Multilayered Polyelectrolyte-coated Silica for the Removal of Toxic Metal Ions and Organic Contaminants: A Novel Protocol. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF
THESIS_REPORT.pdf Download (5MB) | Preview |
Arabic Abstract
حُضر عدد من البوليمرات الأيونية المتأثرة بالحموضة مع نوع مختلف من الشحنات وكثافاتها على السلسلة الأساسية للبوليمر من خلال عملية بوتلر في البلمرة الحلقية باستخدام N,N-diallylaspartic وملح N,N-diallylglutamic acid hydrochloride كمونوميرات. أُدخل ثنائي أكسيد الكبريت كفاصل في برتوكول بلمرة مماثل للحصول على البوليميرات المرافقة. وقد استخدمت هذه البوليميرات الحاوية على متعلقات موجبة الشحنة و سالبة الشحنة ومتعددة الشحنة لاستكشاف السلوك المعقد بين متعدد الشحنات السالبة ومتعدد الشحنات الموجبة. حُددت ثوابت القلوية و اللزوجة وسلوكيات الذوبان للبوليميرات. قُيم سلوك منع التكلّس لبعض البوليميرات من خلال دراسة آثار تثبيطها لترسيب كبريتات الكالسيوم من محلول فوق مشبع. وقد أثبتت هذه البوليميرات (المتجانسة والمشتركة) فعاليتها كعملاء لمنع التكلس بنسبة 100% خلال مدة هذه الدراسة. وعلاوة على ذلك تمت دراسة انظمة ثنائية الطور المائي (ATPSs) للبوليميرات المتأثرة بالحموضة و البولي أوكسي اثيلين. التحول لهذه البوليميرات القابلة للذوبان بالماء الى اشكال غير قابلة للذوبان ضمن مجال محدد من الباهاء أكسبها نوع خاص من إعادة التدوير (ATPSs) للتطبيقات المتقدمة في فصل البروتين والجزيئات الحيوية الأخرى. حُصل على راتنجات مبتكرة بواسطة عملية بوتلر في البلمرة االحلقية للمنوميرات المتوافقة بمساعدة الرابط 1,1,4,4-tetraallylpiperazinium dichloride و مع أبو بدون ثنائي أكسيد الكبريت. وُجد أن هذه الراتنجات فعالة عموماً في إزالة الملوثات المعدنية السامة كالرصاص (II) و الكوبالت (II). و أخيراً اُستخدمت هذه البوليميرات الفريدة ذات المتعلقات الموجبة الشحنة و السالبة الشحنة ومتعددة الشحنة لتشكيل طلاء متعدد الطبقات على سطع الغمتزاز السلكا بواسطة التركيب طبقة طبقة. فُحصت كفاءة و سعة معقدات متعدد الشحنات. واستخدم متعدد الشحنات المَطلي على السلكا للحصول على مساحة سطحية كبيرة والذي يعتبر ثابت حراريا ومكانيكيا في ازالة شوارد معدن الكادميوم السامة من المحاليل المائية. بالإضافة إلى ذلك، عُدلت خواص الكره للماء لبعض البوليميرات الشاردية قبل عميلة التجميع طبقة طبقة. وقد أعطى هذا الإجراء الأخير القدرة على جذب وإزالة الملوثات العضوية كـ methylene blue و erichrome black T من مخلفات المياة الصناعية. عموماً فإن معالجة وتعديل الممتزات الصلبة بالبوليميرات الإيونية المصنعة الحاوية على مزيج من زمر الكربوكسيلات و النتروجينات ثلاثية التكافؤ قد أعطت خصائص تعقيد في عمليات معالجة المياه.
English Abstract
A number of pH-triggerable ionic polymers with different type of charges and their densities on the polymer backbone have been prepared through Butler’s cyclopolymerization process using N,N-diallylaspartic and N,N-diallylglutamic acid hydrochloride salt monomers. SO2 spacer was introduced in similar polymerization protocol to obtain their respective copolymers. These cationic, anionic, and zwitterionic polymers having reactive groups on the pendants have been utilized to explore the complexation behavior between the synthesized polycation and polyanion. The basicity constants, viscosity and solubility behaviors of the polymers were determined. Anti-scaling behavior of some of the polymers were evaluated by studying their inhibition effects on the precipitation of CaSO4 from its supersaturated solution. These pH-triggerable homo- and co-polymers have demonstrated to be effective anti-scaling agents reaching up to 100% for the duration of the study. Furthermore, the aqueous two-phase systems (ATPSs) of the pH-triggerable polymers and polyoxyethylene have been studied. The transformation of these water-soluble polymers to insoluble forms within a workable pH window makes them a special kind of recyclable ATPSs for advanced application in the separation of protein and other biomolecules. Novel resins of these polymers were equally obtained by Butler’s cyclopolymerization of the respective monomers with the aid of cross-linker 1,1,4,4-tetraallylpiperazinium dichloride and with or without sulfur dioxide. The resins were found to be effective generally in the removal of toxic metal pollutants with Pb(II) and Co(II) as specific examples. Finally, these novel cationic, anionic, and zwitterionic polymers having reactive groups on the pendants have been utilized for the formation of multilayer coating on silica adsorbents by layer-by-layer (LBL) assembly. The efficiency and binding capacity of the polyelectrolyte complexes have been examined. The mechanically and thermally stable coated multilayered polyelectrolyte complex having relatively large surface areas have been used for the effective removal of toxic cadmium metal ions from aqueous solutions. In addition, some of the ionic polymers were also hydrophobically modified before LBL assembly. This has imparted the new material with the ability to attract and remove organic contaminants (methylene blue and eriochrome black T) from model and industrial wastewaters. Overall, the solid adsorbents coated with the synthesized ionic polymers containing interesting blends of carboxylate as well as trivalent nitrogens have imparted excellent complexation properties in water treatment processes.
| Item Type: | Thesis (PhD) |
|---|---|
| Subjects: | Chemistry |
| Department: | College of Chemicals and Materials > Chemistry |
| Committee Advisor: | Ali, Shaikh Asrof |
| Committee Members: | Al-Muallem, Hasan Ali and Chanbasha, Basheer and Khaled, Mazen Mohammad and Ullah, Nisar |
| Depositing User: | Zakariyah Jamiu (g200901850) |
| Date Deposited: | 18 Sep 2017 07:38 |
| Last Modified: | 31 Dec 2020 07:33 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140469 |