No category

منبع پایان نامه درمورد محیط زیست، دینامیکی، ظرفیت جذب، مزایا و معایب

دانلود پایان نامه

ی می‌شوند:
الف- معادله جذبی لانگمویر
n^*=Kn_M C/(1+KC) (1-2)

ب- معادله جذبی فروندلیچ
(۲-۲) n^*=AC^B

که در آن n^* مقدار جاذب باردهی شده، C غلظت فاز سیال، K ثابت سرعت، n_M بار دهی روی سطح و A و B ثابت های تجربی هستند.[۲۶]
عوامل مؤثر بر سرعت جذب سطحی
مساحت سطح جاذب
قطر فاز جاذب(دانه ها) نسبت عکس با جذب سطحی دارد. پس هرچه اندازه ذرات فاز جاذب کوچکتر باشند، میزان جذب افزایش می یابد.
اثر pH
این امر بستگی به طبیعت فاز جاذب و جذب شونده دارد. در مورد یون‌های فلزات سنگین بیشترین میزان جذب معمولا در محدوده pH بین ۴ تا ۸ اتفاق می افتد.
طبیعت فاز جذب شده
هرچه فاز جذب شونده دارای اندازه ذرات بزرگتر و درجه یونش بالاتر باشد، سرعت جذب سطحی افزایش پیدا می کند. همچنین شکل ملکولی فاز جذب شونده نیز عامل موثری بر روی سرعت جذب سطحی به شمار می آید.
کشش سطحی
هرچقدر میزان کشش سطحی فاز جاذب یا فاز جذب شونده بالاتر باشد، تمایل دو فاز به یکدیگر کاهش پیدا کرده و در نتیجه سرعت جذب کاهش می یابد.
تعامل الکترواستاتیک
در صورت وجود تعامل الکترواستاتیک میزان تمایل دو فاز جاذب و جذب شونده به یکدیگر افزایش پیدا می کند و در نتیجه سرعت جذب بالاتر می رود.
ترمودینامیک جذب سطحی
برای طراحی آزمایش‌ها جذب سطحی(پیوسته یا ناپیوسته) باید توجه بر سرعت جذب و تغییرات ایجاد شده در طی فرآیند جذب داشته باشیم. سرعت واکنش می‌تواند از داده های سینتیکی محاسبه شود. اما تغییرات در واکنش در طی فرآیند جذب با ضرایب ترمودینامیکی (انرژی آزاد گیبس، انتالپی، انتروپی) پیش بینی می‌شوند. انتالپی جذب سطحی وابسته به ثابت لانگمویر(K_L) به صورت زیر تعریف می شود:
(۲-۳) K_L=K_L^* e^(-?H/RT)
که در آن K_L^* ثابت واکنش و?H انتالپی و خاصیت وابسته به جسم است.
منفی بودن ?H، گرمازا بودن فرآیند و امکان فیزیکی بودن جذب سطحی را نشان می دهد که می‌تواند به راحتی با ارائه میزان گرمای برابر با مقدار ?H محاسبه شده به جذب سطحی معکوس شود و انتقال فاز جذب شده به محیط از فاز جاذب صورت پذیرد. مثبت بودن میزان ?H نیز گرماگیر بودن فرآیند و غیر قابل برگشت پذیر بودن آن را نمایش می دهد.
تغییرات انرژی آزاد گیبس (?G) می‌تواند از رابطه ۲-۴ محاسبه شود:
(۲-۴) ?G=RTln C_e/C_0
که در آن C_e و C_0 به ترتیب غلظت های تعادلی و اولیه فاز جذب شونده می باشند.
با استفاده از ?G و ?H محاسبه شده، تغییرات انتروپی(?S) می‌تواند از رابطه ۲-۵ به دست آید:
(۲-۵) ?S=(?H-?G)/T
منفی تر شدن ?S، خود به خودی بودن فرآیند جذب را نشان می دهد. همچنین در صورتی که میزان انتروپی واکنش کمتر از یک شود، واکنش غیر قابل برگشت خواهد بود.
مقادیر توابع ترمودینامیکی ?S و ?H می‌توانند با استفاده از معادله ۲-۶ که به معادله وانت هوف۲۰ معروف است، ارزیابی شوند:
(۲-۶) log C_e/C_0 =(?S/2.303R)-(?H/2.303RT)
بنابراین مقدار ?S و ?H می‌توانند به ترتیب با استفاده از عرض از مبدا و شیب نمودار log Ce/C0 بر حسب ۱/T محاسبه شوند[۲۶].
سامانه‌های جذب سطحی
تمایل بین فاز جاذب و فاز جذب شونده می‌تواند به وسیله ۵ روش انجام پذیرد:[۲۶]
الف- غیرپیوسته
ب- بستر ثابت(جریان از بالا به پایین یا بالعکس)
ج- بستر ضربه زده شده
د- بستر محرک حالت پایا
ه- بستر سیال شده
سامانه غیر پیوسته
برای تصفیه پساب های با حجم کم از سامانه های غیر پیوسته استفاده می شود. ضرایب مختلف به کار رفته در سامانه‌های جذب سطحی غیر پیوسته در شکل ۲-۱۸ نمایش داده شده اند

شکل ‏۲-۱۸ جذب سطحی با استفاده از سامانه غیر پیوسته[۲۶].

سامانه‌های بستر ثابت
در این سامانه ها دیگر محدودیت پساب های با حجم کم وجود ندارد. در سامانه‌های بستر ثابت، فاز جذب شونده پیوسته در تماس با فاز جاذب ثابت است. در نتیجه تغییرات غلظت پتانسیل مورد نیاز بین فاز جاذب و فاز جذب شونده را جهت جذب سطحی مهیا می کند. در شکل ۲-۱۹ طرح‌واره‌ای از این سامانه جذب به همراه زمان لازم برای شروع جذب و به تعادل رسیدن نمایش داده شده است.

شکل ‏۲-۱۹ جذب سطحی با استفاده از سامانه‌های بستر ثابت[۲۶].

سامانه بستر ضربه زده
جذب سطحی جامد-مایع می‌تواند در بستر ضربه زده انجام شود که در آن مقداری جاذب از ته ستون در فاصله زمانی های ثابت برداشته شده و با جاذب تازه جایگزین می شود. طرح واره ۲-۲۰ جهت درک بیشتر آورده شده است.

شکل ‏۲-۲۰ جذب سطحی با استفاده از سامانه بستر ضربه زده[۲۶].
سامانه بستر متحرک حالت پایا
در ستون جذب سطحی حالت پایا، بستر در جهت مخالف جریان حرکت می کند؛ به طوریکه فاز جاذب جامد به سمت پایین حرکت می کند در حالیکه مایع در ستون رو به بالا حرکت می کند. این روش به طور گسترده ای در اغلب دستگاههای تصفیه فاضلاب به کار می رود. شکل ۲-۲۱ تصویر کلی از روند این سامانه را نشان می دهد.

شکل ‏۲-۲۱ جذب سطحی با استفاده از سامانه بستر متحرک حالت پایا[۲۶].

سامانه بستر سیال شده
برای هر فرآیند جذب سطحی، تا حد امکان کوچک تر کردن فاز جاذب برای رسیدن به سرعت جذب سطحی بالاتر یک مزیت است. استفاده از ذرات جاذب کوچک در بستر ثابت مشکلاتی مانند از دست رفتن مقدار زیادی از جاذب از انتهای ستون،واکنش ب هوا و آلودگی با مواد دیگر ایجاد می شود. در سامانه‌های بستر سیال شده می‌توان از این امر جلوگیری کرد. سامانه سیال شده مزیت سرعت بیشتر انتقال جرم۲۱ بین فاز جاذب و فاز جذب شونده را نسبت به سایر سامانه ها ایجاد می کند. این سامانه برای جذب آلاینده‌ها از گاز کاربرد دارد. تصویر ۲-۲۲ این امر را به خوبی نشان می دهد.

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه با موضوع آموزش کارکنان، ضمن خدمت، اجرای برنامه، دوره های آموزش

شکل ‏۲-۲۲ جذب سطحی گاز حامل با استفاده از سامانه‌های بستر سیال شده[۲۶].
جاذب ها
هر ماده جامدی که تمایل به جذب محیط سیال روی سطحش را داشته باشد، جاذب به شمار می رود. البته تنها مقدار کمی از مواد جامد با سطح فعال توانایی جذب سطحی انتخابی برای مواد جذب شونده را دارا می باشند[۲۶]. ویژگی مهم جاذب ها برای کاربرد بالا عبارتند از: ظرفیت بالا، گزینش پذیری ، قابلیت بازیافت، سازگاری با محیط زیست و هزینه پایین.
ظرفیت جذب سطحی مهم‌ترین مشخصه جاذب است. ظرفیت جاذب به غلظت فاز جذب شونده، دما، pH سیال، زمان تماس با فاز جذب شونده، تمایل به فاز مجذوب و غیره بستگی دارد. اهمیت ظرفیت جذب سطحی بیشتر از هزینه است؛ زیرا بالارفتن بازده جاذب سبب کاهش استفاده میزان جاذب جهت جذب آلاینده‌ها می شود.
قابلیت بازیافت فازجاذب و دارابودن عملکرد یکنواخت در چرخه های متوالی مستلزم جذب شدن فیزیکی فاز جذب شونده بر روی فاز جاذب می باشد. تولید مجدد و احیا فاز جاذب می‌تواند با نوسان دما،نوسان فشار و یا روش های شیمیایی مانند جایگزینی، شستشو و استخراج فوق بحرانی ایجاد شود. روش جایگزینی به ذراتی نیاز دارد که خیلی قوی تر از فاز جذب شونده مورد نظر جذب شوند. در حالیکه در روش شستشو نیاز به تعیین حلالیت مواد جذب شده به وسیله حلال وجود دارد. لازم به ذکر است که تمامی روش های شیمیایی نیاز به عملکرد جداسازی جداگانه دارنده ممکن است پرهزینه باشند.
جاذب ها به طور کلی به سه دسته زیر تقسیم بندی می‌شوند:
الف- جاذب های معدنی
ب- جاذب های آلی
ج- جاذب های زیست سازگار
جاذب های معدنی
اغلب کانی ها و بسیاری از مواد معدنی سنتزی به‌عنوان جاذب بررسی شده اند. از جمله این جاذب ها می‌توان به کلرایدها(همانند کلسیم کلراید)، اکسیدها(همانند منیزیم اکساید یا روی اکساید)، سیلیکات ها(همانند منیزیم سیلیکات)، سولفات های فلزی، سدیم بی کربنات و سنگ آهک را نام برد. از جاذب های معدنی صنعتی می‌توان به آلومیناها، سیلیکاها و زیولیت ها اشاره کرد.
جاذب های آلی
این جاذب ها شامل موادی با پایه آلی طبیعی یا سنتزی هستند. علاوه بر کربن فعال یا زغال، انواع گسترده ای از مواد آلی برای جذب مورد استفاده قرار گرفته اند. از جمله این مواد می‌توان به نانورس، نانولوله های کربنی و اخیرا گرافن اشاره کرد. این نانو ذرات به دلیل داشتن سطح مقطع بالا و همچنین قابلیت عامل دار شدن با گروه‌های عاملی مختلف توانایی بالایی در جذب آلاینده‌های مختلف و به ویژه یون‌های فلزات سنگین از آب را دارا می باشند.
جاذب های زیست سازگار
از جمله مواد زیست سازگار جهت جذب آلاینده‌ها از آب می‌توان به سلولز، کیتین، کیتوسان، کلاژن، نشاسته و پلی ساکارید های مشتق شده از غلات اشاره کرد. این جاذب ها علاوه بر توانایی بالا در جذب آلاینده‌ها به دلیل داشتن گروه‌های عاملی مناسب، دارای سازگاری کامل با محیط زیست می باشند. استفاده از این جاذب های زیست سازگار در سالهای اخیر به دلیل سازگاری با محیط زیست به طور چشمگیری افزایش یافته است. اما قیمت نسبتا بالای این جاذب‌های زیست محیطی سبب بروز مشکلاتی در تجاری شدن آنها و استفاده از آنها برای تصفیه آب و فاضلاب صنعتی شده است.
روش‌های تهیه و سنتز گرافن
بسته به نوع کاربرد و اینکه هدف از تهیه نانوکامپوزیت چه می باشد، روش‌های متفاوتی برای سنتز گرافن استفاده می شود. به طور کلی روش‌های تهیه گرافن را می‌توان در دو دسته کلی روش پایین به بالا و روش بالا به پایین تقسیم‌بندی کرد که در ادامه به معرفی آن‌ها پرداخته می‌شود.
روش‌های پایین به بالا
در این فرآیند از روش‌هایی همچون رسوب دهی بخارات شیمیایی)[۲۷]-[۳۲] مانند تخریب اتیلن بر روی سطوح نیکل)، تخلیه قوس الکتریکی[۳۳]، رویش بر روی سطح سیلیسیم کارباید[۳۴]-[۳۸]، تبدیل شیمیایی[۳۹]-[۴۱]،احیا کربن منوکسید[۴۲]، باز کردن کربن نانولوله [۴۳]-[۴۵]و خودآرایی عوامل فعال سطحی [۴۶]می باشد. نکته جالب اینجاست که روش رسوب دهی بخارات شیمیایی و تخلیه قوس الکتریکی تولید ورق های گرافن با اندازه بزرگ و بدون نقص می کند.؛ اما در عین حال میزان تولید این ورق ها از نظر جرمی بسیار پایین است. بنابراین شاید این میزان تولید گرافن برای مطالعات بنیادی و برنامه های الکترونیکی کافی باشد؛ اما از آنجا که نانوکامپوزیت های پلیمری نیاز به مقدار زیادی گرافن دارند، این روشها منبع مناسبی برای استفاده در پلیمر ندارند. مزایا و معایب ذکر شده در بالا به طور خلاصه در جدول ۲- ۱ آورده شده است.
جدول ‏۲-۱ روش‌های تولید گرافن با استفاده از روش‌های پایین به

دیدگاهتان را بنویسید