Nitrate and Nitrite Ion Removal from Aqueous Solutions by Activated Carbon Prepared from Olive Stones

dc.contributor.advisorProf. Hikmat Hilal
dc.contributor.advisorProf. Amer El-Hamouz
dc.contributor.authorHiba Nassar Izat Nassar
dc.date.accessioned2017-05-03T09:32:13Z
dc.date.available2017-05-03T09:32:13Z
dc.date.issued2012
dc.description.abstractMany different parts of the world have been facing the problem of nitrate and nitrite contamination of surface and ground water. Excessive use of nitrate-based chemical fertilizers is considered to be the main reason for this contamination. Therefore a simple, practical and economic process to reduce nitrate and nitrite concentrations in aqueous solutions was the major objective of this research. To achieve this goal, bench-scale nitrate and nitrite adsorption experiments were conducted using activated carbon as adsorbent. Two research methods were used to minimize the cost of activated carbon production. The first one is by choosing a cheap available starting material (Jift), the other one is by a good choice of the production method. Moreover, by choosing Jift as starting material, we may reduce solid waste pollution, while reducing the cost of raw material for the production of activated carbon. In this study, activated carbon was produced from olive stones by chemical activation technique using different activating agents such as ZnCl2, H3PO4 and NaHCO3. The precursor/activating agent weight ratio was 1:1. Different impregnation methods and different carbonization temperatures 450 -750°C were used. Scanning electron microscopy (SEM) images revealed that the carbon prepared by ZnCl2 activation involved higher cavities than other counterparts. The highest surface area calculated by acetic acid adsorption method for carbon activated by ZnCl2 activation (AC No.7) was 1482.57 m2 g-1. Activated carbon prepared by the chemical activation of olive stone was examined for the adsorption of nitrite and nitrate ions from aqueous solutions. Carbon activated by ZnCl2 was found to be the most effective adsorbent for nitrate and nitrite removal. Commercial activated carbon (CAC) was used for comparison purposes. The adsorptive properties of CAC and activated carbon prepared from olive stone were investigated in terms of adsorbent dose, pH, temperature, contact time and contaminant concentration in a batch system. Results indicate that the adsorption effectiveness for OSC/ZnCl2C/450 (AC No. 7) was higher than for CAC. The total sorption capacities were found to be 7.00 and 5.53 mg/g for nitrite and nitrate, respectively. Lowering pH led to a significant increase in nitrite and nitrate adsorption. The effect of temperature on adsorption by AC No.7 and CAC has also been investigated in the range of 10-40°C. The results indicate that the temperature slightly affected effectiveness of AC No. 7 adsorption. This fact indicates that AC No. 7 can be used for in situ treatment of nitrite and nitrate in underground and surface water. The equilibrium adsorption data were interpreted using Langmuir and Freundlich models. The adsorption of nitrite on AC No.7 at 30°C was better represented by the Freundlich equation. On the other hand, nitrate adsorption on AC No.7 at 20°C was better represented by the Langmuir equation. In order to investigate the adsorption mechanisms, three simplified kinetic models, i.e., pseudo-first-order, pseudo-second-order and intra-particle diffusion were applied to fit the kinetic data obtained by using both adsorbents. The rate constants for the three models were determined and the correlation coefficients were calculated. The kinetic data for both adsorbents supports pseudo-second order model for nitrite adsorption. Adsorption followed pseudo-second-order rate kinetics for nitrate onto AC No.7 and pseudo-first-order rate kinetics onto CAC. Thermodynamic parameters such as standard free energy ΔG°, standard enthalpy ΔH° and standard entropy change ΔS° of the nitrate adsorption process were calculated for both adsorbents.  en
dc.description.abstractيواجه العديد من مناطق العالم مشكلة تلوث المياه السطحية والجوفية بأيونات النترات والنتريت. ويعتبر الاستخدام المفرط للأسمدة الكيميائية مصدراً أساسيا لهذا التلوث. يهدف هذا البحث الى المساهمة في ازالة أيونات النترات والنتريت من مياه الشرب باستخدام طريقة اقتصادية وعملية يمكن تطبيقها في المناطق النائية. ولتحقيق هذا الهدف تم القيام بالعديد من التجارب المخبرية على امتزاز أيونات النترات والنتريت بوساطة الكربون المنشّط . في بحثنا هذا حاولنا تقليل سعر الكربون المنشّط عن طريق تحضيره بالاعتماد على مادة أولية متوفرة ورخيصة وهي الجفت، كما تم اختيار طرق تحضير قليلة الكلفة. بالاضافة لكون الجفت مادة رخيصة ومتوفرة في البيئة فان اختيارها كمادة أولية لتحضير الكربون يقلل من النفايات الصلبة ومن اثار الجفت السلبية على البيئة. تم في هذه الدراسة تحضير عدة أنواع من الكربون المنشط من أجل الحصول على نوع ذي كفاءة عالية في امتزاز أيونات النترات و النتريت. ولتحقيق ذلك تم دراسة استخدام أكثر من مادة لتنشيط الكربون المحضر من نوى الزيتون، مثل كلوريد الخارصين وحمض الفوسفوريك وبايكربونات الصوديوم، بحيث كانت النسبة يبن كتلة نوى الزيتون وكتلة العامل المنشّط (1:1). وتمت عملية التنشيط باكثر من طريقة تطعيم، كما وتمت عملية التفحيم على درجات حرارة مختلفة تتراوح بين 450-750°س. وجد أن الكربون المحضر باستخدام كلوريد الخارصين كعامل منشّط هو الأفضل في امتزاز النترات والنتريت، كما أنه أعطى نتائج أفضل من الكربون المنشط التجاري عندما تمت المقارنة بينهما. كشفت صور مسح المجهر الإلكتروني (SEM) أن الكربون الذي تنشيطه باستخدام كلوريد الخارصين يحتوي على كمية أعلى من التجاويف مقارنة بالأنواع المحضرة باستخدام عوامل منشطة أخرى. وكانت أعلى مساحة سطح تم حسابها باستخدام طريقة امتزاز حمض الخليك، للكربون المنشّط باستخدام كلوريد الخارصين( AC No.7) هي1482.57م2/غم. تم التحقق من خصائص الإمتزاز بوساطة الكربون المنشّط والكربون المحضر من نوى الزيتون المنشّط باستخدام كلوريد الخارصين من خلال دراسة أثر كمية الكربون و درجة الحموضة ودرجة الحرارة و زمن التعريض وتركيز الملوثات. وتشير النتائج إلى أن فعالية الامتزاز للكربون المنشط OSC/ZnCl2C/450 (AC No. 7) كانت أعلى من تلك الخاصة بالكربون التجاري. حيث كانت كفاءة الامتزاز للكربون ((AC No. 7، 7.00 و 5.53 ملغ/غم لأيونات النتريت والنترات على التوالي. وحين خفض الرقم الهيدروجيني لوحظت زيادة كبيرة في امتزاز النتريت والنترات. وتم أيضا دراسة تأثير درجة الحرارة على الامتزاز بوساطة الكربون التجاري و (AC No.7) على درجات حرارة تتراوح بين 10-40 درجة مئوية. وتشير النتائج إلى أن درجة الحرارة تؤثر قليلا على فعالية(AC No. 7) في الامتزاز. هذه الحقيقة تشير إلى أنه يمكن استخدام هذا الكربون في ازالة أيونات النتريت والنترات من المياه السطحية والجوفية دون أن تتاثر كفاءته. تم تفسير نتائج عملية الامتزاز التي تم الحصول عليها عند الاتزان باستخدام معادلة لانجموير وفرندليش. حيث كان نموذج فرندليش أنسب لتفسير امتزاز النتريت على (AC No. 7) عند 30 درجة مئوية. من ناحية أخرى كان نموذج لانجموير هو الأنسب لتفسير امتزاز النترات على (AC No. 7) عند 20 درجة مئوية. من أجل التحقق من آليات الامتزاز، تم تطبيق النتائج على ثلاثة نماذج مبسطة للحركة هي: نموذج الاعتماد من الدرجة الأولى ظاهريا ونموذج الاعتماد من الدرجة الثانية ظاهريا ونموذج تدفق الدقائق الى داخل الجسيمات. هذا وقد اتفقت البيانات التي تم الحصول عليها لامتزاز النتريت من قبل الكربون التجاري و(AC No. 7) مع نموذج الاعتماد من الدرجة الثانية ظاهريا. أما امتزاز النترات من قبل الكربون التجاري فاتفق مع نموذج الاعتماد من الدرجة الأولى ظاهريا بينما كان امتزاز النترات من قبل (AC No. 7) اكثر اتفاقا مع الاعتماد من الدرجة الثانية ظاهريا. تم أيضا حساب بعض ثوابت الثيرموديناميك لامتزاز النترات على الكربون التجاري و ((AC No. 7 مثل المحتوى الحراري ΔH° وطاقة غيبسΔG ° والتغيرar
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.11888/8460
dc.titleNitrate and Nitrite Ion Removal from Aqueous Solutions by Activated Carbon Prepared from Olive Stonesen
dc.titleازالة أيونات النترات والنتريت من المحاليل المائية بوساطة الكربون المنشّط المحضر من نوى الزيتونar
dc.typeThesis
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
hb_nsr.pdf
Size:
2.61 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Collections