OPTIMIZATION OF CONDITIONS FOR THE TREATMENT OF CONTAMINATED WATER USING CARBON-POLYMERS COMPOSITE

OPTIMIZATION OF CONDITIONS FOR THE TREATMENT OF CONTAMINATED WATER USING CARBON-POLYMERS COMPOSITE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Suaibu O. Badmus MS Final Thesis.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 25 March 2022.

Download (3MB)

Arabic Abstract

يؤدي تلوث موارد المياه من التركيز العالي للمركبات العضوية وغير العضوية إلى جعل المياه المتاحة غير صالحة للاستخدام من قبل السكان والصناعة. لذلك ، يجب استخدام استراتيجيات المعالجة والتنقية الفعالة لمعالجة العديد من الملوثات في وقت واحد في موارد المياه. على مر السنين ، كان للتقدم في علم النانو وعلوم البوليمرات وضع أفضل للامتصاص وتكنولوجيا الأغشية كنهج علاجي هائل. في هذا العمل ، قمنا بتجميع مادة ماصة معدنية نانوية بمساعدة البوليمر وتقييم قدرتها على الامتصاص لإزالة أيونات تم تصنيع غشاء ، اً الكبريتات من المياه الملوثة بالنموذج. أيض مركب قائم على الجرافين مدعوم من البوليمر ، وتم فحص أداء فصل النفاذية والملوثات بمرور الوقت. تم التحقق من التشكل الهيكلي للسطح ، وخشونة السطح ، والمكونات الكيميائية والعنصرية والمعدنية ، بالإضافة إلى التفاعل الجماعي الوظيفي للغشاء النانوي المركب المدعوم بالبوليمر والغشاء المركب النانوي باستخدام مجهر إلكتروني لمسح الانبعاث ) ، الأشعة AFM) ، مجهر القوة الذرية (EDX) ، مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (FESEMالميداني ( .) بعد ذلك ، أجريت تجارب الامتزاز FTIRمطيافية فورييه لتحويل الأشعة تحت الحمراء ( ، )XRDالسينية المشتتة ( الدفعي لتحديد تأثيرات الأس الهي دروجيني للمحلول ، وسرعة التحريض ، وجرعة الممتزات ، ووقت التلامس لإزالة النانوي الجديد بمساعدة بفبي. أظهرت النتائج AlNiMnأيونات الكبريتات من المياه الملوثة المركبة باستخدام مركب من تجارب الُدفعات أن المركب النانوي بمساعدة البوليمر الجديد امتص أكثر من ثلاثة الاف مجم / لتر من أيونات الكبريتات من مياه الصرف الصحي النموذجية في ظروف المعالجة المثلى (مئة و نصف دورة في الدقيقة ، ودرجة و Temkin و Freundlich و Langmuir الحموضة ست ، ووقت التلامس ستون دقيقة) تم تخطيط نماذج لشرح توازن متساوي الامتزاز. تشير نماذج متساوية الحرارة إلى أن امتصاص Dubinin-Radushkevich ) مع كل من الدرجة R2 99.5٪الكبريتات يتبع آلية الامتصاص الفيزيائي. النتائج التجريبية كانت لها نوبات جيدة ( الأولى الزائفة والدرجة الثانية الزائفة. علاوة على ذلك ، تم إجراء اختبارات التدفق والفصل لتقييم أداء النفاذية وقدرة CD-GO-PA-PSFالفصل للغشاء المركب عد لإزالة الأملاح والمعادن الثقيلة والملوثات العضوية. أظهرت ُ الم النتائج أعلى تدفق للغشاء قدره مئة لتر / م اثنان في الساعة عند خمس عشرة دقيقة ثم انخفض فيما بعد واستقر اربعون تم تحقيق كفاءة رفض بنسبة مئة٪ لإزالة الف مجم / لتر ، و مئة مجم / لتر ، ، اً لتر / م اثنان بعد اربع ساعات. أيض و مؤتان و نصف مجم / لتر من الأملاح والمعادن الثقيلة والملوثات العضوية على التوالي لأكثر من خمس ساعات. تتمتع بقدرة امتصاص CD-GO-PA-PSFثبت أن مادة ماصة نانوية جديدة مدعومة بالبوليمر وغشاء مركب نانوي أفضل لأيونات الكبريتات في مياه الصرف الصحي الغنية بالكبريتات وأداء فصل النفاذية والملوثات المثير للإعجاب والمستقر مقارنة بالدراسات الأخ يمكن نشر مادة الامتصاص النانوية الجديدة ، ا. ومن ثم ً رى التي تم الإبلاغ عنها سابق هو CD-GO-PA-PSF للمعالجة المسبقة لمياه الصرف الصحي الغنية بالكبريتات في حين أن المركب النانوي غشاء واعد لترشيح وتنقية مياه الصرف الصحي ومياه البحر

English Abstract

Pollution of water resources from the high concentration of organic and inorganic compounds makes the available water unsuitable for use by the populace and industry. Therefore, efficient pre-treatment and purification strategies must be employed to simultaneously address many pollutants in water resources. Over the years, the advancement in nanoscience and polymer science has better-positioned adsorption and membrane technology as a formidable remediation approach. In this work, we synthesized a polymer-assisted metallic nanoadsorbent and evaluated its adsorption capacity for the removal of sulfate ions from model contaminated water. Also, a novel polymer-supported graphene-based composite membrane was synthesized, and its permeability and contaminants separation performance over time were investigated. The surface structural morphology, surface roughness, chemical, elemental, and mineral constituents, as well as functional group interaction of the synthesized polymer-supported nanoadsorbent and nanocomposite membrane were ascertained with Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), atomic force microscopy (AFM), X-ray dispersive (XRD), Fourier Transform Infra-red spectroscopy (FTIR). xv Thereafter, the batch adsorption experiments were carried out to determine the effects of solution pH, agitation speed, the adsorbent dosage, and contact time for the removal of sulfate ions from the synthesized contaminated water using the novel PVP-assisted AlNiMn nanocomposite. The results from batch experiments showed that the novel polymer assisted nanocomposite adsorbed over 3000 mg/L sulfate ions from the model wastewater at optimal treatment conditions (of 150 rpm, pH 6, and 60-min contact time). The Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich models were plotted to explain the adsorption isotherm equilibrium. The isotherm models suggest the sulfate adsorption followed the physical sorption mechanism. The experimental results had good fits (R2 ≥ 99.5%) with both pseudo first-order and pseudo second-order. Moreover, the flux and separation tests were conducted to evaluate the permeability performance and separation capacity of the prepared CD-GO-PA-PSF composite membrane for the removal of salts, heavy metals, and organic contaminants. The results show the highest membrane flux of 100 L/m2h at 15 min which later declined and stabilized 40 L/m2h after 4 h. Also, 100% rejection efficiency was attained for the removal of 1000 mg/L, 100 mg/L, and 250 mg/L of salts, heavy metals, and organic contaminants respectively for over 5 h. The novel polymer-supported nanoadsorbent and CD-GO-PA-PSF nanocomposite membrane were proven to have better adsorption capacity for sulfate ions in sulfate-rich wastewaters and the impressive and stable permeability and contaminants separation performance compared to other previously reported studies. Hence, the novel nanoadsorbent can be deployed for the pre-treatment of sulfate-rich wastewater while the CD-GO-PA-PSF nanocomposite is a promising membrane for the filtration and purification of wastewater and seawater.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Earth Sciences
Committee Advisor: Saleh, Tawfik A.
Committee Members: Al-Arfaj, Abdulrahman A. and AlGhunaimi, Fahd I.
Depositing User: SUAIBU BADMUS (g201705790)
Date Deposited: 25 Mar 2021 11:30
Last Modified: 25 Mar 2021 11:30
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141845