استحصال، مشخصه‌يابي و ارزيابي عملكرد نانوجاذب‌هاي بر پايه‌ي اكسيد آلومينيوم از دراس ثانويه‌ي آلومينيوم

دكتراي تخصصي

ساليانه بيش از يك ميليون تن دراس ثانويه‌ي آلومينيوم توسط صنعت ذوب آلومينيوم در جهان توليد مي‌شود. دفع و بازيافت اين مقدار دراس ثانويه‌ي آلومينيوم به‌عنوان يك پسماند خطرناك صنعتي، يك مسئله‌ي جهاني است، طوري كه يافتن راه‌كارهاي بازيافت مناسب ضروري است. هدف اين تحقيق يافتن يك فرآيند مناسب براي استحصال اكسيد آلومينيوم از دراس ثانويه آلومينيوم بوده است. بنابراين در ابتدا، براي حصول يك درك دقيق از رفتار انحلال اين پسماند در اسيد، سينتيك انحلال دراس در اسيد كلريدريك مورد بررسي قرار گرفت. مدل‌سازي سينتيكي نشان داد كه انحلال دراس در اسيد تحت كنترل نفوذ اسيد به ذرات جامد دراس است. انرژي فعال‌سازي واكنش‌هاي انحلال اسيدي برابر با kJ/mol 5/10 به‌دست آمد. در ادامه، اكسيد آلومينيوم از طريق يك فرآيند مبتني بر متالورژي تر استحصال شد. فرآيند استحصال، يك فرآيند پنج مرحله‌اي شامل فروشويي اسيدي، ترسيب بازي، انحلال مجدد، ترسيب مجدد و تكليس بود. مطالعه‌ي تاثير پارامترهاي مختلف بر بازده‌ي استحصال اكسيد آلومينيوم از طريق اتخاذ روش "يك متغير در يك زمان" نشان داد كه دماي فروشويي °C 85، مدت زمان فروشويي 120 دقيقه، غلظت اسيد M 5، نسبت اسيد به دراس ثانويه ml/g 20 و اندازه ذرات µm 38 تا µm 75 منجر به بازده‌ي استحصال 83% مي‌شود. ميزان انحراف استاندارد مقادير درصد استحصال اندازه‌گيري‌شده كم‌تر از 5/5% بود. آناليز طيف‌سنجي فلورسانس اشعه ايكس نشان داد كه اكسيد آلومينيومِ استحصال‌شده داراي خلوص بيش از 97% است. آناليز پراش‌سنجي اشعه ايكس آشكار كرد كه اكسيد آلومينيوم حاوي فازهاي شبه‌پايدار γ ،κ و θ با اندازه‌ي بلور متوسط nm 7/106 است. آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني نشان داد كه اكسيد آلومينيوم داراي ريخت‌شناسي به‌صورت ذرات گوشه‌گرد است كه برخي ذرات داراي اندازه‌اي بيش از nm 600 مي‌باشند. مطالعه‌ي تاثير pH ترسيب و مدت زمان پيرسازي به‌عنوان مهم‌ترين عوامل تاثيرگذار بر ساختار ژل هيدروكسيد آلومينيومِ استحصال‌شده از دراس ثانويه آلومينيوم نشان داد كه حصول فاز گاماي اكسيد آلومينيوم با مساحت سطح ويژه‌ي حدود m2/g 137 و حجم تخلخل cm3/g 3/0 امكان‌پذير است. در قدم بعدي، هيدروكسيد دوتايي لايه‌اي Mg-Al-CO3 به‌عنوان يكي ديگر از جاذب‌هاي نانوساختار از دراس ثانويه‌ي آلومينيوم سنتز شد. آناليزهاي مشخصه‌يابي نشان داد كه هيدروكسيد دوتايي لايه‌اي سنتز شده داراي ضخامت بين لايهاي Å 1/3، مساحت سطح ويژه‌ي m2/g 122 و حجم حفرات cm3/g 46/0 است. در فاز دوم تحقيق، از گاما-اكسيد آلومينيوم و هيدروكسيد دوتايي لايه‌اي به‌دست‌آمده به ترتيب براي جذب سطحي فلوريد و نيترات از محلول آبي استفاده شد. نتايج نشان داد كه مقدار فلوريد جذب‌شده توسط گاما-اكسيد آلومينيوم در شرايط دماي اتاق، مقدار جاذب g/l 1، 4=pH و غلظت اوليه‌ي فلوريد mg/l 20، معادل با mg/g 5/16 است. ميزان انحراف استاندارد داده‌هاي جذب فلوريد اندازه‌گيري‌شده كم‌تر از 6/5 درصد بود. جذب فلوريد از طريق جذب شيميايي رخ مي‌دهد و آنيون‌هاي كربنات و فسفات بيش‌ترين تداخل را در جذب فلوريد داشتند. همچنين نتايج جذب سطحي نيترات توسط هيدروكسيد دوتايي لايه‌اي نشان داد كه جذب نيترات از طريق سازوكارهاي جذب شيميايي و نفوذ رخ مي‌دهد. مقدار نيترات جذب‌شده توسط هيدروكسيد دوتايي لايه‌اي در شرايط دماي اتاق، مقدار جاذب g/l 1، غلظت اوليه‌ي نيترات mg/l 100 و 6=pH معادل با mg/g 6/65 است. ميزان انحراف استاندارد داده‌هاي جذب اندازه‌گيري‌شده كم‌تر از 9/5% بود. آنيون‌هاي فلوريد و فسفات بيش‌ترين تداخل را در جذب نيترات داشتند. مقايسه نتايج با جاذب‌هاي تجاري متداول مانند رزين پرولايت نشان داد كه هيدروكسيد دوتايي لايه‌اي Mg-Al-CO3 داراي ظرفيت جذب نيترات بيش‌تري است.

196226

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر علي اله وردي