Modification and Characterization of Novel Porous SiO2 Material Functionalized with C,C-Pyridylpyrazole acceptor for sulphate Removal from wastewater
Loading...
Date
2016
Authors
Deena Adnan Ali Khudariah
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Different pollutant reach every day to the ground water which is the main source of water to the Palestinian, one of these pollutants is sulfate; high sulfate concentration can unbalance the natural sulfate cycle and cause different health problem to both human beings and animals.
This research involve the modification of pure porous polysiloxane SiO2 by condensing a functionalized C,C-pyridylpyrazole with a 3-glycidoxy-propyltrimethoxy-silane silylant agent, previously anchored on silica surface is reported. The epoxide group was opened yielding a receptor pendant group bonded to the inorganic surface. The Surface Modification (MS) was characterized by elemental analysis, infrared spectra, and SEM. This porous material exhibits good chemical and thermal stability determined by thermogravimetry curves and hence they can be used as perfect adsorbents to uptake sulfate from water. The concentration of adsorbate in the filtrate was determined using uv-spectrophotometry.
In order to investigate the adsorption efficiency for the adsorption of sulfate onto (Si-RO-PzPyr) the effect of solution condition on each adsorption process were studied. The result showed that the product have high adsorption efficiency.
These conditions that affect adsorption of sulfate were studied involve the effect of contact time, pH, temperature, adsorbent dose and the initial concentration of adsorbate. It was observed that the percentage removal of sulfate decreased with an increased initial concentration and pH while it increased with increase in solution contact time and adsorbent dose and temperature. The best equilibrium isotherm model for the adsorption process was investigated according to the value of the correlation coefficient of Langmuir and Freundlich and Temkin isotherm adsorption model. The result showed that the adsorption followed Temkin adsorption isotherm.
Also the kinetic of adsorption were investigated using pseudo first-order and pseudo second-order kinetics model. The results showed that the mechanism of these reaction followed pseudo –second order kinetic adsorption model.
In addition, Van't Hoff plot for adsorption in order to determine the values of enthalpy change and entropy change, and hence determining if the adsorption process is spontaneous or not, and if it is exothermic or endothermic one, the thermodynamic parameter of all the adsorption proved that these process are endothermic (∆H>0)and spontaneous (∆So>0).
تتسرب الملوثات المختلفة يوميا إلى المياه الجوفية والتي تشكل المصدر الأساسي للمياه في فلسطين. أحد هذه الملوثات هي الكبريتات, التراكيز العالية من الكبريتات يمكنها أن تحدث خللا في دورة الكبريتات في الطبيعة مما يتسبب في مشاكل صحية لكل من الانسان والحيوان. يشمل هذا البحث على تعديل سطح السيليكا (silica gel) المسامية النقية بإضافة 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane إلى سطح السيليكا ومن ثم ربط C,C-pyridylpyrazole إلى هذه التفرعات , حيث تفتح حلقة الإبوكسيد لتشكل مجموعة من المستقبلات مما يزيد من قدرة السطح المعدل على الامتزاز. في هذا البحث تم تعديل سطح السيليكاوتشخيص طبيعة السطح المعدّل وتوصيفهمن خلال تحليل العناصر ومطياف الأشعة تحت الحمراء (IR) ومجهر المسح الالكتروني (SEM), حيثأظهرت صور المسح الإلكتروني (SEM) أن السطح المعدّل الجديد يتميز بخصائص تجعله قادرا على الامتزاز, كما تم اختبار الاستقرار الحراري للمادة الجديدة باستخدام (Thermogravimetry), وقد أظهرت نتائج الاختبارات استقرارا وثباتا حراريا يمكن الاستدلال عليه من خلال دراسة منحنيات التحليل الحراري لها. للتعرف على مدى قدرة المادة الجديدة على امتزاز الكبريتات من المحلول, تم قياس تركيز الكبريتات في السائل قبل اضافة المادة المازة وقياس تركيز الكبريتات بعد إضافتها وإعطاءها المدة المحددة للاتصال, وذلك باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية (UV-Spectophotometry). ومن أجل التحقق من كفاءة المادة الجديدة على امتزاز الكبريتات وتحديد الظروف المثلى لذلك, تم دراسة العوامل والظروف المختلفة وتأثيرها على كفاءة السطح الجديد المعدل على امتزاز الكبريتات. وقد أجريت تجارب عديدة تحت ظروف ومتغيرات مختلفة مثل: درجة الحرارة, درجة الحموضة, تركيز الكبريتات, كمية المادة المازة ومدة الاتصال. وقد لوحظ من خلال هذه التجارب أن نسبة ازالة الكبريتات من المحاليل المائية قد ازدادت مع زيادةكمية المادة المازة ومدة الاتصال وازدادت قليلا بزيادة درجة الحرارة لغاية 35 درجة مئوية, كمية المادة المازة ومدة الاتصال, بينما انخفضت هذه النسبة بزيادة تركيز الكبريتات وزيادة درجة الحموضة. كما أن عملية الامتزاز هذه ووفقا لقيمة معامل الارتباط يمكن وصفها وفقا لنموذج Temkin, كما أظهرت نتائج البحث بأن آلية الامتزاز هذه يمكن تصنيفها وفقا للنماذج الآلية الحركية للتفاعلات ضمن التفاعلات من الدرجة الثانية (pseudo-second-order). بالإضافة لذلك تبين لنا من خلال دراسة رسم (Van't Hoff) لهذا الامتزاز بأن عملية الامتزاز ماص للحرارة حيث وتلقائية حيث .وعليه يمكن اعتبار (Si-RO-PzPyr) مادة فعّالة في إزالةالكبريتات من مياه الصرف الصحي.
تتسرب الملوثات المختلفة يوميا إلى المياه الجوفية والتي تشكل المصدر الأساسي للمياه في فلسطين. أحد هذه الملوثات هي الكبريتات, التراكيز العالية من الكبريتات يمكنها أن تحدث خللا في دورة الكبريتات في الطبيعة مما يتسبب في مشاكل صحية لكل من الانسان والحيوان. يشمل هذا البحث على تعديل سطح السيليكا (silica gel) المسامية النقية بإضافة 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane إلى سطح السيليكا ومن ثم ربط C,C-pyridylpyrazole إلى هذه التفرعات , حيث تفتح حلقة الإبوكسيد لتشكل مجموعة من المستقبلات مما يزيد من قدرة السطح المعدل على الامتزاز. في هذا البحث تم تعديل سطح السيليكاوتشخيص طبيعة السطح المعدّل وتوصيفهمن خلال تحليل العناصر ومطياف الأشعة تحت الحمراء (IR) ومجهر المسح الالكتروني (SEM), حيثأظهرت صور المسح الإلكتروني (SEM) أن السطح المعدّل الجديد يتميز بخصائص تجعله قادرا على الامتزاز, كما تم اختبار الاستقرار الحراري للمادة الجديدة باستخدام (Thermogravimetry), وقد أظهرت نتائج الاختبارات استقرارا وثباتا حراريا يمكن الاستدلال عليه من خلال دراسة منحنيات التحليل الحراري لها. للتعرف على مدى قدرة المادة الجديدة على امتزاز الكبريتات من المحلول, تم قياس تركيز الكبريتات في السائل قبل اضافة المادة المازة وقياس تركيز الكبريتات بعد إضافتها وإعطاءها المدة المحددة للاتصال, وذلك باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية (UV-Spectophotometry). ومن أجل التحقق من كفاءة المادة الجديدة على امتزاز الكبريتات وتحديد الظروف المثلى لذلك, تم دراسة العوامل والظروف المختلفة وتأثيرها على كفاءة السطح الجديد المعدل على امتزاز الكبريتات. وقد أجريت تجارب عديدة تحت ظروف ومتغيرات مختلفة مثل: درجة الحرارة, درجة الحموضة, تركيز الكبريتات, كمية المادة المازة ومدة الاتصال. وقد لوحظ من خلال هذه التجارب أن نسبة ازالة الكبريتات من المحاليل المائية قد ازدادت مع زيادةكمية المادة المازة ومدة الاتصال وازدادت قليلا بزيادة درجة الحرارة لغاية 35 درجة مئوية, كمية المادة المازة ومدة الاتصال, بينما انخفضت هذه النسبة بزيادة تركيز الكبريتات وزيادة درجة الحموضة. كما أن عملية الامتزاز هذه ووفقا لقيمة معامل الارتباط يمكن وصفها وفقا لنموذج Temkin, كما أظهرت نتائج البحث بأن آلية الامتزاز هذه يمكن تصنيفها وفقا للنماذج الآلية الحركية للتفاعلات ضمن التفاعلات من الدرجة الثانية (pseudo-second-order). بالإضافة لذلك تبين لنا من خلال دراسة رسم (Van't Hoff) لهذا الامتزاز بأن عملية الامتزاز ماص للحرارة حيث وتلقائية حيث .وعليه يمكن اعتبار (Si-RO-PzPyr) مادة فعّالة في إزالةالكبريتات من مياه الصرف الصحي.