فهرست مطالب

علوم و مهندسی جداسازی - سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 27، بهار و تابستان 1401)

نشریه علوم و مهندسی جداسازی
سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 27، بهار و تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/23
  • تعداد عناوین: 7
|
  • وحید جوان بخت*، مریم کنعانی صفحات 1-12
    یکی از روش های موثر در تصفیه پساب های رنگی آلاینده محیط زیست، روش جذب سطحی می باشد. در این پژوهش جاذب فومی کلسیم آلژینات به روش خشک کردن انجمادی - ایجاد اتصال عرضی سنتز شد و جهت جداسازی رنگ متیلن بلو از محلول آبی مورد استفاده قرارگرفت. جهت بررسی ساختار فوم تولیدشده، مشخصه یابی توسط آنالیزهای مختلف انجام گردید. علاوه بر آن سینتیک فرآیند، ایزوترم جذب، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله غلظت رنگ (10-2 میلی گرم بر لیتر)، pH (11-3)، میزان تورم و احیای جاذب مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد که جاذب فومی کلسیم آلژینات با مشخصات موردنظر با موفقیت تهیه شد و فرآیند جذب رنگ متیلن بلو توسط جاذب از سینتیک جذب مرتبه دوم و ایزوترم جذب فروندلیچ پیروی می کند. میزان جذب متیلن بلو توسط جاذب سنتز شده برابر mg/g 80/3 و بازدهی آن 97% بود. همچنین افزایش pH اولیه و غلظت محلول رنگ، عملکرد فرآیند جذب را بهبود بخشید. این جاذب قابلیت احیاء داشته و پس از سه مرتبه احیاء همچنان میزان جذب قابل توجهی برای رنگ از خود نشان داد.
    کلیدواژگان: جذب سطحی، آلژینات، متیلن بلو، سینتیک، ایزوترم
  • محمدرضا الماسیان، حسین سیدکلال*، حمید راشدی، سعید کاکائی، محمد تقی اف صفحات 13-23

    توسعه و افزایش فعالیت های صنعتی باعث پراکنده شدن فلزات سمی به محیط زیست گردیده و انسان ها در معرض این فلزات قرار می گیرند. نتایج این تحقیق به شرح زیر می باشد: pH بهینه برای درصد جذب مشخص گردید که برابر با 8 بود، مقدار جاذب 04/0 گرم، ایزوترم دوبنین رادوشکویچ برای (XAD-4-DETA) مناسبترین رگرسیون خطی بود، بیشینه مقدار ظرفیت جذب توسط دوبنین 1/73 میلی گرم بر گرم در دمای محیط ، مدل سنتیک جذب از نوع شبه مرتبه دوم بود و همچنین نوع نفوذ در حفرات جاذب توسط هر دو مقاومت فیلمی و نفوذ درون ذره ای کنترل می شد، جذب جاذب به صورت گرماگیر انجام گرفته و با افزایش دما بر میزان ظرفیت جاذب افزوده می شد، با افزایش قدرت یونی محلول به دلیل کاهش فعالیت فلز در محلول و تشکیل کمپلکس با آنیون های موجود از میزان جذب کاسته می شدو در نمونه های حقیقی به دلیل اینکه خود این نمونه ها شامل یون های فلزی دیگری بودند درصد جذب برای جاذب نیز کاهش حدود 20% داشت.

    کلیدواژگان: یون کبالت، آمبرلیت XAD-4، ایزوترم جذب، دی اتیلن تری آمین
  • فاطمه مختارزاده، مریم طهماسب پور* صفحات 24-34
    در تحقیق حاضر به منظور تهیه جاذب CaOمتخلخل در جهت بهبود ظرفیت جذب CO2 در فرآیند چرخه کلسیم، سنگ آهک طبیعی (معدن بوکان) با محلول اسید سیتریک مونوهیدرات به روش سل-ژل اصلاح شد. فازهای تشکیل شده، گروه های عاملی و همچنین مورفولوژی سطح نمونه های اولیه و اصلاح شده با روش های شناسایی معمول به ترتیب شامل پرتو ایکس (XRD)، طیف سنج مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. مقدار ظرفیت جذب CO2 با استفاده از آنالیز توزین حرارتی (TGA)، تحت اتمسفر CO2 خالص اندازه گیری شده و در نهایت رفتار سیال سازی نمونه مناسب از نظر ظرفیت جذب CO2 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج جذب حاکی از بیشترین اختلاف در میزان ظرفیت جذب CO2 جاذب اصلاح شده با جاذب اولیه در دمای کربناسیون 500 درجه سانتی گراد و در حدود %625/14 بود. این تفاوت در میزان جذب با نتایج SEM تهیه شده از جاذبها مطابقت داشته و در مورد جاذب اصلاح شده با اسید سیتریک مونوهیدرات ساختار متخلخل تری نسبت به جاذب اولیه مشاهده شد. جهت بررسی رفتار سیال سازی و بهبود عملکرد آن، جاذب اصلاح شده با اسید انتخاب شده و با 5، 5/7 و10 درصد وزنی از نانوذرات سیلیکای آبگریز مخلوط شد. با افزایش درصد وزنی سیلیکا کانال های ایجاد شده در سرعت های پایین گاز به تدریج از بین رفته و در سرعت cm/s 5/4، بستر تا 02/2 برابر حالت ابتدایی انبساط یافت. در نهایت استفاده از اسید سیتریک مونوهیدرات به عنوان عامل موثر اصلاح کننده ساختار جاذب CaOو نانوذرات سیلیکا آبگریز به عنوان عامل بهبود دهنده سیالیت این جاذب پیشنهاد شد.
    کلیدواژگان: جذب دی اکسید کربن، جاذب اکسید کلسیم، اصلاح ساختار، سیال سازی
  • مژگان شاه میرزایی، عبدالحسین همتی سراپرده*، مهین شفیعی، محمد رنجبر صفحات 35-54
    هدف این پژوهش، تولید نانوماده متخلخل با سطح ویژه بالا جهت افزایش ظرفیت جداسازی سورفکتانت کاتیونی ستیل تری متیل آمونیوم برمید (Cetyltrimethylammonium Bromide, CTAB) از آب است. در راستای این هدف، نانوکامپوزیت مزو و میکرو متخلخل الیاف کربنی/ ZIF-8بدون استفاده از سورفکتانت با روش ساده و مقرون به صرفه سنتز رسوبی به صورت درجا با خاصیت فوق آبگریزی و سطح ویژه بالا تولید شد. مهم ترین خصوصیات نانوکامپوزیت از جمله تصاویر ریخت شناسی، بلورشناسی، اندازه ذرات، سطح ویژه، پیوندهای شیمیایی و... ارزیابی شد. طبق یافته ها، ذرات ZIF-8 با اندازه بلوری nm 27 حاصل شد. متوسط اندازه 30 تا 50 نانومتر برای ذراتZIF-8 حاصل شد. سطحی زبر با ضخامت پوشش ZIF-8 بین 1/0-2 میکرون برای نانوکامپوزیت الیاف کربنی/ZIF-8 حاصل شد. آنالیزهای ظرفیت نانوکامپوزیت به صورت کمی و کیفی با روش های استاندارد مطالعه شد. باتوجه به یافته های تحقیق، حداکثر جذب mg/g 388 برای سورفکتانت توسط نانوکامپوزیت الیاف کربنی/ZIF-8 با سطح ویژه m2/g 260 و تخلخل میکروحفره ها و مزوحفره ها با اندازه متوسط nm 6/1 و 8/3 حاصل شد. فوق آبگریزی نانوکامپوزیت الیاف-کربنی/ZIF-8 با زاویه ترشوندگی با آب °150 و برخوردهای الکترواستاتیک به عنوان مکانیزم های غالب جداسازی سورفکتانت شناخته شد. عملکرد جاذب در سیستم های استاتیکی و دینامیکی با اثر پارامترهای مختلف در این پژوهش بررسی شد. مدلسازی ایزوترم و سینتیک بررسی شد که مکانیزم جذب سورفکتانت روی جاذب توسط مدل ایزوترم جذب لانگمویر تفسیر شد و سینتیک مرتبه اول، مکانیزم کنترلی رفتار جاذب در طول زمان است.
    کلیدواژگان: جداسازی، سورفکتانت، آب، الیاف کربنی، ZIF-8، نانومواد متخلخل
  • سید محمدهادی موسوی، احمدرضا رئیسی*، حمید هاشمی مقدم صفحات 55-71

    هدف اصلی این مقاله بررسی تاثیر عامل دار کردن نانوذرات سیلیکا بر خواص ساختاری و عملکرد جداسازی گازی غشاهای ماتریس آمیخته بر پایه پلی (اتر-بلوک-آمید) حاوی نانوذرات سیلیکا می باشد. بدین منظور ابتدا نانوذرات سیلیکا با گروه های عاملی کربوکسیلی اصلاح شده و از آنها برای ساخت غشاهای ماتریس آمیخته استفاده شد. غشاهای حاصل با استفاده از آزمون هایXRD ، DSC،FTIR ، SEM و آزمون تراوش گازی بررسی و تحلیل شدند. نتایج نشان داد که اصلاح شیمیایی نانوذرات سیلیکا و ترکیب گروه های کربوکسیلی بر روی سطح آن یک تعامل قوی با ماتریس پلیمر داشته و باعث بهبود توزیع پرکننده در ماتریس غشاء می شود. مشاهده شد که بارگذاری 4 درصد وزنی نانوذره سیلیکا عامل دار شده با گروه های کربوکسیلی در ماتریس پلیمری باعث افزایش تراوایی در فشارهای مختلف می شود. غشای دارای 4 درصد نانوذرات سیلیکا اصلاح شده دارای تراوایی CO2، O2 و N2 بترتیب برابر 1/43، 8/2 و 42/0 برر و گزینش پذیری O2/N2 (71/6) و CO2/N2 (3/103) در فشار 3 بار بود.

    کلیدواژگان: غشای ماتریس آمیخته، جداسازی گازی، نانوذره سیلیکا، گروه های عاملی کربوکسیلی، اصلاح شیمیایی
  • امیرحسین دشت بزرگ، احسان سلجوقی*، سید محمود موسوی، شیرین کیانی، حامد کارخانه چی صفحات 72-90

    در این پژوهش برای اولین بار نانوفیلترهای متشکل از پلیمر سلولزاستات بوتیرات و نانوذرات مکسین ساخته شده و برای حذف رنگ و نمک از آب مورد استفاده قرار گرفتند. به این منظور ابتدا نانوذرات مکسین از پیش ماده ی Ti3AlC2 سنتز شده و وجود ساختار لایه ای و نیز ایجاد گروه عاملی OH- در آنها به اثبات رسید. سپس نانوفیلترهای سلولز استات بوتیرات در غلظت های 0 تا 4% وزنی از نانوذره ساخته شده و ارزیابی های مختلفی در خصوص آنها به انجام رسید. نتایج حاصله حاکی از افزایش تخلخل، کاهش زاویه تماس آب، افزایش شار آب و نیز ارتقای نسبت بازیابی شار غشاها با افزایش غلظت نانوذرات بود. همچنین با افزودن مکسین به پلیمر و افزایش غلظت آن تا 3% وزنی، ویژگی های مکانیکی، شامل استحکام کششی، مدول الاستیک و افزایش طول در نقطه ی شکست افزایش یافتند در حالی که افزایش بیش تر در غلظت نانوذره، افت این ویژگی ها را به دنبال داشت. در تمامی غشاها و تا سطح 3 درصد وزنی از نانوذرات، میزان دفع رنگ های متیلن آبی و متیل نارنجی و نیز نمک دو ظرفیتی، بالای 90% بود.

    کلیدواژگان: غشا، نانوفیلتراسیون، سلولز استات بوتیرات، مکسین
  • وهاب سیف، حسین پیمان*، حمیده روشنفکر صفحات 91-111
    در مطالعه حاضر، نانوکامپوزیت آهن/کولین کلراید جهت اصلاح غشاء پلی اترسولفون با هدف بهبود عملکرد غشاء در حذف آلاینده ها طراحی، سنتز و استفاده شد. به منظور تعیین خواص و مورفولوژی غشاهای ساخته شده آنالیزهای FTIR، زاویه تماس، تخلخل، BET، TGA و DSC، SEM و همچنین فلاکس عبوری غشاء و گرفتگی آن بررسی شد. به منظور یافتن شرایط بهینه حذف آلاینده، بر اساس مطالعات صورت گرفته، pH و دما به عنوان متغیرهای موثر انتخاب و بهینه سازی آن ها با استفاده از نرم افزار Design Expert و روش سطح پاسخ آزمایش های لازم طراحی و اجرا شد. نتایج نشان دادند که بهترین عملکرد غشاء در حذف آلاینده (رنگ اسید اورنج 7) با غشاء 5/0 درصد وزنی نانوکامپوزیت آهن/کولین کلراید و غلظت 5 میکرومولار از آلاینده در 7/6 = pH و دمای 9/33 درجه سانتیگراد است که منجر به %6/97 حذف آلاینده می گردد. بررسی مدل پیش بینی شده و نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که تطابق خوبی بین آن ها وجود دارد. همچنین نفوذپذیری آب در غشاهای اصلاح شده توسط نانوکامپوزیت آهن/کولین کلراید با توجه به تغییرات در ساختار غشاء و آبدوستی سطح غشاء در مقایسه با غشاء خالص افزایش یافت. در ادامه مشکل گرفتگی غشاها به عنوان مهم ترین عامل کاهش عملکرد و عمر غشاهای پلیمری مورد بررسی قرار گرفت. با استناد به نتایج به دست آمده مشخص گردید که حضور نانوکامپوزیت آهن/کولین کلراید اثر قابل توجهی بر بهبود آبدوستی غشاء داشته و در نتیجه منجر به کاهش قابل توجه میزان گرفتگی و افزایش مقدار فلاکس برگشتی نسبت به غشاء خالص می گردد.
    کلیدواژگان: نانو فیلتراسیون، نانو کامپوزیت، کولین کلراید، طراحی آزمایش، سطح پاسخ
|
  • Vahid Javanbakht *, Maryam Kanani Pages 1-12
    Adsorption is an effective method for the treatment of dyed wastewater contaminants the aqueous environments. In this study, an alginate-based foam adsorbent was prepared via freeze-drying and post-cross-linking method and then used to remove methylene blue dye from aqueous solutions. Characterization using different analyzes, kinetics, isotherm, swelling, and regeneration experiments, and the parameters affecting the dye adsorption process such as dye concentration (2-10 mg/L), pH (3-11) were investigated. The findings obtained from the adsorption process indicated that the adsorption of methylene blue using synthetic adsorbents has good conformity with conventional kinetic and isotherm models and the kinetics and isotherm are adjusted with the pseudo-second-order and the Freundlich models, respectively. The adsorption capacity of methylene blue was 3.80 mg/g with 97% removal efficiency for alginate-based foam. With the increase in initial solution pH and dye concentration, better adsorption performance was observed. The prepared adsorbent presented remarkable chemical stability and was readily recyclable after three reuse cycles.
    Keywords: Adsorption, Alginate, Methylene blue, Kinetics, Isotherm
  • MohammadReza Almasian, Hossein Sid Kalal *, Hamid Rashadi, Saeed Kakaei, Mohammad Taghiof Pages 13-23

    The development and increase of industrial activities lead to the proliferation of toxic metals in the environment and humans are exposed to these metals. The results of this study are as follows: the optimal pH for the percentage of adsorption was determined to be 8, the amount of adsorbent was 0.04 g, the isotherm of Radoskovich for (XAD-4-DETA) was the most suitable linear regression The maximum adsorption capacity of Dubin was 73.1 mg/g at ambient temperature, the synthetic adsorption model was quasi second order and the type of penetration into the adsorbent cavities was both controlled by the film resistance and increased by the intraparticulate penetration by increasing the ionic strength of the Solution due to the reduction in metal activity in the solution and the formation of complexes with anions present. In real samples because the samples themselves contain ions. The percentage of adsorption for the adsorbent was reduced by approximately 20%.

    Keywords: amberlite XAD-4, adsorption isotherm, Cobalt ion, diethylenetriamine
  • Fatemeh Mokhtarzadeh, Maryam Tahmasebpoor * Pages 24-34
    In this study, in order to improve the adsorption capacity of CaO in the calcium looping process, the natural ores supplied from Bukan mines was modified by citric acid monohydrate using sol-gel method to prepare a porous CaO adsorbent. Primary and modified adsorbents were investigated by conventional analysis methods including XRD, FTIR and SEM. The capture rate of CO2 was measured using TGA analysis under pure CO2 atmosphere and finally the fluidity behavior of the appropriate sample was investigated in terms of CO2 adsorption capacity. Capture tests performed on CaO adsorbents showed that the difference in the CO2 capture capacity of the primary and modified adsorbents was the highest at the carbonation temperature of 500 °C and reached about 14.625%. This result was in consistent with the SEM pictures obtained from adsorbents, so that a more porous structure was observed in the case of modified adsorbent rather than of the initial one. To study the fluidization behavior and improve its performance, the modified adsorbent was selected and mixed with 5, 7.5 and 10 weight percent of hydrophobic silica nanoparticles. With increasing weight percentage of silica, the cannels created at low gas velocities gradually disappeared and expanded up to 2.02 times the initial height at gas velocity of 4.5 cm/s. Finally, using of citric acid monohydrate as a modifier of the structure of CaO adsorbent and silica nanoparticles as a factor of improving the fluidity of this adsorbent was suggested.
    Keywords: CO2 capture, CaO sorbent, Modification, Fluidization
  • Mozhgan Shahmirzaee, Abdolhossein Hemmati Sarapardeh *, Mahin Schaffie, Mohammad Ranjbar Pages 35-54
    The aim of this study was to produce porous nanomaterials with a high specific surface area to increase the separation capacity of the cationic surfactant of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) from water. To this end,, meso and micro-porous carbon fiber / ZIF-8 nanocomposites were produced in situ without the use of surfactants by a simple and cost-effective method of sediment synthesis with superhydrophobicity and high specific surface area. Nanocomposite capacity analyzes were studied quantitatively and qualitatively by standard methods. According to the results, ZIF-8 particles with a crystal size of 27 nm and an average size of 30 to 50 nm were obtained. A rough surface with a ZIF-8 coating thickness of between 0.1-1 microns was obtained for carbon fiber / ZIF-8 nanocomposites. According to the research findings, the maximum adsorption of 388 mg / g for surfactant by fiber-carbon nanocomposite / ZIF-8 with a specific surface area of ​​260 m2 / g and the porosity of micropores and mesopores with an average size of 1.6 nm and 3/8 was obtained. Superhydrophobicity of carbon fiber nanocomposite / ZIF-8 with wettability angle with water of 150 ° and electrostatic collisions were identified as the dominant mechanisms of surfactant separation. The performance of the adsorbent in static and dynamic systems with the effect of different parameters was investigated in this study. The adsorption mechanism of the surfactant on the adsorbent was interpreted by the Langmuir adsorption isotherm model, and the first-order kinetics is the control mechanism of the adsorbent behavior over time.
    Keywords: separation, Surfactant, Water, Carbon fiber, ZIF-8, Porous nanomaterials
  • Seyed MohamadHadi Mousavi, Ahmadreza Raisi *, Hamid Hashemimoghaddam Pages 55-71

    The main goal of this study is to investigate the influence of functionalization of silica nanoparticles on the structural properties and gas separation performance of the poly (ether-block-amide) based mixed matrix membranes containing silica nanoparticles. For this purpose, first silica nanoparticles were modified by carboxylic functional groups and used for the preparation of mixed matrix membranes. The prepared membranes were analyzed using the XRD, DSC, FTIR, SEM and gas permeation tests. The results showed that the chemical modification of silica nanoparticles and the incorporating of carboxyl groups on its surface had a strong interaction with the polymer matrix and improved the filler distribution in the membrane matrix. It was observed that by loading 4%wt of silica nanoparticles functionalized with carboxyl groups in the polymer matrix increases the gas permeability at different pressures. The membranes containing 4%wt modified silica nanoparticles had the permeability of CO2, O2 and N2 equal 43.1, 2.8 and 0.42 Barrer, respectively, and the selectivity of O2/N2 (6.71) and CO2/N2 (103.3) at the pressure of 3 bar.

    Keywords: Mixed matrix membrane, Gas separation, Silica nanoparticle, Carboxyl functional groups, Chemical modification
  • Amirhosein Dashtbozorg, Ehsan Saljoughi *, Seyed Mahmoud Mousavi, Shirin Kiani, Hamed Karkhanechi Pages 72-90

    In this study, for the first time, nanofiltration membranes containing cellulose acetate butyrate polymer and MXene nanoparticles were prepared and used to remove dye and salt from water. MXene nanoparticles were synthesized from Ti3AlC2 precursor and the existence of a layered structure as well as the formation of OH-functional group in them was proved. Then, Cellulose acetate butyrate nanofiltration membranes were prepared from MXene nanoparticles at concentrations of 0 to 4 wt.% and various characterizations were performed on the mentioned prepared membranes. The results showed that increase in concentration of MXene nanoparticles results in formation of membranes with higher porosity, hydrophilicity, pure water flux and flux recovery ratio. Also, with the addition of MXene to the polymer and increase in its concentration up to 3 wt.%, mechanical properties, including tensile strength, elastic modulus and elongation at breakpoint increased, while further increase in nanoparticle concentration decreased these properties. In all membranes up to 3 wt.% of nanoparticles, the rejection of methylene blue and methyl orange dyes as well as rejection of divalent salt were above 90%.

    Keywords: membrane, Nanofiltration, Cellulose acetate butyrate, Mxene
  • Vahab Seif, Hossein Peyman *, Hamideh Roshan Pages 91-111
    In the present study, polyetersulfone membrane was modified with ferric chloride nanocomposite to improve membrane performance in removing contaminants. Choline chloride ion liquid was used for the first time. In order to determine the properties and morphology, FTIR, contact angle, porosity, BET, TGA, DSC, SEM, transmission flux and membrane clogging analysis were investigated. In order to find the optimal removal conditions, pH and temperature were selected as effective variables and the necessary experiments were designed and performed using Design Expert software and response surface method. The results showed that the best performance of orange 7 dye removal with a membrane of 0.5 wt% nanocomposite and a concentration of 5 μM contaminant at pH 6.7 and a temperature of 33.9 ⁰C, which removes 97.6% of the contaminant. The forecasting model and the results were in good agreement. Water permeability in the modified membranes increased due to changes in the structure and hydrophilicity of the membrane surface, which led to a decrease in clogging and an increase in the amount of return flux compared to the pure membrane.
    Keywords: Nanofiltration, Nanocomposite, Choline chloride, Experimental design, Response Surface