فهرست مطالب

علوم و مهندسی جداسازی - سال ششم شماره 2 (پیاپی 12، 1393)
  • سال ششم شماره 2 (پیاپی 12، 1393)
  • تاریخ انتشار: 1393/11/13
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سمانه بنده علی، عبدالرضا مقدسی*، علی کارگری، حمیدرضا سنایی پور صفحات 1-10
    در دو دهه اخیر بهبود عملکرد غشاهای پلیمری برای جداسازی گازها مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. یکی از روش های عملی و مهم در این زمینه، افزودن مواد معدنی، مانند نانوذرات سیلیکا، در شبکه پلیمری و ایجاد غشای شبکه آمیخته است. در این پژوهش، نخست اثر افزودن مقادیر مختلف پلی وینیل استات (PVAc) در ترکیب با اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS) برای تشکیل غشای آلیاژی ABS/PVAc به منظور جداسازی گاز هلیم از متان، بررسی شد. سپس، با انتخاب مطلوب ترین ترکیب غشایی از نظر تراوایی هلیم و گزینش پذیری آن نسبت به متان، اثر افزودن مقادیر مختلف نانوذرات سیلیکا در شبکه این غشاء بررسی شد. نتایج نشان داد که با افزودن 3 درصد وزنی نانوذره سیلیکا به غشای آلیاژی (ABS/PVAc(20% تغییرات قابل توجهی در مقدار تراوایی هلیم (از 6/3 به 59 بارر) ایجاد شد. این در حالی است که میزان گزینش پذیری از 45 به 6/2 کاهش یافت. در گام آخر برای اصلاح گزینش پذیری، اثر سازگارکنندگی لاستیک استایرن بوتادین (SBR) با اقزودن 15-3 % وزنی از آن به غشای شبکه آمیخته (ABS/PVAc(20%)/SiO2(3% آزموده شد. در نهایت مشخص شد که غشای محتوی 15 درصد وزنی SBR، با میزان تراوایی 42 بارر برای هلیم و گزینش پذیری 52 نسبت به متان، دارای مطلوب ترین خواص جداسازی می باشد. همچنین با تغییر فشار از 1 تا 8 بار، مقدار تراوایی تا فشار 4 بار کاهش یافت و در فشارهای بیشتر از آن تغییر قابل توجهی در مقادیر تراوایی مشاهده نشد.
    کلیدواژگان: غشای نانوکامپوزیتی، جداسازی گاز، نانوذرات سیلیکا
  • علی شکوهی، غلامرضا پازوکی، احمدرضا رئیسی*، عبدالرضا اروجعلیان مشهدی صفحات 11-20
    در این مقاله رفتار جذب مخلوط اتانول/آب در غشای پلیمری پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) در دو دمای °C 45 و 60 در غلظت های مختلف خوراک، توسط مدل انرژی آزاد گیبس UNIQUAC و مدل اصلاح شده با اثر پیوند هیدروژنی UNIQUAC-HB بررسی شده است. قدرت پیش بینی دو مدل، اثر پیوند هیدروژنی، غلظت و دمای خوراک بر فرآیند جذب سیستم مذکور مطالعه شده است. با فرض برقراری تعادل ترمودینامیکی اجزاء در دو فاز موجود، پارامترهای تنظیمی مدل ها با روش الگوریتم ژنتیک تخمین و سپس جزء حجمی اجزاء محاسبه شده است. نتایج، تطابق خوبی بین مقادیر پیش بینی شده با مدل UNIQUAC و داده های آزمایشگاهی را نشان می دهد که به ترتیب برای دماهای °C 45 و 60، درصد خطا برابر 4/2 و 4/4 می باشد. در نظر گرفتن اثر پیوند هیدروژنی در مدل UNIQUAC-HB موجب کاهش درصد خطا به 3/8 و 4 برای دماهای مذکور و تطبیق بهتر نتایج مدل و داده های آزمایشگاهی می شود. جذب اتانول و جذب کلی با افزایش غلظت اتانول در خوراک مایع ورودی، افزایش و جذب هر دو جزء با افزایش دما، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: جذب، مخلوط اتانول، آب، پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS)، مدل UNIQUAC و مدل UNIQUAC، HB، الگوریتم ژنتیک
  • سعید زندوکیلی، مریم احتشام زاده، محمد رنجبر* صفحات 21-30
    هدف اصلی این تحقیق سنتز جاذب های مناسب برای جداسازی انتخابی یون لیتیم از محلول های آبی است. در این راستا در مرحله اول اکسایشگر نانو ساختار MnO2، پیشماده اسپینلی Li-Mn-O و نانو لوله های MnO2 جاذب لیتیم به روش هیدروترمال کنترل شده تحت دو شرایط مختلف سنتز شدند. ویژگی های ساختاری و قابلیت تبادل یونی این جاذب ها توسطXRD، SEM، ایزوترم جذب لیتیم، سینتیک و اندازه گیری میزان انتخاب پذیری جاذب ها مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهند که نانو لوله های MnO2 عمدتا با قطری حدود 30-60 نانومتر و طولی معادل 0/5-2 میکرومتر دارای خاصیت جذب مناسب یون لیتیم می-باشند. ضریب توزیع تعادلی(Kd) جاذب ها که به ترتیب یون های Li+ << Mg2+ < K+ < Na+ می باشد، حاکی از انتخاب پذیری بالا در جذب یون Li+ می باشد. ایزوترم جذب از معادله لانگمیور تبعیت نموده و حداکثر ظرفیت جذب تک لایه ای یون لیتیم در شرایط بهینه mmol/gr 4/45 تعیین گردید. بر این اساس به نظر می رسد که جاذب های سنتز شده از پتانسیل خوبی برای استخراج لیتیم از شورابه ها و آب دریا برخوردار باشند.
    کلیدواژگان: لیتیم، نانو ساختار، MnO2، جاذب یونی، انتخاب پذیری
  • محمد رضا صمدزاده یزدی، محمود عبدالهی*، سید محمد موسوی، احمد خدادادی صفحات 31-44
    در این تحقیق به بررسی بازیابی مس از کنسانتره کالکوپیریتی کانه مس مزرعه به وسیله بیولیچینگ با باکتری گرمادوست مطلق اسیدیانوس بریرلی پرداخته شد. سازگار سازی باکتری ها با کنسانتره کالکوپیریتی انجام شد. تاثیر pH اولیه بیولیچینگ بر بازیابی مس از کنسانتره مورد بررسی قرار گرفت. متغیر های غلظت باکتری، غلظت مس، غلظت آهن، pH و پتانسیل اکسیداسیون و احیاء، اندازه گیری و بررسی شد و جامد های باقی مانده از آزمایش ها مورد شناسایی با روش XRD قرار گرفت، که گوگرد عنصری و جاروسیت پتاسیم به عنوان محصول های اصلی بیولیچینگ شناسایی شدند. مشخص گردید که pH اولیه آزمایش تاثیر زیادی بر بازیابی مس دارد، به طوری که pH اولیه کم (0.9) باعث تاخیر در رشد باکتری ها و pH زیاد (1.5) باعث رسوب شدید جاروسیت شد. در نتیجه با انتخاب بهینه pH اولیه می توان توام با فراهم آوردن شرایط لازم برای رشد باکتری ها، رسوب جاروسیت را به تاخیر انداخت. بررسی تاثیر درصد جامد نشان داد که افزایش آن تا 7% ممانعتی برای رشد و فعالیت اکسایشی باکتری ها به وجود نمی آورد و محلولی با غلظت مس 8 گرم بر لیتر بعد از 6 روز حاصل گردید. در ادامه به بررسی مکانیزم های ارائه شده در تحقیق های گذشته برای بیولیچینگ با باکتری های دمای متوسط و دمای بالا پرداخته و با نتایج تحقیق حاضر مقایسه شد.
    کلیدواژگان: بیولیچینگ، کنسانتره کالکوپیریت، اسیدیانوس بریرلی
  • سید احمد شریف نیا، سهیل سروشیان*، شهریار شرفی صفحات 45-57
    لجن کوره بلند ذوب آهن اصفهان حاوی فلزات سنگین بوده و دفع نامناسب آن ها برای محیط زیست مضر است.با توجه به درصد بالای آهن موجود در لجن، بازیابی این عنصر از آن ارزشمند خواهد بود. در این میان حضور حدودا 4 درصد روی در لجن،قابلیت بازیابی آهن را به صورت مستقیم محدود می کند. هدف از این تحقیق یافتن روش بهینه به منظور حداکثر انحلال یون روی و حداقل انحلال یون آهن توسط روش های لیچینگ اتمسفری، ماکرویو لیچینگ، جدایش مغناطیسی، التراسونیک، آماده سازی حرارتی، لیچینگ تحت فشار، مکانو شیمیایی و لیچینگ ترکیبی بوده و هم چنین بررسی پارامترهای موثر نظیر دما، غلظت حلال، نسبت مایع به جامد و زمان می باشد. نتایج نشان می دهد که روش آماده سازی حرارتی و لیچینگ قلیایی، انحلال روی را 85 درصد افزایش داده و کم ترین میزان انحلال آهن (1/2 درصد) را به دنبال دارد. مهم ترین پارامترها در انحلال روی، دما (90 درجه سانتی گراد) و غلظت عامل لیچینگ (6مولار) بوده و پارامتر دما در انحلال آهن بیش ترین تاثیر را داشته است.
    کلیدواژگان: هیدرومتالورژی، لجن کوره بلند، استحصال روی، ماکرویو لیچینگ، لیچینگ مکانو شیمیایی
  • علی علی پور نجمی، رضا ظاهربومی، احمد رهبر کلیشمی* صفحات 59-68
    معادلات ایزوترم تحلیلی مانند لانگمویر و فرندلیچ برای مدل کردن فرآیند جذب سطحی بطور گسترده ای استفاده می شوند. اگرچه این ایزوترم ها اصولا برای شبیه سازی داده های جمع آوری شده در یک مقدار pH ثابت معتبر هستند و براحتی نمی توان از آن برای شبیه سازی داده های وابسته به pH استفاده کرد. بنابراین، بسیاری از مطالعات فرآیندهای جذب سطحی از مدلهای عددی مانند کمپلکس سطح استفاده می کنند که نسبت به ایزوترم های تحلیلی متداول بسیار پیچیده و وقت گیر هستند. در این مطالعه، یک مدل ایزوترم جدید ارائه شده که می تواند برای شبیه سازی جذب سطحی وابسته به pH بکار رود. ایزوترم ارائه شده بر مبنای ایزوترم لانگمویر است که در آن رابطه ی بین ثوابت لانگمویر با pH بررسی شده است. اعتبار ایزوترم جدید ارائه شده نیز با پیش بینی میزان جذب نیکل گزارش شده در منابع بررسی شد. بررسی ها نشان داد که خطای میانگین مقدار پیش بینی جذب توسط مدل پیشنهادی با مقدار پیش بینی جذب توسط مدل عددی استفاده شده در منابع حدود 13% است. ایزوترم تحلیلی ارائه شده می تواند پیچیدگی مدل سازی های عددی و مقدار محاسبات را کاهش دهد.
    کلیدواژگان: جذب سطحی، ایزوترم، لانگمویر، pH
  • امینه شفایی، رامین رئیس زاده* صفحات 69-78
    در این تحقیق تاثیر نگه داری آلیاژ آلومینیم حاوی 0/7درصد وزنی منیزیم در حالت مذاب بر حذف عیب اکسید فیلم دولایه از مذاب و پراکندگی خواص مکانیکی قطعه ریختگی توسط آنالیز آماری ویبول و مطالعه سطوح مقاطع شکست نمونه های تست کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این تحقیق نشان دادند که پراکندگی مقادیر استحکام کششی نمونه ها با نگه داری آلیاژ در حالت مذاب تا 60 دقیقه افزایش یافته و متعاقبا در زمان 250 دقیقه کاهش یافت. مطالعه سطوح مقاطع شکست و مقایسه نتایج حاصل از آنالیز آماری ویبول با نتایج موجود در منابع، نظریه ایجاد پیوند بین لایه های اکسیدی عیوب اکسید فیلم دولایه در این آلیاژ پس از زمان نگه داری 90 دقیقه را در شرایط کارگاهی مورد تائید قرار دادند. این نظریه پیش از این تنها در شرایط شبیه سازی شده آزمایشگاهی مورد تحقیق قرار گرفته بود. در این تحقیق همچنین شواهدی دال بر ایجاد پیوند بین لایه های اکسیدی در تصاویر میکروسکوپی مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: عیب اکسید فیلم دولایه، مذاب آلومینیم، ترمیم، آخال اکسیدی
  • اکبر محمدی، جعفرصادق مقدس* صفحات 79-87
    سیلیکاائروژل ها به دلیل داشتن مساحت سطح ویژه بالا و وجود ابعاد قابل کنترل در مقیاس نانومتری، سرعت و ظرفیت زیادی برای جذب آلاینده ها از خود نشان می دهند. در این مقاله، نمونه های جاذب قبل از استفاده، به مدت 4 ساعت در دمای 120 درجه سانتیگراد گاز زدایی شدند. با استفاده از روش وزن سنجی، منحنی رفتار جذب استاتیکی بنزن و اتیل بنزن بر روی سیلیکاائروژل و کامپوزیت کربن فعال- سیلیکاائروژل بدست آمد و منحنی بدست آمده با استفاده از مدل نیروی محرکه خطی (LDF) تطابق داده شد. سپس با استفاده از داده های آزمایشگاهی بدست آمده، ثابت سرعت جذب (k) برای جذب بنزن و اتیل بنزن محاسبه شد. سیلیکاائروژل بیشترین ظرفیت جذب را در جذب سطحی بنزن و اتیل بنزن نشان داد. نتایج حاصل از تحلیل آماری نشان داد که تطابق منحنی جذب سطحی با مدل نیروی محرکه خطی قابل قبول است.
    سیلیکاائروژل ها به دلیل داشتن مساحت سطح ویژه بالا و وجود ابعاد قابل کنترل در مقیاس نانومتری، سرعت و ظرفیت زیادی برای جذب آلاینده ها از خود نشان می دهند. در این مقاله، نمونه های جاذب قبل از استفاده، به مدت 4 ساعت در دمای 120 درجه سانتیگراد گاز زدایی شدند.
    کلیدواژگان: سیلیکاائروژل، ظرفیت جذب تعادلی، سینتیک جذب، مدل نیروی محرکه خطی
|
  • Samaneh Bandehali, Abdolreza Moghadassi*, Ali Kargari, Hamidreza Sanaeepur Pages 1-10
    One of the most important and practical methods of improving performance of polymeric membranes for gas separation is the incorporation of inorganic fillers into polymeric membrane matrix. In present study, first, the influence of different amounts of PVAc in the ABS/PVAc blend membranes in the separation of helium from methane was investigated. Then, using the best composition in case of the He permeability and He/CH4 selectivity, the effect of addition of silica nanoparticles into the membrane was studied. The results showed that addition of 3 wt% silica nanoparticles in the ABS/PVAc(20%) blend membrane, increases He permeability (from 6.3 to 59 barer), while selectivity of membrane reduces from 45 to 6.2. In order to modify selectivity, compatibilizing effect of SBR was examined adding 5-15 wt% SBR into the ABS/PVAc/SiO2(3%) membrane. It was found that the membrane with 15% SBR loading, with the He permeability of 42 barer and the He/CH4 selectivity of 52, has the best separation performance. Furthermore, He permeability decreased with increasing pressure from 1 to 4 bar, then it did not changes considerably with elevating pressures. All right reserved.
    Keywords: Nano, composite membrane, Gas separation, Silica nanoparticles
  • Ali Shokouhi, Gholamreza Pazuki, Ahmadreza Raisi*, Abdolreza Aroujalian Pages 11-20
    In this study, sorption behavior of ethanol/water mixture into poly dimethyl siloxane (PDMS) membrane at 45˚C and 60˚C was investigated using the Gibbs free energy models namely the UNIQUAC and the UNIQUAC-HB. Prediction accuracy of these models, effects of hydrogen bonding, concentration and temperature of feed on the sorption behavior were studied. Using thermodynamic equilibrium criteria between the components in two phases, the interaction parameters of models were estimated by the genetic algorithm and the volume fractions of components were calculated. Results showed that there is a good agreement between the experimental and predicted data obtained from the UNIQUAC model with an accuracy of 4.2% at 45 °C and 4.4% at 60 °C. Addition of hydrogen bonding term in the UNIQUAC-HB model leads to better agreement between model and experimental data.
    Keywords: Sorption, Ethanol, Water Mixture, Polydimethylsiloxane (PDMS), UNIQUAC Model, UNIQUAC, HB Model, Genetic Algorithm
  • Saeed Zandevakili, Maryam Ehteshamzadeh, Mohammad Ranjbar* Pages 21-30
    The main objective of this study was synthesis of proper ion sieves for selective extraction of lithium from solutions. Therefore, in the first stage, MnO2 nanostructure oxidizer, spinel type Li-Mn-O precursor and lithium ion sieve of MnO2 nanorods were synthesized under two different conditions of a controlled hydrothermal method and the structure characteristics and ion exchange ability were studied by XRD and SEM analysis. Then, the Li+ adsorption isotherm, kinetics and selectivity measurements were investigated, separately. The produced MnO2 nanorods, with the size about 30–60 nm in diameter and 0.5–2 μm in length, were found to have a remarkable lithium ion-sieve property. In addition, the study on equilibrium distribution coefficients (Kd) of synthesized ion sieve indicating high selectivity for Li+ ions in the presence of other coexisting ions such as Na+, K+ and Mg2. In addition, adsorption isotherm followed the Langmuir equation and the maximum monolayer uptake capacity of Li+ ions was 4.45 mmol/g estimated in the optimized condition. Consequently, it appears that the synthesized ion sieves have the adequate potential for extraction lithium from brines or seawater.
    Keywords: Lithium, Nanostructure, MnO2, Ion Sieve, Selectivity, Adsorption isotherm
  • M. R. Samadzadeh Yazdi, M. Abdollahy*, S.M. Mousavi, A. Khodadadi Pages 31-44
    In this study bioleaching of chalcopyrite concentrate of Mazraeh copper mine was investigated using a thermophilic bacterium, Acidianus brierleyi. The effect of initial pH, bacterial concentration, concentration of dissolved copper and Iron, pH and ORP during bioleaching time evaluated. Analysis of bioleaching residues showed that elemental sulfur and potassium jarosite were the main solid products. It was also found that initial pH has influences the copper dissolution rate. Therefore, selection an optimum initial pH would help to bacterial growth, leading to prevention or retarding jarosite precipitation. Solid percent up to 7% (w/v) have no negative effect on bacterial growth and activity. A solution with copper concentration of 8 g/l was gained after 6 days of bioleaching. Based on the results of tests, the mechanism of bioleaching is also discussed.
    Keywords: Bioleaching, Chalcopyrite concentrate, Acidianus brierleyi
  • S.Ahmad Sharifnia, Soheal Soroushian*, Shahriar Sharafi Pages 45-57
    The blast furnace sludge of Esfahan steel company contains heavy metals therefore its improper disposal is harmful to the environment. However, due to its high iron content, the recovery of iron is valuable, while the presence of about 4% zinc in the sludge has limited the direct recycling of the sludge. The aim of this research was to develop a method for selective dissolution of zinc. The efficiency of different hydrometallurgical methods (including: atmospheric leaching, microwave leaching, magnetic separation, ultrasonic, thermal preparation, autoclave leaching, mechano-chemical and thermal leaching) were used and the influence of temperature, solvent concentration, liquid to solid ratio and operation time on zinc and iron dissolution was determined. Results showed that thermal preparation methods followed by basic leaching leads to 85% increase in dissolution of zinc and the minimum dissolution of iron (1.2%). Also, the most important parameters in dissolution of zinc are temperature (90 °C) and leaching agent concentration (6 molar) and the most effective factor in iron dissolution is temperature.
    Keywords: Hydrometallurgy, blast furnace sludge, extraction of zinc, microwave leaching, mechano, chemical leaching, Autoclav
  • Ali Alipour Najmi, Reza Zaherboomi, Ahmad Rahbar Kelishami* Pages 59-68
    Analytical isotherm equations such as Langmuir and Freundlich are widely used for modeling adsorption process. However, these isotherms are primarily useful for simulating data collected at a fixed pH value and cannot be easily used to simulate pH-dependent adsorption data. Therefore, most adsorption processes studies currently use numerical surfacecomplexation models (SCMs), which are more complex and time consuming than traditional analytical isotherm models. In this study, a new analytical isotherm model is presented for simulation ofpH-dependent adsorption. This model was validated by predicting Ni adsorption reported in literature. Investigation shows that the average deviation of proposed adsorption prediction model with reported model in literature is about 13%. The proposed analytical isotherm can help to reduce numerical modeling complexity and computational calculations.
    Keywords: Adsorption, Isotherm, Langmuir, pH
  • Amineh Shafaei, Ramin Raiszadeh* Pages 69-78
    The effect of holding Al-0.7 wt% Mg alloy in liquid state on elimination of double oxide (bifilm) defects from melt and the mechanical properties of the solidified casting was studied using Weibull statistical analysis and study of the fracture surfaces of tensile test bars. From the results of this study, it can be pointed out that the scattering of UTS values increases during the first 60 min of holding, but decreased afterwards when the melt was held for 250 min. The study of the fracture surfaces and the comparison of the Weibull and results in literature, confirms the theory of formation of bonding between the two layers of double oxide film defects in this alloy after a holding time of 90 min, in a real casting condition. This theory was previously verified in a controlled simulated condition. Some evidence for the formation of bonding between the layers of a double oxide defect was also observed in SEM micrographs.
    Keywords: double oxide (bifilm) defects, Molten aluminum, Restoration, Oxide inclusion
  • Akbar Mohammadi, Jafarsadegh Moghaddas* Pages 79-87
    Silica aerogels have high specific surface area and manageable nano scale dimensions, showing high rate and capacity for pollutants adsorption. In this study, static adsorption kinetic of benzene and ethyl benzene over silica aerogel and activated carbon- silica aerogel composites were investigated using gravimetric methods and results were fitted using linear driving force (LDF) model. Results, showed the highest adsorption capacity of 1800mg/g for benzene and (300mg/g) for ethyl benzene. Also, composite of - 0.5% wt Silica aerogel and activated carbon and -2% wt silica aerogel and activated carbon showed the least adsorption capacity of benzeneand ethyl benzene (1225mg/g and 200mg/g respectively). The statistical analysis of results showed a good agreement between the adsorption curves and linear driving force model.
    Keywords: Silica aerogel, Equilibrium adsorption capacity, Adsorption kinetic, Linear driving force model