New advances in Light Alkanes Oxidation using N2O over Metal-Organic Framework Catalysts for Power-to-X Fuel Production
Translated title
Nye fremskridt inden for oxidation af lette alkaner ved brug af N#O over MOF til Power-to-X brændstofproduktion
Author
Okholm, David Ripoll Fernandez
Term
4. term
Education
Publication year
2026
Submitted on
2026-05-27
Abstract
The catalytic oxidation of light alkanes into alcohols using metal-organic frameworks (MOFs) is a promising approach for sustainable e-fuel production. However, it is difficult to achieve both sufficient conversion and high selectivity under mild reaction conditions. This thesis studies the conversion of propane to propanol over the catalyst MIL-100(Fe) as a model system. The aim is to improve the reaction performance and to understand which operating parameters are most important. Experiments were carried out in a packed bed reactor, where the amount of catalyst, the reactant ratios, and the gas flow conditions were varied, with a particular focus on the effect of space velocity (how fast the gas passes through the catalyst bed). The results show that space velocity is crucial for both conversion and selectivity. At low space velocity, the conversion increases, but over-oxidation becomes more pronounced, leading to more unwanted by-products. At high space velocity, the selectivity towards propanol improves, but the overall conversion decreases. Changes in space velocity also influence the reaction kinetics: higher catalyst loading and higher reactant concentration increase the conversion of N2O (the oxidizing agent), while a higher flow rate reduces it. These effects together determine the overall reaction performance. Overall, the study provides valuable insights for optimizing alkane oxidation and for developing more efficient processes for sustainable fuel production in Power-to-X applications.
Den katalytiske omdannelse (oxidation) af lette alkaner til alkoholer ved hjælp af metal-organiske rammeværk (MOF’er) er en lovende metode til bæredygtig produktion af e-brændstoffer. Men det er svært at opnå både tilstrækkelig omdannelse og høj selektivitet under milde reaktionsbetingelser. I dette projekt undersøges omdannelsen af propan til propanol over katalysatoren MIL-100(Fe) som et modelsystem. Målet er både at forbedre reaktionens ydeevne og at forstå, hvilke driftsparametre der er vigtigst. Forsøgene blev udført i en pakket senge-reaktor, hvor katalysatormængde, forholdet mellem reaktanter og gennemstrømningsforhold blev varieret, med særlig fokus på betydningen af rumhastighed (hvor hurtigt gassen passerer gennem katalysatorsengen). Resultaterne viser, at rumhastigheden er afgørende for både omdannelse og selektivitet. Ved lav rumhastighed stiger omdannelsen, men der sker mere over-oxidation, så der dannes uønskede produkter. Ved høj rumhastighed bliver selektiviteten til propanol bedre, men den samlede omdannelse falder. Ændringer i rumhastighed påvirker også reaktionens kinetik: større katalysatormængde og højere reaktantkoncentration øger omdannelsen af N2O (oxidationsmidlet), mens højere gasstrøm mindsker den. Disse forhold påvirker samlet set reaktionens effektivitet. Samlet giver studiet vigtig viden til optimering af alkaneoxidation og udvikling af mere effektive processer til bæredygtig brændstofproduktion i Power-to-X sammenhænge.
[This abstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords