SENSING AND REMOVAL MERCURY USING LANTHANIDE METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFS). Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Amjad-Thesis-(KFUPM).pdf - Draft Version Restricted to Repository staff only until 21 August 2026. Download (2MB)

Arabic Abstract

يُشكّل تلوث مصادر المياه بالزئبق (Hg²⁺) خطرًا بيئيًا وصحيًا بالغًا نظرًا لسُميّته العالية وقدرته على التراكم الحيوي. في هذه الدراسة، تم بنجاح تخليق إطار عضوي معدني قائم على عنصر الغادولينيوم (Gd-BTC) وتعديله وظيفيًا باستخدام الحمض الأميني الغني بالكبريت "إل-سيستئين" (Cys)، بهدف تطوير حساس فلوري عالي الحساسية والانتقائية للكشف عن الزئبق في الأوساط المائية. ساهم التعديل بإدخال مجموعات وظيفية فعالة مثل الثيول (-SH)، الكربوكسيل (-COOH)، والأمين (-NH₂)، مما عزّز قدرة الإطار على التناسق والارتباط بأيونات الزئبق. أكدت مجموعة شاملة من تقنيات التحليل نجاح التخليق، وثبات البنية، وتعديل السطح لمركب Cys-Gd-BTC. أظهر الحساس انبعاثًا فلوري حادًا عند 250 نانومتر، وكشفت دراسات تثبيط الفلورية عن انخفاض كبير في شدة الإشارة بنسبة 52.21% عند التعرض لأيونات. Hg²⁺ كما أظهر الحساس انتقائية ممتازة وحد كشف منخفض بلغ 0.6911 ميكرومول. إلى جانب قدرته على التحسس، حقق المركب كفاءة إزالة للزئبق بلغت 92.94%، حيث امتص كل مليغرام من Cys-Gd-BTC حوالي 0.239 ميكروغرام/ميلغرام من الزئبق خلال 60 دقيقة. كما احتفظ الحساس بكفاءة 90% في دورة الاستخدام الثانية، وتراجعت الكفاءة تدريجيًا إلى 62%، ثم 57%، و54% في الدورات التالية، مما يدل على قابلية جيدة لإعادة الاستخدام. تُبرز هذه الدراسة الإمكانات القوية للإطارات العضوية المعدنية المعدّلة بالأحماض الأمينية في التطبيقات البيئية، حيث توفر منصة مزدوجة الوظيفة للكشف وإزالة الزئبق السام من مصادر المياه.

English Abstract

Mercury contamination (Hg²⁺) in water sources presents a serious environmental and health hazard due to its high toxicity and bioaccumulation. In this study, a gadolinium-based metal-organic framework (Gd-BTC) was successfully synthesized and functionalized with the sulfur-rich amino acid L-cysteine (Cys) to create a highly sensitive and selective fluorescent sensor for mercury detection in aqueous media. The functionalization introduced thiol (-SH), carboxyl (-COOH), and amine (-NH₂) groups, enhancing the framework’s ability to chelate and coordinate with Hg²⁺ ions. A comprehensive suite of analytical techniques confirmed the successful synthesis, structural integrity, and surface modification of the Cys-Gd-BTC material.The Cys-Gd BTC sensor exhibited a sharp photoluminescent emission at 250 nm, and fluorescence quenching studies revealed a significant 52.21% decrease in intensity upon exposure to Hg²⁺. The sensor demonstrated excellent selectivity and a low detection limit (LOD) of 0.6911 µM. In addition to sensing, the material achieved a mercury removal efficiency of 92.94%, with 1 mg of Cys-Gd-BTC adsorbing 0.239 μg/mg of Hg²⁺ within 60 minutes. The sensor retained 90% efficiency in the second reuse cycle, with 62%, 57%, and 54% in the subsequent cycles, showing good reusability. This work demonstrates the strong potential of amino acid-functionalized MOFs for environmental applications, offering a dual-function platform for both detection and removal of toxic mercury from water sources.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Environmental Chemical Engineering Research > Environment Research > Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Bioengineering
Committee Advisor:	Khalil, Amjad
Committee Co-Advisor:	Helal, Aasif
Committee Members:	Faizan Khan, Muhammad
Depositing User:	AMJAD ALSHAMMARI (g202203400)
Date Deposited:	27 Aug 2025 11:54
Last Modified:	27 Aug 2025 11:54
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143674