بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی ریاضی تصفیه آب های آلوده به فلزات سنگین به کمک جاذب های طبیعی اصلاح شده و نانو مواد پوشش داده شده بر روی آنها
چکیده
روشهای فیزیکی– شیمیایی گوناگونی برای حذف فلزهای سنگین به کار برده شده است که جذب سطحی از متداولترین آنهاست. به دلیل محدودیت های جاذب های موجود از جمله ظرفیت جذب کم یا بازدهی پایین حذف یون های فلزی، تلاش محققین در راستای یافتن جاذب های مناسب تر همچنان ادامه دارد. در همین راستا در این تحقیق کارایی شلتوک برنج و پوست گردوی طبیعی و اصلاح شده به روشهای مختلف برای حذف یون های فلزی سرب و نیکل مورد مقایسه قرار گرفته است. سپس با انتخاب جاذب بهینه از بین جاذب های مطالعه شده و ترکیب آن با نانو ذرات کربنی تک دیواره، نانو جاذب ترکیبی جدیدی بدست آمده است. این جاذب جدید نسبت به سایر جاذب قابلیت بیشتری برای حذف یون های سرب و نیکل از خود نشان داده است. بیشترین ظرفیت جذب این جاذب برای یون های سرب و نیکل به ترتیب 18/185 و 19/42 میلی گرم در گرم جاذب بدست آمده است. همچنین به منظور بررسی اثر پارامترهای مختلف و برهمکنش آنها بر حذف یون های فلزی از روش طراحی فاکتوریال استفاده شده است. بدین منظور یک سری آزمایش های فاکتوریال کامل در دو سطح و با چهار فاکتور طراحی و اجرا شده است. بررسی آزمایش های فاکتوریال انجام شده برای حذف یو نهای فلزی سرب و نیکل توسط پوست گردوی اصلاح شده بازی حاکی از تفاوت قابل توجهی در پارامترهای موثر بر فرایند جذب این دو فلز است. از روش بهینه یابی سیمپلکس برای بهینه نمودن مقدار مهمترین پارامترهای موثر بر فرایند جذب سرب استفاده شد. همچنین یک سری آزمایش های تک متغیره برای بررسی بیشتر پارامترهای موثر بر حذف نیکل و تعیین مقدار بهینه آنها صورت گرفته است. سینتیک فرآیند جذب یون های فلزی سرب و نیکل بر روی جاذب های مختلف مورد مطالعه به کمک مدل های مختلفی مورد بررسی قرار گرفته و در تمامی موارد مدل شبه درجه 2، تطبیق بسیار خوبی با نتایج بدست آمده از آزمایش ها نشان داده است. همچنین بررسی تطابق فرایند جذب یونهای سرب و نیکل به ایزوترم های لانگمویر و فروندلیچ حاکی از برازش بهتر مدل لانگمویر به تمامی داده های آزمایشگاهی بوده است. در ادامه جذب پیوسته یون های سرب و نیکل بر روی شلتوک برنج اصلاح شده بازی و در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. برازش مدل های و همچنین مدل ریاضی حاصل از موازنه جرم در ستون با بستر ثابت (فقط برای نیکل) با داده های آزمایش های پیوسته بررسی شده است. نتایج آزمایش های حذف پیوسته یونهای سرب و نیکل به ترتیب با مدل تجربی توماس و مدل ریاضی تطابق بهتری نشان داده است. در بخش پایانی این تحقیق نیز یک سری آزمایش های فاکتوریال کامل در دو سطح و با سه متغیر برای حذف یون های آرسنیک (v) توسط جاذب fe-swcnt طراحی و اجرا گردیده. از نتایج تحلیل واریانس صورت گرفته پیداست که همه متغیرهای مستقل مورد مطالعه و همچنین برهمکنش تمامی عوامل در حذف آرسنیک (v) موثر بوده است.