply