Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 58-66.

This study was carried out in two parts: 1- The comparison effects of quinoa stalks activated carbon
on adsorption of cadmium and lead polluted soils. 2- Remediation of Heavy Metals polluted soils by
agricultural wastes - activated carbons (ACs).
Part 1: The study was performed to investigate the effect of activated carbons (ACs) in dose 2% w/w
produced from agricultural wastes as quinoa stalks, rice straw and corn stalks, on different soils (clay and
sandy loam) polluted by heavy metals (HMs) 100 mg Cd Kg-1 soil (Cd ), 600 mg Pb Kg-1 soil (Pb ) and

100 600

mixture of both elements (Cd /Pb ).

100 600
The physical and chemical properties of ACs were assessed accordingly. The total carbon % values
were higher in quinoa activated carbon (QC) (49.82%) than rice activated carbon (RC) and corn activated
carbon (CC) respectively. The surface areas (BET) of AC samples were ranged from 489.31 to 1084.12
m2 g-1. Total pore volume was increased in QC (1.23 m2 g -1). The SEM proved high porosity of the QC
compared to RC or CC. FTIR analysis indicated the most porous activated carbon efficiency for adsorbing
as (C=O), (C-O) and (–OH) groups in QC played an important role in the adsorption process. The
adsorption isotherm was examined the maximum adsorption capacity for Cd, Pb or mixture. Results
showed that the highest adsorption capacity (Qm) of QC followed by RC and CC, respectively for
individual Cd, Pb or mixture. The most effective AC was QC followed by RC then RC in maximum
adsorption capacity for Cd, Pb or mixture to remediate polluted soils according to their physical and
chemical characteristics. The lignocellulose-rich agro-industrial waste produced effective activated
carbons depending upon the total carbon content, surface area, pore size and volume, surface
functionalities that offer economical and easy availability way to remediate the heavy metals polluted
soils.
Part 2: Investigate the remediation of heavy metals (HM ) as cadmium in different concentrations (100,

S
150 mg Cd Kg-1 soil, Cd , Cd ) and lead (600, 1000 mg Pb Kg-1 soil, Pb , Pb ) or a mixture of both

100 150 600 1000
metals (Cd /Pb ) polluted soils (clay and sandy loam) by (ACs) as (QC), (RC ) and (CC) at two doses (1%

100 600
and 2%, w/w). The polluted soils were incubated with ACs for 0, 1,7,14, 30 and 60 days at 25 °C to evaluate
the effect of ACs addition on metals distribution in fractions, mobility in soils, availability and plant uptake.
Results indicated that addition of ACs to soils significantly increased pH and organic matter (OM) but
decreased Cd and Pb availability in soils and plant uptake comparing to control soils. Cd was mainly increased
in carbonate fraction (F3) but Pb incorporated in the residual fraction (F6). Furthermore, the addition of
ACs diminished the solubility of Cd and Pb in terms of water soluble (F1) and exchangeable (F2). The
findings provide evidence that remediation of HM polluted soils by ACs decreased Cd and Pb toxicity by
improving them into more stable forms and improved soil quality. The results indicated that AC decreased Cd
and Pb in soils and their uptake by spinach plant compared to control. The use of ACs can be precisely,
economically, time-effectively, and efficiently to remediate Cd and Pb polluted soils. Activated carbon from
QC was the most effective ACs to decrease Cd and Pb availability, particularly in clay soil compared to RC
and CC (in polluted soils)

تم إجراء هذف الدراسة على مرحلتين 1- مقارنة تأثيرالكربون النشط الناتج من سيقان الكينوا على ادمصاص الكادميوم
والرصاص في التربة الملوثة. 2- معالجة التربة الملوثة بالفلزات الثقيلة بالمخلفات الزراعية - الكربون المنشط .
المرحلة االولى: تم إعداد وتحضيرالكربون النشط )ACs( معمليا من المخلفات الزراعية سيقان الكينوا (QC)، قا ازرز
(RC( وحطب الذرة )CC( بمعدل اضافة 2% على نوعي التربة )الطينية والطميية الرملية( التى تم تلويثها اصطناعيا
بتركيزات من عنصر الكادميوم )100 ملجمك كجم( وعنصر الرصاص )600 ملجمك كجم (، أو بمخلوط من عنصرى الكادميوم
والرصاص معا )كادميوم100 ورصاص600 ملجمككجم (. تم توصير ودراسة الخواص الكيميائية والفيزيائية للكربون النشط،
أظهرت النتائج أن نسبة الكربون الكلي كانت أعلى في الكربون النشط الناتج من الكينوا )QC) مقارنة بالناتج من قا ازرز
(RC) ثم الناتج من سيقان الذرة (CC(، كما تراوحت مساحة السطح النوعى (BET( للكربون النشط بين 489,3 -1084,1
م2كجم وأظهرالحجم الكلي للمسام إرتفاع في QC )1,2 م2كجم(. أظهر فحص )SEM( مسامية عالية ل QC مقارنة ب RC أو
CC. أشار تحليل FTIR إلى أن أهم المجاميت الفعالة للكربون النشط كفاءة هى )C=O( و)CO( و)–OH( في QC حيث كان
لها دوًرا هاما في عملية االدمصاص. أظهرت النتائج أن أعلى سعة إدمصاصية ) Q( ل QC تليها RC وCC على التوالي

m
للكادميوم والرصاص أو االثنين معا. من ذلك يتضح أن QC يلي RC ثم RC هي ازكثر قدرة على االدمصاص سواء
للكادميوم والرصاص أو االثنين معا وهي ازكثركفاءة في معالجة التربة الملوثة وفقا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية.
المرحلة الثانية: دراسة معالجة ازراضى الملوثة بتركيزات مختلفة من عنصتر الكتادميوم )100، 150ملجمككجتم( والرصتاص
)600، 1000 ملجمككجتتم( أو عنصتتري الكتتادميوم والرصتتاص معتتا )600،100 ملجمككجتتم( فتتي التربتتة )الطينيتتة والطمييتتتة
الرملية( بالكربون النشط )ACs( الناتج من حطب الكينتوا قتا ازرز وحطتب التذرة بمعتدلي إضتافة )1% و2%(. تتم تحضتين
التربتة الملوثتتة متتت ACs لمتدة 0، 1، 7، 14، 30 و60 يوًمتتا علتتى درجتة حتترارة 25 درجتتة ميويتة لمعرفتتة الصتتور الكيميائيتتة
المختلفة لعنصري الكادميوم والرصاص والكميات القابلة لالمتصاص بواسطة النبات. أظهرت النتائج أن إضافة الكربتون النشتط
إلى التربة أدى إلى زيادة كبيرة في رقم الحموضة والمتادة العضتوية ولكنت أدى إلتى إنخفتاض مستتوى الكتادميوم والرصتاص فتى
التربتة القابتل للتبتادل واالمتصتاص بواستطة النبتات مقارنتة بتالكنترول، وزيتادة مفصتول الكربونتات (F3) فتي الكتادميوم وزيتادة
المفصول المتبقى )F6( في الرصاص، وقل المفصول الذائب في الماء والقابل لالستتبدال. إستتخدام الت كربون النشتط فتى معالجتة
التربة الملوثة أدى إلى تقليل سمية عنصري الكادميوم والرصاص عن طريق تثبتتهم فتي صتورة أكثتر إستتقرار وبالتتالي تحستين
جودة التربة. أظهرت النتائج أن إستخدام الكربون النشط أدى إلي إنخفاض تركيز الكتادميوم والرصتاص فتى التربتة والتقليتل متن
جاهزيتهما وإمتصاصهما بواسطة نبات السبانب مقارنة بالكنترول. وعموما فان إستخدام الكربتون النشتط اقتصتاديا وأكثتر فعاليتة
وكفاءة في معالجة التربة الملوثة بالكادميوم والرصتاص. كمتا أظهترت النتتائج أن الكربتون النشتط النتاتج متن ستيقان الكينتوا كتان
ازكثر كفاءة وفاعلية في خفض جهازية عنصري الكادميوم والرصاص خاصة في التربة الطينية مقارنة بالكربون النشط النتاتج
من قا االرز وحطب الذرة.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.