Novel Nanostructured Adsorbents for Water Purification from Heavy Metals

في هذا المشروع، تم دراسة أربع مصادر مختلفة للكتلة الحيوية: نباتات بردية(CP) ، قشور الربيان(Ch) ، النخيل المحلي (Pa) و نبات سالكس فيتالياتس(Sv) كمصادر محتملة للتحول إلى كربون محفز .(ACs) وقد تم اختبار العديد من المحفزات خلال مرحلة ما قبل الكربنة وما بعدها. في حين أظهر كربونات البوتاسيوم أفضل قدرة تحفيز أثناء كربنة CP و Ch و Sv، كان كربونات السيزيوم هو الأفضل بالنسبة لـ .Paكما وقد تم اختبار العديد من عوامل تعزيز النيتروجين في هذا البحث بهدف زيادة كمية النيتروجين في الكربون المحفز.
بالنسبة للنبات البري CP، فقد تم مزجه بأقنعة الوجه الجراحية ذات الاستعمال الواحد (SFMs) ثم تحويلها إلى CP-ACs من خلال الكربنة الحرارية باستخدام كربونات البوتاسيوم كمحفز. وقد لوحظ من خلال تحليل التوصيف وجود تطورات كبيرة في مساحة السطح (SBET = 830 م2/ جم) لكل من المسامات ذات حجم الميكرو (0.333 سم3/جم) و الميزو 0.053) سم3 /جم) بالإضافة إلى نشوء مجموعات وظيفية متنوعة على المادة المازة التي تم إنتاجها. وقد تم استخدام قدرة امتزاز أيونات المعدن الثقيلCr (VI) لتحديد ظروف الامتزاز المثلى.
بالنسبة للكتلة الحيوية لـ Ch، فقد تم تحويلها إلى كربون محفز ذو مساحة سطح عالية (1556 م 2 / جم) ذو صفات مسامية (0.69 سم3/جم) مع محتوى كبير من النيتروجين (حوالي 16٪) باستخدام عدة محفزات وعوامل معززة للنيتروجين، ولكن كربونات البوتاسيوم واليوريا أعطوا أفضل خصائص سطحية. وقد تم اختبار عينات ال Ch-ACs المحضرة في إزالة Cr(VI) و Pb(II) من المياه الملوثة عند قيم مختلفة ل: الأس الهيدروجيني وتركيز المعدن الأولي والوقت وكمية الكربون المحفز ودرجة الحرارة. كما تمت دراسة نماذج الكيمياء الحركية والإمتزاز لأيونات المعادن الثقيلة.
لقد تم أيضا تحضير الكربون المحفز من شجرة النخيل المحلية (Pa) باستخدام مجموعة واسعة من الكربونات الفلزية للتحفيز وتم تحقيق مساحة سطحية ممتازة تبلغ 2640 م/2جم عند استخدام كربونات السيزيوم كمادة محفزة. هذه هي أعلى مساحة سطحية تم الحصول عليها من بين جميع الكتل الحيوية التي تم استعمالها في هذه الدراسة وجاري حاليا توصيف هذا الكربون المحفز المتميز.
وبالنسبة ل Sv فقد وجد أنه أنتج Sv-ACs بمساحة سطح 1025 م2/جم عند تحفيزه باستخدام كربونات البوتاسيوم. ولتحسين قدرت الكربون المحفز على الامتزاز فقد تم تعزيزه بأنواع مختلفة من الأمينات ولكن اليوريا أعطت أعلى كمية نيتروجين (2.2٪) ومساحة سطح (567 م2/جم). وقد تم دراسة امتزاز أيونات الكروم السداسية(Cr(VI)) عند الأس الهيدروجيني 2 و 4 و 6 و 8 ووجد أنه عند أدنى درجة حموضة يكون امتزاز ال Cr(VI) بنسبة 98٪ عندما يكون الكربون المحفز غير معزز بالنيتروجين بينما كان أداءه عند تعزيزه باليوريا بنسبة 93٪.

In this project, four different sources of biomasses: Cyperus Papyrus (CP) wild-plants, Chitosan (Ch), local palm (Pa) reaches with leaves, and Salix viminalis (Sv); have been considered as potential sources for the transformation into activated carbons (ACs). Several activators have been tested during pre- and post-carbonization. K2CO3 shows the best activation capacity during CP, Ch and Sv carbonization, while CsCO3 was the best for Pa. Several N-doping agents were also tested in this work with the aim of increasing the amount of nitrogen in the ACs.
For the CP wild-plants, it was mixed with disposable surgical face masks (SFMs) and then converted to CP-ACs through thermal carbonization using K2CO3 as activators. As observed via characterization analysis, there were considerable developments in the specific surface area (SBET = 830 m2/g) for both micro- (0.333 cm3/g) and mesopores (0.053 cm3/g) as well as diversified functional groups on the sorbent that was produced. The heavy metal (Cr(VI)) ion adsorption capacity was used to identify the optimum adsorption parameters.
For the Ch biomass, it was converted into a high surface area (1556 m2/g) and porous (0.69 cm3/g) active carbons (Ch-ACs) with large content of nitrogen (~16 wt%) using different activating and nitrogen-enrichment agents, but K2CO3 activator and urea (U) precursor gives the best surface properties. The prepared Ch-ACs were tested for the removal of Cr(VI) and Pb(II) from contaminated waters at different: pH, initial metal concentration, time, AC dosage, and temperature. The kinetics and adsorption models of both heavy metal ions were also studied.
Activated carbon were also prepared from local palm tree (Pa) using a wide range of metal carbonates and excellent SBET of 2640 m2/g was achieved when using Cs2CO3 as activator. This is the highest surface area obtained among all the studied biomasses. Characterizing this excellent Pa-ACs are in progress.
The Sv was found to results in Sv-ACs with a surface area of 1025 m2/g when it activated with K2CO3. To improve its adsorption ability, ACs were enriched with different types of amines ending with urea having the highest nitrogen content (2.2%) and surface area (567 m2/g). Hexavalent chromium (Cr(VI)) absorption was tested at pH 2, 4, 6, and 8. At lowest pH, Cr(VI) absorbed 98% when AC is the adsorbent whereas AC-urea had less performance of 93%.