1-1-4-            پارامترهای مؤثر بر جذب.. 13
1-1-5-            جاذب ها 16
1-1-6-            روشهای احیای جاذب.. 18
1-1-7-            تعادل : منحنی هم دمای جذب.. 18
1-1-8-            ایزوترم های جذب سطحی.. 21
1-2-           بخش دوم: بررسی ویژگی اورانیوم. 27
1-2-1-    اورانیوم. 27
1-2-2-                     کاربردهای فلز اورانیوم. 28
1-2-3-            تولید و توزیع. 29
1-2-4-    هشدارها 29
1-2-5-        هگزافلوراید اورانیوم. 30
1-2-6-            روش های تولید انرژی هسته ای.. 31
1-2-7-        غنی سازی.. 31
1-2-8- غنی سازی با دستگاه سانتریفیوژ 33
1-2-9- غنی سازی اورانیوم از طریق میدان مغناطیسی بسیار قوی.. 33
1-2-10-            تله شیمیایی.. 34
1-2-11- بررسی انواع جاذب مورد استفاده در سیستم غنی سازی اورانیوم. 35
1-2-12-      کربن فعال. 36
1-2-13-            فلورید سدیم. 41
1-3-           بخش سوم: بررسی جاذب های مورد استفاده در صنایع غنی سازی.. 42
1-3-1- جذب UF6 روی آلومینا و فلورید سدیم. 43
1-3-2-            سرعت واکنش… 44
1-3-3-            احیا و قابلیت های بازیافت.. 46
1-3-4- تاثیر دیگر اجزای خوراک گازی.. 46
1-3-5-            مطالعه افت فشار 47
1-3-6- نمودار شکست و مدل سازی آن. 47
2-…….. فصل دوم: 49
2-1-           بخش اول: مقدمه. 50
2-1-1-            اثر ناپذیرسازى.. 51
2-1-2-            آزمایش جذب استاتیک… 52
2-1-3-            نتایج تجربی.. 55
2-2-           بخش دوم: تغییرات فشار گاز UF6 نسبت به زمان در هنگام جذب سطحی.. 56
2-3-           بخش سوم:ایزوترم جذب UF6 توسط سدیم فلوراید. 62
2-4-           بخش چهارم:آزمایش های واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلوراید. 64
2-4-1-            واجذب: 65
2-4-2-            جذب: 66
2-4-3-            مراحل آزمایش: 67
2-5-           بخش پنجم: آزمایش های جذب و واجذب متوالی UF6 بر روی نانو جاذب سدیم فلوراید. 73
2-5-1-                          آزمایش اول جذب و واجذب.. 73
2-5-2-            آزمایش دوم جذب و واجذب.. 75
2-5-3-            آزمایش سوم جذب و واجذب.. 77
2-5-4-            آزمایش چهارم جذب و واجذب.. 79
2-5-5-            آزمایش پنجم جذب و واجذب.. 81
2-5-6-            نتایج آزمایشات جذب و واجذب متوالی.. 82
2-5-7-            جذب در دمای بالا: 83
3-…….. فصل سوم: 85
3-1-           نتایج جذب سطحی.. 86
3-2-           نتایج واجذب.. 87
4-…….. فصل چهارم: 89
4-1-           نتیجه گیری.. 90
4-2-           پیشنهادات.. 91
منابع و مآخذ: 92
پیوست الف : اورانیوم. 94
پیوست (ب) سدیم فلورید. 101
 
فهرست جدول ها
جدول ‏1‑1میزان جذب UF6 روی چهار جاذب در آزمایش شولتز 44
جدول ‏2‑1داده های جذب در فشار های اولیه مختلف.. 56
جدول ‏2‑2تغییرات گرم جذب شده به گرم جاذب با فشار تعادلی برای جذب UF6 بر روی نانوجاذب سدیم فلورید  62
جدول ‏2‑3داده های جذب برای شروع فرایند واجذب.. 66
جدول ‏2‑4در صد واجذب در دماهای مختلف.. 72
جدول ‏2‑5 در صد واجذب در دماهای مختلف.. 73
جدول ‏2‑6نتایج واجذب UF6 بر روی نانوجاذب سدیم فلورید. Error! Bookmark not defined.
جدول ‏2‑7داده های جذب برای سدیم فلورید. 74
جدول ‏2‑8داده های جذب برای سدیم فلوریدی که یکبار واجذب شده 76
جدول ‏2‑9داده های جذب برای سدیم فلوریدی که دوبار واجذب شده 78
جدول ‏2‑10 جذب برای سدیم فلوریدی که سه مرتبه واجذب شده 80
جدول ‏2‑11داده های جذب برای سدیم فلوریدی که چهار مرتبه واجذب شده 82
جدول ‏2‑12نتایج جذب و واجذب متوالی گاز UF6 بر روی نانوجاذب سدیم فلورید. 83
 
فهرست نمودارها
 نمودار ‏1‑1 )مقایسه تغییرات جذب هگزافلورید اورانیوم برای NaF و آلومینا H –151.. 45
 نمودار ‏2‑1)سامانه مورد استفاده جهت انجام آزمایشات جذب و دفع استاتیکی.. 53
نمودار ‏2‑2) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 14.03. 57
نمودار ‏2‑3) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 21.62. 57
نمودار ‏2‑4) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 28.70. 58
نمودار ‏2‑5) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 40.96. 58
نمودار ‏2‑6) تغییرات فشار برحسب زمان در فشار اولیه 53.68. 59
نمودار ‏2‑7) تغییرات فشار بر حسب زمان در فشارهای اولیه مختلف… 59
نمودار ‏2‑8) تغییرات درصد جذب بر حسب فشار اولیه. 60
نمودار ‏2‑9) تغییرات گرم جذب شده به گرم جاذب بر حسب فشار اولیه. 60
نمودار ‏2‑10) تیءوری لانگمویر و فرندلیچ.. 63
نمودار ‏2‑11) نمودار تجربی ایزوترم جذب سطحی UF6 بر روی سدیم فلوراید. 63
نمودار ‏2‑12) تغییرات فشار UF6 با زمان در دمای 100 درجه سانتی گراد. 68
نمودار ‏2‑13) تغییرات فشار UF6 با زمان در دمای 180 درجه سانتی گراد. 69
نمودار ‏2‑14) تغییرات فشار UF6 با زمان در دمای200 درجه سانتی گراد. 70
نمودار ‏2‑15) تغییرات فشار UF6 با زمان در   دمای250 درجه سانتی گراد. 71
نمودار ‏2‑16) تغییرات فشار UF6 با زمان در دماهای مختلف… 72
نمودار ‏2‑17) تغییرات فشار UF6 بر حسب زمان.. 74
نمودار ‏2‑18) تغییرات فشار بر حسب زمان در فرایند واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید. 75
نمودار ‏2‑19) تغییرات فشارUF6 برحسب زمان بر روی سدیم فلورایدی که یک مرتبه واجذب شده 76
نمودار ‏2‑20) تغییرات فشار بر حسب زمان در فرایند واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید در دمای 200 درجه سانتی گراد. 77
نمودار ‏2‑21) تغییرات فشار UF6 برحسب زمان بر روی سدیم فلوریدی که دوبار واجذب شده. 78
نمودار ‏2‑22) تغییرات فشار بر حسب زمان در فرایند واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید در دمای 200 درجه سانتی گراد. 79
نمودار ‏2‑23 ) تغییرات فشار UF6 برحسب زمان بر روی سدیم فلوریدی که سه مرتبه واجذب شده است. 80
نمودار ‏2‑24) تغییرات فشار بر حسب زمان در فرایند واجذب UF6 از روی نانو جاذب سدیم فلورید در دمای 200 درجه سانتی گراد. 81
نمودار ‏2‑25) تغییرات فشار UF6 برحسب زمان بر روی سدیم فلوریدی که چهارمرتبه واجذب شده است. 82
 

1-     فصل نخست:
  
مطالعات کتابخانه ای
 

1-1-بخش اول : مقدمه
گاهی در صنعت لازم است که یک جزء و یا اجزاء مختلف را از یک مخلوط به وسیله روش های مناسب جدا کرد. نوع روش انتخاب شده برای جداسازی به عوامل مختلفی مانند ماهیت ماده و مخلوط، اندازه، غلظت، فاز ماده و … بستگی دارد. به طور کلی جداسازی بر اساس نیروی محرکه شیمیایی به پنج دسته کلی تقسیم می­شود که هر مخلوط را می توان با استفاده از یکی از این روش ها و یا ترکیبی از آنها جداسازی کرد.
روش های عمومی جداسازی عبارتند از :
1- جداسازی از طریق ایجاد یک فاز جدید ( تقطیر)
2- جداسازی از طریق افزودن یک فاز جدید (استفاده از حلال)
3- جداسازی از طریق ایجاد مانع ( استفاده از غشاء)
4- جداسازی با استفاده از ذرات جامد ( جذب سطحی)
5- جداسازی به وسیله میدان مغناطیسی یا الکتریکی

1-1-1-               جذب سطحی
جذب سطحی نوعی فرآیند جداسازی است که در آن برخی از اجزای یک فاز سیال به سطح جاذب منتقل می شود. به طور کلی در مواد جامد، ساختار سطح با ساختمان توده جامد متفاوت است، به طوریکه سطح از لحاظ انرژی کاملاً اشباع نبوده و زمانیکه جامد در معرض یک گاز قرار می گیرد، مولکولهای گاز به مراکز موجود در سطوح متصل شده و جذب می گردند، این پدیده جذب گاز توسط جامد[1] نامیده می شود.
یک دستگاه ساده جذب سطحی متشکل از یک سیلندر است که جاذب در آن قرار گرفته، و جریان گاز و مایع بر روی آنها برقرار است. در حالت معمول، ذرات کوچک جامد در یک بستر، ثابت نگه داشته می شوند و گاز به طور پیوسته از آن بستر عبور می کند. در نهایت جامد تقریباً اشباع شده و جداسازی دیگر قابل انجام نیست. در این هنگام، جریان به بستر دوم انتقال می یابد تا اینکه جاذب اشباع شده، تعویض یا احیا شود.
جذب سطحی به عنوان مهمترین فرآیند در جداسازی برای غلظت های پایین مطرح می­شود. در جذب سطحی بر خلاف فرآیند جذب که در آن جداسازی در توده ی سیال اتفاق می­افتد جداسازی در سطح جامد صورت می پذیرد،.
نکته مهمی که در جذب سطحی باید مورد توجه قرار گیرد این است که این شیوه جداسازی زمانی به عنوان یک روش کارامد مورد استفاده قرار می گیرد، که جداسازی در غلظت های پایین مدنظر باشد. از آنجا که ذراتی که در جذب سطحی مورد استفاده قرار می گیرند پس از مدتی اشباع شده و توانایی جذب اولیه را از دست می دهند، بنابراین این روش در غلظت های بالا کاربرد چندانی ندارد زیرا جاذب ها به سرعت اشباع شده و قابلیت خود را از دست می دهند. اکثر جاذب ها موادی بسیار متخلخل هستند و جذب سطحی عمدتاً روی دیواره حفره ها یا مکان های مشخص در داخل ذره صورت می گیرد. از آنجایی که حفره ها عموما بسیار کوچکند، مساحت سطح داخلی چندین مرتبه بزرگتر از مساحت سطح خارجی بوده و تقریبا بین 500 تا 1000 متر مربع بر گرم می رسد. اختلاف در جرم مولکولی، شکل و یا قطبیت، باعث می شود برخی مولکول ها محکمتر روی سطح حفظ شوند. همچنین ممکن است حفره ها کوچکتر از آن باشند که مولکول های درشت تر را بپذیرند، در نتیجه مواد از هم جدا می شوند. در بسیاری از موارد، جزء جذب شونده به اندازه کافی محکم نگه داشته شده و جدا سازی کامل آن جز از سیال همراه با جذب بسیار کم سایر اجزا ممکن می­ باشد. در این صورت می توان با احیا جاذب، ماده جذب شده را به صورت غلیظ یا تقریبا خالص فراوری کرد.
کاربردهای جذب سطحی در فاز بخار شامل بازیافت حلال های آلی به کار رفته در رنگها، مرکب چاپ و محلولهای مورد مصرف برای چدن ریزی است.
از جذب سطحی روی کربن برای جدا کردن مواد آلوده کننده ای مانند CO2،N2O و دیگر ترکیبات بدبو از هوا استفاده می­شود به طوریکه در اکثر اتومبیل های جدید از قوطی های زغالی استفاده می شود تا مانع ورود بنزین به هوای داخل ماشین شود. خشک کردن گازها اغلب با جذب سطحی آب روی سیلیکاژل، آلومینا یا دیگر جامدات متخلخل معدنی صورت می­گیرد. زئولیت ها یا غربالهای مولکولی، آلومینا و سیلیکاتهای طبیعی یا مصنوعی هستند که در تهیه گازهای با نقطه شبنم پایین مؤثرند. از جذب سطحی روی غربالهای مولکولی برای تفکیک اکسیژن و نیتروژن، تهیه هیدروژن خالص به منظور تفکیک پارافین های معمولی از پارافین های شاخه دار و ترکیبات آروماتیک نیز استفاده می شود.
جهت انتقال جرم در این فرآیند، از فاز سیال به فاز جامد است و عکس آن، به فرآیند دفع سطحی مشهور است. به منظور بازیابی برخی مواد ارزشمند (نظیر فلزات گرانقیمت) از سطوح جاذب، فرآیند دفع با راندمان مناسب کاربرد فراوان دارد.
سرعت جریان گاز و زمان مورد نیاز برای چرخه مطلوب، اندازه بستر جاذب را تعیین می کند. با استفاده از بسترهای طویل تر، چرخه جذب را می توان به چند روز افزایش داد ولی افزایش افت فشار و سرمایه گذاری اولیه بالاتر ستون جذب، آن را غیر اقتصادی خواهند کرد.
فرایندهای جداسازی از طریق جذب سطحی تقریباً مشابه هستند، به این ترتیب که مخلوطی که باید جدا شود در تماس با یک فاز غیرقابل حل (جاذب) قرار گرفته و توزیع ناهماهنگی از اجزاء اصلی بین فاز جذب شده روی سطح جامد و توده سیال اتفاق افتاده و جداسازی انجام می شود. دو نوع جداسازی در جذب سطحی مطرح است:
-1 جذب سطحی فیزیکی یا واندروالس
-2 جذب سطحی شیمیایی

1-1-1-1-    جذب سطحی فیزیکی یا واندروالس
این نوع جذب مربوط به فرایند برگشت پذیری است که نتیجه جذب از طریق نیروهای بین مولکولی بین جامد و مواد جذب سطحی شده حاصل می شود. به عنوان مثال، زمانیکه نیروهای بین مولکولی بین یک جامد و یک گاز بزرگتر از نیروهای بین مولکولی گاز به تنهایی باشد، حتی اگر فشار گاز پایین تر از فشار بخار در دمای جامد باشد، مولکول های گاز روی سطح جامد جذب می شوند. این جذب شدن معمولاً با گرما همراه بوده و کمی بزرگتر از گرمای نهان تبخیر است. ماده جذب شده در ساختمان کریستالی جامد جایگزین نشده و در آن حل نمی شود بلکه به طور کامل روی سطح جامد باقی می ماند.
در بیشتر مواقع در حالت تعادل، فشار جزئی ماده جذب شده مساوی با فشار فاز گاز در حال تماس بوده و با پایین آوردن فشار گاز یا با افزایش دما، گاز جذب شده به راحتی دفع می­شود. جذب فیزیکی اختصاصی نمی­باشد و مانند چگالش بطور کلی با هر سامانه گاز جامد اتفاق می افتد و به نوع جاذب یا جذب شونده بستگی ندارد به شرطی که ترکیب دما و فشار مناسب باشد. جذب سطحی برگشت پذیر (فیزیکی)، به گازها محدود نمی شود بلکه در مایعات نیز مشاهده شده است.

1-1-1-2-   جذب شیمیایی
جذب سطحی شیمیایی یا جذب سطحی فعال شده، نتیجه پیوند شیمیایی بین جامد و ماده جذب شده است. قدرت پیوندهای شیمیایی متفاوت بوده و ممکن است ترکیبات شیمیایی تشکیل نشوند، اما در هر صورت نیروی چسبندگی در این نوع جذب از جذب فیزیکی بیشتر است. به دلیل واکنش شیمیایی، گرمای آزاد شده در طی جذب شیمیایی معمولاً بزرگتر از جذب فیزیکی است. این فرآیند غالباً برگشت ناپذیر بوده و در مرحله دفع، مواد اصلی اغلب دچار تغییر شیمیایی می شوند. جذب شیمیایی بیشتر در کاتالیزورها مشاهده می شود.
مقدار گرمای جذب فیزیکی با مقدار گرما برای مایع شدن گاز جذب شده برابر است در حالی که گرمای جذب شیمیایی تقریبا با گرمای واکنش شیمیایی برابر است. از سوی دیگر فرایند جذب شیمیایی معمولا توسط مقاومت واکنش سطحی کنترل می شود و سرعت جذب با افزایش درجه حرارت افزایش می یابد.
در جداسازی و خالص سازی مواد، جزء مورد نظر توسط جاذب، جذب می گردد و در نزدیکی نقطه اشباع بستر دیگر کارایی لازم را جهت جداسازی مطلوب نخواهد داشت در این مرحله بستر بایستی توسط روشهای دفع سطحی احیاء گردیده و سپس جاذب مورد استفاده قرار گیرد.

1-1-2-              مقایسه کلی انواع جذب سطحی
مقایسه خصوصیات جذب فیزیکی و شیمیایی ما را به تفاوت های زیر بین این دو نوع سازوکار رهنمون می سازد.
جذب فیزیکی پدیده ای برگشت پذیر است در صورتی که جذب شیمیایی برگشت پذیر نمی­باشد.
در جذب فیزیکی تمام سطوح جامد در عمل جذب دخالت می کنند.
گرمای جذب فیزیکی کمتر از گرمای جذب شیمیایی است.
جذب فیزیکی می تواند در دماهای پایین صورت گیرد زیرا انرژی فعالسازی جذب فیزیکی کم می باشد.
جذب فیزیکی به نوع جاذب و نوع جذب شونده بستگی ندارد و در هر حالتی ممکن است انفاق بیافتد ولی جذب شیمیایی هم به نوع ماده و هم به نوع جاذب بستگی دارد. در جذب فیزیکی همیشه می توان جاذب را بازیابی کرده و دوباره استفاده کرد.

1-1-3-             معیار انتخاب فرآیندهای جذب سطحی
مقایسه بین فرآیندهای مختلف جداسازی در جهت انتخاب مناسب ترین فرآیند، از اهمیت خاصی برخوردار است. سهولت جداسازی توسط تقطیر بوسیله ضریب فراریت α مشخص می شود که برای یک مخلوط دوتایی ایده آل نسبت بین فشار بخارهای دو جزء می باشد. علی رغم فواید تقطیر، اساساً این فرآیند انرژی زیادی مصرف می کند.
مواردی که فرآیند جذب نسبت به تقطیر دارای ارجحیت است مشتمل بر موارد زیر می باشد:
1- جداسازی ترکیباتی که ضریب فراریت اجزای کلیدی آنها در حدود 5/1 یا کمتر باشد. مانند جداسازی ایزومرهای مختلف یک ترکیب.
2- در صورتی که جریان خوراک ارزش کمی داشته باشد. در این موارد مقدار جزء غیرفرار بالا بوده و غلظت محصول موردنظر نسبتاً کم است، بنابراین جریان برگشتی از نسبت بالایی برخوردار است و در نتیجه نیاز به انرژی زیاد خواهد بود.
3- برای جداسازی دو گروه از اجزاء که محدوده جوش آنها دارای محدوده هم پوشانی باشد. در این موقع حتی اگر ضریب فراریت نیز بزرگ باشد به چندین ستون تقطیر نیاز داریم.
4- جداسازی در دمای پایین و فشار بالا که در عملیات تبدیل گاز به مایع مورد نیاز است.
5- موارد خاص جداسازی که در آنها هزینه فرآیند جذب به مراتب کمتر از هزینه فرآیند تقطیر خواهد بود.

1-1-4-             پارامترهای مؤثر بر جذب
بر طبق تئوریهای موجود، ظرفیت جذب تعادلی به عوامل زیر بستگی دارد:
نوع جاذب
نوع جذب شونده
شرایط فرآیند

1-1-4-1-  تأثیر نوع جاذب