التخليق الأخضر لجزيئات أوكسيد السيريوم النانوية باستخدام مستخلص قشور النارنج وتطبيقه في دراسة الامتزاز

رسالة ماجستير

اسم الباحث : فرات حامد كاظم يوسف

اسم المشرف : أ.د. لمى مجيد أحمد أ.م. د. سلام أحمد عبد

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية العلوم

الاختصاص : علوم الكيمياء

سنة نشر البحث : 2025

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة
تضمنت هذه الدراسة أربع مراحل رئيسية.
في المرحلة الاولى تم استخلاص المركبات الفعالة ببيولوجياً من قشور النارنج باستخدام مذيب قطبي(الايثانول) ومذيب غير قطبي (الهكسان) في جهاز السكسوليت وتم تحديد المركبات الفعالة بواسطة تقنية كروموتوغرافيا الغاز (GC-MS) وطيف الاشعة تحت الحمراء (FTIR)ومن اهم المركبات التي تم الحصول عليها من مستخلص الايثانول لقشور النارنج هي النارنجين وهيسبيريتين وأورابتنول وهكساميثوكسيفلافون ومركبات أخرى وأيضاً تم الحصول على مركبات فعالة في مستخلص الهكسان لقشور النارنج تشمل الليمونيين وبيتا بينين وميرسين ولينالول وغيرها.

المرحلة الثانية تضمنت تحضير جسيمات أوكسيد السيريوم النانوية بثلاث طرق:
• الطريقة الكيميائية باستخدام السترمايد الموجب كعامل خافض للتوتر السطحي.
• الطريقة الخضراء باستخدام مستخلص الايثانول لقشور النارنج.
• الطريقة الخضراء باستخدام مستخلص الهكسان لقشور النارنج.
حيث استخدمت مستخلصات النباتات كعوامل مختزلة ومثبتة ومغلفة للجسيمات النانوية المحضرة بواسطة الطريقة الخضراء.
المرحلة الثالثة اشتملت توصيف جسيمات أوكسيد السيريوم النانوية (CeO2) المحضرة باستخدام طيف الاشعة تحت الحمراء(FTIR)، حيود الاشعة السينية(XRD)، المجهر الالكتروني الماسح(SEM)، تقنيات مطيافية الاشعة السينية المشتتة للطاقة(EDX)، وتحليل (BET).
أظهرت نتائج FTIR وجود قمم مميزة عند النطاق600- 490 سم-1 تعود لتكوين CeO2، فيما بين تحليل (XRD) ان البنية البلورية للجسيمات هي مكعب ثماني السطوح بحجم بلوري يتراوح بين 12نانومتر-19نانومتر.اما صور المجهر الالكتروني الماسح فقد اظهرت ان الجسيمات المحضرة كيميائياً تشبه حبيبات الرمل، في حين الجسيمات المحضرة باستخدام مستخلص الإيثانول تشبه الورد البري وتلك المحضرة باستخدام مستخلص الهكسان تشبه الكمأ. أما تحليل BET كشف ان المساحات السطحية للنماذج الثلاث كانت 116.58سم2/غم ،95.82سم2/غم، و87.3سم2/غم على التوالي.
المرحلة الرابعة تضمنت استخدام الجسيمات المحضرة في تطبيق امتزاز صبغة الايوسين الصفراء من المحلول المائي، وجد أن أفضل نسبة للإزالة كانت عند تركيز صبغة 10ppm، وزن 0.025غم من جسيمات أوكسيد لسيريوم النانوية، ومدة تفاعل 90 دقيقة ودالة حامضية 6. أما درجة الحرارة المثلى 10سيليزي للجسيمات المحضرة بطريقة كيميائية، و25سيليزي للجسيمات المحضرة بالطريقة الخضراء.
وقد أظهرت دراسة الخواص الثرموديناميكية أن عملية الامتزاز كانت باعثة للحرارة خلال الطريقة الكيميائية، وماصة خلال الطريقة الخضراء. اتضح التفاعل يتبع نموذج المرتبة الثانية في النماذج الثلاث. عند اختبار قابلية إعادة استخدام الجسيمات أظهرت كفاءتها ثلاث دورات استخدام متتالية.

Green synthesis of Cerium Oxide Nanoparticles using peels extract of Citrus aurantium and applied in adsorption study

Abstract
This study consisted of four main stages.
In the first stage, bioactive compounds were extracted from Citrus aurantium peels using a Soxhlet apparatus with both a polar solvent (ethanol) and a non-polar solvent (n-hexane). The extracted compounds were identified and characterized using Gas Chromatography–Mass Spectrometry (GC-MS) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Among the most important compounds obtained from the ethanol extract of Citrus aurantium peels are naringin, naringenin, hesperidin, Auraptenol, hexamethoxyflavone, and other bioactive compounds. In addition, several active constituents were also identified in the hexane extract of the peels, including limonene, β-pinene, myrcene, linalool, and others.
The second stage involved the synthesis of cerium oxide (CeO₂) nanoparticles using three different methods:
• A conventional chemical method using cerium chloride with cationic surfactant (cetyltri methyl ammonium bromide – CTAB) as a stabilizing agent.
• A green synthesis method using the ethanolic extract of Citrus aurantium Peels
• green synthesis method using the hexane extract of Citrus aurantium Peels
The second and third methods are considered eco-friendly, utilizing the natural extracts as reducing, capping, and stabilizing agents.
The third stage focused on characterizing the synthesized nanoparticles using FTIR, X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), and nitrogen adsorption–desorption (BET) analysis.
FTIR spectra revealed characteristic peaks in the range of 490–600 cm⁻¹ confirming the formation of CeO₂ nanoparticles. XRD analysis indicated a fluorite cubic crystalline structure with an average crystallite size ranging from 12 to 19 nm. SEM images showed sand-like particles in the chemically synthesized sample, rose Perry-like shapes in the ethanolic extract-based sample, and truffle-like shapes in the hexane extract-based sample. The specific surface area (BET) for the three samples was found to be 116.68cm2/g, 95.87cm2/g, and 87.3 cm²/g, respectively.
In the fourth stage, the synthesized nanoparticles were applied as adsorbents for the removal of Eosin dye from aqueous solutions. The optimal adsorption conditions for all samples were: dye concentration of 10 ppm, adsorbent dosage of 0.025 g, contact time of 90 minutes, and pH 6. However, the optimal temperature was 10°C for the chemically synthesized sample and 25°C for the green-synthesized samples. Thermodynamic studies revealed that the adsorption process was exothermic in the chemical method and endothermic in the green methods. Kinetic studies confirmed that the adsorption followed a pseudo-second-order kinetic model in all cases. The reusability of the synthesized nanoparticles was also tested, and they showed efficient performance over three consecutive cycles.