بررسی دینامیک جذب‌زیستی اورانیم (Vi) در ستون بستر ثابت: محاسبه مقاومت‌های انتقال جرمی و شناسایی مرحله کنترل‌کننده فرایند

در پژوهش حاضر، مقاومت‌ های انتقال جرمی مراحل مختلف جذب زیستی اورانیم توسط جاذب زیستی pseudomonas putida @ chitosan درون ستون بستر ثابت محاسبه شد. تشریح پارامترهای دینامیکی در قالب اعداد بدون بعد نشان داد که عدد بایوت در تمامی آزمایش‌ ها بزرگ ‌تر از 30 است که تاییدکننده نرخ بالای انتقال جرم از فیلم مایع در مقایسه با نفوذ درون ذره ای می‌ باشد. 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. هم‌ چنین افزایش ارتفاع بستر و کاهش اندازه جاذب موجب افزایش عدد پکلت شد که به معنی کوتاه شدن ضخامت ناحیه انتقال جرمی درون ستون و کاهش مقاومت پراکندگی محوری می‌ باشد. ساختار جاذب زیستی باعث شد تا شار نفوذ حفره ای در مقایسه با شار نفوذ سطحی قابل صرف نظر کردن باشد و عملاً فرایند نفوذ درون ذره ای از نوع نفوذ سطحی باشد. نتایج ثابت کرد که مقاومت نفوذ درون ذره ای در تمامی آزمایش‌ ها چندین برابر مقاومت فیلم مایع و مقاومت پراکندگی محوری بوده و مرحله کنترل کننده فرایند می‌ باشد. به دلیل تاثیرپذیری کم نفوذ درون ذره ای از تغییر شرایط عملیاتی، بازدهی ستون تنها با زمان ماند فرایند و در محدوده صفر تا 53.00 % تغییر کرد.

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

In the present research, mass transfer resistances of various steps of uranium biosorption using Pseudomonas putida @ Chitosan biosorbent in a fixed bed column were calculated. The description process dynamic parameters using dimensionless numbers showed that the Biot number was greater than 30 in all experiments which confirms the high mass transfer rate of the liquid film in comparison with intraparticle diffusion. Increment of 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 be increased with increment of the bed height and decrement of the sorbent particle size which indicates a shortening in the mass transfer region thickness and reduction in the axial dispersion resistance. The biosorbent structure caused the pore diffusion flux to be negligible in comparison with the surface diffusion flux. The 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 also were the ratecontrolling step. Since the change in operational conditions has a small effect on the intraparticle diffusion, the column efficiency was only proportional to the process residence time, varying between 0.00% to 53.00%.