CYCLOPOLYMERIZATION OF DIALLYLAMINE SALTS TO LINEAR AND CROSS-LINKED POLYMERS CONTAINING MOTIFS OF CROWN ETHER FOR SELECTIVE EXTRACTION OF LITHIUM-ION. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (PhD Dissertation) dissertation-24 Dec 2025- eprint.pdf Restricted to Repository staff only until 24 December 2026. Download (5MB)

Arabic Abstract

تعد تقنيات الفصل المبنية على تقنية الأغشية ضرورية بسبب الكفاءة العالية، والمتانة الجيدة، والثبات الميكانيكي. يمكن تحسين عملية الفصل من خلال تحسين كفاءة الفصل للمعادن الثقيلة والهيدروكربونات وقابلية الترطيب السطحي للأغشية. هنا نظهر أن السلوك الجيد الكاره للماء لغشاء فلوريد البولي فينيليدين (PVDF) يمكن تعديله ليكون مهيبا للماء عبر طبقة بولي أميد (PAm) ومركب نانوي من الجرافين اوكسيد@12-كراون ايثر-4 تم تحقيق ذلك من خلال ربط التساهمي GO من خلال تفاعل كيميائي تشعبى مع وحدات12-كراون ايثر-4 تم دراسة تأثير محتوى PAm و GO@12-C-4 على بنية وشكل غشاء GO@12-C-4-g- PVDF / Pam. يشير مطيافية التحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR) إلى نجاح التحضير. تم إجراء تقنيات المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وحيود الأشعة السينية لمراقبة شكل سطح الغشاء، وحيود المركب النانوي المصنوع، ونسبة إزالة الملوثات المختبرة باستخدام ICP-OES بعد الفصل على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، كان الغشاء المحضر مستقرا جدا تحت ضغط تشغيل 300 كيلو باسكال مع تدفق 23.8 ل.م-2 h-1 . أظهر الغشاء رفضا بنسبة حوالي 99.9٪ للهيدروكربونات (البنتان، التولوين، الهكساديكان، والإيزوأوكتان)، وأكثر من 90٪ للمعادن الثقيلة المختبرة (الرصاص، الكوبالت، والسترونشيوم). أشارت النتائج إلى أداء مماثل للأغشية الجديدة المبلغ عنها مقارنة بتلك المذكورة في الأدبيات. توفر هذه الدراسة رؤى جديدة حول التحول السطحي لتعزيز خصائص التدفق والفصل في أغشية PVDF في تنقية المياه. تم تصنيع مونومرات ملح أمين دياليل جديدة (I) تحمل زخارف إيثر 12-Crown-4 (H2C=CHCH2)2NCH2-(12-C-4) أو زخارف الإيثر ديبنزو-كراون-4 (H2C=CHCH2)2N-(CH2)6O-(12-C-4). يوفر المونومر (I) تحت البلمرة السيكلوبلمرة والبلمرة المشتركة للراديكالير الحرة مع SO2 عوائد جيدة للمتجانس (II) وكوبوليمر (III) . وقد استخدمت كأداة لجمع أيون الليثيوم من عينات مائية باستخدام تقنية سائل وصلب. تحسين الطريقة يتطلب تعديل عدة متغيرات مثل الرقم الهيدروجيني (pH) ، تركيزات Li+، وجرعات الراتنج لتحقيق أفضل النتائج الممكنة. تم تحليل قدرة الامتصاص بواسطة مطيافية الانبعاث البصري المرتبط بالبلازما الحثية (ICP-OES) . أجريت دراسة إزالة الليثيوم بتركيز على مستوى20 الى 100 جزء في المليون. يقوم الراتنج 11 وكوبوليمر 9 بامتصاص أيونات الليثيوم بسرعة بكفاءة ممتازة بعد حركية الدرجة الثانية وتركيب متساوي حرارة تمكين للامتصاص. أظهر الراتنج انتقائية ملحوظة في امتصاص Li+ في وجود أيونات Na+ و K+ .

English Abstract

Separation techniques based on membrane technology are crucial due to high efficiency, good durability and mechanical stability. The separation process can be enhanced by improving the separation efficiency for heavy metals and hydrocarbons and the surface wettability of membranes. Herein, we show that the good hydrophobic behavior of polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane can be adjusted to be hydrophilic via coating with polyamide (PAm) layer and nanocomposite of graphene oxide@12-Crown-4 (GO@12-C-4). This was achieved by covalent bonding GO through a chemical grafting reaction with 12-C-4 moieties. The influence of the PAm and GO@12-C-4 content on the structure, and morphology of the GO@12-C-4-g-PVDF / Pam membrane was investigated. Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy indicates successful preparation. Scanning Electron Microscopy (SEM), and X-ray diffraction techniques were conducted to observe the membrane surface morphology, diffractions of the synthesized nanocomposite, and percentage removal of the tested contaminants using ICP-OES respectively after the separation. Additionally, the prepared membrane was very stable under an operating pressure of 300 kPa with 23.8 L.m-2 h-1 flux. The membrane showed a rejection of about 99.9 % for hydrocarbons (pentane, toluene, hexadecane, and isooctane), and over 90 % for the tested heavy metals (lead, cobalt, and strontium). The results indicated comparable performance of the reported new membranes compared with those reported in literature. This study provides new insights into surface transformation to advance PVDF membranes' flux and separation properties in water purification. A new diallyl amine salt monomers (I) bearing metal chelating 12-Crown-4 ether motifs (H2C=CHCH2)2NCH2-(12-C-4) or dibenzo -Crown-4 ether motifs (H2C=CHCH2)2N-(CH2)6O-(12-C-4) have been synthesized. Monomer (I) under free radical cyclopolymerization and copolymerization with SO2 afforded homo- (II) and copolymer (III) in good yields. They have been utilized as a scavenger for lithium ion from aqueous samples using liquid-solid technique. Optimizing a method involves adjusting multiple variables like pH, Li+ concentrations, and resin doses to achieve the best possible results. The adsorption capacity was analyzed by Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES). The lithium removal study was conducted in ppm level concentration (20 ppm – 100 ppm). Resin 11 and Copolymer 9 adsorb the lithium ions rapidly with excellent efficiency following second order kinetics and fitting Temkin adsorption isotherm. The resin demonstrated remarkable selectivity in adsorbing Li+ in the presence of Na+ and K+ ions.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Asrof, Ali Shaikh
Committee Members:	Musa, Musa M. and Abu Jafar Mazumder, Mohammad and A. Saleh, Tawfik and Nahid Siddiqui, Mohammad
Depositing User:	KHALED OSSOSS (g202113390)
Date Deposited:	25 Dec 2025 08:35
Last Modified:	25 Dec 2025 08:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143881