دانلود پایان نامه مهندسی شیمی با عنوان حذف یون کروم شش ظرفیتی از محلول آبی به کمک گل قرمز (فایل word)

کروم شش ظرفیتی و ترکییاتش از مهمترین آلاینده های زیست محیطی می باشد که وجودشان در آب ها وپساب ها به مشکلی عمده تبدیل شده است که به دلیل اثرات مخرب این فلز سنگین و مشتقاتش بر سلامتی انسان ها و بهداشت محیط ،لزوم یافتن راه های جدید و فناوری های نوین برای حذف آن احساس می شود و بر این اساس در این تحقیق مهندسی فرآیند حذف کروم شش ظرفیتی از محلول آبی ،به روش جذب سطحی توسط جاذب گل سرخ مورد مطالعه قرار گرفت. می توانید این تحقیق مهندسی شیمی را به صورت فایل word دانلود نمایید.
قیمت : 1,555,000 ریال
شناسه محصول : 2009995
نویسنده/ناشر/نام مجله :
سال انتشار:
تعداد صفحات فارسي : 80
نوع فایل های ضمیمه : word
حجم فایل : 4 Mb
کلمه عبور همه فایلها : www.daneshgahi.com
عنوان فارسي : پایان نامه مهندسی شیمی با عنوان حذف یون کروم شش ظرفیتی از محلول آبی به کمک گل قرمز (فایل word)

چکیده

کروم شش ظرفیتی و ترکییاتش از مهمترین آلاینده های زیست محیطی می باشد که وجودشان در آب ها وپساب ها به مشکلی عمده  تبدیل شده است که به دلیل اثرات مخرب این فلز سنگین و مشتقاتش بر سلامتی انسان ها و بهداشت محیط ،لزوم یافتن راه های جدید و فناوری های نوین برای حذف آن احساس می شود .و بر این اساس در این تحقیق حذف کروم شش ظرفیتی از محلول آبی ،به روش جذب سطحی توسط جاذب گل سرخ مورد مطالعه قرار گرفت.در این تحقیق  سه نمونه گل سرخ ،خام و اصلاح شده با اسید هیدرو کلریک و اصلاح شده با نیتریک اسید مورد مطالعه قرار گرفتند طبق نتایج بدست آمده  برای گل اصلاح شده با هیدرو کلریک اسید مشاهده شد با افزایش غلظت اولیه یون کروم، درصد حذف کاهش یافت و برای گل اصلاح شده با نیتریک اسید مشاهده شد درصد حذف با افزایش غلظت اولیه یون کروم افزایش یافت. همچنین زمان تعادل برای هر دو نمونه اصلاح شده ،30 دقیقه به دست آمد. نتایج حاصل از محاسبه پارامتر های ترمودینامیکی  نشان داد واکنش جذب  گرما گیر است و همچنین با افزایش بی نظمی در طی واکنش همراه است اما مقادیر مثبت انرژی آزاد گیبس نشان دهنده غیر خود به خودی بودن واکنش است. ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ  برای هر نوع گل اصلاح شده بررسی شد که نشان دهنده پیروی هر دو نمونه از این ایزوترم ها بود. همچنین جهت بررسی ویژگی های جاذب آنالیزها‏FTIR ‏ ،‏BET‏ ،‏XRD‏،SEM‏ بر روی گل قرمز خام و ‏اصلاح شده با هیدروکلریک اسید و نیتریک اسید انجام شد. می توانید این تحقیق مهندسی شیمی را به صورت فایل word دانلود نمایید.

مقدمه

پیشرفت دانش بشری و افزایش توانایی او در استفاده ازمنابع طبیعی و ساخت و تهیه مواد و ابزار های گوناگون ‏،منجر به پیدایش واحد های صنعتی و تولیدی بسیاری شده است .بر اساس آمار و ارقام ارائه شده ، در همه این صنایع کوچک ‏و بزرگ مصرف آب رقم بالایی دارد .و در عین حال عمده آب مصرفی به  صورت فاضلاب و پساب خارج می گردد .این پساب ‏ها عمدتاً به رودخانه ها و بعضاٌ به مخازن زیر زمینی سرازیر می شود و بدین طریق در چرخه طبیعت قرار می گیرند [1]‏. عدم توجه به ماهیت این فاضلاب ها و پساب ها ،اثرات زیان باری در پی خواهد داشت .بیش ترین اثرات سوء مربوط به یون های فلزات سنگین موجود در پساب ها می باشد. فلزات سنگین و مشتقاتشان به دلیل پایداری، از عوامل اصلی آلوده کننده ‏محیط زیست می باشد .از جمله این عناصر ،فلز کروم است .کروم حالت های اکسایش فراوانی دارد که از آن میان به حالت های ‏اکسایش 3+و 6+ ،بیش تر از سایر حالت مشاهده شده اند .ترکیبات کروم ‏III‏ ،معمولا برای سلامتی خطرناک نیستند اما ‏ترکیبات کروم ‏VI،از عمده عوامل تهدید کننده سلامتی انسان ها  و بهداشت محیط می باشد . منابع انتشار آن ها اکثراً،پساب صنایع ‏چرمسازی ،نساجی،صنایع رنگ و آبکاری فلزات می باشد.به دلیل اثرات مخرب آن بر سلامت انسان و بهداشت محیط ،لزوم ‏یافتن راه های جدید و فناوری های نوین برای حذف آن احساس می شود [2]‏

یکی از روش های جامع و موثر برای حذف کروم ،روش جذب سطحی می باشد .امروزه با پیشرفت تکنولوژی ،جاذب های ‏متنوع و جدیدی به وجود آمده اند [3] با انتخاب یک جاذب مناسب پدیده جذب می تواند تکنیکی مناسب برای ‏جذف فلزات سنگین از فاضلاب باشد، اما پر هزینه بودن تهیه و تولید این جاذب ها و ‏همچنین مشکل بودن جداسازی آن ها بعد از تصفیه از مهمترین علل ‏استفاده محدود از آن هاست. استفاده از مواد زائد طبیعی که توانایی جذب آلاینده هایی نظیر فلزات ‏سنگین را دارند در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است . ‏دلیل این امر آن است که این مواد  ارزان قیمت بوده و در طبیعت به ‏وفور یافت می شوند و نیز هزینه بالای مربوط به احیا استفاده  کرد که ‏در استفاده از بسیاری از جاذب ها مطرح است را ندارند و با توجه به کم ‏هزینه بودن می توان آن ها را پس از مصرف دفع نهایی نمود.

فلزات سنگین

فلزات سنگین اصولاٌ به دسته  ای از عناصر اطلاق می شود که دارای وزن مخصوص بزرگتر از 5 گرم بر سانتی متر مکعب و ‏وزن اتمی بالا باشد که از جمله آن ها می توان  جیوه ،سرب ،کروم،کادمیم،نیکل را نام برد .این عناصر از اجزاء تشکیل دهنده ‏بیوسفر (‏Biosphere‏)هستند و به طور طبیعی در خاک و گیاهان نیز یافت می شوند .بعضی از آن ها در مقادیر جزیی به عنوان ‏عناصر ضروری(‏Essential Elements‏)تلقی شده و وجود آن ها در جیره غذایی انسان و سایر موجودات زنده لازم است به ‏همین دلیل به آن ها عناصر ضروری گفته می شود .حضور این عناصر در غلظت های بیش تر از حد مجاز ،عوارض سوء ‏متعددی هم برای انسان و هم برای سایر موجودات زنده ایجاد کرده .ضمن آن که آلودگی  و خطرات زیست محیطی را نیز به ‏همراه دارد به عنوان مثال از میان این فلزات آهن ،منگنز،روی ،مولیبدن ،مس برای رشد گیاهان لازم است.ولی در عین حال تراکم زیاد این فلزات ،برای انسان خطراتی را به همراه دارد [5و6].فلزات سنگین و مشتقاتشان به دلیل پایداریشان از عوامل اصلی آلوده ‏کننده محیط زیست می باشد و اغلب توسط فاضلاب ها و پساب های صنعتی  به چرخه آب های طبیعی وارد می شوند [1] .از ‏جمله منابع آلاینده محیط زیست در ارتباط با فلزات سنگین عبارتند از صنایع فلزی،ریخته گری ،آبکاری،رنگسازی،باطری ‏سازی،دباغی،نساجی ،کاغذ سازی و سایر صنایع مشابه که با دفع و انتشار عناصری همچون کروم ،کادمیم،جیوه،نیکل،سرب،مس ‏،نقره در محیط باعث آلودگی می شوند .این فاضلاب ها اثرات زیان آور زیادی برای حیات زیستی ایجاد می کند و نیز موجب تجمع و افزایش غلظت ‏در سطوح بالاتر و زنجیره غذایی شده و می توان تا چندین برابر آن را در بدن موجودات زنده مشاهده نمود .بنابراین حذف این ‏فلزات از پساب ها قبل از تخلیه آن ها به سیستم فاضلاب شهری و یا صنعتی،یک ضرورت اجتناب پذیر است .

کاربردهای کروم و منابع انتشار آن ها

ترکیبات کروم بصورت گسترده ای در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. در کشورهای صنعتی بیش ترین مقدار مصرف کروم ‏در صنعت محافظ و مقاوم سازی چوب می باشد . ترکیبات کروم که جزء عمده همه آن ها (‏CrO2‏) است ، با تشکیل ترکیبات کم ‏محلول با عصاره و شیرابه چوب باعث افزایش مقاومت چوب شده و همچنین مانع رشد قارچ ها و باکتری ها در روی چوب می ‏شود .[12]  از دیگر کاربردهای مهم کروم آبکاری و پوشش فلزات به منظور استحکام بخشیدن به فلز و حفاظت آن از خوردگی می ‏باشد آبکاری فلزات در صنایع بسیاری کاربرد دارد که از جمله این صنایع می توان به صنایع خودرو سازی و صنایع نظامی ‏اشاره کرد.]ترکیبات کروم در صنایع رنگ و ضد رنگ نیز کاربرد های فراوانی دارند .این رنگ ها و ضد رنگ ها از ‏واکنش کرومات ها و دی کرومات ها با عوامل کاهنده و یا اکسید فلزات دو ظرفیتی تهیه می شوند . [13]‏

کروم این توانایی را دارد که با پروتئین ها ،مواد سلولزی و پلیمرهای سنتزی مختلف کمپلکس های پایدار تشکیل می دهد و این ‏قابلیت موجب شده کروم در صنایع نساجی و دباغی کاربرد داشته باشد و در همین راستا در تهیه پوشش های ضد آب و ضد ‏روغن بر روی الیاف مصنوعی نیز از کروم استفاده می شود .14

استفاده از سدیم کرومات و سایر ترکیبات کروم در فرمول گل حفاری برای مقابله با فرسایش و خوردگی از کاربردهای کروم در ‏صنایع نفت و گاز است. ترکیبات کروم دار دیگری که در گل حفاری مورد استفاده قرار می گیرند،کرومیوم لیگنوسولفونات ‏است.

جذب سطحی

فرایند جذب سطحی عبارت است از چسبندگی گونه هایی از یک محیط بر روی یک سطح جامد که موجب ‏تجمع آن گونه در فصل مشترک دو فاز می گردد در چنین حالتی ماده ای که تجمع می یابد ،جذب شونده (‏Adsorbate‏)و ماده ای ‏که تجمع روی آن صورت می گیرد را جاذب (‏dsorbentA)می نامند .محدوده عملیات می تواند از چند گرم ماده جاذب در ‏آزمایشگاه ها تا 135000کیلوگرم در کارخانه های صنعتی تغییر کند .عملیات بسیار متنوع جذب از این جهت مشابه هستند که در ‏آن ها مخلوطی که باید تفکیک شود با یک فاز نا محلول دیگر تماس حاصل می نماید و پخش نا مساوی مواد بین فاز جذب شده ‏روی سطح جامد و توده سیال موجب جداسازی می شود .

جذب سطحی یک فرایند فیزیکی –شیمیایی است که به طور کلی در فاز جامد –مایع اتفاق می اقتد و در اکثر مواقع وقتی به کار برده می شود که نیاز باشد نوع خاصی از مواد که به طور مؤثر نمی توان با تکنولوژی های دیگر آن ها ا از جریان فاضلاب حذف کرد ،به کار برده می شود .اگرجه جذب سطحی در فاز مایع –مایع و همجنین گاز-مایع به طور کامل جواب می دهد اما بیش تر برای تصفیه فاضلاب و در فاز جامد – مایع کاربرد دارد .AdsorptionوAbsorption،که تعلق به یک دسته فرایند های فیزیکی و شیمیایی دارند و جذب نامیده می شود،دو پدیده متفاوت هستند.تفاوت اصلی این دو در فاز تعادلی فرم نهایی آن هاست که اگر همگن باشد،Absorption و در غیر این صورت ‏.‏Adsorptionنامیده می شود....به عبارت دیگر جذب سطحی یا Adsorption،عبارت است از جمع آوری مواد روی سطح ماده جاذب ولی Absorptionنفوذ مواد جمع شده به درون جاذب است و از آن جا که این دو پدیده هم زمان رخ می دهد از واژه ی جذب یا sorption،برای این پدیده استفاده می شود .جذب سطحی و جذب هر دو در فرآیند جذب با جاذب و سایر مواد رخ می دهد ولی واحد عملیاتی معمولاٌ جذب سطحی نامیده می شود.

فهرست مطالب

چکیده                                                                                               1

1-1:مقدمه                                                                                                        2

1-2:فلزات سنگین                                                                                               4

1-2-1:ویژگی فلزات سنگین                                                                                  5    

1-2-2:منابع انتشار فلزات سنگین در محیط زیست                                                       7

1-2-2-1:منابع طبیعی                                                                                          7

1-2-2-2:منابع ناشی از فعالیت انسانی                                                                      7

1-3:کروم                                                                                                         7

1-3-1:کاربرد کروم و منابع انتشار آن ها                                                                     8

1-3-2:تأثیر کروم بر سلامتی انسان و محیط زیست                                                        8

1-4:روش های تصفیه فلزات سنگین از محلول های آبی                                                  9

1-4-1:روش های شیمیایی                                                                                     9

1-4-1-1:رسوب دهی شیمیایی                                                                               9

1-4-1-2:الکترولیز                                                                                              10

1-4-2:روش تصفیه بیولوژیکی                                                                                10

1-4-3:روش فیزیکی                                                                                            11

1-4-3-1:تبادل یونی                                                                                             11

1-4-3-2:الکترودیالیز                                                                                            11

1-4-3-3:فیلتراسیون                                                                                             11

1-4-3-4:اسمز معکوس                                                                                         12

1-4-3-5:جذب سطحی                                                                                          13

1-5:مبانی تئوری جذب سطحی                                                                                 13

1-6:تعریف جذب سطحی                                                                                       14

1-6-1:جذب سطحی فیزیکی                                                                                   15                                  

1-6-2:جذب شیمیایی                                                                                              15

1-6-3:تفاوت های جذب شیمیایی و فیزیکی                                                                  15

1-7:آنالیز فزآیند جذب سطحی                                                                                    16

1-8:مراحل جذب سطحی                                                                                            17

1-9:کاربرد فرآیند جذب سطحی                                                                                    17

1-10:عوامل مؤثر بر فرآیند جذب سطحی                                                                         18

1-10-1:نوع و خصوصیات جسم جاذب                                                                           18

1-10-2:نوع و خصوصیات ماده جذب شونده                                                                     18

1-10-3:میزان اختلاط و بهم زدن سیال                                                                             18

1-10-4:PHمحیط عمل                                                                                              19

1-10-5:دمای معیط عمل                                                                                              19

1-11:جاذب جامد                                                                                                     19

1-12:انواع مختلف جاذب                                                                                            21

1-12-1:آلومینای فعال                                                                                                 21

1-12-2:زئولیت                                                                                                         21

1-12-3:جاذب رسی                                                                                                   22

1-12-4:کربن فعال                                                                                                    2 2 

1-12-5:گل قرمز                                                                                                       23

1-13:تئوری جذب سطحی                                                                                          24

1-14:ایزوترم های جذب سطحی                                                                                     25

1-15:مدل سازی ایزوترم های جذب                                                                                26

1-16:مکانیزم جذب                                                                                                    27

1-16-1:ایزوترم لانگمویر                                                                                              28

1-16-2:ایزوترم فروندلیچ                                                                                          29 

1-17،سینتیک جذب           30

1-18مدل نفوذ درون ذره ای 31

1-19تئوری فیلمی                                                                                            31  

1-20معادلات ترمودینامیک                                                                                    32

فصل دوم مروری بر کارهای گذشته    33

فصل سوم روش و مراخل تحقیق                                                                           42

3-1مواد و تجهیزات مورد استفاده       42

3-2اماده سازی جاذب                                                                                               46

3-2-1مش بندی                  46                              

3-2-2شست و شوی جاذب         46   

3-2-2-1شستشو با     HCL                                                                                    46

3-2-2-2شستشو با HNO3                                                                                                                   47

3-3آزمایش تعادل شیمیایی                                                                                          47

3-4آزمایش پارامتر ترمودینامیکی                                                                                     47

3-5ایزوترم لانگمویر                                                                                                   47

3-6آنالیز FTIR                                                                                                        48

3-7آنالیز  BET                                                                                                   9 4

3-8  آنالیز SEM   50

3-9اانالیز XRD                                                  51

فصل چهارم تحلیل داده ها و نتایج

4-1بررسی مکانیزم واکنش                                                                                53

4-1-1زمان تعادل برای  گل اصلاح شده با   هیدروکلریک اسید                   53

4-1-2زمان تعادل برای گل اصلاح شده با نیتریک اسید                                                 54

4-1-3بررسی مدل نفوذ درون ذره برای گل قرمز اصلاح شده با HCL            55

4-1-4بررسی مدل نفوذ درون ذره ای  برای گل قرمز اصلاح شده با HNO3   55

4-1-5بررسی مدل تئوری فیلمی برای گل قرمز اصلاح شده باL HC  57

4-1-6بررسی مدل تئوری فیلمی برای گل قرمز اصلاح شده با HNO3           58

4-1-7بررسی مدل سیلتیکی شبه درجه اول برای جاذب اصلاح شده باHCL      59

4-1-8بررسی  مدل سینتیکی شبه درجه دوم برای جاذب اصلاح شده با HCL    60

4-1-9بررسی مدل سینتیکی شبه درجه اول برای جاذب اصلاح شده با HNO3             61

4-1-10بررسی مدل سینتیکی شبه درجه دوم برای جاذب ا صلاح شده با HNO3                       62

4-2پارامتر ترمودینامیکی                                                                 62

4-3بررسی ایزوترم واکنش                                                                                      64

4-3-1ایزوترم لانگمویر برای گل قرمز اصلاح شده با HCL            64

4-3-2بررسی ایزوترم فروندلیچ مربوط به گل اصلاح شده با HCL    65

4-3-3ایزوترم لانگمویر برای گل قرمز اصلاح شده با HNO3         66

4-3-4ایزوترم فروندلیچ مربوط به گل قرمز اصلاح شده با HNO3   67

فصل 5:جمع بندی و پیشنهادات

5-1نتیجه گیری     68

5-2 پیشنهادات

مراجع                                                    71

فهرست جداول

جدول 1-1:بیماری های ایجاد شده توسط برای فلزات سنگین و حداگثر غلظت مجاز آن ها در آب آشامیدنی                                                                                                                    6

جدول 1-2دسته بندی مواد متخلخل                                                                                 20   

جدول 2-1بررسی انواع جاذب های طبیعی در حذف فلز سنگین                                             37

جدول 3-1تجهیزات مورد استفاده جهت آزمایش                             42

جدول 3-2دستگاه های لازم جهت آنالیز و انجام آزمایش              43

جدول 3-3مواد مورد نیاز جهت آزمایش                     45

جدول 3-4داده های مربوط به آنالیز BET                   50

چدول 4-1:داده های مربوط به زمان تعادل گل قرمز اصلاح شده باHCL                                     53     

جدول4-2داده های  مربوط به زمان تعادل برای گل قرمز اصلاح شده با HNO3            54

چدول 4-3:داده های مربوط به مکانیزم درون ذره ای برای گل قرمز اصلاح شده با HCL 55

چدول 4-4:نتایج مکانیزم نفوذ درون ذره ای برای گل قزمز اصلاح شده با HCL تا دقیقه 10          56

جدول 4-5:نتایج مکانیزم نفوذ درون ذره ای برای گل قرمز اصلاح شده با HCL بعد از دقیقه 10    56

جدول 4-6: داده های مربوط به مکانیزم درون ذره ای برای گل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید   56

چدول 4-7:نتایج مکانیزم نفوذ درون ذره ای برای گل قرمز اصلاح شده با HNO3         57

جدول 4-8:نتایج مربوط به تئوری فیلمی برای گل قرمز اصلاح شده با HCL    57

جدول4-9نتایج مربوط به تئوری فیلمی برای گل قرمز اصلاح شده با HNO3   58

جدول4-10:داده های مربوط به آزمایش پارامتر ترمودینامیکی         63

جدول4-11نتایج مربوط به پارامتر های ترمودینامیکی گل اصلاح شده با                             HCL 63

چدول 4-12:نتایج مربوط به پارامتر های ترمودینامیکی گل اصلاح شده با HNO3        64

جدول4-13:داده های مربوط به ایزوترم های واکنش         64

جدول 4-14ثابت های ایزوترم لانگمویر           65

جدول4-15:داده های مربوط به ایزوترم واکنش   66      

فهرست نمودارها

نمودار3-1:نمودارFTIR،گل قرمز اصلاح شده با نیتزیک اسید قبل از جذب                                 48

نمودار 3-2نمودارFTIRگل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید بعد از جذب                                  49

نمودار3-3:نمودار گل قرمز اصلاح شده با HCLبعد از جذب            49

نمودار3-4نمودارXRDمربوط به گل خام                                                                          52      

نمودار 4-1:زمان تعادل جذب برای گل قرمز اصلاح شده با هییدروکلریک اسید                             54                         

نمودار4-2زمان تعادل برای واکنش جذب ،مربوط به گل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید                 54

نمودار4-3نمودار مکانیزم درون ذره ای برای گل قرمز اصلاح شده با هیدروکلریک اسید                   55                           

نمودار4-4نمودار مکانیزم درون ذره ای برای گل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید        57

نمودار 4-5نمودار تئوری فیلمی برای گل قرمز اصلاح شده با هیدروکلریک اسید                            58                    

نمودار4-6نمودار تئوری فیلمی مربوط به گل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید            59 

نمودار4-7نمودار سینتیک شبه درجه اول برای گل قرمز اصلاح شده با هیدروکلریک اسید                 59                                                                                                                                                               

نمودار4-8نمودار سینتیک شبه درجه دوم  برای گل قرمز اصلاح شده با هیدروکلریک اسید               0 6 

نمودار4-9نمودار سینتیک شبه درجه اول برای گل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید                        61                 

نمودار4-10نمودار سینتیک شبه درجه دوم برای گل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید               62  

نمودار4-11نمودار وانتهف برای هیدرو کلزیک اسید                                                            63

نمودار4-12نمودار وانتهف برای نیتریک اسید    64

نمودار4-13نمودار ایزوترم لانگمویر مربوط به گل قرمز اصلاح شده با هیدروکلریک اسید                 64                 

نمودار4-14نمودار ایزوترم فرندلیچ مربوط به گل قرمز اصلاح شده با هیدروکلریک اسید‏                       65                          

نمودار4-15نمودار ایزوترم لانگمویر مربوط به گل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید              66

نمودار4-16‏نمودار ایزوترم فروندلیچ مربوط به گل قرمز اصلاح شده با نیتریک اسید     67

فهرست شکلها

‏ شکل1-1فرایند اسمز معکوس                                                                                 12   

شکل1-2اشکال مختلف جاذب مورد استفاده                                                                               20

شکل1-3:ساختار اتمی زئولیت                                                         22      

شکل1-4پودر گل قرمز                                                      24 

شکل1-5عکس هوایی از آلودگی دریاچه توسط گل قرمز                                  24      

شکل1-6لوله تخلیه گل قرمز به محل سد های باطله                      24 

شکل1-7 انواع ایزوترم های جذب                                                                                  26

شکل1-8سایت های جذب در مدل لانگمویر                                                                26

 

Keywords: کروم شش ظرفیتی جذب سطحی گل قرمز
این برای گرایش های: کلیه گرایش ها، کاربرد دارد. [ برچسب: ]

Skip Navigation Links