Synthesis and characterization of solid-state iron ion exchanged nano-bentonite absorbent

Hajipour, Nahid (2019) Synthesis and characterization of solid-state iron ion exchanged nano-bentonite absorbent. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
پایان نامه.pdf

Download (1MB)
Official URL: http://uma.ac.ir/

Abstract

Research Aim: The purpose of this study was to modify bentonite to increase its adsorption capacity and its recovery. Surfactants and ultrasound were used to increase the adsorption capacity, and iron salts were used in the photo-fenton process to reconstitute nano-absorbents. Nano-absorbent was used to remove anionic methyl orange dye. The effect of pH, initial dye concentration, absorbent dose, time and temperature was optimized to investigate the removal of methyl orange by nano-absorbent. Then, XRD, EDX, BET, SEM, FT-IR, TEM and TGA analyzes were used to investigate the absorbent properties. Finally, the performance of nano-absorbents made with bentonite in the removal of methyl orange dye was compared. Research method: In this study, the iron salt was mixed with modified bentonite and heated to the melting point of the iron salt. The simultaneous application of heat and ion exchange created a fast process. Unlike previous studies where exchange was performed in the liquid phase over a long period, this method was performed in the solid phase and in a very short time. Findings: In this study, nano-bentonite was first synthesized using ultrasound method. For this purpose, ultrasound waves with different power, time and temperatures were used. nano - bentonite was prepared was identified by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and measurements of porosity and effective surfaces analysis. Subsequently, the optimized nano-bentonite was modified in the previous step with the help of ultrasound and CTAB surfactant. In the end, solid phase ion exchanged nano-bentonite with iron was prepared. identification of Bentonite, surfactant-modified nano-absorbent and solid phase ion exchanged nano-bentonite with iron with the help of XRD, SEM and BET, Fourier transform infrared (FT-IR), transmission electron microscopy (TEM), X-ray energy diffraction (EDX) and thermogravimetric (TGA) analysis was performed. solid phase ion exchanged nano-absorbent with iron was used for surface adsorption of methyl orange. Factors affecting the adsorption include effects of solution pH (2-9); dye concentration (50-200 ppm); adsorbent amount (0.25-5.5 gr/lit); contact time (5-120 min) and temperature (30-50ᶱc) on adsorption of methyl orange on absorbent was investigated and optimum conditions were determined. the optimum results were pH=7, dye concentration (150 ppm), Absorbent dose ) 0.75 g/lit) and contact time (60 min). the adsorption behavior showed that the adsorption kinetics and isotherms were in good agreement with the pseudo-second-order model and the Langmuir equation, with a maximum adsorption capacity was 208.33 mg/g. then, photo-fenton method was used to recover the nano-absorbent. a photoreactor was used to perform the experiments. after adjusting the solution to pH=4, the reaction was started by adding 22.5 mM H2O2 and turning on the UV lamp and the reaction lasted for 90 minutes until the nano-absorbent was reconstituted. Conclusion: Ultrasound can be synthesized by nano-bentonite but using long alkyl chain surfactants to increase the adsorption capacity of nano-absorbent was more effective in increasing methyl orange dye removal. also, synthesis of solid phase ion exchanged nano-absorbent with iron was considered as an effective method for the regeneration of nano-absorbent.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: سنتز و شناسایی نانوجاذب نانوبنتونیت تبادل یونی شده فاز جامد با آهن
Persian Abstract: هدف: هدف از این پژوهش اصلاح بنتونیت برای افزایش ظرفیت جذب و احیای مجدد آن بوده است. برای این کار از عامل فعال سطحی و اولتراسوند برای افزایش ظرفیت جذب، و نمک آهن برای استفاده در فرآیند فتوفنتون جهت احیای مجدد نانوجاذب استفاده گردید. از نانوجاذب ساختهشده برای حذف رنگ آنیونی متیل اورانژ استفاده شد. برای بررسی حذف متیل اورانژ توسط نانوجاذب ساختهشده اثر پارامترهای pH ، غلظت اولیه رنگ، دوز جاذب، زمان و دما بررسی شد. سپس برای بررسی خواص جاذب از آنالیزهای XRD ، DXE ، BET ، SEM ، FT-IR ، TEM و TGA استفاده گردید. در انتها عملکرد نانوجاذب ساختهشده با بنتونیت در حذف رنگ متیل اورانژ مورد مقایسه قرار گرفت. روششناسی پژوهش: در این پژوهش نمک آهن با بنتونیت اصلاحشده مخلوط شده و در نقطه ذوب نمک آهن گرم گردید. کاربرد همزمان تبادل حرارت و یون یک فرآیند سریع ایجاد کرد. برخلاف پژوهشهای گذشته که در آن تبادل در فاز مایع و در مدتزمان طولانی این روش در فاز جامد و در مدت زمان خیلی کم صورت گرفت. ⸲ انجام میگرفت زمان و ⸲ یافتهها: در این پژوهش ابتدا نانوبنتونیت با کمک روش اولتراسوند سنتز گردید. برای این کار از امواج فراصوت با توان دماهای مختلف استفاده شد. نانوبنتونیت تهیهشده با کمک آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی ( SEM پراش اشعه ایکس ⸲) ( XRD ( و اندازهگیری میزان تخلخل و سطوح مؤثر) BET ) مورد شناسایی قرار گرفت. در ادامه نانوبنتونیت بهینهشده در مرحله قبل با کمک اولتراسوند و عامل فعال سطحی ستیل تری متیل آمونیوم برومید ) CTAB ( اصلاح گردید. در انتها نانوبنتونیت نانوجاذب اصلاحشده با عامل فعال سطحی و نانوبنتونیت ⸲ تبادل یونی شده فاز جامد با آهن تهیه گردید. شناسایی بنتونیت تبادل یونی شده فاز جامد با آهن با کمک آنالیزهای ) XRD ( ⸲) SEM ( ⸲) BET آنالیز تبدیل فوریه مادونقرمز) ⸲) FT-IR آنالیز ⸲) میکروسکوپ الکترونی عبوری ) TEM آنالیز پراش انرژی پرتوایکس ) ⸲) EDX ( و آنالیز توزین حرارتی ) TGA ( انجام گرفت. از نانوجاذب تبادل یونی شده فاز جامد با آهن برای جذب سطحی رنگ متیل اورانژ استفاده گردید. عوامل مؤثر بر جذب شامل اثرات pH محلول ) 9 - 2 غلظت رنگ ) ⸲) ppm 200-۵0 مقدار جاذب ) ⸲) g/lit ۵ / 4 - 2۵ / 0 زمان تماس ⸲) min)120 - ۵( و دما ( c˚۵0- 30 در جذب رنگ متیل اورانژ بر روی جاذب بررسی شد و شرایط بهینه تعیین گردید. نتایج بهینه شامل ⸲) pH=۷ ⸲ غلظت رنگ 1۵0ppm مقدار جاذب ⸲ g/lit ۷۵ / 0 زمان تماس ⸲ 60 نشان داد که سینتیک و ایزوترم ⸲ دقیقه بود. رفتار جذب جاذب حداکثر ظرفیت جذب ⸲ جذب با مدل شبه مرتبه دوم و معادله لانگمویر تطابق خوبی دارد mg/g 33 / 208 بود. در ادامه برای احیای نانوجاذب از روش فتوفنتون استفاده شد. برای انجام آزمایشها از یک فتوراکتور استفاده گردید. پس از تنظیم محلول در ꞊4pH لحظه شروع واکنش با اضافه کردن 2O2H به غلظت Mm ۵ / 22 و روشن کردن لامپ UV آغاز گردید و واکنش تا احیای مجدد نانوجاذب بهمدت 90 دقیقه به طول انجامید. نتیجهگیری: با استفاده از روش اولتراسوند میتوان نانوبنتونیت سنتز کرد اما استفاده از عاملهای فعال سطحی با زنجیره آلکیلی طولانی برای افزایش ظرفیت جذب نانوجاذب جهت بالا بردن درصد حذف رنگ متیل اورانژ مؤثرتر بود. همچنین سنتز نانوجاذب تبادل یونی شده فاز جامد با آهن نیز بهعنوان روشی مؤثر جهت احیای نانوجاذب محسوب گردید.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Ghorbanpour, MohammadUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Safajou Jahankhanomlou, MajidUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Faculty of Engineering > Department of Chemical Engineering
Date Deposited: 08 Jun 2020 04:03
Last Modified: 08 Jun 2020 04:03
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/11571

Actions (login required)

View Item View Item