SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON-BASED NANOCOMPOSITES FOR EFFICIENT REMOVAL OF HYDROCARBONS FROM WATER

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON-BASED NANOCOMPOSITES FOR EFFICIENT REMOVAL OF HYDROCARBONS FROM WATER. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Abdullahi Biodun Olabintan-MS THESIS FINAL.pdf
Restricted to Repository staff only until 7 July 2021.

Download (1MB)

Arabic Abstract

يشكل تلوث المياه بسبب التسربات الكيميائية العضوية تهديدًا بيئيًا خطيرًا للحياة المائية، إلى جانب خسائر فادحة اخرى. وأثارت مثل هذه الملوثات الحاجة إلى تصنيع مواد جديدة ذات قدرة امتصاص محسنة لتنظيف الزيوت والمذيبات العضوية واستعادتها. من بين التقنيات الموجودة، يبدو استخدام المواد الماصة واعدًا لإزالة واستعادة النفط والمواد الكيميائية العضوية من المياه الملوثة. في الآونة الأخيرة، أظهرت المواد القائمة على الكربون تطبيقًا جيدا في مجال فصل المركبات العضوية الهيدروكربونية عن الماء نظرًا لقدرتها الاستيعابية الاستثنائية والانتقائية العالية والاستقرار الكيميائي وإعادة الاستخدام. في هذا البحث، نقدم تقريرًا عن تصنيع ثلاث مجموعات من مركبات الكربون النانوية الجديدة المصنوعة من الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران المعدلة منخفضة التكلفة وعالية الفعالية، مع خصائص مضاد للرطوبة. أيضا تم تحضير الجرافين المعدل بالبولي إيثيلين كمواد عالية الامتصاص لاسترجاع فعال لبعض الهيدروكربونات والمذيبات العضوية المختارة من سطح الماء. تم فحص المركبات النانوية المطورة بدقة بواسطة عدة أجهزة منها جهاز مطيافية الأشعة تحت الحمراء وجهاز مطيافية الرامان وجهاز الأشعة السينية وجهاز مطيافية الأشعة السينية ‏الضوئية وجهاز مجهر المسح الإلكتروني. تم تقييم المواد الماصة المعتمدة على الكربون للإزالة الفعالة للهيدروكربونات مثل الهكسان الحلقي، الهكسان، الديكان، الدوديكان، الهكساديكان إلخ من الماء. كشفت الدراسات الطيفية عن التعديلات الكيميائية الناجحة للأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران وأكسيد الجرافين مما أدى إلى تكوين المركبات. أظهرت تجارب الامتصاص على العينات النموذجية المعملية أن المركبات كانت فعالة بقدرات امتصاص عالية. تم تسجيل كفاءة الفصل بأكثر من 99٪. أظهرت كل المجموعات الثلاث من المواد الماصة المشتقة من الكربون المعدلة إمكانية الفصل بين العينات المعملية النموذجية مع الانتقائية العالية وكفاءة الفصل العالية والأداء المستقر وقابلية إعادة التدوير المقبولة، والتي تعد واعدة للتطبيقات في استعادة الهيدروكربونات والمذيبات العضوية من الماء.

English Abstract

Water pollution due to organic chemical leakages has posed a serious environmental threat to aquatic life. Such catastrophes have triggered the need to fabricate novel materials with enhanced sorption capacity for hydrocarbons and organic solvents clean up and recovery. Among the existing techniques, the use of absorbents appears to be promising for removing and recovering hydrocarbons and organic chemicals from less or heavily polluted water. Recently, carbon-based materials have shown potential applications in the area of hydrocarbons-water separation due to their exceptional absorption capacity, high selectivity, chemical stability and acceptable reusability. Herein, we report the fabrications of three set of novel, low cost, efficient, hydrophobic and oleophilic carbon-based composites-lauric acid grafted multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs-LA), amine functionalized reduced graphene oxide (FGO-RNH2) and dodecylamine-amidated graphene oxide/polyethylene (DDA-GO/PE) - as absorbents for effective retrieval of some selected hydrocarbons and organic solvents from the surface of the water. The developed nanocomposites were thoroughly investigated by field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction technique, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The prepared carbon-based absorbents were evaluated for efficient removal of hydrocarbons such as cyclohexane, hexane, decane, dodecane, hexadecane, etc. from water. Spectroscopic studies revealed the successful chemical modifications of the multiwalled carbon nanotubes and graphene oxide leading to the formation of the composites. Absorption experiments with the model samples showed that the composites were efficient absorbents with absorption capacities of 20-33.5, 31.2-64 and 38.5-78 times own weight for MWCNTs-LA, FGO-RNH2, and DDA-GO/PE absorbents respectively. The separation efficiency of more than 99% was recorded for the prepared absorbents. All the three sets of the modified carbon-derived absorbents showed potential to separate model samples from hydrocarbons–water mixtures with high selectivity, high separation efficiency, stable performance, and acceptable recyclability, which are promising for the applications in the recovery of hydrophobic hydrocarbons and organic solvents from water.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemistry
Department: College Of Sciences > Chemistry Dept
Committee Advisor: Saleh, Tawfik
Committee Members: Al-Arfaj, Abdulrahman and AlGhunaimi, Fahd
Depositing User: ABDULLAHI OLABINTAN (g201706270)
Date Deposited: 07 Jul 2020 10:26
Last Modified: 07 Jul 2020 10:26
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141661