Treatment of Organic Phenolic Contaminant In wastewater Using Activated Carbon From Cypress Products

Thumbnail Image
Date
2012
Authors
Nadeem Hamdallah Jameel Basalat
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
This thesis work focuses on preparing and studying the properties of activated carbon produced from cypress fruit by chemical activation using phosphoric acid (H3PO4) as an activating agent, and then studies the mechanism and effectiveness of this carbon to adsorb p-nitrophenol (PNP) from the aqueous solution because the phenolic organic compounds are extremely highly generated from many resources which disposed to sewerage system or valleys without treatments that increase the risk of contaminating water resources. Tubular regulated furnace was used for cypress fruits carbonization at 700°C, then characteristics of prepared activated carbon were studied. Surface area was determined using iodine number and standard calibration curve for iodine number. PNP adsorption onto activated carbon surfaces was studied by batch experiments. The adsorptive properties of cypress fruit activated carbon (CFAC) were investigated in terms of adsorbent dose, PNP concentration, pH, temperature and contact time in a batch system. To investigate the nature of the surface and adsorption capacity of CFAC, Freundlich and Langmuir models were used to study adsorption process at equilibrium. In order to determine whether the adsorption process is chemical or physical, four kinetics models were used to describe the adsorption process, pseudo-first order kinetic models, pseudo-second order kinetic models, second order kinetic models and Intra-particle diffusion model. Results show that the activated carbon produced from cypress fruit gives good percentage yields which reach up to 51.8%. Surface area determined by iodine number showed 524.1 m2/g. Results indicate that the optimum percent of PNP removal was 90.9 % when adsorbent dosage was 0.3g and PNP concentration 80mg/L. Percentage removal of PNP increases when the concentration of PNP decreases as the maximum percentage removal reached 93.2% when PNP concentration was 20mg/L and 0.1g CFAC. At lowering pH from 6 to 2 it was found that PNP adsorbent increases slightly , but the decrease of adsorbent at pH from 6 to 12 is highly extreme. The effect of temperature on adsorption by CFAC has also been investigated in the range of 15-45 °C. The results indicate that the temperature slightly affected the effectiveness of CFAC adsorption. The results showed that the equilibrium time for PNP adsorption is 150min, but most of the adsorption attained within the first ten minute. Results investigate that the produced CFAC adsorption equilibrium is represented by both Frenundlich and Langmuir equilibrium model, but Langmuir model describe very well the adsorption. The main properties of Langmuir equation can be expressed in term of separation factor, RL. The RL equal 0.053 that indicate the adsorption is favorable. The rate constants for the kinetic models were determined and the correlation coefficients were calculated. The kinetic data for adsorbents supports pseudo-second order model for PNP adsorption with correlation coefficient values (R2) and k2qe of 0.9994, 0.502, respectively. The values of the intra-particle diffusion constants and the correlation coefficients imply that the rate of PNP adsorption onto CFAC is limited by mass transfer across the boundary layer.
إن هذا العمل يركز على تحضير كربون منشط من ثمار السرو بطريقة كيميائية بإستخدام حمض الفوسفوريك (H3PO4) كمادة منشطة ومن ثم دراسة خصائص هذا الكربون المنشط وقدرته على ادمصاص مركب البارانيتروفينول حيث ان المركبات الفينولية تنتج بكميات كبيرة من عدة مصادر ويتم التخلص منها بدون معالجة في شبكات الصرف الصحي أو الوديان الأمر الذي يؤدي إلى تلوث مصادر المياه. تم استخدام فرناً حرارياً على درجة حرارة 700 مئوي من أجل انتاج كربون نشط كيميائيا من ثمار شجرة السرو، بنسبة انتاج عالية تصل إلى (51,8%)، و لإيجاد المساحة السطحية تم استخدام طريقة الرقم اليودي وقد تبين أن المساحة السطحية تساوي (524,1م2/غم)، مع العلم انه تم التحقق من خصائص الادمصاص للبارانيتروفينول بوساطة الكربون المحضر من ثمار السرو عن طريقة دراسة اثر كمية الكربون، تركيز البارانيترفينول، درجة الحموضة، درجة الحرارة، و زمن التماس. وقد أشارت النتائج أشارت إلى أن أفضل نسبة استخلاص للبارانيتروفينول كانت(90,9%) عندما كانت كمية الكربون المحضر المستخدمة ( 0.3غم) وتركيز البارانيتروفينول(80ملغم/لتر). أما فيما يتعلق بتأثر تركيز البارانيتروفينول فكانت أفضل نسبة استخلاص له ( 93.2% ) عندما كان تركيز البارا نيتروفينول( 20ملغم/لتر)، و كتلة الكربون المحضر المستخدمة ( 0.1غم). وفيما يخص درجة الحموضة، فقد توصلت الدراسة إلى أنه كلما انخفضت قيمة درجة الحموضة من 6 الى 2 تزداد عملية الادمصاص بشكل طفيف، ولكن عند الانتقال من درجة حموضة 6 الى 12 تقل عملية الادمصاص بشكل كبير و واضح جدا. أما فيما يتعلق بأثر درجة الحرارة على نسبة استخلاص البارانيتروفينول وجدت الدراسة أن درج الحرارة تزيد من نسبة الاستخلاص بشكل بسيط. ولقد وجدت الدراسة إلى أن زمن الاتزان لعملية الادمصاص هو 150 دقيقة ولكن معظم هذه العملية تمت في الدقائق العشرة الأولى من هذه العملية. تم دراسة عملية الادمصاص عند الاتزان وقد وجد أن معادلتي (لانجموير) و (فرندليش) تفسران النتائج بشكل جيد، لكن معادلة (لانجموير) تفسر النتائج بشكل أفضل. وقد وجد أن معامل الفصل لمعادلة (لانجموير) يساوي( 0.053 ) وهذا يدل على أن عملية الادمصاص مرغوبة. ومن أجل التحقق من عملية الادمصاص، تم تطبيق أربعة نماذج مبسطة للحركة، وهي: نموذج الاعتماد من الدرجة الأولى ظاهريا، ونموذج الاعتماد من الدرجة الثانية ظاهريا، ونموذج الاعتماد من الدرجة الثانية، ونموذج تدفق الدقائق إلى داخل الجسيمات. وقد اتفقت النتائج التي تم الحصول عليها من ادمصاص البارانيتروفينول مع الكربون المحضر مع نموذج الاعتماد من الدرجة الثانية ظاهريا حيث كانت قيم المعاملان (R2) و k2qe هي: 0.9994) ) و (0.502) على التوالي. وقد وجدت الدراسة من خلال ثابت الانتشار الخارجي للجزيئات ومعامل الارتباط (R2) ان عملية انتقال الكتل بين الطبقات محدودة وان عملية الادمصاص تتم على حدود الطبقات وعلى السطح الخارجي. وفي الختام ، نسأل الله تعالى التوفيق والسداد في الدارين، والحمد لله رب العالمين.
Description
Keywords
Citation