مطالعات آزمایشگاهی و مدل سازی عددی حذف آلاینده های فلزی سنگین با استفاده از نانوذرات دیاتومیت/پرلیت از زهاب اسیدی خروجی دمپ 31 معدن مس سرچشمه

در این رساله مواد معدنی دیاتومیت، کامپوزیت 50 درصد پرلیت/دیاتومیت و پرلیت به صورت نانوذرات که از مواد طبیعی تهیه شده بود برای جذب فلزات سنگین و تصفیه زهاب اسیدی معدن استفاده شد. روش های تجزیه ای مختلف برای شناسایی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی جاذب ها انجام شد. نتایج تجزیه های sem، tem و afm نشان داد که ذرات نانودیاتومیت به صورت ریز، کروی و یکنواخت، ذرات نانوپرلیت به صورت دانه ای و ناهموار و ذرات نانوکامپوزیت به صورت حدواسط ذرات نانودیاتومیت و ذرات نانوپرلیت می باشند. تجزیه xrf حاکی از آن است که سیلیس با بیش از 60% جزء اصلی تشکیل دهنده نانوجاذب های مذکور است. تجزیه ir نشان داد که تنها گروه عاملی این نانوجاذب ها که آلاینده های محلول را جذب می کند، si-oh است که در باند cm-1 3615-3595 قرار دارد. نتایج تجزیه های sem، tem، afm، xrd و رابطه شرر اندازه ذرات در حد نانو و کمتر از 100 نانومتر را اثبات کرد. نتایج تجزیه bet نشان می دهد که از نظر مساحت ویژه و تخلخل ترتیب نانودیاتومیت، نانوکامپوزیت، نانوپرلیت، دیاتومیت خام و پرلیت خام را می توان برای جاذب های مورد استفاده در نظر گرفت. پس از شناسایی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نانوجاذب ها، آنها در ابتدا برای جذب یون های آهن(ii)، منگنز(ii)، مس(ii)، کادمیم(ii)، نیکل(ii) و کرم(iii) از زهاب مصنوعی درسیستم های ناپیوسته و پیوسته استفاده شد. تأثیر پارامتر های ph، جرم جاذب، غلظت یون ها، دما و زمان بر میزان جذب یون ها در سیستم ناپیوسته بررسی گردید. نتایج نشان داد که نانوجاذب های مورد بررسی بازده مناسبی بیش از 85 درصد برای جذب یون های مذکور از زهاب داشته و کارایی جذب نانودیاتومیت > نانوکامپوزیت > نانوپرلیت بود. فرآیند جذب در آزمایشگاه به دو صورت تعادلی و سینتیکی بررسی گردید. نتایج نشان داد که فرآیند جذب یون های فلزی از ایزوترم لانگمویر و سینتیک شبه مرتبه دوم تبعیت می کند. در سیستم پیوسته، زهاب با دبی مشخص در ph بهینه از نانوجاذب ها عبور داده شد. منحنی نقطه شکست و زمان اشباع ستون برای یون های مختلف بدست آمد. از بین دمپ های باطله معدن مس سرچشه، زهاب خروجی دمپ 31 از نظر ترکیب شیمیایی تجزیه شد. ph این زهاب 10/5 بوده و نشان از اسیدی بودن زهاب دارد. نتایج تجزیه icp این زهاب نشان داد که غلظت یون های آهن(ii)، منگنز(ii) و مس(ii) به ترتیب mg/l 10/4، 30/8 و 50/10 بوده که خیلی بیشتر از مقدار استاندارد این یون ها در آب های کشاورزی می باشد. بنابراین در مرحله بعد حذف یون های آهن(ii)، منگنز(ii) و مس(ii) از زهاب مذکور در سیستم های ناپیوسته و پیوسته با استفاده از نانوجاذب های پرلیت و دیاتومیت مورد آزمایش قرار گرفت. فرآیند جذب در آزمایشگاه به دو صورت ایزوترمی و سینتیکی بررسی گردید. در این حالت نیز جاذب نانودیاتومیت کارایی بیشتری نسبت به نانوپرلیت دارد و این نانوجاذب ها به شکل موثر ی توانستند فلزات سنگین را از زهاب اسیدی معدن با بازده بالاتر از 90 درصد حذف کنند. در نهایت، مدل سازی فرآیند جذب یون های آهن(ii)، منگنز(ii) و مس(ii) از زهاب مورد بررسی در سیستم های ناپیوسته و پیوسته به کمک نرم افزار phoenics و با انجام کدنویسی به دو زبان ویژه ورودی نرم افزار و زبان فرترن 99 به منظور پیش بینی و بسط عوامل دخیل در فرآیند جذب سطحی آلاینده های فلزی انجام شد. مقدار خطای مدل سازی در مقایسه با داده های آزمایشگاهی با استفاده از جذر میانگین مربعات خطا کمتر از 10 درصد بوده و این حاکی از اعتبار مدل عددی است، هرچند که خطا ی مدل سازی در حالت پیوسته کمتر از حالت نا پیوسته بود. باتوجه به اعتبار مدل عددی، در مرحله آخر تحلیل حساسیت پارامتر های موثر در فرآیند جذب سطحی به منظور بسط و توسعه مدل در حالت های پیوسته و ناپیوسته انجام شد. به طور کلی، نتایج به دست آمده از چنین مطالعاتی می تواند در طراحی روش هایی برای کنترل آلودگی در مقیاس صنعتی و به حداقل رساندن اثرات مخرب زیست محیطی آن در آب های آلوده به فلزات سنگین در صنایع معدنی و سایر صنایع مورد استفاده قرار گیرد.