SYNTHESIS OF IRON AND COBALT CONTAINING IONIC LIQUIDS AND THEIR APPLICATION IN MICROEXTRACTION AND ADSORPTION

SYNTHESIS OF IRON AND COBALT CONTAINING IONIC LIQUIDS AND THEIR APPLICATION IN MICROEXTRACTION AND ADSORPTION. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (PhD Dissertation)
Final_PhD_Thesis_KFUPM_04.pdf
Restricted to Repository staff only until 9 June 2022.

Download (7MB)

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل: أحمد عابدي حس ن عنوان الرسال ة: تصنيع السوائل الأيونية المحتوية على الحديد والكوبالت وتطبيقاتها في الإستخلاص الدقيق و الإدمصاص التخصص: كيمياء تاريخ الدرجة العلمية: ابريل 2021 يتضمن هذا البحث تصنيع السوائل الأيونية المحتوية علي الكوبالت و الحديد من أمينات متوفرة ورخصية الثمن والتي تعتبر بدورها مواد قيمة للإستخلاص الدقيق للمواد الصيدلانية و مبيدات الكلوروعضوية وبالمثل إدمصاص الصبغ الكتيونية و الأيونية ويتصل مع MS -HPLC, GC و VIS -UV و التي تمثل تقنيات الكشف بالترتيب. السوائل الأيونية التي تحتوي علي عناصر إنتقالية مثل الحديد و الكوبالت يمكن أن تستجيب لمجال مغناطيسي خارجي و تزيد بدورها مساحة سطح المادة. سهولة تعديل السوائل الأيونية يجعل من السهل إستخدامها في كلتا المواد الكارهة و المحبة للماء. بالإضافة لذلك يمكن فصلها بسهولة من العينة بعد عملية الإستخلاص بإستخدام المغناطيس )في حالة الخاصية المعناطيسية القوية(، الفصل بالغشاء، الترشيح والطرد المركزي . لذلك، تم بنجاح تصنيع و تشخيص السوائل الأيونية، 4 - ميثيل بنزين أمونيوم رباعي حديدات (III) و تم إستخدامه للإستخلاص مبيدات الكلوروعضوية من عينات مياه بيئيه. وهذه أول مرة يتم فيها توظيف السوائل الأيونية في قطب تحريك مدعوم بغشاء للإستخلاص الدقيق في الطور الصلب و تم تحليله عن طريق كروموتوغرافيا الغاز- مطياف الكتله ) MS-GC-SPE-μ-SB (. تمت دراسة عدة متغيرات ذات تأثير على الإستخلاص و قيم مزايا التحليل والتي تم أختبارها و وجددت كالتالي بالنسبة لتسعة عشر عينة من عينات مبيدات الكلورو عضوية ؛ عند إستخدام نطاقات خطية مختلفة من) 1 - 100 , 4 - 100 و 10 - 100 ميكرو جرام / لتر ,( كانت معاملات الإرتباط في المدى بين 0.9943 و 0.992 . الإنحراف المعياري النسبي داخل اليوم الواحد و بين الأيام يتراوح بين 3.9 - 12.5 %. و كانت حدود الكشف من 0.25 - 3.4 ميكرو جرام /لتر. تم إختبار هذه الطريقة علي عينات حقيقية علي مياه صرف صحي زراعية لتركيز و تعيين مبيدات الكلورو العضوية . xxx و تم إيضا تطوير طريقة بسيطة وذات كفاءه عالية بناءاً على HPLC)-SPE-μ-(D لتركيز و تقدير كمية عقار الكاربامازبين في عينات بيئية من المياه و البول. تم تحضير السوائل الأيونية المعناطيسية (Z) - أوكتا ديك - 9 - ين- 1 - أمينيوم رباعي كلورو حديدات ) III ( و (Z) - أوكتا ديك- 9 - ين- 1 -أمينيوم ثلاثي كلورو كوبالتات ) II ( و تم توظيفها كمواد إمتصاص في درجة حرارة الغرفة. تم التحصل على معامل إرتباط 0.9989 للنطاق خطي 1 - 1000 ميكرو جرام /لتر، تم تسجيل الإنحراف المعياري النسبي في داخل اليوم الواحد بنسبة 0.4 % و 2.1 % كنسبة بين الأيام. ووجد أن حد الكشف يساوي 0.51 ميكرو جرام /لتر. إضافة لذلك تم إستخدام نفس السائل الأيوني (Z) - أوكتا ديك- 9 - ين- 1 - أمينيوم رباعي كلورو حديدات ) III ( في الإستخلاص والتركيز الآني لثلاثة منتجات صيدلانية كلوميبرامين، كيتوبروفين ولوبرامايد الموجوده في عينات مياه الصرف الصحي والبول. تم التحصل علي معاملات الإرتباط 0.9974 ، 0.9967 و 0.9967 للعينات كلوميبرامين، كيتوبروفين ولوبرامايد على التوالي. تم تسجيل الإنحراف المعياري النسبي في داخل اليوم الواحد و كنسبة بين الأيام 2.7 و 3.1 ،% 3.3 و 2.6 ،% 3.7 و 3.0 % للعينات كلوميبرامين، كيتوبروفين ولوبرامايد على التوالي. و حدود الكشف كانت 2.3 ، 2.4 و 2.9 ميكرو جرام /لتر للعينات كلوميبرامين، كيتوبروفين ولوبرامايد على التوالي . وأخيراً، تم تحضير 1 -نفثالين أمونيوم رباعي كلوروحديدات ) III ) وأستخدامة كمادة ادمصاص لإزالة صبغات الميثايلين بلو و الروزبنغال من محاليل مائية. وقد وجدت سعة الأدمصاص عند الأتزان تساوي 6.443 و 20.70 ملي جرام /جرام لعينات الميثايلين بلو و الروزبنغال على التوالي. وتتبع حركية الأدمصاص نموذج حركية الرتبة الثانية الكاذبة بقيمة ( 2R ) اعلى من 0.99 . إضافة لذلك أكدت حسابات نظرية الكثافة الوظيفية ) (DFT صلة عالية بين النتائج العملية المتحصل عليها و الدرسات النظرية. لذلك، في هذا البحث تم استخدام أمين متوفر وصديق للبيئة كمادة أساسية لتخضير السوائل الأيونية، ومن ثم تم أختبار مدى صلاحيتها في الأستخلاص الدقيق في المنتجات الصيدلانية، المبيدات الكلوروعضوية و أدمصاصها للأضباغ. الاستخلاص المعزز بالسوائل الأيونية يعتبر رخيص الثمن، سهل التعامل و ذو كفاءة عالية. في هذا البحث، تم ايضا ضبط عدة عوامل، و بإستخدام المتغيرات المثلى، وتم التحقق من صحة الطريقة لتظهر كفاءة استخلاص و سعة إدمصاص عالية. تمت مقارنة هذة الطرق المطورة في هذة الدراسة بدراسات ذات صلة منشورة مسبقا.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : Ahmed Abdi Hassan Thesis Title : Synthesis of iron and cobalt-containing ionic liquids and their application in microextraction and adsorption. Major Field : Chemistry Date of Degree : April 2021 This research involves the synthesis of cobalt- and iron-containing ionic liquids (ILs) from readily available and cheap amines as useful materials for the microextraction of pharmaceuticals and organochlorine pesticides (OCPs) and the adsorption of cationic and anionic dyes, respectively, coupled with HPLC, GC-MS and UV-Vis as detection techniques. ILs containing transition elements such as iron and cobalt can respond to an external magnetic field and increase the surface area of the material. Due to the easy modifiability of ILs, they can be used for the extraction of both hydrophilic and hydrophobic analytes. Moreover, they can be easily separated from the sample after extraction by magnet (if the magnetic property is strong), membrane separation, filtration, and centrifugation. Therefore, in this study, we successfully synthesized and characterized IL, 4-methylbenzenaminium tetrachloroferrate (III) and used it for the extraction of organochlorine pesticides (OCPs) from environmental water samples. This is the first time that IL is used in stir bar assisted membrane protected micro solid phase extraction and analyzed in gas chromatography-mass spectrometry (SB-μ-SPE-GC-MS). Various parameters affecting the extraction were optimized and the analytical figures of merit for the nineteen target OCPs were studied and determined as follows: Different linear ranges (1-100, 4-100, 10-100 μg/L), correlation coefficients between 0.9943 and 0.9992. Intraday xxvii and interday RSD% were between 3.9 and 12.5%. The detection limits were found to be 0.25 to 3.4 μg/L. The developed method was tested on real agricultural wastewater samples for pre-concentration and determination of OCPs. Also, a simple and efficient method based on D-μ-SPE-HPLC was developed for the preconcentration and quantification of the drug carbamazepine in environmental water and urine samples. Magnetic ionic liquids, (Z)-octadec-9-en-1-aminium tetrachloroferrate (III) and (Z)-octadec-9-en-1-aminium trichlorocobaltate (II) were prepared and used as sorbents at room temperature. A linearity range of 1-1000 μg/L was obtained with a correlation coefficient of 0.9989, relative standard deviation for intraday 0.4% and interday 2.1%. The detection limit was found to be 0.51 μg/L. The same magnetic ionic liquid (Z)-octadec-9-en-1-aminium tetrachloroferrate (III) sorbent was extended to simultaneous extraction and preconcentration of three categories of pharmaceutical products clomipramine, ketoprofen and loperamide in wastewater and urine samples. The correlation coefficients (R2) obtained were 0.9974, 0.9967 and 0.9967 for CLOM, KETO and LOP, respectively. The RSD% for intraday and interday were found to be 2.7 and 3.1%, 3.3 and 2.6% and 3.7 and 3.0% for CLOM, KETO and LOP, respectively. The LODs obtained were 2.3 μg/L for CLOM, 2.4 μg/L for KETO and 2.9 μg/L for LOP. Finally, 1-naphthylammonium tetrachloroferrate (III) was also synthesized and used as an adsorbent for the removal of methylene blue (MB) and rose bengal (RB) dyes from aqueous solutions. The adsorption capacity of the adsorbent at equilibrium was found to be 6.443 mg/g for MB and 20.70 mg/g for RB. The adsorption kinetics followed a pseudo-second order kinetic model with R2 value above 0.99. Moreover, the density functional theory xxviii calculation (DFT) confirmed an excellent correlation between the experimental results and the theoretical studies. Therefore, in this research work, readily available and environmentally friendly amines were used as starting compound for the preparation of ILs and then their suitability for the microextraction of pharmaceutical products, OCPs and adsorption of dyes were investigated. The extraction enhanced with ILs sorbent is inexpensive, easy to handle and efficient. In this research work, several factors were also optimized and with the adjusted parameters, method validation was also studied which showed higher extraction efficiency and adsorption capacity. The methods developed here in this study were compared with other related published works.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Chemistry
Department: College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor: Alhooshani, Dr. Khalid R.
Committee Members: Chanbasha, Dr. Basheer and A. Saleh, Dr. Tawfik and A. Isab, Dr. Anvarhusein and Al-Muallem, Dr. Hasan
Depositing User: AHMED ABDI HASSAN (g201304090)
Date Deposited: 05 Jul 2021 06:42
Last Modified: 05 Jul 2021 06:42
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141898