Author name:
شيماء خلف غاطي الجبوري
Supervisor name:
انتظار داوود سليمان | نجوى اسحق عبد الله
Abstract:
تعنى هذه الدراسة باحد اهم تطبيقات كيمياء السطح في مجال معالجة التلوث. اذ اجريت دراسة لامتزاز بعض الملوثات الكيميائية (الكلوروفينولات, الاصباغ, ايونات العناصر الثقيلة والمبيدات) على اسطح البوكسايت, البوكسايت المعالج , قشور الشعير والزيرولايت225. وقد تم استخدام تقنية مطيافية الاشعة فوق البنفسجية وتقنية الامتصاص الذري لمعرفة كميات الامتزاز عند ظروف متباينة من زمن التماس ووزن المادة المازة ودالة حامضية وقوة ايونية لمحلول الامتزازوحجم الدقائق للمواد المازة وتاثير درجة الحرارة. يمكن تلخيص نتائج هذه الدراسة بالاتي : • تمت معالجة سطح البوكسايت وشخصت السطوح قبل وبعد المعالجة باستخدام تقنية حيود الاشعة السينية (XRD) ومطيافية الاشعة تحت الحمراء (FTIR) ومجهر القوى الذرية (AFM) والمجهر الاليكتروني الماسح ((SEM.• اظهر سطح قشور الشعير سعة امتزاز اعلى من سطوح البوكسايت والبوكسايت المعالج والزيرولايت 225 في امتزازبعض مركبات الكلوروفينولات والاصباغ والمبيدات والسبب ممكن ان يعود الى كون قشور الشعير خفيفة الوزن وبالتالي فانها تمتلك مساحة سطحية عالية تكون مهياة للامتزاز اكثرمن باقي السطوح المازة, في حين اظهر سطح الزيرولايت 225سعة امتزاز اعلى من باقي السطوح في امتزاز الايونات الفلزية والسبب هو ان الزيرولايت 225 يمتلك مواقع كثيرة ممكن ان تستقبل الايونات الفلزية الموجبة (ايونات الكادميوم والنحاس) نتيجة التبادل الايوني.• اظهر الامتزاز على السطوح المدروسة انطباقية لايزوثيرمات لانكماير وفريندلش, ان ايزوثيرمات امتزاز 4 - كلوروفينول, 4,2 - ثنائي كلوروفينول وصبغة الكريسول الحمراء على اسطح البوكسايت, البوكسايت المعالج,قشور الشعيروالزيرولايت225 وايزوثيرمات امتزاز صبغة الكونغو الحمراء على سطح الزيرولايت 225كان من نوع (L) طبقا لتصنيف Giles. اما ايزوثيرمات امتزاز صبغة الكونغو الحمراء ومبيد الكلوروبايروفس على اسطح البوكسايت, البوكسايت المعالج وقشور الشعيروايزوثيرمات امتزاز ايونات الكادميوم الثنائية وايونات النحاس الثنائية على الاسطح الاربعة من نوع (H) حسب التصنيف المذكور. الشكل الذي تم الحصول عليه من امتزاز مبيد الكلوربايروفس على سطح الزيرولايت وامتزاز مبيد ترابين يورن - مثيل على الاسطح الاربعة كان من نوع (S).• تمت دراسة عملية الامتزازلمركبات الكلوروفينولات بدرجات حرارة مختلفة ( 10,25,37.5,50°C) واظهرت دراسة تاثير درجة الحرارة على عملية الامتزاز ان كمية امتزاز 4 - كلوروفينول على السطوح الاربعة وامتزاز 4,2 - ثنائي كلوروفينول على سطح قشور الشعير تقل بزيادة درجة الحرارة (عملية باعثة للحرارة) بينما امتزاز 4,2 - ثنائي كلوروفينول على اسطح البوكسايت, البوكسايت المعالج والزيرولايت تزداد بزيادة درجة الحرارة (عملية ماصة للحرارة).• تاثرت سعة امتزاز الاصباغ بتغير درجة الحرارة ضمن المدى (10 - 50°C ) اذ وجد ان عملية الامتزاز من النوع الماص للحرارة بالنسبة لامتزاز صبغة الكونغو الحمراء وصبغة الكريسول الحمراء على اسطح البوكسايت, البوكسايت المعالج وقشور الشعير في حين كانت عملية الامتزاز من النوع الباعث للحرارة في امتزاز الصبغتين المذكورة اعلاه على سطح الزيرولايت225.• امتزاز ايونات الكادميوم الثنائية على الاسطح الاربعة ضمن المدى10 - 50°C) ) يفضل الارتفاع في درجات الحرارة في حين امتزاز ايونات النحاس الثنائية على الاسطح الاربعة يقل مع زيادة درجات الحرارة ضمن المدى الحراري نفسه.• وجد ان امتزاز مبيد الكلوروبايروفس ومبيد الترابين يورن - مثيل على اسطح البوكسايت، البوكسايت المعالج وقشور الشعير من النوع الماص للحرارة بينما امتزازالمبيدين المذكورين اعلاه على سطح الزيرولايت 225من النوع الباعث للحرارة.• تم حساب انثالبي عملية الامتزاز ودراسة تلقائية اوعدم تلقائية التفاعل من خلال حساب طاقة كبس الحرة, كما تم حساب الكميات الثرموديناميكية الاخرى .• بثبوت درجة الحرارة تؤدي زيادة وزن السطح الماز والتي تشمل ( البوكسايت , البوكسايت المعالج , قشور الشعير , الزيرولايت225 ) الى زيادة النسبة المئوية للامتزاز .• بثبوت درجة الحرارة امتزاز 4 - كلوروفينول , 4,2 - ثنائي كلوروفيول على السطوح الاربعة يقل مع زيادة الدالة الحامضية للمحلول , امتزاز صبغة الكونغو الحمراء والكريسول الحمراء على سطح البوكسايت , البوكسايت المعالج , قشور الشعير يقل مع زيادة الدالة الحامضية للمحلول في حين تزداد قابلية امتزاز الصبغتين على سطح الزيرولايت 225مع زيادة الدالة الحامضية . امتزاز ايونات الكاديوم (II) والنحاس (II) على اسطح البوكسايت والبوكسايت المعالج وقشور الشعير تزداد مع زيادة pH المحلول , لكن امتزاز الايونين المذكورين على سطح الزيرولايت 225يقل مع زيادة pH المحلول , امتزاز مبيد الكلوروبايروفس ومبيد الترايبين يورن - مثيل على كافة السطوح المذكورة يقل مع زيادة الدالة الحامضية للمحلول .• بثبوت درجة الحرارة تبين ان امتزاز كافة الملوثات المدروسة (الكلوروفينولات, الاصباغ, الايونات الثقيلة والمبيدات) على جميع السطوح المازة يقل مع زيادة القوة الايونية للمحلول .• بثبوت درجة الحرارة تبين ان امتزاز كافة الملوثات المدروسة على اسطح البوكسايت, البوكسايت المعالج وقشور الشعير يقل مع زيادة حجم الدقائق للسطوح المازة .• بصورة عامة , امتزاز المركبات الكلوروفينولية على السطوح الاربعة يخضع للتسلسل الاتي : 4,2 - ثنائي كلوروفينول > 4 - كلوروفينول .امتزاز الاصباغ على جميع السطوح يخضع للتسلسل الاتي : صبغة الكونغو الحمراء > صبغة الكريسول الحمراء .امتزاز الايونات الفلزية على اسطح البوكسايت , البوكسايت المعالج والزيرولايت 225يخضع للتسلسل الاتي : ايون الكادميوم الثنائي > ايون النحاس الثنائي . في حين امتزازهما على سطح قشور الشعير : ايون النحاس الثنائي > ايون الكادميوم الثنائي .واخيرا يخضع امتزاز المبيدات على جميع السطوح للتسلسل الاتي : مبيد الكلوروبايروفس > مبيد الترابين يورن - مثيل | This study is concerned with a significant application of surface chemistry in the fields of treatment of pollution. It deals with adsorption systems of some chemical pollutants (chlorophenolic compounds, dyes, heavy metal ions, and pesticides) on four surfaces (bauxite, modified bauxite, barley husks, and zerolit225). UV - Visible and atomic absorption spectrophotometry techniques have been used to produce quantitative adsorption data at different conditions of contact time, adsorbent weight, pH, ionic strength, particle size of adsorbent and temperature. The results of this study are summarized in the following : • Modifying the surface of bauxite and study the difference between bauxite and modified bauxite on the adsorption at different conditions, and diagnosis the surface before and after the modification by using X - ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR), Atomic force microscopy (AFM), Scanning electron microscopy (SEM).• The adsorptive capacity of barley husks surface for chlorophenolic compounds, dyes and pesticides was higher than that of other surfaces, the reason is possible return to the fact that barley husks light weight and therefore has a high surface area (high active sites) for adsorption more than other adsorbent surfaces; on the other hand, the adsorptive capacity of zerolit225 surface for metal ions was the highest, the reason may be return to the fact that zerolit225 has many active sites can receive metallic ions (Cd+2 and Cu+2) as a result of ion exchange. • The adsorption of adsorbates was correlated to the Langmuir and Freundlich adsorption isotherms, the values of constants for the isotherms were found. The adsorption isotherm of congo red dye on zerolit225 and cresol red dye, 4 - chlorophenol and 2,4 - dichlorophenol on bauxite, modified bauxite, barley husks and zerolit225, are of L - curve type according to Giles classification. The adsorption isotherm of congo red dye and chlorpyrifos pesticide on bauxite, modified bauxite and barley husks, Cd(II) and Cu(II) ions on the four adsorbents are of H - type feature in Giles. However, the shape of the isotherm obtained from adsorption chlorpyrifos pesticide on zerolit225 and tribenuron - methyl pesticide on the four surfaces was found to be comparable in all cases to S - curve.• The adsorption of chlorophenolic compounds was examined as a function of temperatures (10.0, 25.0, 37.5 and 50.0) °C. The increase in temperature decreased the adsorption of 4 - chlorophenol on all adsorbent surfaces and 2,4 - dichlorophenol on barley husks (exothermic process), but increased the adsorption extent of 2,4 - dichlorophenol on bauxite, modified bauxite and zerolit225 (endothermic process). • Temperature change in the range 10.0 - 50.0°C affected the adsorption capacity of dyes and the nature of reaction was found to be endothermic for the adsorption of congo red and cresol red on bauxite, modified bauxite and barley husks, but found to be exothermic for the adsorption of congo red and cresol red on zerolit225 surface.• The increase of temperature favored the adsorption extent of Cd(II) ions on all adsorbent surfaces. Whereas, the amount uptake of Cu(II) ions on adsorbent surfaces was decreased with increased temperature.• The nature of reaction was found to be endothermic for the adsorption of chlorpyrifos and tribenuron - methyl pesticides on bauxite, modified bauxite and barley husks, but found to be exothermic for the adsorption of the two pesticides on zerolit225 surface.• The enthalpy of adsorption process was calculated and the spontaneity or non - spontaneity of the interaction was indicated by the values of and other thermodynamic quantities were also calculated and discussed.• At constant temperature, the adsorption of chlorophenolic compounds, dyes, metal ions and pesticides on the four adsorbent surfaces have increased as the adsorbents weight increased.• At constant temperature, the adsorption of 4 - chlorophenol and 2,4 - dichlorophenol on all adsorbent surfaces have decreased as the pH of solution increased. The adsorption of congo red and cresol red dyes on bauxite, modified bauxite and barley husks has decreased as the pH of solution increased. While, the adsorption of both dyes on zerolit225 has increased with the increase of pH. The adsorption of Cd(II) and Cu(II) ions on bauxite, modified bauxite and barley husks has increased as the pH of solution increased, but the adsorption of two metal ions on zerolit225 surface has decreased with increased pH. At constant temperature, the adsorption of chlorpyrifos and tribenuron - methyl on all adsorbent surfaces has decreased as the pH of solution increased.• At constant temperature, the adsorption of all adsorbates (chlorophenolic compounds, dyes, metal ions and pesticides) on these surfaces (bauxite, modified bauxite, barley husks and zerolit225) has decreased with the increase of the ionic strength of solution.• The increased of particle size of bauxite, modified bauxite and barley husks leads to decreased of the adsorption of all adsorbates.• Generally, the adsorption of chlorophenolic compounds on all adsorbent surfaces follows the order : 2,4 - dichlorophenol > 4 - chlorophenol.The adsorption of dyes on all adsorbent surfaces follows the order : congo red > cresol red. The adsorption of metal ions on bauxite, modified bauxite and zerolit225 follows the order : Cd(II) > Cu(II) . The adsorption of metal ions on barley husks follows the order : Cu(II) > Cd(II). The adsorption of pesticides on all adsorbent surfaces follows the order : chlorpyrifos > tribenuron - methy.
