Mechanism and reaction pathways of CO2 AND HCO3-photoreduction to hydrocarbons

Duangthip Sattayamuk

Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/83040

Title:	Mechanism and reaction pathways of CO2 AND HCO3-photoreduction to hydrocarbons
Other Titles:	กลไกและเส้นทางการเกิดปฏิกิริยารีดักชั่นเชิงแสงของคาร์บอนไดออกไซด์และไบคาร์บอเนตเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน
Authors:	Duangthip Sattayamuk
Advisors:	Piyasan Praserthdam Supareak Praserthdam Oswaldo Rafael Nunez Sosa
Other author:	Chulalongkorn University. Faculty of Engineering
Issue Date:	2019
Publisher:	Chulalongkorn University
Abstract:	CO2/HCO3- photocatalytic reductions in water, using P25 Titanium dioxide, produce gas products at the order of the following rate: CO>H2>CH4, using bicarbonate as a substrate, reduction rates are ca. 5 times faster than using CO2 due to the adsorption constant of CO2 on the TiO2 surface is smaller than the bicarbonate. Langmuir-Hinshelwood kinetic model was used to describe the mechanism; therefore, adsorption constant (K) and the rate of maximum substrate coverage (k) at different charges of P25-surface were readily obtained. The K constant of TiO2-adduct formation favors no charge surface but k constant favors positive charge surface. Most of the products formed come from partitioning of the radical anion (TiO2-CO2.-) in the rate-limiting step. However, the bicarbonate absorption at OV promotes alternative pathways. This provides more CO and H2 production. Solvent isotope effect (H2O Vs. D2O) is ca. 1.5. This means that during the radical anion formation in the transition state, there is H being transferred from water in the radical anion intermediate step. In addition, the collapse of anatase and rutile phases from sonication increases CH4 production rate and selectivity due to improved charge separation that reduces alternative pathways.
Other Abstract:	ผลการทำปฏิกิริยาเชิงแสงของคาร์บอนไดออกไซด์และไบคาร์บอเนตพบว่าในสภาวะและเงื่อนไขที่ทำปฏิกิริยาเดียวกัน คาร์บอนมอนอกไซด์ผลิตได้มากที่สุดตามด้วยไฮโดรเจนและมีเทนตามลำดับ โดยที่การใช้ไบคาร์บอเนตเป็นสารตั้งต้นทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาสามารถผลิตสารไฮโดรคาร์บอนมากกว่าการใช้คาร์บอนไดออกไซด์ถึง 5 เท่า เนื่องจากค่าคงที่การดูดซับของคาร์บอนไดออกไซด์บนพื้นผิวของไททาเนียมไดออกไซด์มีค่าที่น้อยกว่า แบบจำลองทางจลนพลศาสตร์ของแลงเมียร์ถูกเลือกใช้สำหรับการศึกษากลไกของเกิดปฏิกิริยาภายใต้ค่าคงที่ของการดูดซับและค่าคงที่ของอัตราปฏิกิริยาบนพื้นผิวที่มีประจุต่างกัน พบว่าค่าคงที่การดูดซับมากที่สุดเมื่อพื้นผิวไม่มีประจุ แต่ค่าคงที่ของอัตราปฏิกิริยามากที่สุดบนพื้นผิวที่เป็นประจุบวก สารผลิตภัณฑ์ที่ถูกผลิตขึ้นจากปฏิกิริยานั้นเริ่มต้นมาจากการก่อตัวของอนุมูลอิสระประจุลบซึ่งเป็นขั้นกำหนดของปฏิกิริยา แต่อย่างไรก็ตามระหว่างการทำปฏิกิริยาไบคาร์บอเนตอาจถูกดูดซับที่ช่องว่างของออกซิเจนในตัวเร่งปฏิกิริยาแล้วก่อให้เกิดเส้นทางการเกิดปฏิกิริยาอื่น ซึ่งส่งผลให้คาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนถูกผลิตมากขึ้นกว่าปกติ นอกจากนี้ผลของไอโซโทปตัวทำละลายนั้นเหมือนกันในทุกการผลิตสารผลิตภัณฑ์หมายความว่าระหว่างการก่อตัวของอนุมูลอิสระ มีการถ่ายโอนไฮโดรเจนหรือดิวเทอเรียมจากน้ำ การคู่ติดกันของผลึกชนิดอนาเทสและรูไทล์จากการปรับปรุงด้วยการโซนิคเคชันนอกจากจะทำให้อัตราปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นแล้ว ยังเพิ่มความสามารถเลือกเกิดของมีเทนมากยิ่งขึ้นด้วย อีกทั้งยังช่วยลดเส้นทางการเกิดปฏิกิริยาอื่นจากช่องว่างของออกซิเจน
Description:	Thesis (M.Eng.)--Chulalongkorn University, 2019
Degree Name:	Master of Engineering
Degree Level:	Master's Degree
Degree Discipline:	Chemical Engineering
URI:	https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/83040
URI:	http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2019.54
metadata.dc.identifier.DOI:	10.58837/CHULA.THE.2019.54
Type:	Thesis
Appears in Collections:	Eng - Theses

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
6170173121.pdf		3.51 MB	Adobe PDF	View/Open

Show full item record