CARBON NANOSTRUCTURE-BASED MATERIALS FOR REMOVAL OF ORGANIC CONTAMINANTS FROM WASTEWATER

CARBON NANOSTRUCTURE-BASED MATERIALS FOR REMOVAL OF ORGANIC CONTAMINANTS FROM WASTEWATER. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (CARBON NANOSTRUCTURE-BASED MATERIALS FOR REMOVAL OF ORGANIC CONTAMINANTS FROM WASTEWATER-by ALI AL NASSER)
CARBON NANOSTRUCTURE-BASED MATERIALS FOR REMOVAL OF ORGANIC CONTAMINANTS FROM WASTEWATER-by ALI AL NASSER.pdf
Restricted to Repository staff only until 16 December 2022.

Download (2MB)

Arabic Abstract

تلوث الماء الناتج عن مخلفات المياه الصناعية هو أحد الاهتمامات البيئية الرئيسة والتي صارت تعتبر تحدي عالمي. الملوثات الكيميائية العضوية هي المساهمة الرئيسة في تلوث الماء والتي يتم تسريبها بشكل مستمر إلى البيئة. يهدف هذا البحث إلى تصميم مواد وظيفية قائمة على الهياكل النانوية الكربونية تشمل الجرافين وبوليمر/جرافين، واظهار خصائص المادة المطورة باستخدام أجهزة من أحدث التقنيات مثل الفحص المجهري الإلكتروني الماسح ومجهر الانتقال الإلكتروني والتحليل الطيفي التحولي الفوريري بالأشعة تحت الحمراء والتحليل الحراري والأشعة السينية الحيادية. تم تقييم المادة لإثبات كفاءتها في امتصاص وفصل الملوثات العضوية السامة من الماء. هذا العمل يتضمن أيضا تحسين موازنة ظروف المعالجة كالتركيز الابتدائي للملوث وفترة الاتصال ودرجة الحرارة والحمضية والقاعدية (الرقم الهيدروجيني) ووجود المعادن. تم تطبيق بعض النماذج لدراسة التوازن الحراري والحركي والديناميكا الحرارية. يأتي بعد ذلك دراسة المادة في الوضع الديناميكي (المتحرك) باستخدام مخلفات مائية حقيقية مخلوطة مع ملوثات لتقصي التأثيرات الناتجة عن تغيير معدل التدفق ولتطبيق نموذج ديناميكي. المادة التي تسمى بولي إثيلينمين المعدلة من الجرافين أظهرت أعلى كفاءة في امتزاز الميثيلين الأزرق وتم اختيارها لإجراء التجارب المغلقة (الدفعاتية) والديناميكية (التدفقية)، فضلا عن اظهار الخصائص (التوصيف). أظهرت النتائج أن هذه المادة تمتلك قدرة عالية في الامتزاز مع أقصى سعة امتزازيه مقدارها 161.29 mg/g. يمكنها إزالة الميثيلين الأزرق والمعادن تزامنا في وقت واحد وتعمل بشكل جيد عند نطاق واسع من درجة الحرارة والحمضية والقاعدية (الرقم الهيدروجيني). هذه المادة لديها استقرار هيكلي ممتاز حتى بعد استخدامها في عملية الامتزاز. وجدت أنها تعمل بشكل ممتاز في الوضع الديناميكي (المتحرك) الذي هو أكثر ملاءمة لعلاج كميات أكبر من المخلفات المائية.

English Abstract

Water pollution from industrial wastewater is one of the major environmental concerns, that has been recognized as a global challenge. Major contributors to water pollution are organic chemical contaminants that are continuously being released into the environment. The objectives of this research are to design and synthesize functionalized carbon nanostructure-based ‎materials including graphene, and polymer/graphene and to characterize the developed materials using state-of-the-art instrumentations such as scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscope (TEM), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), and x-ray diffraction (XRD). The materials were evaluated to demonstrate their efficiency for the sorption and separation of toxic organic contaminants from water. This work also includes optimization of the treatment conditions in the batch mode including initial concentration, contact time, temperature, pH, and metals. Several models were applied to study the equilibrium isotherms, kinetics, and thermodynamics. This was followed by testing the materials in dynamic mode using real wastewater mixed with contaminants to investigate the effects of changing the flow rate and applying a dynamic model. Polyethylenimine modified graphene (PG) was found to have the highest efficiency in adsorbing methylene blue and it was selected for further batch and dynamic experiments as well as the characterization. The results show that this material has a high adsorption capability with a maximum adsorption capacity q_m of 161.29 mg/g. It can remove methylene blue and metals simultaneously and work well at a wide range of temperatures and pH. This material has excellent structural stability even after use in the adsorption process. It was found to perform well in the dynamic mode which is more convenient for treating larger amounts of wastewater.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemistry
Environmental
Civil Engineering
Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Engineering
Chemical Engineering
Earth Sciences
General
Research
Research > Environment
Research > Engineering
Department: College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor: Saleh, Tawfik
Committee Members: Garrison, Thomas and AlGhunaimi, Fahd
Depositing User: ALI AL NASSER (g201430620)
Date Deposited: 22 Dec 2021 06:01
Last Modified: 22 Dec 2021 06:01
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141825