HYDROGENATION OF CO2 TO VALUE-ADDED CHEMICALS USING RED MUD AS SOLID-SUPPORTED CATALYSTS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Final Theis e print Book copy Mahbuba.pdf Restricted to Repository staff only until 20 August 2026. Download (21MB)

Arabic Abstract

يمثل تطوير المحفزات المستدامة والصديقة للبيئة القادرة على تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى مركبات ذات قيمة مضافة مجالًا بحثيًا ذا أهمية متزايدة. ويُعد استخدام الطين الأحمر (Red Mud - RM)، وهو منتج ناتج عن صناعة الألمنيوم، كعامل محفز لتحويل CO2 خيارًا واعدًا. في هذا البحث، تم تطوير وتوصيف وتقييم سلسلة من العوامل المحفزة القائمة على RM والمطورة بمعادن مختلفة) K، Cs، Ba، Mg، Sr (M = Na بهدف تحويل CO2 إلى أوليفينات وأول أكسيد الكربون. تم أولًا معالجة RM باستخدام الأحماض (HCl) والقواعد (KOH)، ثم اختبار فعالية هذه العوامل في تفاعل هدرجة CO2. ومن المثير للاهتمام أن RM غير المعالج أظهر قدرة تحويل بلغت 22% عند درجة حرارة 375°C وضغط 30 بار (بنسبة CO2:H2 = 1:3)، مقارنةً بـ RM المعالج الذي سجل تحويلًا بنسبة 16% فقط. في ظل نفس ظروف التفاعل، أظهر العامل المحفز 3%K@RM أعلى أداء، حيث بلغت نسبة تحويل CO2 أكثر من 27%، متفوقًا على باقي العوامل الحفازة 3%M@RM Na، Cs، Ba، Mg، M= Sr من حيث كل من التحويل والانتقائية نحو الأوليفينات الخفيفة (C2-4=). وقد ركز البحث على تطوير الانتقائية لإنتاج الأوليفينات ضمن الهيدروكربونات. لتحقيق ذلك، تم تطوير المجموعة التالية من العوامل المحفزة بإضافة نسب مختلفة 5، 10، 20% من ZrO2 إلى أفضل عامل محفز سابق (3%K@RM). تم دراسة تأثير ترتيب إضافة (KNO3) وZrO2 على تحويل CO2 وانتقائية المنتجات، من خلال تحضير عوامل محفزة مثل %20 Zr@3%K@RM إضافة K قبلZrO2) و%K@20%Zr@RM (إضافة K بعد ZrO2).) حقق العامل المحفز %20 Zr@3%K@RM نسبة تحويل بلغت 31% مع انتقائية نحو الميثان (CH4) وصلت إلى 68%، في حين أن العامل %3K@20%Zr@RM سجل تحويلًا أقل بقليل بلغ 29%، لكنه أظهر مسارًا تفاعليًا مختلفًا مع انتقائية نحو CH4 بلغت 87 .%تشير هذه النتائج إلى أن ترتيب إضافة المعدن لا يؤثر فقط على النشاط التحفيزي الكلي، بل يلعب دورًا كبيرًا في تحديد انتقائية التفاعل، مما يؤكد على أهمية بروتوكولات التحضير في تحسين أداء العوامل المحفزة لعمليات هدرجةCO2.

English Abstract

Finding environmentally acceptable and long-lasting catalysts that can convert carbon dioxide (CO2) into compounds with additional value is of great interest. Using Red Mud (RM), a waste product from the aluminum industry, as a CO2 reduction catalyst is also a great idea. In this research, we developed, characterized, and evaluated a series of metal-promoted (M= Na, K, Cs, Ba, Mg, and Sr) RM-based catalysts for CO2 hydrogenation to produce olefins and CO. In the beginning, we synthesized RM that had been treated with acid (HCl) and base (KOH). Then we examined the activity of these catalysts in CO2 hydrogenation. Surprisingly, when tested at 375 ºC and 30 bar pressure (CO2:H2 = 1:3), pure RM converted 22% CO2 compared to acid-and base-treated RM, which converted 16% of CO2 in both cases. Under identical reaction conditions, the 3%K-promoted RM (3%K@RM) catalyst achieved over 27% of CO2 conversion activity compared to the other 3%M@RM catalysts (where M = Na, Cs, Ba, Mg, and Sr) in terms of conversion and selectivity for light olefins (C2-4 =). The primary concern was to ensure a higher amount of hydrocarbon selectivity in the case of olefin production. The challenge of conversion and hydrocarbon selectivity was overcome with the next generation catalyst, where (X= 5, 10, 20%) X%ZrO2 was added to the previously observed best catalyst 3%K@RM. This study investigates the effect of adding promoter (KNO3) and ZrO2 in a different order on the conversion of CO2 and the product's selectivity. A series of catalysts were prepared, including 20%ZrO2/3%K/RM, where promoter (K) was added before ZrO2 in RM, and 3%K/20%ZrO2/RM, (K was added after ZrO2 in RM). The catalyst, 20%ZrO2/3%K/RM, produced 31% CO₂ conversion with the CH4 selectivity of 68% under the same reaction conditions. On the other hand, the catalyst 3%K/20%ZrO2/RM recorded a slightly lower CO2 conversion (29%), however, the reaction followed a different route towards the formation of CH4 with a selectivity of (87%). These results indicate that the sequence of adding metal and promoter not only impacts the total catalytic activity but also significantly influences the selectivity towards methane. This emphasizes the significance of synthesis protocols in enhancing the performance of catalysts for CO₂ hydrogenation processes.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Mechanical
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Alzahrani, Atif Saeed
Committee Co-Advisor:	Shaikh, Mohammed Nasiruzzaman
Committee Members:	Drmosh, Qasem Ahmed
Depositing User:	MAHBUBA AKTARY (g202215800)
Date Deposited:	20 Aug 2025 07:34
Last Modified:	20 Aug 2025 07:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143669