مدل سازی انتقال جرم فرایند جذب سطحی کادمیوم با کربن فعال سنتز شده از تفاله انگور

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

چکیده

امروزه، جداسازی آلاینده گوناگون از جمله فلزهای سنگین از پساب­ های صنعتی بسیار مورد توجه است. از جمله روش ­های جداسازی روش جذب سطحی می ­باشد که در سال­های اخیر توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. در این مطالعه جداسازی فلز سمی کادمیوم از محلول­ های آبی با استفاده از جذب سطحی بر روی کربن­فعال بررسی شد و فرایند انتقال جرم توسط یک مدل ریاضی مدل­سازی شد. کربن­فعال استفاده شده از فعال­ سازی شیمیایی تفاله انگور به­ دست آمد و به­ منظور شناسایی ویژگی­های آن، آنالیزهای شناسایی BET، FT-IR و SEM  انجام شد. اثر پارامترهای عملیاتی فرایند، از جمله pH محلول، مدت زمان تماس، غلظت اولیه کادمیوم و دما بررسی شد. نتیجه­ ها نشان داد که فرایند جذب تک لایه است و بیش­ترین ظرفیت جذب کربن­فعال تولید شده 142 میلی­ گرم کادمیوم در هر گرم کربن می­ باشد. به­ منظور تعیین پارامترهای انتقال جرم، یک مدل ریاضی ارایه شد و با حل این مدل، ضریب­ های انتقال جرم برای انتقال یون­ های کادمیوم  از محلول تا جذب بر روی سطح کربن فعال محاسبه شدند. آنالیز حساسیت پارامترهای انتقال جرم نشان از اهمیت بیش ­تر مرحله­های انتقال جرم بیرونی و نفوذ روزنه­ای در جذب سطحی دارد. هم­چنین فرایند احیا و استفاده دوباره جاذب نیز بررسی شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] World Health Organization (WHO). "Guidelines for Drinking Water Quality: Recommendations", vol. 1, 3rd ed., World Health Organisation, Geneva (2008).
[2] Hydari S., Sharififard H., Nabavinia M., Parvizi M.R., A Comparative Investigation on Removal Performances of Commercial Activated Carbon, Chitosan Biosorbent and Chitosan/Activated Carbon Composite for Cadmium, Chem. Eng. J., 193-194: 276-282 (2012)
[3] Mehrabi N., Soleimani M., Madadi Yeganeh M., Sharififard H., Parameter Optimization for Nitrate Removal from Water Using Activated Carbon and Composite of Activated Carbon and Fe2O3 Nanoparticles, RSC Adv., 5: 51470-51482 (2015)
[4] Sharififard H., Soleimani M., Performance Comparison of Activated Carbon and Ferric Oxide-Hydroxide–Activated Carbon Nanocomposite as Vanadium (V) Ion Adsorbents, RSC Adv., 5: 80650-80660 (2015)
[5] Soleimani M., Kaghazchi T., Adsorption of Gold Ions from Industrial Wastewater Using Activated Carbon Derived from Hard Shell of Apricot Stones – An agricultural Waste, Bioresource Technol., 99: 5374-5383 (2008)
[6] Adebisi G.A., Chowdhury Z.Z., Alaba P.A., Equilibrium, Kinetic, and Thermodynamic Studies of Lead Ion and Zinc Ion Adsorption from Aqueous Solution onto Activated Carbon Prepared from Palm Oil Mill Effluent, J. Clean. Prod., 148: 958–968 (2017)
[7] Kaghazchi T., Asasian Kolur N., Soleimani M., Licorice Residue and Pistachio-Nut Shell Mixture: A promising Precursor for Activated Carbon, J. Ind. Eng. Chem., 16: 368–374 (2010)
[8] Choong T.S.Y., Wong T.N., Chuah T.G., Azni I., Film-Pore-Concentration-Dependent Surface Diffusion Model for the Adsorption of Dye onto Palm Kernel Shell Activated Carbon, J. Colloid Interface Sci., 301: 436-440 (2006)
[9] Kavand M., Asasian N., Soleimani M., Kaghazci T., Bardestani R., Film-Pore-[Concentration-Dependent] Surface Diffusion Model for Heavy Metal Ions Adsorption: Single and Multi-Component Systems, Process Saf. Environ., 107: 486-497 (2017)
[10] Ponnusami V., Rajan K.S., Srivastava S.N., Application of Film-Pore Diffusion Model for Methylene Blue Adsorption onto Plant Leaf Powders, Chem. Eng. J., 163: 236-242 (2010)
[11] Tawalbeh M., Allawzi M.A., Kandah M.I., Production of Activated Carbon from Jojoba Seed Residue by Chemical Activation Using A Static Bed Reactor, J. Appl. Sci., 5: 482-487 (2005)
[12] Erdogan S., Basar C.A., Onal Y., Particle Size Effect of Raw Material on the Pore Structure of Carbon Support And Its Adsorption Capability, Particul. Sci. Technol., 35: 330-337 (2017)
[13] Sharififard H., Soleimani M., Zokaee Ashtiani F., Evaluation of Activated Carbon and Bio-polymer Modified Activated Carbon Performance for Palladium and Platinum Removal, J. Taiwan Inst. Chem. E., 43: 696-703 (2012)
[14] European Council of Chemical Manufacturers Federations, "Test Methods for Activated Carbon", Berlin, Germany (1986)
[15] Sharififard H., Soleimani M., Modeling and Experimental Study of Vanadium Adsorption by Iron-nanoparticle-Impregnated Activated Carbon, Res. Chem. Intermediat., 43: 2501-2516 (2017)
[16] حکیمه شریفی فرد، “جذب و واجذب وانادیم از محلول آبی با استفاده از جاذب کربنی اصلاح شده با ذرات نانو آهن”، رساله دکتری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، پاییز 1395.
[17] Ocampo-Perez R., Leyva-Ramos R., Mendoza-Barron J., Guerrero-Coronado R.M., Adsorption Rate of Phenol from Aqueous Solution onto Organobentonite: Surface Diffusion and Kinetic Models, J. Colloid Interface Sci., 364 (1): 195-204 (2011).
[18] McKay G., Allen S.J., McConvey I.F., Otterburn M.S., Transport Process in the Sorption of Colored Ions by Peat Particles, J. Colloid Interface Sci., 80: 323-339 (1981).
[19] Moretti M.M.D.S., Bocchini-Martins D.A., Nunes C.D.C.C., Villena M.A., Perrone O.M., Silva R.D., Boscolo M., Gomes E., Pre-treatment of Sugarcane Bagasse with Microwaves Irradiation and Its Effects on the Structure and on Enzymatic Hydrolysis, Appl. Energ., 122: 189–195 (2014)
[20] Alzaydien S.A., Physical, Chemical and Adsorptive Characteristics of Local Oak Sawdust Based Activated Carbons, Asian J. Sci. Res., 9: 45-56 (2016)
[21] Sharififard H., Pepe F., Aprea P., Gennaro B., Chemical Modification of Activated Carbon Surface with Iron Functional Groups for Efficient Separation of Vanadium: Batch and Column Study, Res. Chem. Intermediate., 43: 6553-6570 (2017)
[22] Prabhu S.M., Meenakshi S., Synthesis of Surface Coated Hydroxyapatite Powders for Fluoride Removal from Aqueous Solution, Powder Technol., 268: 306–315 (2014)
[23] Sharifi H., Nabavinia M., Soleimani M., Evaluation of Adsorption Efficiency of Activated Carbon/Chitosan Composite for Removal of Cr (VI) and Cd (II) from Single and Bi-solute Dilute Solution, Adv. Environ. Technol., 4: 215-227 (2016).
[24] Orolı´nova Z., Mockovcˇiakova A.R., Kvarla J.S., Sorption of Cadmium (II) from Aqueous Solution by Magnetic Clay Composite, Desalin. Water Treat., 24: 284–292 (2010)
[25] Azouaoua N., Sadaoui Z., Djaafri A., Mokaddem H., Adsorption of Cadmium from Aqueous Solution onto Untreated Coffee Grounds: Equilibrium, Kinetics and Thermodynamics, J. Hazard. Mater., 184: 126–134 (2010)
[26] Wang F.Y., Wang H., Ma J.W., Adsorption of Cadmium (II) Ions from Aqueous Solution by a New Low-Cost Adsorbent--Bamboo Charcoal, J. Hazard. Mater., 177: 300–306 (2010)
[27] Asuquo D.E., Martin D.A., Sorption of Cadmium (II) Ion from Aqueous Solution onto Sweet Potato (Ipomoea batatas L.) Peel Adsorbent: Characterization, Kinetic and Isotherm Studies, J. Environ. Chem. Eng., 4: 4207-4228 (2016)
[28] Chen K., He J., Li Y., Cai X., Zhang K., Liu T., Hu Y., Lin D., Kong L., Liu J., Removal of Cadmium and Lead Ions from Water by Sulfonated Magnetic Nanoparticle Adsorbents, J. Colloid Interface Sci., 494: 307-316 (2017)
[29] Rouibaha K., Meniai A.H., Deffousa L., Bencheikh Lehocine M., Chromium VI and Cadmium II Removal from Aqueous Solutions by Olive Stones, Desalin. Water Treat., 16: 393-401 (2010)
[30] Zhang X., Sun C., Zhang L., Liu H., Cao B., Liu L., Gong W., Adsorption Studies of Cadmium onto Magnetic Fe3O4@FePO4 and Its Pre-concentration with Detection by Electro-Thermal Atomic Absorption Spectrometry, Talanta, 181: 352-358 (2018)
[31] Bel-hadjltaief H., Sdiri A., Ltaief W., Da-costa P., Galvez M.E., Zina B., Efficient Removal of Cadmium and 2-chlorophenol in Aqueous Systems by Natural Clay: Adsorption and Photo-Fenton Degradation Processes, C. R. Chim., 21: 253-262 (2018)
[32] حمیدی، عباس؛ خزاعلی، الهه؛ خضعلی، فریدون، مطالعه ترمودینامیک و هم دماهای جذب سطحی کادمیوم (II) بر روی نانوذره های روی اکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)34: 23تا30 (1394)
[33] اهالی آباده، زهرا؛ ایران نژاد، مهدی، بررسی مدل­های سینتیکی و هم دمایی حذف کادمیوم از محلول­های آبی با کامپوزیت زئولیتی-آهنی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)35: 99تا111 (1395)
[34] Hill C.G., Root T.W., "Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design", 2nd ed., John Wiley & Sons Inc., New Jersey (2014)
[35] Seader J.D., Henley E.J., "Separation Process Principles", John Wiley & Sons Inc., New York (2006)
[36] Lv L., Zhang Y., Wang K., Ray A.K., Zhao X.S., Modeling of the Adsorption Breakthrough Behaviors of Pb2+ in a Fixed Bed of ETS-10 Adsorbent, J. Colloid Interface Sci., 325: 57-63 (2008)

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار