Abstract

Ensuring access to clean and safe water remains a pressing global challenge, particularly in arid regions like the Gulf, where freshwater scarcity is severe. The United Arab Emirates heavily depends on energy-intensive desalination, which is increasingly turning to treated wastewater as a sustainable alternative. In this context, the recovery and reuse of biowaste and the development of advanced treatment technologies are critical. This study presents an innovative approach to wastewater treatment by utilizing biomass waste—specifically date palm leaves, an abundant agricultural residue in the UAE—as a raw material for producing activated carbon. Through pyrolysis, the biowaste is transformed into porous activated carbon (AC), which is then functionalized with zinc–copper ferrite (ZnCuFe₂O₄) nanoparticles to enhance its capacity and recovery as well as reusability for removal of emerging pollutants, like pharmaceutical contaminants (PCs) from wastewater. The prepared adsorbent materials, AC and its composite with ZnCuFe₂O₄ (i.e., AC/ZnCuFe₂O₄) is characterized with advanced characterization techniques, like FTIR, XRD, SEMEDX, BET, and XPS which showed successful formation of AC and the composite, AC/ZnCuFe₂O₄ and suggested the prepared materials to be highly porous with high surface area and pore volume. The prepared materials, AC and AC/ZnCuFe₂O₄ showed high efficiency, i.e., 84.5% and 97% in the treatment of pharmaceutical contaminant, atenolol (AT) at 180 minutes, respectively, under the conditions of [AT]0 = 10 mg/L, [AC]0 = [AC/ZnCuFe₂O₄]0 = 1.0 g/L, and pH = 7.5. The removal of AT by AC and AC/ZnCuFe₂O₄ best fitted the Freundlich adsorption model and the pseudo-secondorder kinetic model. The removal efficiency of AT was promoted with increasing adsorbent dose and concentration of AT, while it was reduced at very high and lower vii pH conditions. The composite material showed high reusability and stability, and greater adsorption efficiency even in the presence of counter ions. The proposed mechanism showed that adsorption of AT by AC and AC/ZnCuFe₂O₄ occurred through electrostatic, H-bonding, π-π, and n-π interactions. The high removal efficiency, high reusability, and greater stability suggest greater potential of AC/ZnCuFe₂O₄ in the adsorption of target water pollutants

Anood Lashkary Ahmed Ibrahim, Zayed University

Name of Guide/supervisor

Jibran Iqbal

Year of awarding

2025

Keywords

Biowaste utilization; Activated carbon; Nanocomposite; Atenolol; Ferrite; Water treatment; Circular economy; Sustainability

Arabic Title

استخراج الكربون المنشط من النفايات الحيوية من النخيل والتحضير اللاحق لمركب الفرايت بالجزيئات النانوية لمعالجة المياه في دولة الإمارات العربية المتحدة

Arabic Abstract

لا يزال ضمان الوصول إلى مياه نظيفة وآمنة يُمثل تحديًا عالميًا ملحًا، لا سيما في المناطق القاحلة مثل الخليج، حيث تشح المياه العذبة بشدة. تعتمد دولة الإمارات العربية المتحدة اعتمادًا كبيرًا على تحلية المياه كثيفة الاستهلاك للطاقة، والتي تتجه بشكل متزايد إلى مياه الصرف الصحي المعالجة كبديل مستدام. في هذا السياق، يعد استرداد النفايات البيولوجية وإعادة استخدامها وتطوير تقنيات المعالجة المتقدمة أمرا بالغا الأهمية. تُقدَّم هذه الدراسة نهجًا مبتكرًا لمعالجة مياه الصرف الصحي باستخدام نفايات الكتلة الحيوية – وتحديدًا سعف النخيل، والتي تعتبر مخلفات زراعية وفيرة في دولة الإمارات العربية المتحدة – كمواد خام لإنتاج الكربون المنشط. فمن خلال التحلل الحراري، تتحول هذه النفايات الحيوية إلى كربون مسامي نشط، والذي وُظِّف بعد ذلك مع جسيمات نانوية مكونة من فيرايت الزنك والنحاس (ZnCuFe₂O₄) لتعزيز قدرته على الامتصاص، بالإضافة إلى إمكانية إعادة استخدامه لإزالة الملوثات الناشئة مثل الملوثات الصيدلانية من مياه الصرف الصحي. وقد تميزت هذه المواد الماصة المحضرة من الكربون المسامي النشط المعزز بمركب فيرايت الزنك والتحاس(ZnCuFe₂O₄) بتقنيات متقدمة، والتي أظهرت تكوينًا ناجحًا لهذا المركب، مما يثبت أن المادة المحضرة تتميز بمسامية عالية ومساحة سطح وحجم مسام كبيرين. أظهرت المواد المحضرة كفاءة عالية بنسبة 84.5% و90% في امتصاص الملوث الدوائي أتينولول (AT) بعد 180 دقيقة على التوالي، وفي درجة حموضة pH = 7.5. تمت إزالة AT بواسطة المركب (ZnCuFe₂O₄/AC) وفق نموذج امتزاز فروندليش ونموذج الحركية شبه الثاني. تعززت كفاءة إزالة AT بزيادة جرعة المادة المازة وتركيز AT، بينما انخفضت في ظروف الرقم الهيدروجيني العالية جدًا والمنخفضة جدًا. كما أظهرت المادة المركبة قابلية عالية لإعادة الاستخدام واستقرارًا أعلى حتى في وجود أيونات مضادة. أظهرت الآلية المقترحة أن امتصاص AT بواسطة AC و(ZnCuFe₂O₄/AC) حدث من خلال تفاعلات كهروستاتيكية، وروابط هيدروجينية، وتفاعلات π-π وπ-n. تشير كفاءة الإزالة العالية، وقابلية إعادة الاستخدام العالية، والاستقرار الأكبر إلى إمكانات أكبر لمركب (ZnCuFe₂O₄/AC) في امتزاز ملوثات المياه المستهدفة.

Arabic Keywords

استغلال النفايات البيولوجية، الكربون النشط، مركب النانو، أتينولول، الامتصاص، معالجة المياه، الاقتصاد الدائري

Download

Share

COinS