Room Temperature Electrocatalytic Conversion of Methane to Methanol. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Room Temperature electrocatalytic conversion of methane to methanol) CHEM 610 202203640.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 29 December 2025. Download (2MB)

Arabic Abstract

تحويل الميثان إلى مواد كيميائية ذات قيمة مضافة، مثل الميثانول، يقدم استراتيجية واعدة لكل من التخفيف من انبعاثات غازات الدفيئة وتمكين الإنتاج الكيميائي المستدام. تتناقض الطرق الصناعية التقليدية، التي تعتمد على عمليات كثيفة الطاقة عند درجات حرارة وضغوط عالية، مع التحويل المباشر للميثان، خاصة باستخدام التحفيز الكهربائي كبديل أكثر كفاءة في استخدام الطاقة تحت ظروف أكثر اعتدالًا. في هذه الدراسة، تم تخليق محفزات Fe2O3 عبر طريقة الهيدروحرارية وتم إيداعها على أقطاب مصنوعة من ألياف الجرافيت، والتي استخدمت في مفاعل خلية تدفق لتحويل الميثان عند درجة حرارة الغرفة. تم الكشف عن المنتجات وقياسها باستخدام الكروماتوغرافيا الغازية والرنين المغناطيسي النووي. أدى تحسين التفاعل، بما في ذلك الجهد المطبق وتركيب الإلكتروليت، إلى تحسين أداء النظام. لوحظت كفاءة تحويل الميثان بنسبة 37%، مع انتقائية 100% للميثانول وعائد ميثانول قدره 873 ميكرومول/غرام/ساعة عند استخدام الماء كإلكتروليت. زادت إضافة 3% من كلوريد البوتاسيوم العائد إلى 1,248 ميكرومول/غرام/ساعة، مع الحفاظ على انتقائية 100% للميثانول. تسلط هذه النتائج الضوء على مسار تحفيزي كهربائي عند درجات حرارة منخفضة لتحويل الميثان، مما يقدم نهجًا مستدامًا لتخليق المواد الكيميائية وإمكانية واسعة لاستخدام غازات الدفيئة.

English Abstract

Methane conversion to value-added chemicals, such as methanol, offers a promising strategy for mitigating greenhouse gas emissions and enabling sustainable chemical production. Traditional industrial methods, which rely on energy-intensive processes at high temperatures and pressures, contrast with direct methane conversion, especially using electrocatalysis as a more energy-efficient alternative under milder conditions. In this study, Fe2O3 catalysts were synthesized via a hydrothermal method and deposited onto graphite felt electrodes, which were used in a flow cell reactor for methane conversion at room temperature. The products were detected and analyzed using gas Chromatography and Nuclear Magnetic Resonance. Reaction optimization, including the applied voltage and electrolyte composition, improved the system performance. We observed a methane conversion efficiency of 37%, with 100% methanol selectivity and a methanol yield of 873 μmol/g/hr when using water as the oxidant. The addition of 3% potassium chloride further increased the yield to 1,248 μmol/g/hr, maintaining 100% methanol selectivity. These findings highlight a low temperature, electrocatalytic pathway for methane conversion, offering a sustainable approach to chemical synthesis and broad potential for greenhouse gas utilization.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Basheer, Chanbasha
Committee Members:	Al-Betar, Abdul-Rahman Faisal and Oladepo, Sulayman
Depositing User:	MUHAMMAD ADAM (g202203640)
Date Deposited:	31 Dec 2024 08:47
Last Modified:	31 Dec 2024 08:47
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143194