(2003) Laser induced photocatalytic conversion of methane into methanol. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF 9598.pdf Download (18MB) | Preview

Arabic Abstract

إن هدف بحث هذه الرسالة هو دراسة تحويل الميثان إلىالميثانول وكذلك انقسام الماء إلى هيدروجين وأوكسيجين عن طريق التحفيز الضوئي المحدث بالليزر . لقد تمت دراسة كل من حفازات : α-Fe₂O₃ , NiO , TiO₂ , WO₃ . وقد استعمل الأول في الحالة الخاصة وكذلك كأسطح حاملة لأيونات فلزية بينما استعلمت المواد الثلاث الأخيرة في الحالة الخالصة فقط بعد معالجة أولية. لقد تم التوصل إلى فجوة الطاقة الخاصة بالحفازات الضوئية التي تم تصنيعها بواسطة تقنية أطياف الامتصاص المرئية وفوق البنفسجية . وقد استعملت تقنية مجهر المسح الإلكتروني وكذلك أطياف تشتيت أشعة أيكس لدراسة أشكال جسيمات ومكونات المساحيق المصنعة . وتم التوصل إلى تكافؤ تقريبي للفلزات المثبتة على سطح مادة WO3 المضيفة ، بواسطة تقنية أطياف أشعة أيكس للإلكترون الضوئي . ولقد استعملت أشعة ليزر بموجة طولها 355 نانومتر . وتمت مراقبة التفاعلات المحفزة ضوئيا بواسطة تحليل المردود سواء في الحالة الغازية أو السائلة ومن أجل تقدير المردود الضوئي تم حساب الفعالية الضوئية لكل التفاعلات . وتمت كذلك دراسة تأثير أيونات الفلزات المتواجدة في المحاليل . من أجل دراسة تأثير الفلزات الانتقالية المستعملة لمعالجة مادة WO3 على نشاط هذه الأخيرة ، أجريت مقارنة بين مردود التفاعلات في حالة مادة WO3 الخالصة مع الحالة المعالجة وتمت كذلك مقارنة الفعالية الضوئية في كلتي الحالتين . وقد مكنت دراسة تغيرات الأس الهيدروجيني للمحاليل أثناء التفاعلات من إيجاد تفسير لآليات هذه التفاعلات . وقد وجد أن قيم الفعاليات الضوئية لعمليات انقسام الماء المحفزة بواسطة الليزر أعلى بكثير من القيم المعروفة لمصادر الضوء التقليدية. وأشارت الدراسات إلى وجود ارتباط بين الانقسام المحفز ضوئياً للماء وتفاعلات الميثان في وسط مائي .

English Abstract

The main aim of this dissertation work is the study of the photocatalytic process induced by laser light, for converting methane to methanol and for splitting water to hydrogen and oxygen. The catalysts, WO₃, TiO₂, NiO and α-Fe₂O₃ were investigated; TiO₂, NiO andαFe₂O₃ were studied in pure form after pre-treatment whereas WO₃ was studied in its pure as well as the surface modified forms. The bandgaps of the synthesized photocatalysts were determined by UV-Visible absorption spectroscopy. Scanning electron microscopy (SEM) and electron x-ray dispersive spectroscopy (EDS) was used to study the morphology and composition of synthesized powders. The oxidation states of the doped metals at the surface of host WO₃ were evaluated by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). A 355 nm UV laser was employed as light source. The progress of the photocatalytic process was monitored by analyzing the yield in gas as well as liquid phase. The photonic efficiencies of all the processes were calculated to estimate photon harvesting. In additin, the effect of the dissolved metal ions on yield was investigated. The influence of transition metals, as dopants, on the activity of WO₃ was evaluated by comparing the product yield and photonic efficiency of doped WO₃ powders with that of pure WO₃. The variations of pH during the course of reaction were found very useful in explaining the mechanism of photocatalytic processes. The photonic efficiencies observed for both hydrogen and oxygen production during the photocatalytic splitting of water using laser as light source were found to be much higher than those obtained from conventional light sources. The study indicates a correlation between the photocatalytic splitting of water and conversion of methane in aqueous medium.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Al-Suwaiyan, Abdul-Aziz
Committee Members:	Hussain, M. Sakhawat and Klein, Uwe Karl Albert and Oweimreen, G. A. and Gondal, M. A.
Depositing User:	Mr. Admin Admin
Date Deposited:	22 Jun 2008 13:44
Last Modified:	01 Nov 2019 13:48
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/9598