دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

مهندس مصطفی مهین‌روستا ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی، شنبه سیزدهم اردیبهشت ماه 1399، از رساله خود با عنوان «استحصال، مشخصه‌یابی و ارزیابی عملکرد نانوجاذب‌های بر پایه‌ی اکسید آلومینیوم از دراس ثانویه‌ی آلومینیوم»  با راهنمایی دکتر علی اله‌وردی دفاع خواهد نمود.

چکیده
سالیانه بیش از یک میلیون تن دراس ثانویه‌ی آلومینیوم توسط صنعت ذوب آلومینیوم در جهان تولید می‌شود. دفع و بازیافت این مقدار دراس ثانویه‌ی آلومینیوم به‌عنوان یک پسماند خطرناک صنعتی، یک مسئله‌ی جهانی است، طوری که یافتن راه‌کارهای بازیافت مناسب ضروری است. هدف این تحقیق یافتن یک فرآیند مناسب برای استحصال اکسید آلومینیوم از دراس ثانویه آلومینیوم بوده است. بنابراین در ابتدا، برای حصول یک درک دقیق از رفتار انحلال این پسماند در اسید، سینتیک انحلال دراس در اسید کلریدریک مورد بررسی قرار گرفت. مدل‌سازی سینتیکی نشان داد که انحلال دراس در اسید تحت کنترل نفوذ اسید به ذرات جامد دراس است. انرژی فعال‌سازی واکنش‌های انحلال اسیدی برابر با kJ/mol 5/10 به‌دست آمد. در ادامه، اکسید آلومینیوم از طریق یک فرآیند مبتنی بر متالورژی تر استحصال شد. فرآیند استحصال، یک فرآیند پنج مرحله‌ای شامل فروشویی اسیدی، ترسیب بازی، انحلال مجدد، ترسیب مجدد و تکلیس بود. مطالعه‌ی تاثیر پارامترهای مختلف بر بازده‌ی استحصال اکسید آلومینیوم از طریق اتخاذ روش "یک متغیر در یک زمان" نشان داد که دمای فروشویی °C 85، مدت زمان فروشویی 120 دقیقه، غلظت اسید M 5، نسبت اسید به دراس ثانویه ml/g 20 و اندازه ذرات µm 38 تا µm 75 منجر به بازده‌ی استحصال 83% می‌شود. میزان انحراف استاندارد مقادیر درصد استحصال اندازه‌گیری‌شده کم‌تر از 5/5% بود. آنالیز طیف‌سنجی فلورسانس اشعه ایکس نشان داد که اکسید آلومینیومِ استحصال‌شده دارای خلوص بیش از 97% است. آنالیز پراش‌سنجی اشعه ایکس آشکار کرد که اکسید آلومینیوم حاوی فازهای شبه‌پایدار γ ،κ و θ با اندازه‌ی بلور متوسط nm 7/106 است. آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی نشان داد که اکسید آلومینیوم دارای ریخت‌شناسی به‌صورت ذرات گوشه‌گرد است که برخی ذرات دارای اندازه‌ای بیش از nm 600 می‌باشند. مطالعه‌ی تاثیر pH ترسیب و مدت زمان پیرسازی به‌عنوان مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار بر ساختار ژل هیدروکسید آلومینیومِ استحصال‌شده از دراس ثانویه آلومینیوم نشان داد که حصول فاز گامای اکسید آلومینیوم با مساحت سطح ویژه‌ی حدود m2/g 137 و حجم تخلخل cm3/g 3/0 امکان‌پذیر است. در قدم بعدی، هیدروکسید دوتایی لایه‌ای Mg-Al-CO3 به‌عنوان یکی دیگر از جاذب‌های نانوساختار از دراس ثانویه‌ی آلومینیوم سنتز شد. آنالیزهای مشخصه‌یابی نشان داد که هیدروکسید دوتایی لایه‌ای سنتز شده دارای ضخامت بین لایه‌ای Å 1/3، مساحت سطح ویژه‌ی m2/g 122 و حجم حفرات cm3/g 46/0 است. در فاز دوم تحقیق، از گاما-اکسید آلومینیوم و هیدروکسید دوتایی لایه‌ای به‌دست‌آمده به ترتیب برای جذب سطحی فلورید و نیترات از محلول آبی استفاده شد. نتایج نشان داد که مقدار فلورید جذب‌شده توسط گاما-اکسید آلومینیوم در شرایط دمای اتاق، مقدار جاذب g/l 1، 4=pH و غلظت اولیه‌ی فلورید ppm 20، معادل با mg/g 5/16 است. میزان انحراف استاندارد داده‌های جذب فلورید اندازه‌گیری‌شده کم‌تر از 6/5 درصد بود. جذب فلورید از طریق جذب شیمیایی رخ می‌دهد و آنیون‌های کربنات و فسفات بیش‌ترین تداخل را در جذب فلورید داشتند. همچنین نتایج جذب سطحی نیترات توسط هیدروکسید دوتایی لایه‌ای نشان داد که جذب نیترات از طریق سازوکارهای جذب شیمیایی و نفوذ رخ می‌دهد. مقدار نیترات جذب‌شده توسط هیدروکسید دوتایی لایه‌ای در شرایط دمای اتاق، مقدار جاذب g/l 1، غلظت اولیه‌ی نیترات ppm 100 و 6=pH معادل با mg/g 6/65 است. میزان انحراف استاندارد داده‌های جذب اندازه‌گیری‌شده کم‌تر از 9/5% بود. آنیون‌های فلورید و فسفات بیش‌ترین تداخل را در جذب نیترات داشتند. مقایسه نتایج با جاذب‌های تجاری متداول مانند رزین پرولایت نشان داد که هیدروکسید دوتایی لایه‌ای Mg-Al-CO3 دارای ظرفیت جذب نیترات بیش‌تری است.