KINETIC MODELLING OF THE HYDROSILYLATION REACTION OF CO2 USING IRIDIUM (III) COMPLEX CATALYST. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_THESIS_BY_OLADIPO_HABEEBLLAH.pdf - Other Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

أن تثمين ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز الاحتباس الحراري الرئيسي قد تمت دراسته في هذا التقرير. ان ارتفاع الطلب العالمي على الطاقة قد أدى الى زيادة كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة في الجو من 275 جزء في المليون قبل الثورة الصناعية إلى 375 جزءا في المليون في عام 2000 و 400 جزء في المليون في عام 2015. حيث أدت هذه الزيادة في ثاني أكسيد الكربون المنبعثة الى ارتفاع درجة واحدة في متوسط درجة حرارة الأرض بين سنة 1960 و 2010 و ارتفاع 0.3 درجة في الفترة من 2010 الى 2015. يعتبر تفاعل الهيدروسايلاشن لغاز ثاني أكسيد الكربون المحفز عملية كيميائية بفضل الديناميكا الحرارية التي يمكن أن يحتمل تطبيقها على تحولات واسعة النطاق لهذا الغاز المسبب للاحتباس الحراري. هناك عدد متزايد من الدراسات التجريبية خلال العقد الماضي فيما يتعلق بعمليات الهيدروسايليلاشن لغاز ثاني أكسيد الكربون المحفزة معدنياً. محفزات الروثينيوم وإيريديوم هي الأمثلة الأولى من الأنظمة الحفازة المستخدمة في الهيدروسايليلاشن لغاز ثاني أكسيد الكربون. في الوقت الحاضر، هناك العديد من الأمثلة من المحفزات الأخرى، بما في ذلك الأنواع المعدنية الانتقالية التى تتصرف بمفردها أو بالاشتراك مع B (C6F5) 3 و المحفزات العضوية التي هي قادرة على أداء هذا التفاعل. في تفاعل الهيدروسايلاشن يتم تحويل مركب السيليكون رخيصة نسبيا 1،1،1،3،5،5،5- heptamethyl باستخدام محفز الى سايلوفورمات والتي يمكن أن تحلل إلى مركب أكثر أهمية، أي حمض الفورميك. وقد ركزت الدراسة أساسا على نوعين من مركب الإيريديوم (III)، [Ir(H)(CF3SO3)(NSiN)(coe)] (محفز 1) و [Ir(H)(CF3OCO)(NSiN)(coe)] (محفز 2) NSiN = bis(pyridine-2-yloxy)methylsilyl, coe = cyclooctene) وذلك للتشكيل الانتقائي للسايلوفورمات بتفاعل الهيدروسايليلاشن لغاز ثاني أكسيد الكربون الخالية من المذيبات مع 1،1،1،3،5،5،5-heptamethyltrisiloxane (HMTS) . نشاط هذا النظام التحفيزي يعتمد على درجة حرارة التفاعل وضغط ثاني أكسيد الكربون. ويشمل هذا العمل دراسة الحركية في درجة حرارة متغيرة (من 25 درجة مئوية إلى 75 درجة مئوية) والضغط (من 1 بار إلى 8 بار) جنبا إلى جنب مع نمذجة حركية هذا التفاعل المحفز. وقد تحقق أفضل أداء تحفيزي في 75 درجة مئوية و ضغط ثاني أكسيد الكربون يعادل 8 بار. تم استخدام معادلة أرينيوس للنمذجة الحركية وكذلك طريقة الانحدار غير الخطية للبيانات المعملية المستخدمة في التنبؤ بالمعاملات الحركية مثل ثابت معدل وطاقة التنشيط. وجد ان متوسط طاقات التنشيط المقدرة للمحفز 1 و 2 72.1 كيلو جول / مول و 47.5 كج / مول على التوالي، مما يعطي مؤشرا على أن حافز 2 أكثر كفاءة من حافز 1.

English Abstract

The valorization of carbon dioxide, which is a major green-house gas, has been studied in this report. The higher global demand for energy has increased the amount of the carbon dioxide released into the atmosphere from 275 ppm before the industrial revolution to 375 ppm in the year 2000 and 400 ppm in the year 2015. The further increase in the emitted carbon dioxide gave rise to one degree rise in the average temperature of the earth between the year 1960 and 2010 and 0.3 degree rise from 2010 to 2015. Catalytic CO2 hydrosilylation is a thermodynamically favored chemical process that could be potentially applied to large-scale transformations of this greenhouse gas. There have been an increasing number of experimental studies during the last decade regarding metal-catalyzed CO2 hydrosilylation processes. Ruthenium and Iridium catalysts are the first examples of catalytic systems used for CO2 hydrosilylation. Presently, there are several examples of other catalysts, including transition metal species acting alone or together with B(C6F5)3 and organocatalysts which are able to perform this reaction. In the hydrosilylation reaction, a relatively cheap silicon compound, 1,1,1,3,5,5,5-heptamethyl trisiloxane (HMTS), was catalytically converted to silylformate, which can be hydrolyzed to a more important compound, i.e. formic acid. The study has focused basically on two type of the Iridium (III) complex type [Ir(H)(CF3SO3)(NSiN)(coe)] (Catalyst 1) and [Ir(H)(CF3OCO)(NSiN)(coe)] (Catalyst 2) (NSiN = bis(pyridine-2-yloxy)methylsilyl, coe = cyclooctene) for the selective formation of silylformate by solvent free hydrosilylation of CO2 with 1,1,1,3,5,5,5-heptamethyltrisiloxane (HMTS). The activity of this catalytic system depends on the reaction temperature and the CO2-pressure. This work includes a kinetic study at variable temperature (from 25 oC to 75 oC) and pressure (from 1 bar to 8 bar) together with a kinetic modelling of this catalytic reaction. The best catalytic performances have been achieved at 75 oC and 8 bar of CO2. The Arrhenius equation was used for the kinetic modelling and non-linear regression of the experimental data used in predicting the kinetic parameters i.e. rate constant and the activation energy. The average activation energies estimated for the catalyst 1 and 2 were 72.1 kJ/mol and 47.5 kJ/mol respectively, thereby giving an indication that catalyst 2 is more efficient than catalyst 1.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Shammari, Abdallah
Committee Co-Advisor:	Sulaiman, Al-Khattaf
Committee Members:	Jaseer, Antholindavida and Mohammad, Hossain and Mohammed, Ba-Shammakh
Depositing User:	habeebllah bosun oladipo (g201307130)
Date Deposited:	22 Feb 2016 12:04
Last Modified:	01 Nov 2019 16:32
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139867