بررسي آزمايشگاهي و مدل‌سازي سينتيك جذب آسفالتين بر روي نانوذره اكسيد آهن سنتز شده

An Experimental Investigation and Modeling of Asphaltene Adsorption Kinetics on Synthesized Iron Oxide Nanoparticles

تكنولوژی نانو در بسیاری از علوم از اهمیت و جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. در علم مهندسی به دلیل نگاه كاربردی به مسائل، نانومواد كاربرد بسیار وسیعی پیدا كرده است. در این كار، ابتدا نانوذره اكسید آهن به نام مگمایت سنتز شد، سپس این نانوذره جهت جذب آسفالتین از محلول تهیه شده آسفالتین- تولوئن مورد استفاده قرار گرفت. به كمك داده‌های آزمایشگاهی رفتار سینتیكی جذب آسفالتین بر روی نانوذرات مگمایت مدل‌سازی شد. برای سنتز نانوذرات مگمایت، روش هم‌رسوبی فریك و فروس كه یك روش آسان و كم هزینه است انتخاب گردید. ساختار كریستالی و مورفولوژی نانوذرات سنتز شده به كمك الگوی پراش اشعه X ا(XRD)، تصویر میكروسكوپ الكترونی (SEM) و طیف FT-IR مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.  نتایج حاصل از آنالیزهای مذكور نشان داد كه نانوذرات سنتز شده، از نوع نانوذرات مگمایت و دارای ساختار كریستالی با قطر كمتر از nm 50 می‌باشد. در تحقیق حاضر، نانوذرات مگمایت برای اولین بار در فرآیند جذب آسفالتین مورد استفاده قرار گرفت. بررسی نتایج حاصل از سینتیك جذب مولكول‌های آسفالتین بر روی این نانوذرات نشان داد كه در مدت زمان كمتر از دو ساعت فرآیند جذب به تعادل می‌رسد. برای تعیین مكانیسم سینتیكی این فرآیند، داده‌های تجربی با مدل لاگرگرن شبه مرتبه یك و دو تطبیق داده شد كه نتایج حاكی از تطابق خوب داده‌های آزمایشگاهی با مدل لاگرگرن شبه مرتبه دو داشت.  

Nanotechnology is of significant importance in many scientific fields. In view of engineering problems, nanomaterials have found wide practical applications. In this work, iron oxide nanoparticles called maghemite (γ-Fe2O3) were synthesized. The synthesized nanoparticles were used to adsorb asphaltene from prepared asphaltene-toluene solutions. Asphaltene adsorption kinetic behavior was modeled using experimental data. For the synthesis of maghemite nanoparticles, the co-precipitation of ferric and ferrous ions method as a simple and inexpensive method was selected. The crystalline structure and morphology of synthesized maghemite was investigated using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) respectively. The nanoparticles were also characterized by using FT-IR spectrum. The results of these analyses showed that the γ-Fe2O3 nanoparticles had a crystalline structure with a size smaller than 50 nm and were spherical in shape. The maghemite nanoparticles were used for the adsorption of asphaltenes. The results obtained from adsorption kinetics analysis showed that asphaltene was rapidly adsorbed onto γ-Fe2O3 nanoparticles, and equilibrium was achieved in less than 2 hrs. The Lagergren pseudo-first-order and the pseudo-second-order models were employed for determination of the adsorption kinetics. It was found that the kinetic results were in good agreement with the pseudo-second-order model ش