Efficient adsorptive removal of organic dyes and pharmaceuticals from wastewater using metallic nanotubes/ZIFs. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_THESIS_RA-202313150.pdf Restricted to Repository staff only until 22 December 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

الاسم : رقية عزيز العنوان : الإزالة الامتزازية الفعّالة للأصباغ العضوية والمستحضرات الصيدلانية من مياه الصرف الصحي باستخدام الأنابيب النانوية المعدنية/ZIFs التخصص : الهندسة الكيميائية تاريخ الحصول على الدرجة : ديسمبر 2025 تصريف المياه الملوثة بالمواد الخطرة من الصناعات الكيميائية والصناعات المرتبطة بها إلى البيئة يُعد مصدر قلق خطير ومقلق. لذلك، توجد حاجة ملحّة وضرورية لتطوير وتطبيق استراتيجيات لمعالجة مياه الصرف الصحي تكون ميسورة التكلفة وفعّالة في الوقت نفسه. وتُعد عملية الامتزاز من أكثر التقنيات كفاءة، إلا أن فعاليتها تعتمد بشكل أساسي على نوعية المواد المازّة المستخدمة. في الآونة الأخيرة، برزت مواد الأطر الفلزية-العضوية (MOFs) مثل أطر الإيميدازول الزيوليتية (ZIFs) كمواد مازّة فعّالة لإزالة تلوث المياه. وتتكون هذه المواد من أيونات فلزية مرتبطة بروابط عضوية مشتقة من الإيميدازول، وينتج عن هذا التناسق بنية صلبة ثلاثية الأبعاد محددة جيدًا تمتلك خصائص مميزة، من أبرزها المسامية العالية، وإمكانية ضبط بنية المسام، وسهولة إجراء التعديل الوظيفي عليها، وغيرها. وبفضل هذا التنوع، يمكنها تسهيل إزالة الملوثات من مياه الصرف. ومع ذلك، وبما أن مواد ZIFs ذات طبيعة كارهة للماء، فإنها تميل إلى التكتل في المحاليل المائية، مما يقلل من كفاءتها. إضافة إلى ذلك، فإن استرجاع مواد ZIFs النقية من الأوساط المائية يُعد تحديًا آخر. ويمكن أن تسهم عملية تعديل وتفعيل ZIFs في التغلب على هذه المشكلات. وعليه، ركز هذا العمل على تطوير متراكبات نانوية من نوع TNTs@ZIFs وCeNTs@ZIFs انطلاقًا من ZIF-8 وZIF-67 وأنابيب التيتانيا النانوية (TNTs) وأنابيب السيريا النانوية (CeNTs). وتم توصيف المتراكبات النانوية المطورة باستخدام تقنيات متعددة مثل حيود الأشعة السينية (XRD)، والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR)، وقياسات المساحة السطحية (BET)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، وذلك قبل تطبيقها في الإزالة الامتزازية للأصباغ والملوثات الدوائية من الماء. وأظهرت النتائج أن هذه المتراكبات النانوية تتفوق بشكل ملحوظ على المواد الأصلية المكونة لها (أي ZIF-8 وZIF-67 وTNTs وCeNTs)، مما يؤهلها لتكون مواد فعّالة وجديدة في مجال معالجة مياه الصرف. كما أظهرت المتراكبات النانوية ثباتًا جيدًا وقابلية لإعادة الاستخدام عبر عدة دورات من الامتزاز/إزالة الامتزاز، وهي خاصية أساسية لأي مادة مازّة جديدة تمهيدًا لإمكانية تسويقها مستقبلًا. علاوة على ذلك، تمت دراسة تأثير العوامل التشغيلية الأساسية مثل التركيز الابتدائي للملوث، وزمن التلامس، ودرجة حموضة المحلول (pH)، ودرجة الحرارة. وقد أظهر هذا البحث الإمكانات الواعدة لمتراكبات TNTs@ZIFs النانوية كمواد مازّة فعّالة لمعالجة مياه الصرف، على أن يتحقق كامل هذا الإمكان من خلال المزيد من البحث والتطوير.

English Abstract

Name : Ruqaiya Aziz Title : Efficient adsorptive removal of organic dyes and pharmaceuticals from wastewater using metallic nanotubes/ZIFs Major Field : Chemical Engineering Date of Degree : December, 2025 The discharge of water contaminated with hazardous substances from chemical and related industries into the environment is an alarming concern. Thus, there is an urgent and pressing need to develop and deploy wastewater treatment strategies that are affordable and effective. Adsorption is among the most efficient techniques; however, its efficacy depends on the adsorbents. Recently, metal-organic framework (MOF) materials like zeolitic imidazole frameworks (ZIFs) have emerged as effective adsorbents for water decontamination. They comprise metal ions bonded to imidazole-derived organic linkers. Such coordination generates a well-defined three-dimensional solid structure that has some distinct properties. Some of the most outstanding features include high porosity, tunable pore structure, and ease of functionalization, among others. Owing to their versatility, they can facilitate the elimination of contaminants from wastewater. However, since ZIFs are hydrophobic materials, they tend to aggregate in aqueous solutions, which compromises their efficacy. Additionally, recovery of pristine ZIFs from aqueous media is another challenge. Functionalization and modification of ZIFs might overcome these issues. Hence, this work focused on developing TNTs@ZIFs and CeNTs@ZIFs nanocomposites starting from ZIF-8, ZIF-67, titania nanotubes (TNTs), and ceria nanotubes (CeNTs); the developed nanocomposites were characterized using various techniques (i.e., XRD, FTIR, BET, SEM, and TEM) before applying it for the adsorptive removal of dyes and pharmaceutical pollutants from water. The results revealed that the nanocomposites significantly outperform their parental materials (i.e., ZIF-8, ZIF-67, TNTs, and CeNTs), positioning them as effective and novel materials in the wastewater treatment domain. Additionally, the nanocomposites showed good stability and reusability over several adsorption/desorption cycles; such reusability is an essential requirement for any new adsorbent to proceed in the steps towards eventual commercialization potential. Furthermore, the effects of essential operating parameters such as pollutant initial concentration, contact time, solution pH, and temperature. This research has revealed the promise of TNTs@ZIFs nanocomposites as effective adsorbents for wastewater treatment; the full potential will be realized upon further research and development.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Onaizi, Sagheer
Committee Members:	Abussaud, Basim and Malaibari, Zuhair
Depositing User:	RUQAIYA AZIZ (g202313150)
Date Deposited:	23 Dec 2025 07:21
Last Modified:	23 Dec 2025 07:21
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143829