Design and Optimization of Functionalized Porous Nanomaterials Synthesized from Waste for Advanced Water Applications. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_Thesis 201 may 28 (6).pdf Restricted to Repository staff only until 17 June 2026. Download (6MB)

Arabic Abstract

تتناول هذه الدراسة مشكلتين بيئيتين رئيسيتين: تراكم الفحم البترولي كناتج ثانوي لمصافي النفط، وتلوّث المياه بالأصباغ السامة. تم استخدام الفحم البترولي، الذي يُنتج بكميات ضخمة كنفاية صناعية، كمصدر لتحضير مواد نانوية غنية بالكربون لمعالجة المياه. تم تصنيع هذه المواد من خلال تنشيط كيميائي باستخدام هيدروكسيد البوتاسيوم، وتمت دراستها باستخدام تقنيات FTIR وSEM وXRD وXPS للتحقق من خصائص السطح والتركيب. تم تقييم أداء المواد المُحضرة في إزالة أصباغ الميثيلين الأزرق، الكونغو ريد، والرودامين B، تحت ظروف تشغيل مختلفة تشمل تركيز الصبغة وزمن التلامس. طُبّقت نماذج حركية وتوازن لفهم آليات الإزالة، كما تم اختبار أنظمة مزدوجة لدراسة السلوك التنافسي للامتزاز. أُجريت أيضًا تجارب التخثير الكهربائي كنهج تكاملي لتحسين كفاءة الإزالة في المحاليل عالية التركيز. كما عزز تطعيم السطح البوليمري باستخدام ميثيل ميثاكريلات وميثاكريلاميد من الوظائف السطحية واستقرار المادة تحت ظروف الجريان المستمر. وتم تحضير مركب كربوني–تيتانيوم باستخدام طريقة السول–جيل، وحقق تحللاً ضوئياً بنسبة 99% للميثيلين الأزرق تحت الأشعة فوق البنفسجية، مما يدل على صلاحيته للتطبيقات التحلل الضوئي. تؤكد النتائج إمكانية تحويل الفحم البترولي إلى مواد نانوية متعددة الوظائف وفعالة في الامتزاز، والتخثير، والتحلل الضوئي، مما يوفر حلاً منخفض التكلفة وقابلاً للتوسع لمعالجة مياه الصرف الصناعي.

English Abstract

This study addresses two environmental problems: the accumulation of petroleum coke as a refinery by-product and contamination of water with toxic dyes. Petroleum coke, produced in large volumes as industrial waste, was used as a precursor to synthesize carbon-rich nanostructure materials for water treatment. These materials were developed through chemical activation using potassium hydroxide and characterized by FTIR, SEM, XRD, and XPS to confirm surface properties and composition. The nanostructures were evaluated for adsorption performance against methylene blue, Congo red, and rhodamine B under varying dye concentration and contact time. Kinetic and isotherm models were applied to understand removal mechanisms, and binary systems were used to study competitive adsorption. Electrocoagulation experiments were conducted as a hybrid approach to enhance dye removal in high-concentration systems. Polymer grafting with methyl methacrylate and methacrylamide improved surface functionality and stability in continuous flow. A TiO₂–carbon composite synthesized via sol–gel achieved 99% photodegradation of methylene blue under UV light, indicating suitability for photocatalytic systems. The findings confirm that petroleum coke can be converted into multifunctional carbon nanostructures capable of effective adsorption, hybrid coagulation, and photocatalytic degradation, offering a low-cost, scalable solution for industrial wastewater treatment.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Salah, Tawfik A
Committee Members:	Asrof, Dr. Ali Shaikh and Al-Harbi, Dr. Ahmed
Depositing User:	SHAMAH ALHARBI (g202303090)
Date Deposited:	17 Jun 2025 07:46
Last Modified:	17 Jun 2025 07:46
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143543