Highly Porous Carboxylated Activated Carbon: Production and Model Based Application for the Removal of Pb2+ from Aqueous Solution

Highly Porous Carboxylated Activated Carbon: Production and Model Based Application for the Removal of Pb2+ from Aqueous Solution. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Ph.D. Dissertation)
PhD Dissertation Final-201405420.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 8 June 2023.

Download (3MB)

Arabic Abstract

من المهم إزالة Pb2+ من المهم إزالة Pb2+ من إمدادات المياه باستخدام مادة ممتزة رخيصة الثمن. لذلك يوصى بتطوير مواد ماصة منخفضة التكلفة لإزالة Pb2+ بشكل فعال من المياه. تمت مراجعة البحوث الأخيرة حول اخر التطورات في تقنيات إزالة Pb2 + باستخدام الممتزات منخفضة التكلفة وتم تحديد الثغرات البحثية. الهدف من البحث هو تطوير مادة الامتصاص الكربونية النشط المسامية للغاية باستخدام مواد منخفضة التكلفة ، وتطوير نماذج والتحقق من صحتها للتنبؤ بأداء الممتزات. تم استخدام عصا الجوت ، وهي منتج ثانوي زراعي منخفض التكلفة ، لتطوير الكربون المنشط ، والذي تم تشغيله لإنتاج الكربون المنشط المشتق من عصا الجوت الكربوكسيل (JSAC-COO−). تم تقييم JSAC-COO− ومقارنته مع الممتزات الأخرى المتاحة من خلال الخصائص الفيزيائية والكيميائية وتحليل أداء إزالةPb 2+.أجريت التجارب المعملية المضبوطة بعد "تصميم التجارب" الإحصائي من خلال تغيير العوامل التي تؤثر على أداء JSAC-COO− في إزالة. Pb2+ تم فحص أداء JSAC-COO− لتركيزات مختلفة من Pb2+ (المدى: 10-500 مجم / لتر) في ظروف تجريبية متغيرة (درجة الحرارة: 15 درجة مئوية و 27 درجة مئوية ؛ الرقم الهيدروجيني: 4.0 و 7.0) والوقت (1 ، 10 و 30 و 60 دقيقة). تم فحص عدة نماذج (خطية وغير خطية) والتحقق من صحتها للتنبؤ بتركيزات Pb2+ في المحلول المائي. تبلغ مساحة سطح JSAC-COO− المحضر 615.3 م 2 / جم. كانت السعة القصوى لامتصاص المادة الممتصة 2079 مجم / جم في 60 دقيقة ، تمت إزالة ما يصل إلى 99.8٪ من. Pb2+ أظهرت نماذج قليلة قدرات تنبؤية جيدة جدًا إلى ممتازة مع معاملات تحديد في حدود 0.85 - 0.95. أظهرت تجارب التحقق من صحة النموذج معاملات الارتباط في حدود 0.84 - 0.98. كما تم مقارنة النماذج المنتجة والممتازات المطورة مع الممتزات القائمة على الأنابيب النانوية الكربونية (CNT) ، والتي تم إنتاجها من خلال تجارب موسعة في هذه الدراسة. كان أداء JSAC-COO− أفضل من الممتزات القائمة على CNT بينما من المرجح أن يكون أداء JSAC-COO− أقل تكلفة. من المحتمل أن يكون JSAC-COO− المطور منخفض التكلفة وفعالًا ممتزًا ، والذي يمكن إجراء مزيد من البحوث عنه للتطبيقات التجارية من خلال اجراء دراسات في المستقبل.

English Abstract

Removal of Pb2+ from supply water using an inexpensive adsorbent is important. It is recommended that low-cost adsorbents are developed to effectively remove Pb2+ from aqueous solution. The recent research on the developments in Pb2+ removal technologies using the low-cost adsorbents were reviewed and the research gaps were identified. The aim of the research is to develop the highly porous activated carbon-based adsorbent using the low-cost materials, and develop and validate models for predicting the performance of the adsorbent. The jute stick, a low-cost agricultural byproduct, was used to develop the activated carbon, which was functionalized to produce the carboxylated jute stick derived activated carbon (JSAC-COO−). The JSAC-COO− was evaluated and compared with the other available adsorbents through the physical and chemical characteristics, and Pb2+ removal performance analysis. Controlled laboratory experiments were conducted following statistical “Design of Experiments” through varying the factors affecting the performance of JSAC-COO− in removing Pb2+. The performance of JSAC-COO− was investigated for different concentrations of Pb2+ (range: 10 - 500 mg/L) at variable experimental conditions (temperature: 15°C and 27°C; pH: 4.0 and 7.0) and time (1, 10, 30 and 60 min). Several models (Linear and non-linear) were investigated and validated for predicting the concentrations of Pb2+ in aqueous solution. The prepared JSAC-COO− had a surface area of 615.3 m2/g. The maximum adsorption capacity of the adsorbent was 2079 mg/g. In 60 min, up to 99.8% removal of Pb2+ was achieved. Few models showed very good to excellent predictive capabilities with coefficients of determination in the range of 0.85–0.95. The model validation experiments showed the correlation coefficients in the range of 0.84 – 0.98. The produced adsorbent and the developed models were also compared with the carbon nanotube (CNT) based adsorbent, which was produced through extended experiments in this study. The performance of JSAC-COO− was better than the CNT-based adsorbent while JSAC-COO− is likely to be less costly. The developed JSAC-COO− is likely to be low-cost and an effective adsorbent, which can be further investigated for commercial applications through future research.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department: College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor: Chowdhury, Md. Shakhawat Hossain
Committee Members: Al-Suwaiyan, Mohammed Saleh and Al-Zahrani, Muhammad Abdallah and vohra, Muhammad S.
Depositing User: Mr. MD IMRAN RAHMAN CHOWDHURY
Date Deposited: 12 Jun 2022 08:48
Last Modified: 12 Jun 2022 08:48
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142159