عنوان

ارزيابی عملکرد هیدروچار حاصل از تفاله ریشه شیرین بیان بعنوان جاذب در حذف رنگ‌های کاتیونی از محلول‌های آبی

پ۲۷۸۸۵

per

ارزيابی عملکرد هیدروچار حاصل از تفاله ریشه شیرین بیان بعنوان جاذب در حذف رنگ‌های کاتیونی از محلول‌های آبی

علی اکبری

مهندسی شیمی و نفت

۱۴۰۱

۱۶۱ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی گرایش محیط زیست

۱۴۰۱/۰۶/۲۹

در این پژوهش هیدروچار حاصل از تفاله ریشه شیرین بیان، به روش کربن¬سازی حرارتی در محیط مایع ساخته شد. به منظور بررسی پارامترهای موثر بر فرآیند کربن‌سازی هیدروترمال، فاکتور¬های دما، زمان و نسبت آب/ جامد به عنوان متغیر¬های مستقل انتخاب شدند. مطالعه تأثیر متغیر¬های مستقل بر بازدهی تولید هیدروچار و ظرفیت جذب رنگزا متیلن بلو، با استفاده از طرح آزمایش مکعب مرکزی (CCD) و با بکارگیری نرم¬افزار Design Expert انجام شد. طبق نتایج بدست آمده، بیشینه بازدهی تولید و ظرفیت جذب متیلن بلو با استفاده از هیدروچار¬های تولید شده در دمای °C 168، زمان 016/2 ساعت و نسبت آب/ جامد برابر با 215/9 حاصل شد. از طرفی، به منظور بهبود ظرفیت جذب رنگزا هیدروچار تولید شده در شرایط بهینه (HC-Opt.)، تأثیر حضور نمک کلرید روی در فرآیند کربن¬سازی مطالعه شد. نتایج حاصل نشان دادند که هیدروچار تولید شده در محلول کلرید روی با غلظت 25/0 مولار (25/0-MHC) در مقایسه با هیدروچار اصلاح نشده عملکرد بهتری در جذب رنگزا کاتیونی متیلن بلو داشت. ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی هیدروچار¬های تولید شده با استفاده از تکنیک‌های FTIR، XRD، SEM، TGA، BET و آنالیز عنصری (CHN) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده، افزایش درصد کربن در ساختار هیدروچار¬های تولید شده و همچنین افزایش میزان آروماتیک بودن ساختار آنها نسبت به زیست‌توده را نشان دادند. به علاوه، تأثیر مثبت فرآیند کربن¬¬سازی حرارتی در محیط مایع بر افزایش میزان گر¬وه¬های عاملی اکسیژن¬دار در ساختار HC-Opt. و 25/0-MHC، از دیگر نتایج بدست آمده در بررسی خواص فیزیکی-شیمیایی هیدروچار¬های تولید شده بود. به منظور بررسی عملکرد جاذب¬های ساخته شده در جذب رنگزا کاتیونی متیلن بلو از روش جذب سطحی ناپیوسته استفاده شد. تأثیر پارامترهای pH، زمان تماس، غلظت اولیه رنگزا، دوز جاذب و دما بر فرآیند جذب سطحی مورد مطالعه قرار گرفت. طبق نتایج بدست آمده، بیشترین میزان ظرفیت جذب رنگزا توسط HC-Opt. و 25/0-MHC در pH برابر با 9، دوز جاذب 1 گرم بر لیتر، غلظت اولیه متیلن بلو 400 میلی¬گرم بر لیتر، زمان تماس 45 دقیقه و در دمای °C 25 به ترتیب برابر با 65/290 و 62/314 میلی¬گرم بر گرم بدست آمد. به منظور مطالعه رفتار و توصیف فرآیند جذب سطحی، تطابق داده¬های آزمایشگاهی حاصل از آزمایشات جذب سطحی ناپیوسته با مدل‌های سینتیکی و ایزوترمی مطالعه شد که نتایج حاصل بیانگر برتری مدل ایزوترمی فروندلیچ و همچنین مدل سینتیکی شبه¬مرتبه اول در توصیف فرآیند جذب سطحی نسبت به سایر مدل¬ها بود. از طرفی، مطالعه ترمودینامیکی فرآیند جذب سطحی، نشان داد که جذب متیلن بلو بر سطح HC-Opt. و 25/0-MHC گرمازا و خودبخودی بوده است. به علاوه، بررسی اثر حضور یون¬های متقابل بر بازدهی جذب متیلن بلو، با انجام آزمایشات جذب سطحی در حضور الکترولیت¬های کلرید پتاسیم، کلرید کلسیم و همچنین کلرید منیزیم صورت گرفت. در پایان به منظور ارزیابی قابلیت بازیابی جاذب¬های تولید شده، تغییرات میزان بازدهی جذب متیلن بلو با استفاده از HC-Opt. و 25/0-MHC در 4 چرخه متوالی جذب-¬واجذب مورد بررسی قرار گرفت.

Abstract:This research was targeted at fabricating hydrochar from Liquorice root pulp was fabricated by hydrothermal carbonization method. The effect of operational conditions on the physiochemical properties of produced hydrochars as well as on hydrochar yield and methylene blue adsorption capacity were assessed by considering temperature, time and water/ solid ratio as independent variables. A central composite design (CCD) was employed to optimize the value of independent variables using Design Expert (V.11) software. The maximum hydrochar yield and dye adsorption capacity was achieved at a 168 °C, 2.016 hours and water/solid ratio of 9.215. Furthermore, zinc chloride with different concentration was used to modify the hydrochar produced in optimized conditions (HC-Opt.). Hydrochar fabricated in the presence of 0.25 M ZnCl2 solution (MHC-0.25) was found to have a better performance in the removal of cationic dye in comparison to HC-Opt. The chemical and physical characteristics of the produced hydrochars were evaluated using FTIR, XRD, SEM, TGA, BET and elemental analysis (CHN) techniques. The results indicated the higher carbon content and aromaticity of produced hydrochar in comparison to biomass. Besides, the positive effect of hydrothermal treatment on the oxygen functional groups of HC-Opt. and MHC-0.25 samples was observed. Adsorption vital parameters such as pH, contact time, initial dye concentration, adsorbent dose and temperature were evaluated. The maximum dye adsorption capacity for HC-Opt. and MHC-0.25 (respectively 290.65 and 314.62 mg/g) were obtained at pH of 9, 1g/L of adsorbent dose, initial concentration of 400 mg/L as well as 45 minutes of time. Elaboration on the batch adsorption process was studied by fitting the experimental data with non-linear isotherm and kinetics models. The superiority of the Freundlich isotherm model and also the pseudo-first-order kinetic model over rest of models in describing adsorption process was determined by comparison their correlation coefficients. Also, the thermodynamic study showed the spontaneity and exothermicity of methylene blue adsorption by HC-Opt. and MHC-0.25 samples. In addition, the effect of co-existence cations such as K+, Ca+2 and Mg+2 on the dye adsorption efficiency was investigated. Finally, the regeneration capability of the produced adsorbents was studied by 4 adsorption-desorption cycles.

Evaluation the performance of hydrochar from licorice root pulp as adsorbent in removal of cationic dyes from aqueous solutions

‏اکبری،

‏علی

تهیه کننده

‏پیغمبردوست،

لطفی،

‏سید جمال الدین

‏ مرضیه

استاد راهنما

استاد مشاور

‏ تبریز