APPLICATION OF RAW AND MODIFIED CARBON NANOTUBES FOR ADSORPTION OF BTX COMPOUNDS FROM WATER. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Aamir_Abbas_MS_Thesis.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

تم استخدام الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر الخام والمطعمة بأكاسيد الحديد والزنك والالومنيوم لازالة مركبات البنزين والتولوين والزيلين من مياه الصرف الصناعية. تمت معاينة المواد الممتزة المصنعة باستخدام عدة تقنيات مثل قياس مدى قابليتها لامتزاز النيتروجين والمسح المجهري الالكتروني والتحليل الوزني الحراري والتحليل الطيفي لأشعة اكس وتحليل حيود الأشعة السينية.أظهرت نتائج امتزاز النيتروجين أن جميع المواد الممتزة المصنعة تتبع سلوك النموذج الرابع. كما أظهرت نتائج تحليل مساحة السطح وجود زيادة ملحوظة على أسطح كل الأنابيب الكربونية المطعمة. أثبتت نتائج المسح المجهري الالكتروني والتحليل الطيفي لأشعة اكس أن هناك توزيع متساو لجزيئات أكاسيد المعادن على سطح الأنابيب الكربونية. من ناحية أخرى، أكدت نتائج التحليل الوزني الحراري وجود استقرار حراري لجميع عينات المواد الممتزة حتى درجة حرارة 450 درجة مئوية. تمت التجارب على عينات مختلفة تم تحضيرها باستخدام مياه صرف مصنعة لدراسة إزالة مركبات البنزين والتولوين والزيلين. لوحظ من النتائج أن هناك تأثير كبير لمدة التلامس وجرعة المادة الممتزة والتركيز المبدئي للملوثات على كفاءة عملية الامتزاز وسعتها. من خلال مقارنة كفاءة عملية إزالة البنزين باستخدام الأنابيب الكربونية الخام والمطعمة بأكاسيد المعادن تحت نفس الظروف تبين أن أعلى نسبة إزالة كانت 71% باستخدام الأنابيب الكربونية المطعمة بأكسيد الالومنيوم بينما كانت اقل نسبة عند استخدام الأنابيب الكربونية الخام. من ناحية أخرى، كانت نسبة إزالة التولوين 66% باستخدام الأنابيب الكربونية الخام والمطعمة على حد سواء عند توفر نفس الظروف. أما فيما يتعلق بالزيلين فقد بلغت أعلى نسبة إزالة 89% وذلك عند استخدام الأنابيب الكربونية الخام والمطعمة بأكسيد الألومنيوم. تم استخدام النموذج الشبيه بالدرجة الأولى والنموذج الشبيه بالدرجة الثانية ونموذج الانتشار الجزيئي الداخلي لنمذجة بيانات الامتزاز الحركي وقد أظهرت النتائج أن النموذج الشبيه بالدرجة الأولى كان هو أفضل نموذج في حالة امتزاز البنزين وقد تراوحت قيم ثوابت النموذج بين 0,005 و 0,007 في الدقيقة بينما تراوحت قيم التوازن لسعة الامتزاز بين 1,6 و 2,4 ملجم/ جم. من ناحية أخرى كان النموذج الشبيه بالدرجة الثانية هو الأفضل لوصف عملية الامتزاز للتولوين والزيلين. في حالة امتزاز التولوين، تراوحت قيم الثوابت بين 70 الى 2200 ميكروجرام/ (مليجرام.دقيقة) بينما تراوحت قيم التوازن لسعة الامتزاز بين 40 إلى 110 ملجم/جم .وأخيرا في حالة امتزاز الزيلين تراوحت قيم الثوابت بين 278 إلى 477 ميكروجرام/ (ملجم.دقيقة) في حين تراوحت قيم التوازن لسعة الامتزاز بين 86 إلى 91 ملجم/جم. تم استخدام ثلاث نماذج لدراسة مدى ملائمتها لتمثيل النتائج التي تم الحصول عليها وهي نموذج لانجميور ونموذج فريندلخ وأخيرا نموذج دبنن _ ريندنكوفيتش (D-R). بينت النتائج أن نموذج لانجميور كان الأنسب لتمثيل نتائج البنزين وقد تراوحت قيم ثوابت النموذج ما بين 0,5 الى 3000 ميكروليتر/مليجرام فيما تراوحت قيم التوازن لسعة الامتزاز ما بين 517 إلى 1215 مليجرام/جرام. كما بينت النتائج ان نموذج فريندلخ كان هو الأنسب لتمثيل نتائج التولوين والزيلين. تراوحت قيم ثوابت نموذج فريندلخ ما بين 6 الى 14500 ميكروليتر/مليجرام وقيم معامل عدم التجانس ما بين 0,24 الى 0,48 في حالة إمتزاز التولوين. من ناحية اخرى، تراوحت قيم ثوابت نموذج فريدنلخ في حالة امتزاز الزيلين ما بين 1 إلى 1,4 ليتر/مليجرام بينما تراوحت قيم معامل عدم التجانس بين 0,9 الى 0,98.

English Abstract

Raw and impregnated carbon nanotubes (CNTs) were used for the removal of benzene, toluene and xylene (BTXs) from industrial waste water. Iron, zinc and aluminum oxide nanoparticles were impregnated on the surface of CNTs. The synthesized adsorbents were characterized using nitrogen adsorption, x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive x-ray (EDX) and thermogravimetric analysis (TGA). Nitrogen adsorption results showed that all synthesized adsorbents followed type (V) isotherm behavior. Brunner Emit Teller (BET) surface area analysis showed a remarkable increase in the surface area of all impregnated CNTs. The SEM-EDX analysis showed uniform dispersion of the metal oxides on CNTs. The TGA results confirmed the thermal stability of all adsorbents upto 450 °C. Batch adsorption experiments were conducted at various conditions for the removal of BTXs using synthetic wastewater samples. Contact time, adsorbent dosage and initial concentration of BTXs were observed to have a significant effect on the removal efficiency and adsorption capacity of BTXs. Comparing the removal efficiency of benzene on different adsorbents under similar experimental conditions showed that the removal was highest as 71% for aluminum oxide impregnated CNTs and lowest as 52% for raw CNTs. Similar removal efficiency of 66% was observed for the removal of toluene using both raw and impregnated CNTs under identical experimental conditions. Highest removal efficiency of 89% was achieved for p-xylene removal using raw and aluminum oxide impregnated CNTs under identical experimental conditions. Pseudo first order, pseudo second order and intraparticle diffusion model were used to fit all kinetic adsorption data. The pseudo first order model was best for the adsorption of benzene. Values of pseudo first order model constant ranged from 0.005 to 0.007 min-1 while, the values of equilibrium adsorption capacity ranged from 1.6 to 2.4 mg/g. Pseudo second order model was found best to describe the toluene and p-xylene adsorption. Values of the pseudo second order model constant ranged from 70 to 2200 µg mg-1 min-1 while the values of equilibrium adsorption capacity ranged from 40 to 110 mg/g for toluene adsorption. Values of pseudo second order model constant ranged from 278 to 466 µg mg-1 min-1 while the values of equilibrium adsorption capacity ranged between 86 to 91 mg/g for p-xylene. Langmuir, Freundlich and Dubinin-Rendenkuvich (D-R) isotherm models were used to fit the equilibrium adsorption data for BTX. The Langmuir isotherm model gave best fit for equilibrium adsorption of benzene. Values of Langmuir constant ranged from 0.5 to 3000 µL/mg while equilibrium adsorption capacity ranged from 517 to 1215 mg/g. Freundlich isotherm model was best to describe the adsorption of toluene and p-xylene. Values of Freundlich isotherm constant ranged from 6 to 14500 µL/mg and values of heterogeneity parameter ranged from 0.24 to 0.48 for toluene adsorption. Values of Freundlich isotherm constant ranged from 1 to 1.4 L/mg while the values of heterogeneity parameter ranged from 0.9 to 0.98 for p-xylene adsorption.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Engineering Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Abussaud, Basim
Committee Co-Advisor:	Al-Baghli, Nadhir
Committee Members:	Redhwi, Halim and Hossain, Mohammed and Atieh, Muataz
Depositing User:	AAMIR ABBAS (g201206440)
Date Deposited:	20 Aug 2015 11:51
Last Modified:	01 Nov 2019 16:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139718