Title of article :
Generation Process and Performance Evaluation of Engineered Microsphere Agarose Adsorbent for Application in Fluidized-bed Systems
Author/Authors :
Mofidian, R Department of Chemical Engineering - Faculty of Engineering - Arak University, Arak, Iran , Barati, A Department of Chemical Engineering - Faculty of Engineering - Arak University, Arak, Iran , Jahanshahi, M Nanotechnology Research Institute - Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran , Shahavi, M.H Faculty of Engineering Modern Technologies - Amol University of Special Modern Technologies (AUSMT), Amol, Iran
Abstract :
In this research, the generation process of engineered microsphere agarose adsorbent has been explained that has surfaces with different active sites to adsorb protein nanoparticles into the fluidized-bed system. Also, excellent selectivity of protein nanoparticles, high adsorption capacity, and fast equilibrium rate through the eco-friendly polymeric adsorbents were vital aims in here. Hence, agarose as a cheap, and abundant natural polymer, with a ferromagnetic condenser, and dye-ligand adsorbents, were employed to generate the engineered microsphere agarose adsorbent. Then, the performance of produced adsorbents was evaluated in the batch and fluidized-bed system. Scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and optical microscope were used. Results showed the shape of adsorbents is spherical, with the size distribution range of 50-250 μm, the porosity of around 90%, and the wet density of 2.6 g/mL. Then, to compare the performance of the engineered adsorbents in a fluidized-bed system, the dye ligand was immobilized on the Streamline™. The obtained results were compared at the same conditions. In batch adsorption tests, the results of lactoferrin nanoparticle adsorption were shown higher dynamic binding capacity with engineered microsphere agarose adsorbents. Also, the results demonstrated that more than 75% of the adsorption process occurred in the first half-hour, which is a very suitable time for a fluidized-bed system. Also, adsorption equilibrium data were evaluated with isothermal adsorption models, and Langmuir’s model suits the data, and the maximum of adsorption was close to 45.3 mg/mL adsorbent. The fluidized-bed adsorption tests showed that engineered adsorbents gained a sound breakthrough performance at high flow velocity and upper dynamic binding capacity compared to commercial adsorbents. The dynamic binding capacity at 10% breakthrough achieved 71% of the flooded adsorption process at the major fluid velocity of 348 cm/h, so the engineered adsorbent has been proved the good potential for use in high flow rate fluidized-bed systems.
Farsi abstract :
در اين تحقيق، فرآيند توليد جاذب ميكروكره آگارزي مهندسي شده كه داراي سطوح با سايت هاي فعال مختلف جهت جذب نانو ذرات پروتئين در سيستم بستر سيال است شرح داده شده است. همچنين ، انتخاب عالي نانو ذرات پروتئيني ، ظرفيت جذب بالا و سرعت تعادل سريع از طريق جاذب هاي پليمري سازگار با محيط زيست از اهداف مهم در اينجا بود. از اين رو ، آگارز به عنوان يك پليمر طبيعي ارزان و فراوان ، با يك ماده چگال فرو مغناطيسي به همراه مولكول هاي رنگي به عنوان عامل جذب كننده، براي توليد جاذب ميكروكره آگارزي مهندسي شده به كار گرفته شد. سپس عملكرد جاذب هاي توليد شده در سيستم ناپيوسته و بستر سيال مورد بررسي قرار گرفت. ميكروسكوپ الكتروني رويشي، ميكروسكوپ نيروي اتمي و ميكروسكوپ نوري مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج نشان داد شكل جاذبها كروي هستند و دامنه توزيع آن 50 تا 250 ميكرومتر ، تخلخل حدود 90٪
و چگالي مرطوب 2/6 گرم در ميلي ليتر است. سپس، براي مقايسه بهتر عملكرد جاذب هاي مهندسي شده در يك سيستم بستر سيال، ليگاند رنگي بر روي جاذب تجاري استريم لاين تثبيت شد و در شرايط يكسان مورد بررسي و مقايسه قرار گرفت. در جذب ناپيوسته، نتايج جذب نانوذره پروتئيني لاكتوفرين نشان از ظرفيت اتصال ديناميكي بالاتر جاذب ميكروكره آگارز مهندسي شده داشت. همچنين، نتايج نشان داد كه 75/ فرآيند جذب در نيم ساعت اول اتفاق مي افتد كه براي جذب نانو ذرات پروتئيني در سيستم بستر سيال بسيار مناسب است. همچنين ، داده هاي تعادل جذب با مدل هاي جذب ايزوترمال ارزيابي شدند و مدل لانگمير داده ها را بهتر توصيف مي نمايد و حداكثر جذب نزديك به 3/45
ميلي گرم در ميلي ليتر جاذب بود. تست هاي جذب بستر سيال نشان داد كه جاذب هاي مهندسي شده در سرعت جريان بالاي خوراك ورودي
نيز ظرفيت اتصال ديناميكي بالايي در مقايسه با جاذب هاي تجاري با سرعت جريان مشابه دارند. همچنين، نتايج بررسي منحني هاي رخنه در سرعت جريان بالا 368 سانتي متر بر ساعت خوراك ورودي حدود 71 درصد محاسبه شد، بنابراين جاذب مهندسي شده پتانسيل خوبي براي استفاده در سيستم هاي بستر سيال با سرعت بالا را نشان داده است.
Keywords :
Adsorbent , Agarose , Engineered Microsphere , Fluidized-bed , Streamline™
Journal title :
International Journal of Engineering