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
(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 شده اند. تکنولوژیها و فرایندهای متعددی برای تصفیه پسابهای صنعتی توسعه یافته است. به دلیل هزینه سرمایه گذاری 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 می تواند 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 شده اند. 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 فرایند بررسی شود. دیده شد تحت شرایط یکسان با افزایش غلظت فنل، بازده فرایند به شکل محسوسی کاهش مییابد. در نهایت 3 آزمایش در همان شرایط بهینه اما با الکترولیتهای پشتیبان متفاوت انجام گرفت تا مقایسه ای بین عملکرد این چند الکترولیت انجام پذیرد. این نتیجه حاصل شد که با سیستم آزمایشی این مطالعه، نمک سولفات سدیم می تواند به عنوان موثرترین الکترولیت پشتیبان در فرایند 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 فرایند تصفیه…………………………………………………….. 2
2-9- مکانیسم کلی اکسایش الکتروشیمیایی فنل توسط الکترودهای مختلف………………… 2
2-10- انتخاب الکترولیت پشتیبان مناسب برای انجام فرایند 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 فرایند………………………………………………………………………….. 2
3-4-2- روش انجام آزمایشها………………………………………………………………………………………… 2
3-5- طراحی آزمایش با روش تاگوچی……………………………………………………………………………….. 2
فصل 4: نتایج و تفسیر آن ها 2
4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2
4-2- تاثیر پارامترهای موردنظر بر سیستم…………………………………………………………………………. 2
4-2-1- تاثیر پارامترpH بر بازده فرایند………………………………………………………………………. 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 فرایند………………………………………………… 2
4-7- بررسی تاثیر نوع الکترولیت پشتیبان بر بازده فرایند……………………………………………….. 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 فرایند…………………………………………………… 2
شكل (4-17) نمودار تاثیر نوع الکترولیت روی بازده فرایند………………………………………………….. 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 فرایند 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 می شود. 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 فرایند تصفیه قرار میگیرند.
روشهای متداول تصفیه پساب به چهار دسته زیر تقسیم میشوند:
- روشهای زیستی
- روشهای اکسایش شیمیایی
- روشهای اکسایش فیزیکی- شیمیایی
- 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 فرایند و … می شود. 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 رسیده اند 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 می شود. 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 می شود. 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 اندازه گیری 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 می شود 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 یافته های 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 بهره گرفتن 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 :14700 تومان
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 : * serderehi@gmail.com
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.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید