Removal of Heavy Metals From Aqueous Streams Using Zeolitic Imidazolate Framework Based Material. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Usman M Ismail- MS Thesis -Removal of Heavy Metals From Aqueous Streams Using Zeolitic Imidazolate Framework Based Material.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 6 June 2024. Download (8MB)

Arabic Abstract

الماء مورد قيم وضروري للحياة على الأرض، ومع ذلك، فإن موارد المياه ملوثة بمعدل غير مسبوق. تعتبر المعادن الثقيلة من أكثر الملوثات المائية سمية لأن العديد منها مسببة للسرطان وماسخة ومسببة للطفرات بمستويات أعلى من الحدود المسموح بها، وبالتالي يجب تجنب تعرض الإنسان لمثل هذه الملوثات. تم استخدام العديد من الطرق لمعالجة المعادن الثقيلة المائية، ومع ذلك، نظرًا لقيود معينة، لا يزال البحث عن طريقة معالجة منخفضة التكلفة وفعالة للوقت وموثوق بها يمثل مجال بحث مثيرًا للاهتمام. يعتبر الامتزاز طريقة مناسبة، وقد ظهرت المواد القائمة على أطر الزيوليت إيميدازولات (ZIFs) كمرشحين مناسبين لمثل هذا التطبيق بسبب خصائصها الرائعة مثل الاستقرار الكيميائي الأفضل بالنسبة للأطر العضوية المعدنية الأخرى، ومساحة السطح المحددة العالية، والاستقرار الحراري والقدرة على استضافة مختلفة نوع من المواد النانوية لإنتاج أداء محسن. ومع ذلك، فإن معظم الدراسات المتعلقة باستخدام ZIFs في تطبيقات معالجة المياه قد ركزت على ZIF-8، وبدرجة أقل ZIF-67. على هذا النحو، كان هذا العمل رائدًا في استخدام ZIF-60 لتطبيق معالجة المياه، باستخدام Pb (II) باعتباره الملوث النموذجي. تم اعتماد تقنية التصميم التجريبي لمنهجية سطح الاستجابة كأداة لدراسة تأثير التباين في معامل العملية على أداء ZIF-60 تجاه إزالة تلوث المياه الملوثة بالرصاص (II). علاوة على ذلك، أجريت تجارب الامتزاز الكلاسيكية بما في ذلك حركية الامتزاز، متساوي الحرارة والتحقيقات الديناميكية الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، يتم تجميع البيانات التجريبية الناتجة واستخدامها لاختبار البراعة التنبؤية للعديد من خوارزميات التعلم الآلي. تم نشر نتائج الدراسة في ورقة بعنوان "إزالة الرصاص المائي (II) باستخدام ZIF-60: دراسات الامتزاز، ومنهجية سطح الاستجابة وتنبؤات التعلم الآلي". الورقة مرفقة كفصل 4 من هذا العمل. بالإضافة إلى الورقة المنشورة، تم تقديم براءة اختراع بعنوان "ZIF-60 للمعالجة المائية للرصاص (II) من المياه الملوثة". أثناء إجراء التجارب، تم بذل جهد منفصل لكتابة مراجعة شاملة للأدبيات التي تتبعت تقدم العديد من الممتزات باستخدام ZIFs و MOFs المضمنة في إزالة المعادن الثقيلة من المحاليل المائية. تم الإبلاغ عن النتائج في مراجعة الأدبيات لهذا العمل (الفصل 2)، ومن المقرر نشرها في مجلة مرموقة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقديم ملخص النتائج الأولية الأخرى في الفصل الخامس من التقرير.

English Abstract

Water is a valuable resource and essential for life on Earth, however, water resources are polluted at an unprecedented rate. Heavy metals are one of the most toxic aqueous contaminants because many of them are carcinogenic, teratogenic and mutagenic at levels above the permissible limits, hence, human exposure to such contaminants should be avoided. Several methods have been used for the treatment of aqueous heavy metals, however, because of specific limitations, the search for low cost, time efficient and reliable treatment method still presents an interesting research area. Adsorption is considered a suitable method, and zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) based materials have emerged as suitable candidates for such application because of their superb characteristics like better chemical stability relative to other MOFs, high specific surface area, thermal stability and ability to host different kind of nanomaterials to produce an improved performance. However, most of the studies related to usage of ZIFs in water treatment applications have focused on ZIF-8, and to a lesser extent ZIF-67. As such, this work pioneered the use of ZIF-60 for water treatment application, using Pb(II) as the model contaminant. The response surface methodology experimental design technique was adopted as the tool for studying the effect of variation in process parameters on the performance of ZIF-60 towards decontamination of water polluted with Pb(II). Further, classical adsorption experiments including adsorption kinetics, isotherms and thermodynamic investigations were conducted. In addition, the generated experimental data are collated and used to test the predictive prowess of several machine learning algorithms. The findings of the study have been published in the paper titled “Aqueous Pb(II) removal using ZIF-60: adsorption studies, response surface methodology and machine learning predictions”. The paper is attached as chapter 4 of this work. In addition to the published paper, a patent titled “ZIF-60 for aqueous Pb(II) treatment from contaminated waters” is being filed for. While conducting the experiments, a separate effort was made to write a comprehensive literature review that tracked the progress of several adsorbents with ZIFs and MOFs included in the removal of heavy metals from aqueous solutions. The findings are reported in the literature review of this work (chapter 2), and it is intended to be published in a reputable journal. In addition, the summary of other preliminary results is presented as chapter 5 of the report.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Civil Engineering Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Vohra, Muhammad S.
Committee Members:	Onaizi, Sagheer A. and Al-Suwaiyan, Mohammad S.
Depositing User:	USMAN ISMAIL (g202101790)
Date Deposited:	07 Jun 2023 06:14
Last Modified:	07 Jun 2023 06:14
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142428