دانلود پایان نامه ارشد : بررسی آزمایشگاهی اکسایش الکتروشیمیایی فنل برای تصفیه پساب

دانشگاه علم و صنعت ایران

دانشكده مهندسی شیمی

بررسی آزمایشگاهی اکسایش الکتروشیمیایی فنل برای تصفیه پساب

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی شیمی گرایش ترموسینتیک

استاد راهنما:

دكتر سوسن روشن­ضمیر

اسفند ماه  1389

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

زدایش آلاینده­های آلی پرخطر از آب­های زیرزمینی و پساب، یکی از مهم­ترین موضوعات ضروری در تحقیقات زیست­محیطی است. فنل­ها و ترکیبات فنلی به عنوان آلاینده­های پرخطر شناسایی شده­اند. تکنولوژی­ها و فرآیندهای متعددی برای تصفیه پساب­های صنعتی توسعه یافته است. به دلیل هزینه سرمایه­گذاری نسبتاً بالا و هزینه گران الکتریسیته، تکنولوژی­های تصفیه الکتروشیمیایی پساب در سطح جهان به طور گسترده توسعه نیافته­اند اما در مقایسه با سایر
روش­های موجود، روش الکتروشیمیایی تجهیزات ساده‌ای نیاز دارد و می­تواند به راندمان انرژی بالا نیز دست یابد. لذا روش اکسایش الکتروشیمیایی برای زدایش ترکیبات فنلی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از انجام این مطالعه، بررسی و تعیین شرایط بهینه جهت افزایش کارایی روش اکسایش الکتروشیمیایی[1] در تصفیه یک پساب سنتزی­ حاوی فنل به کمک روش طراحی آزمایش تاگوچی است. تاکنون الکترودهای فراوانی برای زدایش فنل به­کار برده شده­اند. در این تحقیق، از پلاتین به عنوان الکترود آند و استیل 304 به عنوان الکترود کاتد استفاده گردید. به منظور طراحی آزمایشات از آرایه متعامد L₉ بهره گرفته شد. در این راستا تأثیر پارامترهای مختلف شامل pH، غلظت الکترولیت پشتیبان[2]، دانسیته جریان و فاصله بین الکترودها مورد بررسی قرار گرفت. مدت زمان انجام هر آزمایش 75 دقیقه بود و هر آزمایش 2 بار تکرار گردید. میزان انحراف معیار برای آزمایشات در محدوده 6/1-02/0 متغیر بود. بیشینه زدایش فنل در شرایط بهینه شامل pH برابر 12، غلظتM 6/0 الکترولیت پشتیبان، دانسیته جریان برابر  A/cm²178/0و فاصله mm10 بین الکترودها، برابر 9/99% حاصل شد. همچنین آزمایش­هایی در شرایط بهینه با غلظت­های مختلف فنل انجام گرفت تا میزان تأثیر غلظت اولیه فنل روی بازده فرآیند بررسی شود. دیده شد تحت شرایط یکسان با افزایش غلظت فنل، بازده فرآیند به شکل محسوسی کاهش می­یابد. در نهایت 3 آزمایش در همان شرایط بهینه اما با الکترولیت­های پشتیبان متفاوت انجام گرفت تا مقایسه­ای بین عملکرد این چند الکترولیت انجام پذیرد. این نتیجه حاصل شد که با سیستم آزمایشی این مطالعه، نمک سولفات سدیم می­تواند به عنوان موثرترین الکترولیت پشتیبان در فرآیند زدایش فنل عمل کند.

واژه‌های كلیدی: فنل، رادیکال­های هیدروکسیل، روش تاگوچی، اکسایش الکتروشیمیایی

فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه                                                                                      2

1-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2

فصل 2: مروری بر منابع                                                                            2

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2

2-2- روش تصفیه الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………….. 2

2-3- مزایا و معایب سیستم‌های الکتروشیمیایی………………………………………………………………… 2

2-4- انواع روش­های تصفیه الکتروشیمیایی……………………………………………………………………….. 2

2-4-1- تصفیه کاتدی آب و پساب صنعتی…………………………………………………………………… 2

2-4-2- لخته شدن الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………… 2

2-4-3- شناورسازی الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………….. 2

2-4-4- روش­های پیشرفته اکسایش الکتروشیمیایی……………………………………………………. 2

2-5- اکسایش الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………………… 2

2-6- اکسایش آندی……………………………………………………………………………………………………………… 2

2-6-1- اکسایش مستقیم در آند……………………………………………………………………………………. 2

2-6-2- مدل پیشنهادی برای اکسایش آندی مواد آلی به کمک رادیکال‌های
هیدروکسیل………………………………………………………………………………………………………………………… 2

2-7- آلاینده‌ی فنل………………………………………………………………………………………………………………. 2

2-7-1- منابع و سنتز صنعتی فنل………………………………………………………………………………… 2

2-7-2- کاربردهای صنعتی فنل……………………………………………………………………………………… 2

2-7-3- صنایع تولید کننده فنل…………………………………………………………………………………….. 2

2-8- انتخاب الکترود مناسب برای انجام فرآیند تصفیه…………………………………………………….. 2

2-9- مکانیسم کلی اکسایش الکتروشیمیایی فنل توسط الکترودهای مختلف………………… 2

2-10- انتخاب الکترولیت  پشتیبان مناسب برای انجام فرآیند زدایش……………………………. 2

2-11- مروری بر یافته‌های دیگر محققان بر روی روش‌های الکتروشیمیایی زدایش فنل. 2

2-12- عوامل مؤثر روی میزان زدایش فنل ………………………………………………………………………. 2

2-13- پتانسیل رهایش اکسیژن………………………………………………………………………………………….. 2

2-14- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………. 2

فصل 3: روش تحقیق                                                                               2

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2

3-2- علت انتخاب روش اکسایش الکتروشیمیایی……………………………………………………………… 2

3-3- انتخاب و تهیه تجهیزات آزمایشگاهی………………………………………………………………………… 2

3-3-1- وسایل و مواد شیمیایی مورد نیاز……………………………………………………………………… 2

3-4- انجام آزمایش‌ها……………………………………………………………………………………………………………. 2

3-4-1- پساب مورد استفاده در فرآیند………………………………………………………………………….. 2

3-4-2- روش انجام آزمایش‌ها………………………………………………………………………………………… 2

3-5- طراحی آزمایش با روش تاگوچی……………………………………………………………………………….. 2

فصل 4: نتایج و تفسیر آن‌ها                                                                       2

4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2

4-2- تاثیر پارامترهای موردنظر بر سیستم…………………………………………………………………………. 2

4-2-1- تاثیر پارامترpH   بر بازده فرآیند………………………………………………………………………. 2

4-2-2- تاثیر غلظت الکترولیت پشتیبان……………………………………………………………………….. 2

4-2-3- تاثیر دانسیته جریان…………………………………………………………………………………………… 2

4-2-4- تاثیر فاصله بین الکترودها…………………………………………………………………………………. 2

4-3- شرایط بهینه………………………………………………………………………………………………………………… 2

4-4- تحلیل واریانس نتایج…………………………………………………………………………………………………… 2

4-5- محاسبه انحراف معیار………………………………………………………………………………………………….. 2

4-6- بررسی تاثیر میزان غلظت اولیه فنل بر بازده فرآیند………………………………………………… 2

4-7- بررسی تاثیر نوع الکترولیت پشتیبان بر بازده فرآیند……………………………………………….. 2

4-8- انرژی مصرفی……………………………………………………………………………………………………………….. 2

فصل 5: جمع‌بندی و پیشنهادها                                                                 60

5-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 61

5-2- دستاوردها………………………………………………………………………………………………………………….. 61

5-3- نوآوری……………………………………………………………………………………………………………………….. 62

5-4- پیشنهادها………………………………………………………………………………………………………………….. 62

فصل 6: مراجع                                                                                      2

فصل 7: پیوست‌ها                                                                                  2

فهرست اشکال

شكل (2-1) ساختار فنل……………………………………………………………………………………………………………. 2

شكل (2-2) شمایی از مکانیسم اکسایش الکتروشیمیایی فنل………………………………………………. 2

شكل (3-1) دستگاه آزمایشگاهی مورد استفاده………………………………………………………………………. 2

شكل (3-2) دستگاه اسپکتروفتومتر…………………………………………………………………………………………. 2

شكل (4-1) تاثیر pH بر روی زدایش فنل………………………………………………………………………………. 2

شكل (4-2) تأثیر غلظت الکترولیت پشتیبان بر‌روی زدایش فنل………………………………………….. 2

شكل (4-3) تأثیر دانسیته جریان بر ‌روی زدایش فنل……………………………………………………………. 2

شكل (4-4) تأثیر فاصله بین الکترودها بر‌روی زدایش فنل……………………………………………………. 2

شكل (4-5) درصد زدایش در  pHو غلظت‌های مختلف الکترولیت پشتیبان……………………….. 2

شكل (4-6) درصد زدایش در  pHو فاصله‌های مختلف بین الکترودها…………………………………. 2

شكل (4-7) درصد زدایش در دانسیته جریان و غلظت‌های مختلف الکترولیت پشتیبان……. 2

شكل (4-8) درصد زدایش در دانسیته جریان و فاصله‌های مختلف بین الکترودها………………. 2

شكل (4-9) درصد زدایش در غلظت و فاصله‌های مختلف بین الکترودها…………………………….. 2

شكل (4-10) درصد زدایش در pH و  دانسیته جریان‌های مختلف……………………………………… 2

شكل (4-11) روند تغییرات غلظت فنل با زمان در شرایط بهینه…………………………………………. 2

شكل (4-12) روند تغییرات دما با زمان در شرایط بهینه………………………………………………………. 2

شكل (4-13) روند تغییرات ولتاژ سیستم با زمان در شرایط بهینه………………………………………. 2

شكل(4-14) محلول الکترولیتی پس از انجام آزمایش در شرایط بهینه با دانسیته جریان 178/0 آمپر بر سانتی­متر مربع       2

شكل (4-15) محلول الکترولیتی پس از انجام آزمایش در شرایط بهینه با دانسیته جریان 125/0 آمپر بر سانتی­متر مربع      2

شكل (4-16) تاثیر میزان غلظت اولیه فنل بر بازده فرآیند…………………………………………………… 2

شكل (4-17) نمودار تاثیر نوع الکترولیت روی بازده فرآیند………………………………………………….. 2

فهرست جداول

جدول (2-1) خواص فیزیکی و شیمیایی فنل………………………………………………………………………….. 2

جدول (3-1) سطوح مختلف عوامل مورد بررسی در آزمایش­ها………………………………………………. 2

جدول (3-2) آرایه استاندارد L₉ برای طراحی آزمایش­ها……………………………………………………….. 2

جدول (4-1) نتایج مربوط به زدایش فنل از پساب…………………………………………………………………. 2

جدول (4-2) نرخ‌های S/N اصلی برای هر سطح از پارامترها………………………………………………… 2

جدول (4-3) سطوح بهینه مربوط به هر پارامتر………………………………………………………………………. 2

جدول (4-4) ANOVA تهیه شده توسط نرم افزار Winrobust………………………………………….. 50

جدول (4-5) سهم هر پارامتر……………………………………………………………………………………………………. 2

جدول (4-6) میزان انحراف معیار……………………………………………………………………………………………… 2

جدول (4-7) میزان انرژی واحد برای زدایش COD……………………………………………………………..  2

جدول(4-8) میزان انرژی مصرف شده برای انجام فرآیند توسط تحقیقات مختلف……...………….59

– مقدمه

ضایعات آب مشکلی جدی در سطح جهان است. دسترسی به آب سالم و تمیز برای تأمین نیازهای انسانی مختلف، در دهه­های آینده یک چالش مهم محسوب می­شود. انجمن حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا برآورد کرده است که تقریباً یک سوم جریان آب جهان به طور مشخص آلوده است و اصل حفظ کیفیت آب برهم زده شده است. بنابراین چه برای مصارف آشامیدنی و چه برای مصارف صنعتی معمولاً آب طبیعی احتیاج به تصفیه دارد .پساب­های صنعتی با توجه به منشاء آلودگی می­توانند شامل انواع آلودگی باشند. نظیر پساب­های روغنی، پساب­های حاوی مواد آلی، پساب­های حاوی رنگ و … . با شناخت نوع آلودگی می­توان روش زدایش آنها را بررسی کرد.

ترکیبات مقاوم در برابر تجزیه زیستی در فاضلاب­های صنعتی علاوه بر سمیت می­توانند موجب طعم و بوی بد آب شوند. آنها به طور کامل توسط تصفیه بیولوژیک خارج نمی­شوند به طوریکه آب­های آلوده با این ترکیبات توسط تصفیه شیمیایی، تحت فرآیند تصفیه قرار می­گیرند.

روش­های متداول تصفیه پساب به چهار دسته زیر تقسیم می­شوند:

1. روش­های زیستی
2. روش­های اکسایش شیمیایی
3. روش­های اکسایش فیزیکی- شیمیایی
4. روش­های الکتروشیمیایی

در سال­های اخیر، توجه به تکنولوژی الکتروشیمیایی برای تصفیه پساب­ها افزایش یافته است. مزیت کاربرد روش­های الکتروشیمیایی نسبت به سایر روش­ها شامل سازش­پذیری زیست­محیطی،  استفاده از تجهیزات ساده، سرعت بالای انجام فرآیند و … می­شود. این روش تصفیه به عنوان یک تکنیک بسیار نوید­بخش برای تصفیه آب­های زیرزمینی آلوده، آب­های سطحی و فاضلاب­های شامل آلودگی­های آلی غیرزیست­تخریب­پذیر مطرح شده است. امروزه تکنولوژی­های الکتروشیمیایی به موقعیتی رسیده­اند که نه تنها با تکنولوژی­های دیگر از نظر قیمت قابل رقابت هستند بلکه مؤثرتر نیز هستند. برای موقعیت­های زیادی ناگزیر به استفاده از تکنولوژی­های الکتروشیمیایی برای تصفیه فاضلاب­های دارای آلاینده­های مقاوم[1] هستیم.

فنل یک آلاینده آلی مقاوم در برابر تجزیه زیستی است که موجب سمی شدن منابع آبی می­شود. این ترکیب یکی از مواد پر­مصرف در پالایشگاه­های نفت، پتروشیمی، نساجی، دارویی و … می­باشد که از طریق دفع غیر بهداشتی پساب این صنایع منجر به آلودگی محیط زیست می­گردد. این اسید ضعیف سمی، حتی در غلظت­های پایین منجر به ایجاد مزه و بوی ناخوشایند می­شود. پساب­های فنلی در مقابل تجزیه بیولوژیکی بسیار مقاوم هستند. این پساب­ها به عنوان یک خطر جدی برای سلامتی بشریت به حساب می­آیند چون سمیت بالایی دارند. سمیت و بوی بد فنل­ها مجوز تصفیه آنها قبل از تخلیه در محیط زیست است. برای زدایش فنل از پساب­های صنعتی تاکنون از
روش­های متفاوتی استفاده شده است. در سال­های اخیر استفاده از روش اکسایش الکتروشیمیایی برای زدایش فنل به طور گسترده مورد بررسی و توجه قرار گرفته است. در این روش، اکسایش ترکیبات فنلی مرهون تولید رادیکال­های هیدروکسیل روی سطح الکترودها است. با توجه به بررسی­های مختلف این نتیجه بدست آمده است که جنس الکترود در میزان زدایش ترکیبات فنلی تأثیر بسزایی دارد.

در این تحقیق از روش اکسایش الکتروشیمیایی در زدایش فنل از یک پساب سنتزی استفاده شد. پارامترهای مختلفی بر میزان بازده این روش مؤثرند. در این پروژه، سهم هر پارامتر روی میزان بازده زدایش فنل تعیین گردید. در آزمایشات مورد بررسی، تأثیر پارامترهای عملیاتی شامل pH، غلظت الکترولیت پشتیبان، دانسیته جریان و فاصله بین الکترودها مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به طراحی آزمایش­ها توسط روش تاگوچی، امکان اندازه­گیری سهم هر پارامتر و بررسی میزان اهمیت آنها توسط ابزار قدرتمند تحلیل واریانس[2] و روش سیگنال به نویز [3](S/N) تعیین گردید.

به کمک دو روش فوق­الذکر که در تجزیه و تحلیل آرایه­های متعامد بکار برده می­شود بهینه شرایط زدایش فنل توسط روش اکسایش الکتروشیمیایی و سهم هر پارامتر توسط نرم افزار Winrobust بدست آمد.

در این پژوهش، آند پلاتین برای انجام آزمایشات مورد استفاده قرار گرفت و برای نخستین بار از روش تاگوچی به منظور طراحی آزمایش و بهینه­سازی شرایط عملیاتی برای دستیابی به بیشینه كارایی روش اكسایش الكتروشیمیایی در تصفیه پساب­های فنلی، استفاده شده است.

این گزارش مشتمل بر 5 فصل می­باشد.

در فصل اول مقدمه­ای در خصوص اهمیت روش­های تصفیه الکتروشیمیایی و خلاصه­ای از نحوه اجرای پروژه بیان گردید. در فصل دوم، بررسی روش­های اکسایش الکتروشیمیایی و مروری بر یافته­های دیگر محققان صورت گرفته است. در فصل سوم روش تاگوچی به عنوان نوعی از طراحی آزمایش­ها و روند انجام آزمایش­ها ارائه می­گردد. در فصل چهارم نتایج آزمایشگاهی با استفاده از تحلیل واریانس مورد ارزیابی واقع شده و سهم هر پارامتر در زدایش فنل تعیین گردیده است. و نهایتاً در فصل آخر پیشنهاداتی برای افزایش کارایی روش اکسایش الکتروشیمیایی ارائه شده است

تعداد صفحه : 96

قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***