REMOVAL OF HEXAVALENT CHROMIUM AND CADMIUM FROM WATER USING CARBON BASED ADSORBENTS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF PhD_Thesis-Fahad_Al-Khaldi_CHE_2011.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

تعرض هذه الدراسة أمكانية أستخدام أنواع مختلفة من الكربون، و تشمل أنابيب النانو الكربونية و الياف النانو الكربونبة و الفحم الصناعي (الكربون النشط) و الرماد الصناعي، في تنقية المياه من المعادن الثقيلة الخطرة على صحة الأنسان. و قد أعتمدت هذه الدراسة على تجارب مكثفة من أجل دراسة مقدار تنقية المياه من هذه المعادن الذائبة تحت تأثير ظروف مختلفة. من خلال هذه التجارب تمت دراسة ثأثير خمس متغيرات على مقدار التنقية وهي: حمضية الماء و سرعة الخلط و مدة التنقيع و كمية المادة الكربونية المضافة و تركيز المعادن الذائبة في الماء. و تم تصميم و ترتيب هذه التجارب لتحديد الظروف الأمثل للحصول على أفضل تنقية لأيونات كل من معدن الكادميوم و معدن الكروميوم (6) الذائبة في الماء. وقد تمت دراسة أثر إضافة مجموعة الكربوكسليك على أسطح المواد الكربونية الماصة في مقدار تنقية المياه من هذه المعادن الخطرة. و قد أوضحت النتائج أن أعلى نسبة إزالة لمعدن الكادميوم بلغت 95% و ذلك بأستخدام 50 ملجرام من الرماد الصناعي لكل 100 مللتر من المحلول عند حامضية معتدلة (pH7) و سرعة خلط 150 دورة بالدقيقة. في المقابل فأن أعلى نسبة إزالة لمعدن الكروميوم بلغت 100% و ذلك بأستخدام 75 ملجرام من الفحم الصناعي لكل 100 مللتر من المحلول عند حامضية منخفضة (pH3) و سرعة خلط 200 دورة بالدقيقة. و يمكن إيعاز كفائة الرماد الصناعي في تنقية معدن الكادميوم الذائب في المياه الى محتوى المعادن الموجود في الرماد الصناعي الذي يساهم في مقدار كمية الأمتصاص. و قد لوحظ الزيادة المطردة في كمية إمتصاص أيونات معدن الكروميوم (6) بالفحم الصناعي عند رفع سرعة الخلط من 150 الى 200 دورة في الدقيقة. و هذه الزيادة يمكن تفسيرها بتحسن انتشار أيونات معدن الكروميوم (6) داخل فراغات الفحم الصناعي عند زيادة سرعة الخلط. بأستخدام نتائج التجارب، تم وضع المعادلات الرياضية الممثلة لعمليات الامتصاص الخاصة بكل مادة من المواد المستخدمة. و من المتوقع أن تساهم هذه الدراسة في إيجاد بدائل أقتصادية لمعالجة المياه من المعادن الثقيلة الذائبة في المستقبل القريب. و تقدم الدراسة إمكانية تطبيق بعض التوصيات في المجال تنقية مياه الشرب و المياه المعالجة مما سيساهم في تطوير الأقتصاد الوطني عن طريق زيادة كفائة محطات المعالجة الحالية.

English Abstract

This study presents potential application of different forms of carbon including: carbon nanotubes, carbon nanofibers, activated carbon, and fly ash into the removal of some of the high toxic heavy metals that may present in water resources. The study was based on intensive experimental work to measure the removal percentage of hexavalent chromium and cadmium from water under different situations. Therefore, this study was carried out to evaluate the environmental application of carbon in its different forms, through the experimental removal of chromium hexavalent and cadmium divalent ions from water. Five parameters were studied during this experimental work: the pH of solution, the agitation speed, the contact time, the carbon dosage rate, and concentration of the heavy metal in water. Matrix design was developed in this experimental study in order to find the optimal conditions of the Cr (VI) and Cd (II) removal from water. In addition to these four forms of carbon, each form was modified for carboxylic group addition. All the eight forms of carbon used were characterize using filed emission scanning electron microscopy (FESEM) and transmission electron microscopy (TEM) in order to measure the diameter and length of the adsorbent. The results showed that the highest removal for Cd (II) was observed for the unmodified fly ash with over 95 % removal at pH=7 and agitation speed higher than 150 rpm when allowed in contact for more than 2 hours. In contrast, the highest removal for Cr(VI) was observed for modified AC with almost 100 % removal at pH=3 and agitation speed higher than 200 rpm when allowed for more than 2 hours and for adsorbent dosage higher than 75mg in 100 ml of water. These high removal efficiencies for Cd (II) by fly ash were likely attributed to the strong tendency towards chemical bonding between the Cd (II) ions and metals content of fly ashes. For Cr (VI) removal, the removal efficiencies by AC and modified AC increases significantly with increases in agitation speed from 150 rpm to 200 rpm. This was most likely due to the fact that, the increase of agitation speed, improves the diffusion of chromium ions towards the surface of the AC. The adsorption isotherm plot was well fitted with experimental data. Lastly, it is expected that this project will help finding inexpensive water treatment technology in near future.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Abu-Sharkh, Basil
Committee Co-Advisor:	Zaidi, Javaid
Committee Members:	Atieh, Muataz and Khaled, Mazen and Bukhari, Aladdin
Depositing User:	FAHAD AL-KHALDI (g198328370)
Date Deposited:	03 Jul 2011 07:46
Last Modified:	01 Nov 2019 15:29
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138481