Albalawi, Raghad (2026) Development and Functionalization of Engineered Graphene Oxide–red Mud Composites for Water Treatment Applications. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master Thesis) Master Thesis Raghad.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 12 June 2027. Download (5MB)

Arabic Abstract

لقد حظي تطوير مواد مازّة مستدامة وعالية الأداء لمعالجة مياه الصرف باهتمام كبير، نتيجةً لتزايد التلوث البيئي الناجم عن مياه الصرف الصناعية المحتوية على الأصباغ. في هذه الدراسة، تم بنجاح تحضير مادة مركّبة جديدة من الجرافين/الطين الأحمر المعدّل بالبوليمر (Polymer-Functionalized Graphene/Red Mud Composite) بهدف الإزالة الفعّالة لصبغة أزرق الميثيلين (Methylene Blue, MB) من المحاليل المائية. تم استخدام الجرافيت المستهلك (Waste Graphite) كمصدر كربوني منخفض التكلفة لتحضير أكسيد الجرافين (Graphene Oxide, GO) باستخدام طريقة أكسدة معدّلة، مما يوفر نهجًا مفيدًا بيئيًا للاستفادة من مخلفات الجرافيت وتحويلها إلى مادة ذات قيمة. بعد ذلك، تم تعديل أكسيد الجرافين باستخدام البولي إيثيلين إيمين (Polyethylenimine, PEI) بهدف تحسين الخصائص الوظيفية لسطحه، وزيادة مواقع الامتزاز النشطة، وتعزيز استقرار تشتته، وذلك من خلال إدخال عدد كبير من مجموعات الأمين. بعد ذلك، تم دمج PEI–GO المحضّر مع الطين الأحمر (Red Mud)، وهو منتج ثانوي صناعي ناتج عن عملية إنتاج الألومينا، لتصنيع مادة مازّة مركّبة ومستدامة ذات خصائص فيزيائية وكيميائية محسّنة. وقد أدى التأثير التآزري بين PEI–GO والطين الأحمر إلى تحسين أداء امتزاز صبغة أزرق الميثيلين بشكل ملحوظ، نتيجةً لزيادة مساحة السطح، والتجاذب الكهروستاتيكي، والروابط الهيدروجينية، وتفاعلات π–π. كما تمت دراسة تأثير عدد من ظروف التشغيل بصورة منهجية، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني (pH)، وزمن التلامس، وجرعة المادة المازّة، والتركيز الابتدائي للصبغة. وأظهرت المادة المركّبة المطوّرة كفاءة امتزاز عالية وقدرة جيدة على التجديد وإعادة الاستخدام خلال عدة دورات متتالية من الامتزاز وإزالة الامتزاز، باستخدام نظام تجديد مكوّن من الإيثانول/حمض الأسيتيك (Ethanol/Acetic Acid). وتُبرز نتائج هذه الدراسة إمكانية تحويل المخلفات الصناعية والكربونية إلى مواد وظيفية ذات قيمة مضافة يمكن استخدامها في تطبيقات معالجة مياه الصرف بطريقة مستدامة.

English Abstract

The development of sustainable and high-performance adsorbents for wastewater treatment has attracted considerable attention due to increasing environmental pollution caused by industrial dye effluents. In this study, a novel polymer-functionalized graphene/red mud composite was successfully synthesized for the efficient removal of methylene blue (MB) from aqueous solutions. Waste graphite was utilized as a low-cost carbon precursor for the preparation of graphene oxide (GO) through a modified oxidation method, providing an environmentally beneficial approach for graphite waste valorization. The synthesized GO was subsequently functionalized with polyethylenimine (PEI) to enhance its surface functionality, adsorption active sites, and dispersion stability through the introduction of abundant amine groups. The prepared PEI–GO was then incorporated into red mud, an industrial by-product generated from alumina production, to fabricate a sustainable composite adsorbent with improved physicochemical properties. The synergistic interaction between PEI–GO and red mud significantly enhanced the adsorption performance toward methylene blue dye due to increased surface area, electrostatic attraction, hydrogen bonding, and π–π interactions. The effects of operational parameters, including pH, contact time, adsorbent dosage, and initial dye concentration, were systematically investigated The developed composite demonstrated high adsorption efficiency and good regeneration capability over multiple adsorption–desorption cycles using an ethanol/acetic acid regeneration system. The findings highlight the potential of converting industrial and carbonaceous wastes into value-added functional materials for sustainable wastewater treatment applications

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Environmental
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Thesis Advisor:	Tawfik Awadh,
Thesis Committee Members:	Ahmad Al-harbi, Ali Shaikh Asrof,
Depositing User:	RAGHAD ALBALAWI
Date Deposited:	10 Aug 2026 05:28
Last Modified:	10 Aug 2026 05:28
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144573