Synthesis and Characterization of Molybdenum-Based Catalysts Loaded on Nanocomposite Supports and Their Catalytic Evaluation

Synthesis and Characterization of Molybdenum-Based Catalysts Loaded on Nanocomposite Supports and Their Catalytic Evaluation. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Islam Ph.D. Thesis.pdf
Restricted to Repository staff only until 8 May 2021.

Download (5MB)

Arabic Abstract

في هذا العمل ، تم توليف وتوصيف المحفزات التي تعتمد على الموليبدينوم مع أنواع مختلفة من دعامات المركبات النانوية. تم تقييم المواد المعدة لأدائها الحفاز في التفاعلات بما في ذلك إزالة الكبريت من الوقود السائل. تعتبر المركبات المحتوية على الكبريت مثل المنتجات البترولية الخام ضرورية لإزالة الكبريت لمنع التسمم بالعوامل الحفازة والتلوث البيئي ومعدات تكرير الصدأ ، لذا فإن إزالة الكبريت خطوة مهمة في عملية التكرير. تم تصنيع المواد البديلة لتعمل بفعالية كعوامل حفازة. تم مقارنة هذه المواد مع المواد الموجودة التي تم الإبلاغ عنها كبديل ممتاز لإزالة الكبريت من الوقود. في هذا العمل ، تم تنفيذ طرق اصطناعية مختلفة لتعزيز كفاءة المواد الحفازة المستندة إلى Mo المستخدمة في ازاله الكبريت من الوقود السائل. يؤدي استخدام ألياف الكربون متناهية الصغر إلى تقديم خصائص فريدة مثل الميكانيكية أو الكهربائية أو الكيميائية التي من شأنها تحسين أداء المحفز بشكل كبير. أيضا ، فإنه يقدم مساحة السطح الكبيرة التي تعتبر خاصية محددة من الكربون كدعم. تعمل هذه المساحة السطحية على تعزيز توزيع المرحلة النشطة من سطح الدعم وتحسين نشاط محفز ازالة الكبريت. إدخال أكسيد التيتانيوم مع نسبة مختلفة له دور مهم لتعزيز تشتت المرحلة النشطة ، وزيادة الحموضة وتحسين الكبريت. يؤدي وجود ذرتين من الأكسجين مع أزواج وحيدة من الإلكترونات إلى تكوين روابط Vander Waals أو تفاعل إلكتروستاتيكي بين التيتانيا والمرحلة النشطة. تم إضعاف هذا التفاعل ، وبالتالي فإن تحميل التيتانيا المنخفض على المحفز المُجهزة اعطي أداء عاليًا لازالة الكبريت . تم مخدر الجرافين في هيكل الدعم الذي حسن الخواص الميكانيكية والكيميائية. أيضًا ، لها دور لزيادة مساحة سطح المرحلة النشطة مما يؤدي إلى تحسن في محفز HDS. ستتم إضافة البورون بنسب مئوية مختلفة (1٪ ، 2٪ و 5٪) لتحسين الأداء الحفاز لمحفز HDS من خلال تحسين تشتت المرحلة النشطة والمروج على سطح الدعم المركب. تم استخدام حيود الأشعة السينية (XRD) وتحويل الأشعة تحت الحمراء (FTIR) للتوصيف الهيكلي. تم استخدام المسح المجهري للإلكترون (SEM) ، ورسم خرائط الأشعة السينية والأشعة السينية المنتشرة (EDX) للدراسات المورفولوجية للمحفزات. تم استخدام التحليل الطيفي الضوئي للأشعة السينية (XPS) للحصول على الحالات الكيميائية وقيم الطاقات الملزمة للعوامل الحفازة. تم استخدام محلل قياس الحرارة الحراري (TGA) لتقييم الثبات الحراري للعوامل الحفازة. تم استخدام الامتزاز المبرمج في درجة الحرارة (TPD) لتوضيح الخاصية الحمضية للمواد المركبة.

English Abstract

In this work, molybdenum (Mo) based catalysts with different types of nanocomposite supports were synthesized and characterized. The prepared materials were evaluated for their catalytic performance in reactions including liquid fuels desulfurization. The sulfur-containing compounds such as crude petroleum products are necessary to be desulfurized to prevent poisoning of catalysts, environmental pollution and corrode refining equipment so desulfurization is an important step in the refining process. Alternative materials were synthesized to act effectively as catalysts. These materials were compared with the existing ones that have been reported as an excellent alternative for fuel desulfurization. In this work, different synthetic routes were implemented for enhancing the efficiency of Mo-based catalysts used for hydrodesulfurization (HDS) of liquid fuels. The use of carbon nanofiber introduced unique properties such as mechanical, electrical or chemical that was greatly improve the performance of the catalyst. Also, it introduces the large surface area that is considered as a specific property of carbon as a support. This surface area enhanced the active phase distribution on the support surface and improved the activity of HDS catalyst. Introduction of titanium oxide with different ratio has an important role for enhancing the dispersion of the active phase, increase acidity and improved sulfurability. Presence of two oxygen atoms with lone pairs of electrons will lead the formation of Vander Waals bonds or electrostatic interaction between Titania and active phase. This interaction was weakened and subsequently low titania loading on the prepared catalyst gave high HDS performance. Graphene was doped into the support structure in which it will improve mechanical and chemical properties. Also, it has a role for increasing the surface area of the active phase that will lead to an improvement in the HDS catalyst. Boron was added with different percent (1 %, 2 % and 5 %) to enhance the catalytic performance of the HDS catalyst through improvement the dispersion of the active phase and promoter on the composite support surface. X-ray diffraction (XRD) and fourier transform infrared (FTIR) were used for structural characterization. Scanning electron microscopy (SEM), x-ray mapping and electron dispersive x-ray (EDX) were used for morphological studies of the catalysts. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to obtain the chemical states and binding energies values of the catalysts. Thermogravimetric analyzer (TGA) was used for evaluating or confirming the thermal stability of the catalysts. Temperature programmed desorption (TPD) was used to illustrate the acidic characteristic of the synthesized materials.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Chemistry
Divisions: College Of Sciences > Chemistry Dept
Committee Advisor: Abdo Saleh, Tawfik
Committee Members: AL-ARFAJ, ABDULRAHMAN and AL-HAMOUZ, OTHMAN and Naji Al-Shafie, Emad
Depositing User: ISLAM ELSAYED (g201602840)
Date Deposited: 10 May 2020 14:39
Last Modified: 10 May 2020 14:39
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141521