Kinetic and thermodynamic adsorption of levofloxacin in aqueous solution using Fe0 pencil graphite composite

Other Title(s)

امتزاز الليفوفلوكساسين من محلول مائي باستخدام توليف من جسيمات الحديد صفر التكافؤ المدعم الجرافيت قلم الرصاص : دراسة : الثيرموديناميكية و حركية

Dissertant

Idris, Abd Allah

Thesis advisor

Sulayman, Salih
al-Jabari, Muhammad H.

University

Birzeit University

Faculty

Faculty of Science

Department

Department of Chemistry

University Country

Palestine (West Bank)

Degree

Master

Degree Date

2021

Arabic Abstract

تتغلغل الملوثات المختلفة من الصناعات المختلفة إلى التربة والمياه الجوفية يوميا دون معالجة, مما يجلب مشاكل صحية مختلفة للبشر والحيوانات.

المشكلة الرئيسية هنا هي كيفية التخلص من أحد أكثر الملوثات انتشارا في البيئة الليفوفلكساسين (levofloxacin) والعمل على إزالتها بواسطة طريق الامتزاز.

وقد اجتذبت المواد النانوية في الآونة الأخيرة، بوصفها مواد فعالة لإزالة مخلفات الأدوية من المياه المستعملة اهتماماً واسع النطاق.

في هذه الدراسة، سوف يوصف طريقة بسيطة وفعالة لإعداد الجسيمات النانوية المغناطيسية PG-Fe0 الهجينة المدعومة بالجرافيت المستخلص من اقلام الرصاص.

وفي هذه الطريقة، ينطوي تصنيع نظم البنية النانوية المتعددة المكونات على الترابط التساهمي بين PG و Fe0.

في هذا العمل، سيتم التحقق من خاصية الامتزاز، وآلية الإزالة المحتملة من الليفوفلكساسين على سطح الجسيمات النانوية PG-Fe0 .

سيتم وصف الجسيمات النانوية المغناطيسية المركبة بتقنيات توصيف مثل التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية (UV)، ومطياف تحويل الأشعة تحت الحمراء (FTIR)، والمطياف الشعاعي للطاقة (EDX)، والمجهر الإلكتروني (TEM)، وجهاز المسح المجهري الإلكتروني (SEM) حيث سيتم استخدامها لإثبات نجاح عملية تركيب جسيمات الحديد النانوية على الجرافيت المأخوذ من أقلام الرصاص.

تم التحقق من درجة تأثير درجه ،الحموضه تركيز الامتزاز، الوقت، ودرجة الحرارة على كفاءة إزالة الليفوفلوكساسين (LEV) باستخدام مادة الحديد النانوية المغناطيسية المركبة على الجرافيت المستخلص من أقلام الرصاص PG-Fe0 .

وفقاً للنتائج، تم ملاحظة انخفاض فعالية الامتزاز مع انخفاض درجة الحموضة من ~ 85% إلى~ 75% .

من ناحية أخرى، فقد تبين أن كفاءة الامتزاز تنخفض مع انخفاض درجة الحرارة من 75% إلى ~ 32%.

كذلك فإن كفاءة الامتزاز تزداد بزيادة وقت الاتصال بين الملوث والمادة النانوية من 58% إلى ~ 80%.

أفضل نموذج للتوازن الحراري لعملية الامتزاز هو استناداً إلى قيمة معامل الارتباط Langmuir ونموذج Freundlich للامتزاز.

كما تمت دراسة الامتزاز الديناميكي باستخدام نماذج حركية انتشارية من الدرجة الأولى ومن الدرجة الثانية بين الجسيمات.

وبالإضافة إلى ذلك، تم درس الرسم التخطيطي Van't Hoff لكل نوع من أنواع الامتزاز لتحديد قيمة تغيير الطاقة الداخلية الكامنة والعشوائية، وذلك لتحديد ما إذا كانت عملية الامتزاز تلقائية أو غير تلقائية ، طاردة للطاقة أو ماصة الطاقة.

تظهر النتائج أن كل هذه الامتزازات تتبع وصف الحركة من الدرجة الثانية و تتبع تركيب البيانات الحركية للامتزاز وعلاوة على ذلك ، فإن عملية الامتزاز تتطابق مع Freundlich isotherm و Langmuir isotherm على نحو فعال جميع نتائج الديناميكا الحرارية لعملية الامتزاز تثبت أن هذه العمليات هي ماصة للحرارة (ΔH1.812452J/mol) endothermic وتلقائية وتلقائية (-5.553 to -6.152KJ/mol)) ΔG^0.

تمت دراسة الأنشط الحيوية للجسيمات النانوية (LEV,PG-Fe0 and PG-Fe0-LEV) باستخدام طريقة الانتشار في الآجار ضد ثلاثة أنواع من البكتيريا سلبية النتائج للطريقة الصبغية (E.

coli K.

pneumonia, and P.

Mirabilia) وثلاثة أنواع من البكتيريا إيجابية للطريقة الصبغية (.E faecalis, S.

epidermidis, and S.

aureus) وأظهرت الجسيمات النانوية فعالية كبيرة ضد أنواع متعددة من البكتيريا.

English Abstract

Various pollutants from industry permeate the soil to groundwater without treatment daily, this will bring different health problems to humans and animals, The main problem here is to detect the concentration of a pollutant such as levofloxacin (LEV) and try to remove it by adsorption.

Recently, nanomaterials as effective substances for removing drug residues from wastewater have attracted widespread attention.

In this study, a simple and effective method to prepare magnetic nanoparticles PG-Fe0 composite nanostructure hybrids supported by pencil-shaped graphite is described.

In this method, the synthesis of multi-component nanostructure systems involves the covalent bonding of PG and Fe0 is described as well.

The adsorption properties, possible removal, and mechanism of (LEV) adsorption on the surface of the PG-Fe0 composite is investigated in this study.

To demonstrate the effective attachment of Fe0 to PG, well-established material characterization techniques like ultraviolet spectroscopy (UV), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), transmission electron microscope (TEM), and scanning electron microscopy (SEM) were used on the synthesized magnetic nanoparticles.

The effect of pH, adsorbate concentration, contact time, and temperature on the removal efficiency of (LEV) from the surface of superparamagnetic pencil graphite-assisted magnetic nanoparticle PG-Fe0 composite was investigated.

The adsorption efficacy decreased as the pH decreased from ~85% to~75%.

The adsorption efficiency, on the other hand, decreased as the temperature was reduced from ~75% to~32%, the adsorption efficiency increased as the contact time increased from ~58% to~80%.

The best equilibrium isotherm model for each adsorption process is Investigate based on the value of the correlation coefficient of Langmuir and Freundlich isotherm adsorption models.

Adsorption dynamics was also studied using pseudo-first-order, pseudo-second-order, and intra-particle diffusion kinetic models.

In addition, the Van't Hoff diagram of each adsorption type was also studied to determine the values of enthalpy change and entropy change, and to determine whether the adsorption processes were spontaneous or not, and processes were exothermic or endothermic.

The results revealed that all these adsorptions’ processes followed the pseudosecond-order kinetics description, and the adsorption kinetic data fitting were better than the pseudo-first-order kinetics.

Moreover, compared with the Freundlich isotherm, Langmuir adsorption isotherm was effectively obeyed.

All the thermodynamic parameters of adsorption suggested that these processes were endothermic ΔH0 (1.812452 J/mol) and spontaneous ΔG0 (from -5.553 to -6.152 KJ/mol).

The synthesized PG-Fe0 -LEV nanoparticles were also studied as antibacterial agents against different types of gram-positive bacteria; (E.

faecalis, S.

epidermidis, and S.

aureus) and gram-negative bacteria; (E.

coli, K.

pneumonia, and P.

Mirabilia) by agar well diffusion method.

The method developed might be useful for removing LEV drug residue from natural water supplies at specific pH values using 0.5g amounts of adsorbent and a 180min agitation period.

Main Subjects

Chemistry

No. of Pages

140

Table of Contents

• APA
• MLA
• AMA

Language

English

Data Type

Arab Theses

Record ID

BIM-1429130