ELECTROCHEMICAL REDUCTION OF CARBON DIOXIDE TO HYDROCARBONS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Ph.D Dissertation) Safdar_Dissertation.pdf - Published Version Download (9MB) | Preview

Arabic Abstract

هو أسلوب رائع لتخفيف ظاهرة الاحتباس الحراري عن طريق تحديد كيميائيا رئيسي للغاز البيت الأخضر (غازات الدفيئة)، وثاني أكسيد الكربون (CO2). المنتجات الرئيسية وتشمل تركيب المواد الكيميائية مثل جذابة اقتصاديا، والميثانول الميثان حمض الفورميك والاثيلين إلخ جوانب مختلفة من ERC، مثل حركية، الديناميكا الحرارية وآلية (آليات)، وتمت دراسة على نطاق واسع في العقدين الماضيين في كل من aqoues والمتوسطة غير مائي. هذه العملية تتطلب حافزا كفاءة وطاقة لأن CO2 جدا كونه جزيء مستقرة جدا وحركية لها electroreduction بطيئة. وعلاوة على ذلك، ومنتجات تعتمد بشدة على تخفيض الحافز الكهربائي وإمكانات الكهربائية المستخدمة. في البيئات المائية على حد سواء وغير مائي، حتى في أعلى أكثر من امكانات، والغلة والانتقائية نحو المنتجات المطلوبة لا تزال منخفضة نسبيا. ويعتقد ان عنق الزجاجة الرئيسي ليكون ذوبان منخفضة من غاز ثاني أكسيد الكربون في حركية المنحل بالكهرباء وبطيئة مما أدى إلى كثافة التيار المنخفض وoverpotential ارتفاع في العائدات التي رد الفعل هذا. وعلاوة على ذلك، وعادة، ERC العائدات بالتزامن مع تطور الهيدروجين والتي، بدورها، ويحد من زيادة الكفاءة الكلية للعملية. وكان التركيز في هذا العمل على تطوير electrocatalysts نانو ومفاعل مرحلة نظام الغاز لهيئة الإنصاف والمصالحة. في هذا العمل، في الجزء الأول من النحاس، الروثينيوم والبلاديوم والحديد المعتمدة على أنابيب الكربون النانوية (تشارك المركز الوطني) تم توليفها من قبل التشريب الأولية وطريقة ترسب-هطول الأمطار. تميزت المحفزات توليفها لمورفولوجيا وبنيتها بواسطة XRD، SEM، TEM، الرهان و XPS. النتائج تظهر أن شنت بنجاح المعادن المذكورة في الجدول نانو على الدعم. وقد تم اختبار هذه المواد الحفازة في زنزانة نصف تقييم سريع لنشاطهم electrocatalytic ومن ثم تم تجميع غشاء القطب (MEA) باستخدام العامل المساعد الأمثل لاختبار المزيد من نشاطهم في المنحل بالكهرباء البوليمر الصلبة المستمر (SPE) المفاعل. الجزء الثاني ينطوي على تركيب الأنابيب النانوية أكسيد التيتانيوم (TNTs) واستخدامها في تقديم الدعم الحفاز. وأعدت والنحاس، والروثينيوم والبلاديوم والحديد معتمدة على المواد الحفازة تي ان تي. وتميزت هذه المحفزات لمورفولوجيا وبنيتها. ويتم تقييم الأنشطة الكهربائية الحفاز في خلية 1/2 وكذلك في الخلية بيركس H-نوع من voltammetry الاجتياح الخطي (LSV) وطرق chronoamperometry (CA). وقد تم تحليل هذه المنتجات من قبل اللوني للغاز مجهزة مكشاف تأين الاشتعال (FID) والحرارية للكشف عن الموصلية (TCD). ثم تم استخدام المحفز الأمثل لإعداد الشرق الأوسط وأفريقيا باستخدام nafion كما بروتون إجراء غشاء لاختبار محفز الأمثل في مفاعل SPE المستمر تحت معلمات عملية متنوعة. تم الكشف عن والميثانول، والميثان، والاثيلين والمنتجات الرئيسية.

English Abstract

Electrochemical reduction of carbon dioxide (ERC) is an elegant method to abate global warming by chemically fixing a major green house gas (GHG), carbon dioxide (CO2). Major synthesis products include economically attractive chemicals like methanol, formic acid methane and ethylene etc. Various aspects of ERC, like thermodynamics, kinetics and mechanism (s), have been extensively studied in past two decades in both aqoues and non-aqueous medium. The process requires an efficient catalyst and energy because very CO2 being a very stable molecule and its slow electroreduction kinetics. Moreover, reduction products strongly depend on electro-catalyst and electrical potentials used. In both aqueous and non aqueous environments, even at higher over potentials, the yield and selectivity towards desired products is still relatively low. The major bottle neck is believed to be the low solubility of carbon dioxide in electrolyte and slow kinetics leading to low current density and high overpotential at which this reaction proceeds. Moreover, typically, ERC proceeds concomitantly with hydrogen evolution which, in turn, further limits the overall efficiency of the process. Focus of this work was on the development of nano electrocatalysts and a gas phase reactor system for ERC. In this work, in the first part copper, ruthenium, palladium and iron supported on carbon nanotubes (CNTs) were synthesized by incipient impregnation and deposition-precipitation method. The synthesized catalysts were characterized for their morphology and structure by XRD, SEM, TEM, BET and XPS. The results shows that the above mentioned metals in the nano scale were successfully mounted on the support. These catalysts were tested in a half cell to quick evaluation of their electrocatalytic activity and then membrane electrode assembly (MEA) was made using the optimum catalyst to further test their activity in a continuous solid polymer electrolyte (SPE) reactor. The second part involved the synthesis of titanium oxide nanotubes (TNTs) and its utilization as catalyst support. Copper, ruthenium, palladium and iron supported on TNT catalysts were prepared. These catalysts were characterized for their morphology and structure. Electro-catalytic activities are evaluated in a half cell as well as in H-type Pyrex cell by linear sweep voltammetry (LSV) and chronoamperometry methods (CA). The products were analyzed by gas chromatography equipped with flame ionization detector (FID) and thermal conductivity detector (TCD). Then the optimum catalyst was used to prepare MEA using nafion as proton conducting membrane to test the optimum catalyst in a continuous SPE reactor under varied process parameters. Methanol, methane, and ethylene were detected as major products.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry Environmental Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Rahman, S U
Committee Co-Advisor:	Zaidi, S M J
Committee Members:	Hussein, Ibnelwaleed Ali and Ahmed, Shakeel and Basu, S
Depositing User:	Safdar Hossain (g200601900)
Date Deposited:	12 Jun 2012 12:44
Last Modified:	01 Nov 2019 15:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138690