Dual-Track Approach for Plastic Valorization into High-Value Surfactants and Graphene Through Catalytic Oxidation and Flash Joule Heating. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis) MSc_Thesis_Final Copy_ g202393670.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 2 June 2027. Available under License Creative Commons Attribution No Derivatives. Download (8MB)

Arabic Abstract

الاسم الكامل: عبدالعزيز جالو عنوان الرسالة: نهج مزدوج المسار لتحويل البلاستيك إلى مواد فعالة سطحية عالية القيمة وغرافين من خلال الأكسدة التحفيزية والتسخين الوميضي لجول التخصص: كيمياء تاريخ الدرجة العلمية: مايو 2026 يوفّر نهج التحليل الكهروكيميائي لتحويل نفايات البلاستيك إلى مواد كيميائية ذات قيمة مضافة مسارًا أخضر واعدًا لتحويل نفايات البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP) إلى مواد خافضة للتوتر السطحي والجرافين، وذلك من خلال تفاعلات محفَّزة وباستخدام تقنية التسخين الوميضي بجول (FJH) على التوالي. تم تحليل كل من البوليمرات الصناعية ونفايات البلاستيك المجمّعة من مطعم الطلاب حراريًا في جو من النيتروجين عند درجة حرارة 500 °م لإنتاج الشموع، حيث بلغت نسبة الاسترجاع 80% للبولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)، و68% للبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، و58% للبولي بروبيلين (PP) من البوليمرات الصناعية، و20% من نفايات البلاستيك. أظهر التحقيق الأولي، كما أوضحت نتائج الرنين المغناطيسي النووي (NMR) للشموع المنتجة، أن الإزاحات في طيفي ^1H و^13C ضمن المجالين 5.0–5.8 جزء في المليون و114–138 جزء في المليون على التوالي تعود إلى الألكينات غير المشبعة. وقد استخدم محفز ستيرات الكوبالت الأحادي المعدن (Co-Str) ومحفز ستيرات المنغنيز–الكوبالت ثنائي المعدن (Mn-Co Str)، اللذان تم تحضيرهُما بطريقة الترسيب المشترك عند 85 °م، في تحفيز أكسدة الشموع عند 150 °م لمدة 8 ساعات لإنتاج أحماض دهنية ذات أرقام حامضية مرتفعة، والتي عند تصبنها باستخدام 0.1 مولاري من هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) تُنتج مواد خافضة للتوتر السطحي قابلة للتحلل الحيوي ذات قدرة جيدة على تكوين الرغوة والاستحلاب. علاوة على ذلك، تقوم تقنية التسخين الوميضي بجول (FJH) بتحويل البولي إيثيلين المحتوي على 5% وزني من الكربون الأسود إلى جرافين توربوستراتي باستخدام جهد يتراوح بين 200–350 فولت عبر أقطاب نحاسية للوصول إلى درجات حرارة بين 1100 و2500 كلفن خلال 0.5 ثانية. وقد أظهر الجرافين الناتج مسافة بينية مقدارها 3.45 أنغستروم، ونسبة I₂D/I₂G أكبر من 1.0، ونسبة عيوب منخفضة (ID/IG = 0.46)، كما تم تأكيد ذلك بواسطة تحليلي رامان وحيود الأشعة السينية (XRD). وبالتالي، فإن الجمع بين هذه التقنيات يقدّم نموذجًا فعالًا ومنخفض استهلاك الطاقة لإعادة تدوير نفايات البلاستيك إلى مواد خافضة للتوتر السطحي والجرافين عالية القيمة، مما يدعم الكيمياء الخضراء ويعزز الاستدامة الدائرية.

English Abstract

Valorization of waste plastics into value-added chemicals offers a viable green route for converting polyethene (PE) and polypropylene (PP) wastes into surfactants and graphene through catalytic-mediated reactions and flash Joule heating (FJH), respectively. Both industrial polymers and waste plastics collected from the student restaurant were pyrolyzed in a nitrogen atmosphere at 500 °C to produce waxes with 80% LDPE, 68% HDPE, and 58% PP recovery from industrial polymers and 20% from waste plastics. A preliminary investigation of the work, as shown by the NMR results of the produced wax, revealed that the shifts in 1H and 13C between 5.0–5.8 ppm and 114–138 ppm, respectively, were attributed to unsaturated alkenes. The single metal Co stearate (Co-Str) and bimetallic manganese-cobalt stearate (Mn-Co Str) catalysts, which are prepared by coprecipitation at 85 °C, catalyze the oxidation of waxes at 150 °C for 8 hours to produce fatty acids with high acid numbers, which, upon saponification with 0.1 M KOH, produce biodegradable surfactants with good foaming and emulsifying ability. Moreover, FJH transforms PE with 5 wt% carbon black into turbostratic graphene at 200–350 V over copper electrodes to reach 1100 to 2500 K in 0.5 s. The graphene has a 3.45 Å interlayer spacing, I₂D/I₂G > 1.0, and a low defect ratio (ID/IG = 0.46), as confirmed by Raman and XRD. Therefore, the combined techniques offer an effective and low-energy model to recycle plastic waste into high-value surfactants and graphene, thereby facilitating green chemistry and circular sustainability.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Thesis Advisor:	Mohammad Siddiqui,
Thesis Committee Members:	Tawfik Awadh, Basheer Chanbasha,
Depositing User:	ABDUL AZIZ JALLOW
Date Deposited:	03 Jun 2026 06:10
Last Modified:	03 Jun 2026 06:10
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144465