Preparation of Clay-Nanoparticle Composite Materials for Water Depollution
Loading...
Date
2025-11
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
This doctoral dissertation explores the design and application of modified clay–nanoparticle composite
materials for the removal of organic pollutants specifically phenol and methyl violet dye from
contaminated water. The study addresses the growing environmental concern associated with
persistent toxic pollutants released from industrial effluents, which conventional treatment
technologies often fail to eliminate efficiently. The research focuses on the preparation of several types
of modified bentonites, including inorganic (Hematite Nanoparticles), organo-modified (intercalated
with quaternary ammonium surfactants), and hybrid inorganic–organic composites. Detailed
procedures for purification, sodification, intercalation, and pillarization were performed to tailor the
physicochemical properties of the clay materials. Advanced characterization techniques (TGA, FT-IR,
XRD, SEM-EDX, and BET) confirmed successful structural and surface modifications, revealing
improved porosity, enhanced interlayer spacing, and the presence of active adsorption sites. These
structural changes directly contribute to the increased affinity of the modified clays toward organic
contaminants. Adsorption experiments were conducted to evaluate the performance of the synthesized
materials under varying conditions, including pH, contact time, pollutant concentration, temperature,
and adsorbent dosage. Adsorption isotherms (Langmuir and Freundlich) and kinetic models (pseudofirst-order and pseudo-second-order) were applied to understand the interactions and mechanisms
involved. The findings demonstrate that the hybrid inorgano-organo bentonite composites exhibit
superior adsorption capacities compared to raw and singly modified clays. This improvement results
from the synergistic effects of surfactant intercalation and hematite nanoparticle incorporation. The
study concludes that these engineered bentonite-based materials represent cost-effective and
environmentally friendly adsorbents suitable for water purification applications. تتناول هذه الأطروحة تطوير واستخدام مواد مركّبة مك ّونة من الطين والجسيمات النانوية بهدف إزالة الملوثات العضوية، وخاصة الفينول وصبغة الميثيل
البنفسجي، من المياه الملوثة. وتستجيب هذه الدراسة للتحديات البيئية المتزايدة الناتجة عن الملوثات السامة والمستعصية التي تُطرح في المياه الصناعية، والتي غالبًا ما تفشل
طرق المعالجة التقليدية في التخلص منها بشكل فعّال. يركّز العمل على تحضير عدة أنواع من البنتونيت المعدّل، بما في ذلك البنتونيت غير العضوي )المعزز بالهيماتيت(،
والبنتونيت العضوي )ال ُمدخل بمواد فعّالة سطحياً من نوع الأمونيوم الرباعي(، وكذلك المركّبات الهجينة العضوية-غير العضوية. وتم إجراء عمليات التنقية، التبديل
بالصوديوم، الإدخال العضوي، والتدعيم لتعديل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للطين. وقد أكدت تقنيات التحليل نجاح هذه التعديلات من خلال إظهار زيادة في المسامية،
وتو ّسع في المسافات بين الصفائح، وظهور مواقع نشطة جديدة المختلفة على السطح، مما ع ّزز قدرة المواد على الامتزاز. أُجريت تجارب امتزاز لدراسة
أداء هذه المواد تحت مجموعة من الشروط مثل درجة الحموضة، وقت التلامس، تركيز الملوث، درجة الحرارة وكمية المادة المازة. وتم استخدام
نماذج لانغمير وفرويند ِلش بالإضافة إلى النماذج الحركية لفهم آليات الامتزاز. اظهرت النتائج نجاعة المواد الهجينة المعدّلة التي تجمع بين مزايا التعديل
العضوي وغير العضوي، مما يمنحها مواد أعلى كفاءة في إزالة الفينول وصبغة الميثيل البنفسجي مقارن ًة بالبنتونيت الخام أو المعدّل بشكل منفرد. وتخلص الدراسة إلى أن هذه
المواد تمثل حلو ًلا منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة لمعالجة المياه الملوثة
Description
Keywords
Clay-Nanoparticle, , nanoparticules, organic polluants, DFT, Cyclodextrines,, Complexes d'inclusion,