PHOTOCATALYTIC CONVERSION OF CO2 TO HYDROCARBONS USING CU-ZN/TIO2 CATALYST. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_Thesis.pdf Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

منذ عشر سنين هنالك زيادة في ثاني اكسيد الكربون 5% (20ppm) في الهواء الجوي بسبب احتراق الهيدروكربونات. تقنية التحليل الضوئي الحفاز استعملت لتدوير ثاني اكسيد الكربون الجوي الى الهيدروكربونات مفيدة. اختزال ثاني اكسيد الكربون الى الهيدروكربونات يقلل من ثاني اكسيد الكربون في الهواء الجوي وايضا تعويض جزئي لمتطلب الطاقة في العالم في هيئة وقود. في هذه الاطروحة, نهدف الى دراسة تأثير ثاني أكسيد التيتانيوم المطور بالمعدن على التحليل الضوئي الحفاز لاختزال ثاني اكسيد الكربون. عديد من ثاني أكسيد التيتانيوم المطور بالمعدن قد تم تحضيره باستعمال تقنية التحليل بالتبليل. المعادن المختارة Cu-Zn-Cu/Zn للتحليل الضوئي الحفاز لاختزال ثاني اكسيد الكربون. الحفاز المحضر قد تم التأكد منه باستعمال XRD-SEM-EDX-FTIR-TGA و ادمصاص وامتزاز النايتروجين. لوحظ أن طور الحفاز المطور بالمعدن ثابتة في اناتيز. مساحة السطح الحفاز المطور بالمعدن 8.59 m2/g. تم التأكد باسخدام XRD النجاح في تحميل Cu و Zn. التكوين العنصري للمعادن المحملة على الحفاز وجدت عن طريق EDX. التكوين الهيكلي للحفاز تمت دراسته بواسطة SEM. الحفاز المطور بالمعدن تم اختباره باستعمال الاشعة فوق البنفسجية 60 W خلال 3 مصابيح كل منها 20 W ذو شدة قدرها 254 nm طول موجي. الحرارة والضغط كانا حرارة الغرقة و1 bar بالترتيب. الحفاز تم دراسته نسب مولية H2 /CO2 4-2. الحفاز عرض لمدة 30 min قيل التحليل. الغاز الخارج من المفاعل تم تحليله باستعمال GC و الذي أكد تحويل CO2. حفازات متعددة تم اختبارها. أولا ثاني أكسيد التيتانيوم خالصا لاختزال ثاني اكسيد الكربون: التحويل حوالي 9.65% نسبة مولية 4/1. كفاءة التحويل ازدادت 38% مع تدعيم بالمعدن Cu. اضافة Zn لم تؤثر حيث فشلت electron trap على سطح ثاني أكسيد التيتانيوم بسبب conduction band. التحسين المزدوج لثاني أكسيد التيتانيوم مع Cu-Zn بالتآزر على تحسين كفاءة الحفاز 48% بالمقارنة مع ثاني أكسيد التيتانيوم الخالص و 8% الحفاز المعدل بـ Cu. هذا العمل قد تم معرضا للاشعة فوق البنفسجية ويقترح في المستقبل العمل خلال الاشعة الضوئية واستعمال معادن اخرى لتحسين ثاني أكسيد التيتانيوم, لنتمكن من زيادة كفاءة التحويل وامكانية جعلها مربحة في المجال الصناعي.

English Abstract

From the ten years there is a 5% (20ppm) increase of CO2 in the atmosphere which is due to the burning of hydrocarbons. Photocatalytic technology is used to recycle this atmospheric CO2 to valuable hydrocarbons. Reduction of CO2 to hydrocarbons reduces the CO2 in the atmosphere as well as partly fulfills the energy requirements of the world in the form of fuel. In this work the aim is to study the effect of the metal modified titanium dioxide (TiO2) on the photocatalytic reduction of the carbon dioxide (CO2). A series of metal modified TiO2 catalyst was synthesized using the wet impregnation method. The metals chosen for this purpose were Cu and Zn. Cu and Zn modified catalysts were tested for the photocatalytic reduction of CO2. The synthesized catalysts were characterized by using different analytical techniques such as powder XRD, SEM, EDX, N2 adsorption isotherm, FTIR and TGA. It is found that the phase of the metal modified catalyst remains the same i.e. Anatase. The surface area of the metal modified TiO2 was found to be 8.59 m2/g. It is confirmed by XRD that Cu and Zn are successfully loaded on the surface of the catalyst. Elemental composition the loaded metal was found by using EDX analysis. Morphology of the synthesized catalyst was studied using the SEM analysis. The modified catalysts were test under UV light irradiation of 60W using 3 lamps each of 20W intensity and 254 nm wavelengths. Temperature and pressure condition are room temperature and 1 bar respectively. The catalysts were tested for the two molar ratios of H2 to CO2 to 4 and 2. The catalysts were irradiated for 30 min before taking the samples for the analysis. Exit gas stream of the reactor was analyzed using GC and it confirms the conversion of CO2. Different series of catalyst were tested for the photo reduction of CO2. Firstly pure TiO2 was tested for the conversion of CO2; the conversion reported for the pure TiO2 is 9.65% at a molar ratio of 4/1. The conversion efficiency of the catalyst increased by 38% after it is modified by Cu metal. Addition of Zn does not affect the conversion of TiO2 as Zn failed to act as electron trapper on the surface of TiO2 due to higher conduction band than that of TiO2. The co-modification of TiO2 with both Cu and Zn work synergistically and increase the efficiency of the catalyst by 48 % as compared to Pure TiO2 and 8% as compared to Cu modified catalyst. This work is done under UV light but it is suggested for future recommendation to work in solar light and use another set of metals to modify the TiO2, so the conversion efficiency of the process can be increased and to make this process feasible for the industrial use.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Matar, Ali
Committee Members:	Ali Hussein, Ibnelwaleed and Al-Juhani, Abdulhadi and Abo-Ghander, Nabeel
Depositing User:	ADEEM GHAFFAR RANA (g201206480)
Date Deposited:	17 Nov 2015 12:32
Last Modified:	01 Nov 2019 16:31
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139753