EFFECT OF THE PRESENCE OF HEAVY METALS ON THE ADSORPTION OF PHENOL ON ACTIVATED CHARCOAL SURFACE

EFFECT OF THE PRESENCE OF HEAVY METALS ON THE ADSORPTION OF PHENOL ON ACTIVATED CHARCOAL SURFACE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Mohamed Sabbagh MS thesis final.pdf
Restricted to Repository staff only until 1 January 2022.

Download (11MB)

Arabic Abstract

تمت دراسة امتزاز الفينول في وجود الرصاص والكروم والكادميوم في أنظمة فردية وثنائية ومتعددة المكونات. تم استخدام فحم المانغروف كمادة ماصة. تم تنشيط فحم المانغروف باستخدام طريقة التنشيط الكيميائي ؛ تم استخدام ثلاث مواد كيميائية مختلفة: KOH و ZnCl2 و H3PO4. تم تصميم إنتاج التيار المتردد باستخدام نموذج Box-Benhken RSM ، وتم اختيار أفضل العينات وفقًا للمحصول الذي تم الحصول عليه وإزالة الفينول. كانت أفضل عينة تم الحصول عليها من AC هي عينة تم تنشيطها باستخدام KOH بالمعلمات التالية: نسبة التشريب 1: 3 (الفحم: KOH) ، ودرجة الحرارة 600 درجة مئوية ، ووقت الاحتفاظ بساعة واحدة ، ومساحة السطح 784.29 م 2 / جم. تم تمييز العينات الخام وأفضل عيّنتين من التيار المتردد باستخدام أدوات مختلفة ، وهي مطيافية فورييه لتحويل الأشعة تحت الحمراء (FTIR) ، وميض الأشعة السينية (XRF) ، والأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) ، والفحص المجهري الإلكتروني (SEM) ، وحيود الأشعة السينية (XRD) ، تحليل المسامية والمساحة السطحية ، التحليل الحراري الوزني (TGA) ، وتحليل العناصر. أجريت تجارب الامتزاز لإزالة الفينول والرصاص والكروم والكادميوم في أنظمة الذائبة المفردة والثنائية والمتعددة المكونات. تم الأخذ في الاعتبار العديد من معاملات الامتزاز الهامة ، وهي الرقم الهيدروجيني والتركيز الكيميائي الأولي وجرعة الممتزات ووقت التلامس. أظهرت النتائج أن الفحم المنشط كان له ألفة أعلى لـ Pb> phenol> Cr> Cd في الأنظمة الفردية والثنائية. في المقابل ، في نظام الفينول متعدد المكونات> Pb> Cr> Cd ، لوحظ أن الامتصاص في النظام متعدد المكونات كان أقل ثباتًا من الأنظمة الفردية والثنائية بسبب المنافسة الشرسة. تم الحصول على كفاءات إزالة قصوى تبلغ 81.8 ، و 98 ، و 78 ، و 58٪ للفينول ، والرصاص ، والكروم ، والكادميوم ، على التوالي ، من النظام المفرد الذي يتكون من 50 ملجم / لتر من الملوثات. كفاءات الإزالة القصوى كانت (73.1 ، 98.2) ، (70.3 ، 54.6) ، (74.9 ، 49.8)٪ ، للفينول ، الرصاص ، (الفينول ، الكروم) ، (الفينول ، الكادميوم) على التوالي من محلول ثنائي يتكون بتركيز مساوٍ قدره 50 مجم / لتر فينول فلز. أيضًا ، كان الحد الأقصى للإزالة 68.6 و 64.6 و 31.4 و 3.7٪ للفينول والرصاص والكروم والكادميوم على التوالي من محلول متعدد المكونات يحتوي على تركيز متساوٍ من 50 ملجم / لتر من الفينول فلز عند درجة حموضة مثلى 5 ، جرعة كاربيون 1.25 جم / لتر ، ووقت التلامس 240 دقيقة. تم استخدام أربعة نماذج متوازنة مختلفة وهي لانجموير وفريوندليش وتيمكين ودي آر. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن الفينول يتلاءم بشكل جيد مع متساوي درجة حرارة فريندلتش في أنظمة فردية وثنائية ومتعددة المكونات. ومع ذلك ، المعادن الثقيلة المجهزة جيدا لانجموير متساوي الحرارة ؛ ومع ذلك ،كادميوم في ثنائي ومتعدد المكونات المجهزة متساوي الحرارة فريندلتش. علاوة على ذلك ، بناءً على النموذج الحركي ، تم تركيب البيانات من الدرجة الثانية الزائفة ، والتي أشارت إلى أن آلية الامتزاز كانت امتصاص كيميائي. أظهرت دراسة ديناميكية حرارية في نظام متعدد المكونات أن طبيعة التفاعل طاردة للحرارة ، باستثناء كروميوم أخيرًا ، أظهرت دورات الامتزاز والامتصاص أن هيدروكسيد الصوديوم كان أفضل في تجديد الفينول ، في حين أن حمض الهيدروكلوريك لديه قدرة أفضل على تجديد المعادن الثقيلة.

English Abstract

Adsorption of phenol in the presence of Pb, Cr, and Cd was investigated in singular, binary, and multi-component systems. Mangrove charcoal was utilized as an adsorbent. Mangrove charcoal was activated using chemical activation method; three different chemicals were used: KOH, ZnCl2, and H3PO4. The AC production was designed using the Box-Benhken RSM model, and the best samples were chosen according to the obtained yield and phenol removal. The best AC sample obtained was a sample activated with KOH with the following parameters: impregnation ratio 1:3 (charcoal: KOH), temperature 600 °C, holding time of 1 hour, and a specific surface area of 784.29 m2/g. Raw and the best two AC samples were characterized using different instruments, namely Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), X-ray Fluorescence (XRF), Energy dispersive X-ray (EDX), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD), Porosity and Surface area analysis, Thermogravimetric analysis (TGA), and elemental analysis. Adsorption experiments have been conducted to remove phenol, Pb, Cr, and Cd in singular, binary, and multi-component solute systems. Various significant adsorption parameters were considered, namely pH, initial chemical concentration, adsorbent dosage, and contact time. The results exhibited that the activated charcoal had a higher affinity for Pb>phenol>Cr>Cd in singular and binary systems. In contrast, in the multi-component system phenol>Pb>Cr>Cd, it was observed that the adsorption in the multicomponent system was less stable than the singular and binary systems due to the fierce competition. The maximum removal efficiencies of 81.8, 98, 78, and 58% were obtained for phenol, Pb, Cr, and Cd, respectively, from the singular system consisting of 50 mg/l of pollutant. The maximum removal efficiencies were (73.1, 98.2), (70.3, 54.6), and (74.9, 49.8) %, for (phenol, Pb), (phenol, Cr), and (phenol, Cd) respectively from a binary solution consisting of an equal concentration of 50 mg/l phenol-metal. Also, the maximum removal was 68.6, 64.6, 31.4, and 3.7% for phenol, Pb, Cr, and Cd respectively from a multi-component solution containing an equal concentration of 50 mg/l phenol-metal at an optimum pH of 5, AC dosage of 1.25 g/l, and contact time of 240 minutes. Four different equilibrium isotherms model were used, namely, Langmuir, Freundlich, Temkin, and D-R. The obtained outcomes showed that phenol fitted well Freundlich isotherm in singular, binary, and multi-component systems. However, heavy metal fitted well Langmuir isotherm; however, Cd in binary and multi-component fitted Freundlich isotherm. Furthermore, based on the kinetic model, the data fitted pseudo-second-order, which indicated that the adsorption mechanism was chemosorption. A thermodynamic study in a multi-component system showed that the reaction's nature was exothermic, except for Cr. Finally, adsorption-desorption cycles showed that NaOH was better in regenerating phenol, while HCl had a better regeneration capability on heavy metals.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department: College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor: Al-Malack, M.
Committee Members: vohra, v and Al-Suwaiyan, m.s
Depositing User: MOHAMED SABBAGH (g201704190)
Date Deposited: 22 Dec 2020 10:44
Last Modified: 22 Dec 2020 10:44
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141760