Supported Metal-Oxide Catalysts for More Efficient Conversion of Waste Vegetable Oils into Biofuel. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Basiru_Olayinka_Yusuf_PhD Dissertation PDF.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 27 May 2025. Download (4MB)

Arabic Abstract

بسبب الاهتمام المتزايد بالمصادر المتجددة للطاقة نظرًا للقلق البيئي ونضوب موارد الوقود الأحفوري التقليدي، أصبح الوقود الحيوي أحد أهم مصادر الطاقة المتجددة لاستبدال الديزل التقليدي المستمد من الوقود الأحفوري. يعتبر الوقود الحيوي وقود متجدد وقابل للتحلل الحيوي وغير سام يمكن إنتاجه بسهولة عن طريق تفاعل تبادل الاسترة. تهدف هذه الدراسة إلى المساهمة في تعزيز إنتاج الوقود الحيوي من مواد خام ذات تكلفة منخفضة . تم تحقيق ذلك من خلال نظام جديد لتصميم محفز حمض صلب باستخدام أكاسيد المعادن المرسبة على سطح مادة الزيولايت المسامية ودعم الإطارات العضوية المعدنية. . تم تحقيق ذلك من خلال نظام جديد لتصميم محفز حمض صلب باستخدام أكاسيد المعادن المرسبة على الدعم من مواد الزيولايت المتسامية وهياكل الإطارات العضوية المعدنية .تم تحضير جميع المحفزات باستخدام تقنية التشريب الرطب. تم توصيف الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمحفزات باستخدام تقنية الامتصاص الفيزيائي للنتروجين لتحديد المساحة السطحية وهيكل المسامات، وتقنية تشتت الأشعة السينية لتحديد بلورة ونقاوة الطور المتكون، وطيف الأشعة تحت الحمراء مع التحويل الفوري لتحديد المجموعات الوظيفية، وطيف الأشعة تحت الحمراء مع البيريدين لمواقع برونستد ولويس الحمضية، وتحليل الوزن الحراري للاستقرار الحراري، والمجهر الإلكتروني الماسح للتشكيلات، المجهر الإلكتروني النافذ لتوزيع الطور النشط ، الامتصاص المبرمج لدرجة حرارة الأمونيا للخاصية الحمضية ، مطافية الأشعة السينية للتكوين الأولي تم اختبار المحفزات المتطورة على نفايات زيت الطهي (WCO) في مفاعل دفعي Parr. كما تم تحليل الوقود الحيوي باستخدام الرنين المغناطيسي النووي للهيدروجين والكروبون 13 والتحليل الطيفي الكتلي للغاز . تم فحص وتحسين تأثير ظروف العملية المختلفة مثل وقت التفاعل ونسبة الميثانول إلى الزيت وتحميل المحفز ودرجة الحرارة. تعتبر خصائص الوقود للديزل الحيوي المحضر ممتازة ، لأنها تتوافق مع معايير ASTM D6751. تم اقتراح آلية معقولة لتفاعلات الأسترة التبادلية والأسترة المتزامنة التي تحكم تحويل منظمة الجمارك العالمية إلى وقود الديزل الحيوي. أجريت الدراسات الحركية لتوفير فهم أفضل للأداء الحفاز ولتقدير طاقة التنشيط. أظهرت النتائج أن التفاعلات اتبعت النموذج الحركي الزائف من الدرجة الأولى ، بطاقة تنشيط (Ea)> 25 كيلو جول / مول. تتوافق هذه النتائج مع الدراسات السابقة على أنظمة مماثلة ، وتشير طاقة التنشيط إلى أن التفاعلات خاضعة للتحكم الكيميائي ، وليست مضبوطة بنقل الكتلة.

English Abstract

Due to environmental concerns and resources exhaustion of the traditional fossil fuel, more attention has been paid to renewable energy sources. Biodiesel has become one of the foremost renewable energy sources to replace conventional fossil-derived diesel. It is a renewable, biodegradable and non-toxic fuel which can be easily produced through transesterification reaction. This research intends to contribute towards enhancing the biodiesel production from low-cost feedstocks. This was achieved through a novel system of solid acid catalyst design using metal oxides deposited on mesoporous zeolites support and metal organic frameworks (MOFs) support. All the catalysts were synthesized using wet impregnation technique. The physical and chemical properties of the catalysts were characterized using N2-physiosorption for surface area and pore structure determination, X-ray diffraction (XRD) for crystallinity and phase purity, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) for functional groups identification, pyridine-FTIR for Bronsted and Lewis acidic sites, thermogravimetric analysis (TGA) for thermal stability, scanning electron microscope (SEM) for morphologies, transmission electron microscope (TEM) for active phase distribution, ammonia-temperature programmed desorption (NH3-TPD) for acidic property, X-ray fluorescence (XRF) for elemental composition. The as-developed catalysts were tested on a waste cooking oil (WCO) in a Parr batch reactor. The biodiesel was analyzed using Nuclear Magnetic Resonance (1H and 13C NMR) and Gas Chromatography-Mass Spectroscopy (GC-MS). The effect of various process conditions such as reaction time, the ratio of methanol to oil, catalyst loading, and temperature were investigated and optimized. The fuel properties of the prepared biodiesel are excellent, for they are consistent with ASTM D6751 standards. A plausible mechanism has been proposed for the simultaneous transesterification and esterification reactions that govern the conversion of WCO to biodiesel. Kinetic studies were done to provide better understanding of the catalytic performance and to estimate kinetic parameter (activation energy). The results revealed that the reactions followed the pseudo first-order kinetic model, with an activation energy (Ea) >25 kJ/mol. These results are consistent with the previous studies on similar systems and the Ea suggest that the reactions are chemically-controlled, not mass transfer-controlled.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Oladepo, Sulayman
Committee Co-Advisor:	Peedikakal, Abdul Malik
Committee Members:	Chanbasha, Basheer and Saleh, Tawfik and Ganiyu, Saheed
Depositing User:	BASIRU YUSUF (g201513450)
Date Deposited:	29 May 2024 08:15
Last Modified:	29 May 2024 08:15
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142878