PREPARATION OF MODIFIED ADSORBENTS FROM WASTE AND NATURAL MATERIALS FOR WASTEWATER TREATMENT

PREPARATION OF MODIFIED ADSORBENTS FROM WASTE AND NATURAL MATERIALS FOR WASTEWATER TREATMENT. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Preparation of Modified Adsorbents from Waste and Natural Materials for Wastewater Treatment-print.pdf
Restricted to Repository staff only until 8 February 2023.

Download (15MB)

Arabic Abstract

في هذا البحث تم دراسة امكانية صناعة مواد جديدة وفعالة مشتقة من مواد طبيعية ومخلفات صناعة الحديد متوفرة محليا بكميات كبيرة، واستخدامها في معالجة المياه. المواد المبتكرة تم تصنعيها باستخدام مواد ناتجة من مخلفات صناعة الحديد والتي تشمل: مسحوق أكسيد الحديد الناعم، غبار المتراكم على فلتر التنقية، وخبث الحديد الناتج من فرن صهر الحديد. بالإضافة الى ثلاث مواد من مصادر التربة الطبيعية وتشمل المسكوفايت، الفيرمكيولايت و سيبيولايت. تم تصنيع المواد باستخدام نوعين من البلمرة الكيميائية: متعدد الاميدات ومتعدد اكريل اميد مع حمض أكريليك. تم اختيار المواد المصنعة والتي اثبتت فعالية عالية في معالجة المياه , وامتصاص المعادن الثقيلة والصبغات , لدراسة دقيقة ومفصلة لاستكشاف خواصها الفيزيائية والكيميائية باستخدام عدة اختبارات منها : اختبار المساحة السطحية والمسامية باستخدام النيتروجين السائل, اختبار المكونات الكيميائية وتشكل السطح الخارجي باستخدام ميكروسكوب الاشعة السينية الالكتروني, تحديد المجموعات الوظيفية على السطح باستخدام طيف فورير, تحديد التركيب البلوري لمختلف المواد باستخدام حيود الاشعة السينية, تحديد الاكاسيد الأساسية التي تتكون منها المادة باستخدام الاشعة السينية بالإضافة الى اختبار تأثير الحرارة على استقرار المواد المصنعة باستخدام التحليل الوزني الحراري. بالإضافة الى عمل دراسات مفصلة لدراسة فاعلية المواد المصنعة لإزالة الصبغات العضوية وتشمل الميثيل الأزرق والميثيل البرتقالي بالإضافة الى المعادن الثقيلة وتشمل معدني الرصاص الكادميوم. تم دراسة عملية المعالجة في ظرف مختلفة وتأثير العوامل المختلفة على عملية المعالجة مثل التركيز، درجة الحموضة، الكمية، درجة الحرارة و الوقت اللازم للمعالجة. تم دراسة أثر العوامل المذكورة باستخدام طريقتين: طريقة تغيير أحد العوامل مع بقاء باقي العوامل ثابتة بالإضافة الى تغير كافة العوامل باستخدام نظرية الاسطح المتغيرة. بالإضافة الى ذلك تم عمل دراسات كاملة للمواد التي تم اختيارها لدراسة النماذج الرياضية المتبعة في الاتزان، الديناميكا الحرارية والنماذج الحركية للجزيئات مع الزمن. كما تم أيضا وضع تفسير علمي مبني على النتائج التي تم الحصول عليها عن كافة القوى المسؤولة عن عملية الازالة لكل من الصبغات والمعادن الثقيلة والية التفاعل مع المواد المصنعة في الأوساط السائلة. اثبتت الدراسة عن إمكانية استخدام المواد بشكل فعال في معالجة المياه الناتجة من الأنشطة الصناعية.

English Abstract

In this research, the potentiality of utilizing locally available waste and natural materials for wastewater treatment was investigated. Novel nanocomposite adsorbents were fabricated from three steelmaking industry wastes, including fine oxides, basic furnace slag, and baghouse dust. Besides, three local clay materials, namely muscovite, vermiculite, and sepiolite, were examined. Two polymerization syntheses were employed for each material: polyamide and poly (acrylamide-co-acrylic acid) synthesis. The fabricated polymeric nanocomposites that showed high removal efficiencies for metal and dyes were selected for further characterization and adsorption investigations. The physiochemical properties of each polymeric nanocomposite were investigated before and after modifications using XRD, SEM, FTIR, TGA, XRF and BET techniques. The fabricated adsorbents were tested for organic and inorganic pollutants removal from single and multi-component synthetic solutions. Inorganic pollutants included two heavy metals, namely lead and cadmium, whereas organic pollutants involved dyes, particularly methylene blue (MB) and methyl orange (MO). Various operational factors that affect the adsorption process were investigated using one factor at a time (OFAT) and factorial design using Response Surface Method, such as pH, contact time, adsorbent dosage, temperature, and initial concentration. Moreover, the obtained results were fitted to various adsorption isotherms models such as Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin – Radushkevich isotherms. Also, pseudo-first-order, pseudo-second-order, and intra-particle diffusion kinetic models were fitted to the obtained experimental data. Further, the mechanisms for the uptake of dyes and metals onto the fabricated polymeric nanocomposite were proposed. The obtained results verified the efficiency of the synthesized adsorbents for wastewater treatment discharged from various industrial activities.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Civil Engineering
Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department: College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor: Al-Malack, M.
Committee Members: vohra, v and Al-Suwaiyan, M.S. and Hossain, Mohammad Mozahar
Depositing User: BASALEH AB ABDULKAREM (g201102170)
Date Deposited: 13 Feb 2022 06:51
Last Modified: 13 Feb 2022 06:51
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142056