دراسة امتزاز الفينول من المحلول المائي على الكاربون المنشط : توازنا حركيا و ثرموديناميكيا == Adsorption of Phenol from Aqueous Solution on Activated Carbon : Equilibrium, Kinetics and Thermodynamic Study
Author name:
فرح سلام دعبول
Supervisor name:
فلاح حسن حسين
General topic:
Chemistry
Specific topic:
Chemistry
Degree:
Master
University:
University of Babylon - College Of Science
Language:
English
University location:
Babylon
Abstract:
ركزت الدراسة على تحضيرمركب من الكاربون المنشط من نوى النخيل العراقي بواسطة التنشيط الفيزيائي و الكيميائي تحليل الاشعة السينية و تحليل المجهر الالكتروني الماسح اثبتت ان المادة المتكونة هي الكاربون المنشط و تم تحضير مركب من الكاربون المنشط و ثنائي اوكسيد التيتانيوم ودراسة خصائص هذا المركب باستخدام تقنيات مختلفة. تم قياس قابلية الامتزاز وفعالية التحفيز الضوئي الكاربون المنشط والمركب المحضر من الكاربون المنشط وثنائي اوكسيد التيتانيوم من حيث سعة الامتزاز والتكسير الضوئي المحفز للمحلول المائي الفينول. | تتكون الرسالة من خمسة اجزاء رئيسة : في الجزء الاول تم تحضير الكاربون المنشط بواسطة التنشيط الفيزيائي و الكيميائي . في الجزء الثاني تم تحضير مركب من ثنائي اوكسيد التيتانيوم باستخدام طريقة الصول جل من مركبين كلوريد التيتانيوم والتيتانيوم ايزوبريبوكسايد. في الجزء الثالث تم تحضير مركب من الكاربون المنشط وثنائي اوكسيد التيتانيوم باستخدام طريقة التجفيف والتبخير البسيط. | في الجزء الرابع تمت دراسة الخصائص الكيميائية والسطحية للمركب المحضر باستخدام تقنيات تحليل رامان و تحليل الاشعة السينية وتحليل الاشعة تحت الحمراء و تحليل المجهر الالكتروني الماسح. تم استخدام تحليل رامان لفحص التداخل الحاصل بين الكاربون المنشط وثنائي اوكسيد التيتانيوم. تشير النتائج الى ازاحة القمم الرئيسية للكاربون المنشط وثنائي اوكسيد التيتانيوم عن مواقعها الاصليه وهذا يشير بوضوح الى التداخل القوي الحاصل بين الكاربون المنشط وثنائي اوكسيد التيتانيوم والذي يمكن ان يؤدي الى انتقال الشحنة من ثنائي اوكسيد التيتانيوم الى الكاربون المنشط وبذلك يمنع عمليه اعادة الاتحاد للشحنات المهمه في عمليه التكسير الضوئي للفينول. | تم حساب معدل الحجوم البلورية لثنائي اوكسيد التيتانيوم وللمركب المحضر من الكاربون المنشط وثنائي اوكسيد التيتانيوم من خلال معادلة شرر والتي كانت مساوية الى 22.797 nmو 24.026 nm لثنائي اوكسيد التيتانيوم وللمركب المحضر على التوالي. | تم دراسة طبيعة تشكل المركب المحضر باستخدام تحليل المجهر الالكتروني الماسح. تشير الصور الناتجة من المجهر الالكتروني الماسح بان الكاربون المنشط توزعت بشكل متجانس خلال حشوة ثنائي اوكسيد التيتانيوم مع ملاحظة تجمعات من دقائق ثنائي اوكسيد التيتانيوم. تم حساب معدل حجوم الدقائق وكانت مساوية الى 100 nm والتي تتطابق مع نتائج حيود الاشعة السينية. | في الجزء الخامس تم اجراء تطبيقين على العوامل المساعدة : | اختير المحلول المائي للفينول كنموذج للمياه الملوثة. تم دراسة سعة امتزاز الفينول في المحلول المائي على سطح الكاربون المنشط, وتم التركيزعلى تاثير عدة عوامل على حركيات الامتزاز عند ظروف ثابتة, مثل كتلة العامل المساعد و الدالة الحامضية وزمن الامتزاز و درجة الحرارة. استخدمت ايزوثيرمات لانكماير وفرندلش و تمكن كموديلات للامتزاز. استخدمت موديلات حركيات الامتزاز الثلاثة وهي حركيات الدرجة الاولى الكاذبة وحركيات الدرجة الثانية الكاذبة و موديل انتشار الدقائق لتفسير حركيات الامتزاز. ووجد بان نتائج الامتزاز العملية كانت مطابقة اكثر الى موديل حركيات الدرجة الثانية الكاذبة. وقد تم دراسة تاثير درجة الحرارة لحساب الدوال الثرموديناميكية مثل قيم طاقة كبس والانثالبية والانتروبية . وقد دلت الدوال الثرموديناميكية الناتجة بان طبيعة امتزاز الفينول تلقائي باعث للحرارة. | تم دراسة الفعالية الحفازية الضوئية من خلال الاكسدة الضوئية المحفزة للفينول لجميع النماذج المحضرة بنسب مختلفة بوجود الاشعة فوق البنفسجية نوع A كمصدر للتشعيع وتمت مقارنة النتائج العملية مع النتائج العملية لثنائي اوكسيد التيتانيوم التجاري (P25). تمت متابعة الانحلال الضوئي الصبغة بواسطة اي عامل مساعد محضر من خلال دراستها طيفيا. تبين النتائج المستحصلة ان الاكسدة الضوئية المحفزة جميعها تطيع معادلة المرتبة الاولى الكاذبة. بينت النتائج تحسن الفعالية الحفازية الضوئية لجميع النسب المحضرة من المركب مقارنة مع ثنائي اوكسيد التيتانيوم لوحده. كذلك بينت النتائج بان اعلى نسبة انحلال ضوئي كانت في المركب AC (10%)/P25 بواقع 6%5. وكانت نسبة الانحلال الضوئي للفينول لنماذج P25 و AC (10%)/P25 مساوية الى 35 و 56% على التوالي. يبدو واضحا بان فعالية المركب AC (10%)/P25اعلى بحدود 1.14 مره من ثنائي اوكسيد التيتانيوم لوحده . | == In this thesis, the preparation of activated carbon (AC) by physical and chemical activation from Iraqi date palm seeds has been explored. In particular, optimized growth conditions that allow the production of long, well aligned, high-quality AC are established. The AC was prepared using a temperature of 700 °C for 120 min, using carbonaceous gas to nitrogen flow rate in a 1 : 1 ratio. SEM and XRD analysis of the prepared composite indicate this product is activated carbon and intermediates in the production of AC/TiO2 composites, and analyzing the prepared composite using different techniques. The adsorption capability of the AC and the photocatalytic activity of the prepared AC/TiO2 samples were quantified in terms of their adsorption capacity and the photocatalytic degradation of phenol. | This research consists of five main parts : | 1. The AC was prepared using physical and chemical activation process. | 2. The TiO2 was prepared from titanium isopropoxide (TIP) and | titanium chloride (TiCl4) using simple sol-gel process. | 3. The AC/TiO2 composites were prepared using simple evaporation | and a drying process. | 4. The structural, morphological and chemical properties of the | prepared AC, TiO2 and AC/TiO2 composites were investigated by | different analytical techniques such as Raman spectroscopy, X-ray | XRD, FTIR and scanning electron microscope (SEM). Raman spectroscopy was used to investigate the interaction of the titanium dioxide (TiO2) with the AC. | | | The results indicate that the main bands of the TiO2 and AC shifted, clearly indicating that the strong interaction between the TiO2 and the AC could enhance the charge transfer from the TiO2 to the AC to separate and stabilize the charge and thereby hinder charge recombination. The Scherrer equation was used to calculate the average crystallite sizes of the TiO2 and AC/TiO2 composites via XRD data. According to calculations, the average crystallite sizes of the TiO2 and AC (10%)/ TiO2 composites were 22.797 and 24.026 nm, respectively. | The morphology of the AC/ TiO2 composites was studied using SEM. The SEM images explain that the AC is homogenously distributed throughout the TiO2 matrix with an apparent agglomeration of the TiO2 particles. The average sizes of the catalyst particles are 100 nm, which is in good agreement with the XRD measurements. | | In the fifth part, two models of applications were performed : | The adsorption capacity of an aqueous solution of phenol was used as a wastewater model to study the treatment activity of AC and AC/TiO2. The adsorption capacity of an aqueous solution of phenol on the AC surface was investigated, particularly focusing on the influence of the experimental parameters on the kinetics adsorption at constant conditions, such as AC dosage, contact time, pH and temperature. Langmuir, Freundlich and Temkin isotherms were utilized as the model adsorption equilibrium data. The Freundlich isotherm model was the most adequate. The pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion models were used to explain the adsorption kinetics. The experimental adsorption data fitted with the pseudo-second order kinetic. The effect of temperature was quantified by calculating different thermodynamic factors such as G, H and S changes. Thermodynamic parameters indicate that the adsorption is exothermic and spontaneous in nature. | | The photocatalytic activity of the AC/TiO2 composites with 10% of AC was studied and compared with the TiO2. The UV light photocatalytic activity was evaluated by the photocatalytic degradation of phenol in an aqueous solution. The obtained results are discussed in terms of its photodegredation efficiency The comparisons of photocatalytic activity showed that all prepared AC/TiO2 composites was more active than the TiO2 alone. After 60 minutes of UV irradiation, the AC (10%)/TiO2 demonstrated the highest photocatalytic photodegredation of phenol, of which almost 56% was removed. Phenolic degradation of TiO2, AC (10%)/TiO2, also achieved 35 and 56%, respectively. It was observed that the AC (10%)/TiO2 composite had higher activity of about 1.14 times more than TiO2 (P25). |
