Literature analysis of the factors affecting the adsorption of heavy metals by nanomaterials

Abstract

This thesis explores the theoretical analysis and literature review concerning the green synthesis, characterization, and environmental applications of metal oxide-based nanocomposites for the effective removal of complex pollutants from aqueous media. The work is framed within the context of sustainable nanotechnology and focuses on multifunctional nanocomposite systems combining metal oxide nanoparticles with biopolymers or magnetic structures to enhance photocatalytic and adsorptive performance. Several innovative nanocomposite systems were comprehensively analyzed and evaluated: 1. • MgO@SnO₂/PVP nanocomposites for the adsorption of heavy metals, oil-in-water (OIW) emulsions, and total suspended solids (TSS) from industrial petroleum wastewater. 2. • Ca/α-Fe₂O₃/ZnO/CuO quaternary nanocomposites for high-efficiency heavy metal removal from contaminated sludge. 3. • CS/Fe₃O₄ (chitosan-coated) and Ag@Fe₃O₄ nanocomposites for the simultaneous removal of heavy metals and rapid photodegradation of organic dyes (Methylene Blue and Rose Bengal). 4. • ZnO@CuO heterojunctions and single metal oxides (α-Fe₂O₃, CuO, ZnO) for the degradation of total petroleum hydrocarbons (TPH) and advanced purification of real petroleum effluents. All nanomaterials were synthesized using eco-friendly routes, employing natural plant extracts (Mentha pulegium, Laurus nobilis, Pistacia lentiscus, and Portulaca oleracea) as reducing and capping agents. Structural, morphological, optical, and surface properties were characterized using XRD, FTIR, SEM, EDX, UV–Vis spectroscopy, and zeta potential analysis. The performance of the nanocomposites was evaluated through adsorption and photodegradation experimental data. Kinetic (pseudo-first and pseudo-second-order) and isotherm (Langmuir and Freundlich) models were applied to describe the adsorption mechanisms. تتناول هذه المذكرة (مراجعة أدبية وتحليل نظري) موضوع التخليق الأخضر، والتوصيف، والتطبيقات البيئية للمواد النانوية المركبة لأكاسيد المعادن، بهدف إزالة الملوثات المعقدة بكفاءة من الأوساط المائية .يندرج هذا العمل ضمن إطار تكنولوجيا النانو المستدامة، ويركز على تقييم أنظمة نانوية متعددة الوظائف تجمع بين جسيمات أكاسيد المعادن وبوليمرات حيوية أو هياكل مغناطيسية لتحسين الأداء التحفيزي الضوئي والامتزازي. تم تحليل وتقييم عدة أنظمة نانوية مركبة مبتكرة بشكل دراسة معمقة : -1مركب ) (MgO@SnO2/PVPلامتزاز المعادن الثقيلة، الزيوت، والمواد العالقة من مياه الصرف الصناعي البترولي . -2المركب الرباعي ) (Ca/α-Fe2O3/ZnO/CuOلإزالة المعادن الثقيلة بكفاءة عالية جداً من الحمأة الملوثة . -3مركبات ) (Ag@Fe3O4و ) CS/Fe3O4المغلفة بالشيتوزان) للإزالة المتزامنة للمعادن الثقيلة والتحلل الضوئي السريع للأصباغ العضوية (أزرق الميثيلين، وردي البنغال) . -4الوصلة غير المتجانسة ) (ZnO@CuOوالجسيمات الأحادية ) (α-Fe2O3, CuO, ZnOلتفكيك الهيدروكربونات والتنقية المتقدمة للمياه البترولية الحقيقية. تم تخليق جميع هذه المواد باستخدام طرق صديقة للبيئة، معتمدة على مستخلصات نباتية (مثل النعناع، الغار، الضرو، والبقلة) كعوامل اختزال وتغليف .تم توصيف الخصائص البنيوية والمورفولوجية والبصرية والسطحية باستخدام تقنيات، XRD ،UV-Vis ،EDX ،SEM ،FTIRوقياس الجهد السطحي ). (Zeta potentialكما تم تقييم الأداء من خلال تجارب الامتزاز والتحلل الضوئي، مع تطبيق نماذج حركية (الرتبة الأولى والثانية الكاذبة) ونماذج توازن الامتزاز (لانغموير وفروندليش) لفهم آليات التفاعل. أظهرت النتائج التحليلية فعالية استثنائية تصل إلى %100في إزالة المعادن الثقيلة والملوثات، مع سهولة الفصل المغناطيسي، وثباتًا هيكليًا ممتا ًزا على مدى عدة دورات متتالية لإعادة الاستخدام .يقدم هذا البحث النظري رؤى علمية قيمة لتصميم مواد نانوية خضراء تُستخدم في المعالجة المتقدمة لمياه الصرف الصناعية، مما يسهم في تقدم تكنولوجيا النانو المستدامة وحماية البيئة