بررسی دینامیک جذب زیستی اورانیم (VI) در ستون بستر ثابت: محاسبه مقاومت های انتقال جرمی و شناسایی مرحله کنترل کننده فرآیند

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس/ پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

2 عضو هیات علمی/ پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

چکیده

در تحقیق حاضر، مقاومت‌های انتقال جرمی مراحل مختلف جذب‌زیستی اورانیم توسط جاذب‌زیستی Pseudomonas putida @ Chitosan درون ستون بستر ثابت محاسبه شد. تشریح پارامترهای دینامیکی در قالب اعداد بدون بعد نشان داد که، عدد بایوت در تمامی آزمایش‌ها بزرگتر از 30 می‌باشد که تاییدکننده نرخ بالای انتقال جرم از فیلم مایع در مقایسه با نفوذ درون ذره‌ای می‌باشد. افزایش نیروی محرکه انتقال جرم در عرض فیلم مایع از طریق افزایش در غلظت خوراک و کاهش ضخامت فیلم مایع از طریق کاهش اندازه جاذب موجب کاهش مقاومت انتقال جرم فیلم مایع شد. همچنین افزایش ارتفاع بستر و کاهش اندازه جاذب موجب افزایش عدد پکلت شد که به‌معنی کوتاه شدن ضخامت ناحیه انتقال جرمی درون ستون و کاهش مقاومت پراکندگی محوری می‌باشد. ساختار جاذب‌زیستی باعث شد تا شار نفوذ حفره‌ای در مقایسه با شار نفوذ سطحی قابل صرف‌نظر باشد و عملاً مکانیسم نفوذ درون ذره‌ای از نوع نفوذ سطحی باشد. نتایج ثابت کرد که مقاومت نفوذ درون ذره‌ای در تمامی آزمایش‌ها چندین برابر مقاومت فیلم مایع و مقاومت پراکندگی محوری بوده و مرحله‌ کنترل‌کننده فرآیند می‌باشد. به دلیل تاثیرپذیری کم نفوذ درون ذره‌ای از تغییر شرایط عملیاتی، راندمان ستون تنها با زمان ماند فرآیند و در محدوده 00/0% تا 00/53% تغییر کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of U(VI) biosorption dynamic in fixed bed column: calculation of mass transfer resistances and identification of rate-controlling step

نویسندگان [English]

  • Hozhabr Sohbatzadeh 1
  • Alireza Keshtkar 2
  • Jaber Safdari 2
1 NSTRI
2 NSTRI
چکیده [English]

In the current research, mass transfer resistances of various steps of uranium biosorption using Pseudomonas putida @ Chitosan biosorbent in a fixed bed column was calculated. Description of process dynamic parameters using dimensionless numbers showed that the Biot number was greater than 30 in all experiments which confirmed the high mass transfer rate of the liquid film in comparison with intraparticle diffusion. Increase in the mass transfer driving force across the liquid film via enhancement in the inlet concentration along with a decrease in the liquid film thickness through a reduction in the sorbent particle size caused a decline in the mass transfer resistance of the liquid film. Furthermore, the Peclet number was found to increase with increasing the bed height and decreasing the sorbent particle size which indicates a shortening in the mass transfer region thickness and decreasing in the axial dispersion resistance. The biosorbent structure caused the pore diffusion flux to be negligible in comparison to surface diffusion flux and surface diffusion was the dominant intraparticle diffusion mechanism. The obtained results showed that intraparticle diffusion resistances were several times greater than liquid film resistances and axial dispersion resistances in all experiments and were the rate-controlling step. Since the change in operational conditions has little effect on the intraparticle diffusion, the column efficiency was only proportional to the process residence time and varied from 0.00% to 53.00%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dynamic
  • U(VI) Biosorption
  • Fixed Bed Column
  • Mass Transfer Resistance
  • Rate-Controlling Step