SYNTHESIS OF RESINS CONTAINING CHELATING RESIDUES OF ASPARTIC, MALEIC AND AMINOMETHYLPHOSPHONIC ACIDS FOR MITIGATION OF TOXIC CONTAMINANTS

SYNTHESIS OF RESINS CONTAINING CHELATING RESIDUES OF ASPARTIC, MALEIC AND AMINOMETHYLPHOSPHONIC ACIDS FOR MITIGATION OF TOXIC CONTAMINANTS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
shuaib_mubarak_ thesis..pdf
Restricted to Repository staff only until 13 January 2021.

Download (2MB)

Arabic Abstract

ملخص الرسالة تم تصنيع سلسلة من الراتنجات، ذات الكثافة العالية من الشحنات السالبة على أسطحها المزينة بروابط مخلبية، باستخدام بروتوكول بتلر للبلمرة الحلقية (Butler’s Cyclopolymerization protocol) لأملاح ثنائي أليل أمين وحمض الماليك في وجود متشابك من أملاح بس-ثنائي أليل أمين. تم اختبار الراتنجات لإزالة أيونات المعادن السامة مثل Pb2+ و Hg2+ وصبغة الميثيلين الزرقاء الموجبة من النظم المائية. وبالتالي، خضع حمض الماليك للبلمرة المتبادلة مع ثنائي أليل أمونيو ميثيل فوسفونات[(CH2=CHCH2)2NH+CH2PO3H2Cl-] ورابط ثنائي كلوريد رباعي الليل ألبيبيرازينيوم [tetraallylpiperazinium dichloride] لإعطاء راتنج جديد مستجيب لدرجة الحموضة. إزالة الميثيلين الأزرق (MB) من محلوله 3000 جزء في المليون بواسطة الراتنج في الرقم الهيدروجيني 7 تبع الحركية من الدرجة الثانية مع طاقة تنشيط (Ea) 34.8 كيلو جول مول-1. سعات إدمصاص الإتزان تمت تحقيقها بسرعة كبيرة في غضون حوالي 10 دقائق، مُحققاً 90.5، 96.5 و 98.5٪ أزرق الميثلين (MB) عند 288، 313 و 328 كلفن على التوالي. سعات إدمصاص الإتزان (qe) عند درجات حرارة مختلفة تم الحصول عليها باستخدام تركيزات أزرق الميثلين (MB) في المدى من 100 إلى 8000 جزء في المليون صادق نموذج أيسوثرم لانجموير (Langmuir) الغير خطي بشكل جيد للغاية لإعطاء قيم ΔGo ، ΔHo ، و ΔSo ≈ -21 kJ، kJ mol-1 36.5 وJ mol-1 K-1185 على التوالي. وقد وُجد أن الراتنج ذو ادمصاص فائق مع قيم qmax تصل إلى 2445، 2508 و 2550 ملغ غرام-1 عند 288، 313 و 328 كيلفن على التوالي. كما قامت المادة الماصة بإزالة الزئبق (II) (qmax: 227 مجم-1). الراتنج أيضًا أظهر قدرته على إزالة الملوثات من مياه الصرف الصناعي المتشائك بـأرزق الميثلين MB وأيون الزئبق Hg (II). وقد نوقشت آلية الإدمصاص باستخدام نموذج الوفيش (Elovich) الحركي. يمكن إعادة تدوير الراتنج بكفاءة مستقرة. الأداء المتميز يضع للراتنج في موضع أعلى في قائمة المواد الماصة التي ذُكرت عنها حديثًا. وبالمثل، البلمرة الحلقية الثلاثية المستحثة بكبريتات الأمونيوم لثنائي الليل أمينو حمض الأسبارتك هيدروكلوريد diallylaminoaspartic acid hydrochloride (I)، حمض المالييك (II) Maleic acid، والرابط 4،4،1،1-رباعي ألليل بيبرازينيوم ثنائي الكلوريد (III) 1,1,4,4-tetraallylpiperazinium dichloride أتاح راتنج تبادل أيوني متشابك جديد (IV) متجاوب مع الأس الهيدروجيني. كما تم تحضير الراتنج بناتج أفضل باستخدام t-butyl hydroperoxide (TBHP) كبادئ بديل. قمنا أيضًا بإصطناع اثنين متشابك جديد: أملاح ثنائي هيدروكلوريد (N1, N1, N6, N6-tetraallylhexane-1,6-diamine (V) and N1, N1, N12, N12-tetraallyldodecane-1,12-diamine (VI).).تم تحليل المتشابك الجديد V و VI بواسطة مطيافية FTIR و .NMR البلمرة الثلاثية I ،II ، V وI،II ، VI باستخدام البادئ TBHP أتاحت اثنين من بولي زويتر أيونك متشابك جديدة VII و .VIII تحتوي الراتنجات الجديدةIV ، VII و VIII على مجموعات فاصلة بأطوال مختلفة والتي قد تؤثر على قدرة الإدمصاص للراتنجات الناتجة. لاحظ أن الراتنجات التي تستجيب لدرجة الحموضة تم تحميلها بأربعة CO2H وعنصر مخلب من NH+ ... CO2- في كل وحدة تكرار، كما المتوقع أن تكون هذه فعالة في محاصرة الأصباغ الكتيونية وكذلك أيونات المعادن السامة. أكدت التحاليل الوزنية الحرارية الثبات الحراري للراتنجات فوق 200 درجة مئوية. الراتنج 15 أ إتضح أنه مادة فائقة الإدمصاص لإزالة أزرق الميثلين MB و أيون الرصاص II Pb2+ من محلول مائي؛ له قدرة إدمصاص قصوى لكيوماكس (qmax) 2631 و 593 ملغ غ-1 على التوالي، كما حددها أيسوثرم لانجموير (Langmuir) للإدمصاص.

English Abstract

ABSTRACT A series of resins, having high density of negative charges on their surfaces decorated with chelating ligands, have been synthesized using Butler’s cyclopolymerization protocol of diallylamine salts and maleic acid in the presence of [bis]-diallylamine salts cross-linkers. The resins have been tested for the removal toxic metal ions like Pb2+, Hg2+ and cationic dye methylene blue from aqueous systems. Thus, Maleic acid underwent alternate copolymerization with diallylammoniomethylphosphonate [(CH2=CHCH2)2NH+CH2PO3H2 Cl-] and cross-linker tetraallylpiperazinium dichloride to give a new pH-responsive resin. Methylene blue (MB) removal from its 3000 ppm solution by the resin at pH 7 followed second-order kinetics with an Ea of 34.8 kJ mol-1. The equilibrium adsorption capacities were achieved very fast within about 10 min achieving 90.5, 96.5 and 98.5% MB at 288, 313 and 328 K, respectively. The equilibrium adsorption capacities (qe) at various temperatures obtained using MB concentrations in the range 100-8000 ppm fitted the Langmuir nonlinear isotherm model very well to give ΔGo ΔHo, and ΔSo values of ≈ -21 kJ, 36.5 kJ mol-1 and 185 J mol-1 K-1, respectively. The resin was found to be a super-adsorbent with qmax values attaining 2445, 2508 and 2550 mg g-1 at 288, 313 and 328 K, respectively. The adsorbent also removed Hg(II) (qmax: 227 mg g-1). The resin also demonstrated its ability to remove contaminants from industrial wastewater spiked with MB and Hg(II). The adsorption mechanism has been discussed using Elovich kinetic model. The resin can be recycled with stable efficiency. The outstanding performance places the resin in a top position in a list of recently reported sorbents. Likewise, Ammonium persulfate-initiated cycloterpolymerization of diallylaminoaspartic acid hydrochloride (I), maleic acid (II) and crosslinker 1,1,4,4-tetraallylpiperazinium dichloride (III) afforded a new pH-responsive cross-linked chelating ion-exchange resin (IV). The resin was also prepared in better yield using t-butyl hydroperoxide (TBHP) as an alternative initiator. We have also synthesized two new cross-linkers: dihydrochloride salts of N1, N1, N6, N6-tetraallylhexane-1,6-diamine (V) and N1, N1, N12, N12-tetraallyldodecane-1,12-diamine (VI). New cross-linkers V and VI have been analyzed by FTIR and NMR spectroscopy. The terpolymerization of I, II, V and I, II, VI using TBHP initiator afforded two new cross-linked resins VII and VIII. The new resins IV, VII and VIII have spacer groups of different lengths which may affect the adsorption capacity of the resultant resins. Note that the pH-responsive resins are loaded with four CO2H and a chelating motif of NH+…CO2- in each repeating unit, as such these are anticipated to be effective in trapping cationic dyes as well as toxic metal ions. Thermogravimetric analysis ensured the thermal stability of the resins above 200 °C. The resin 15a turned out to be a super-adsorbent for MB and Pb2+ removal from aqueous solution; having a maximum adsorption capacity qmax of 2631 and 593 mg g-1 respectively, as determined by Langmuir adsorption isotherm.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemical Engineering
Research
Committee Advisor: shaikh asrof, ali
Committee Members: Dr.mazumder, mohamed abujafar and Dr. Hassan, Saleh Al-mualem
Depositing User: SHUAIB MUBARAK (g201708650)
Date Deposited: 14 Jan 2020 11:22
Last Modified: 14 Jan 2020 11:22
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141437