Catalizatori de Cobalt

1. Abstract

Emisia de compuşi organici volatili (COV) este una dintre priorităţile de mediu pentru cataliză. Reactoare metalice microporoase de geometrii diferite sunt considerate ca o alternativă la monoliti ceramici. Lucrarea prezintă rezultatele de preparare a catalizatorului şi de optimizare. Crom-aluminiul (CrAl) din oţel a fost studiat în ceea ce priveşte aplicabilitatea acestuia pentru fabricarea de operator de transport şi pentru depozitarea catalizatorului. Suportul de alumina şi catalizatorul de cobalt au fost depusi ca si precursori organici folosind metoda LB (Langmuir-Blodgett), pe foi de CrAl precalcinate. Suplimentele de promotori de metal nobil (Pd si Pt) au fost depuse prin chemosorbtie. Metoda LB a avut un rol util pentru prepararea unui catalizator de nanocompozite, deoarece a ajutat la controlarea cantitatatii şi chiar şi a distribuţiei materialului depus. Suprafaţa de catalizator în diferite stadii de pregătire a fost examinată prin utilizarea de SEM, XPS şi metodele AFM. Testele au arătat că activitatea catalitica a Co3O4, foarte dispersat pe strat de Al2O3, este activa în arderea diluatului de n-hexan. Energia de activare aparenta pentru catalizatorul de cobalt obţinut (aproximativ 52 kJ / mol) a fost de două ori mai micadecat a unui catalizator de Pt/Al2O3 standard. Efectul promovarii observate pentru PD-catalizatori care conţin cobalt prin scăderea energiei de activare la aproximativ 15 kJ / mol, a fost corelată cu concentraţia ridicată a suprafeţei şi de dispersia de catalizatori de cobalt ce conţin DOP.

2. Introducere

În timp ce emisiile de gaze de eşapament de la motoare de autovehicule a fost redus cu succes prin introducerea monolitilor de ceramică cu trei căi, catalizatorii, care, in ultimele două decenii au devenit un standard la nivel mondial, compuşi organici volatili (COV) şi pulberlei în suspensie prezintă încă o problem vitala pentru mediu. Strategia pentru aceasta ar trebui să implice intensificarea ridicatai a fenomenelor de transport de căldură, deoarece arderea de COV, de obicei diluat, într-o ţeavă de gaze cu flux-end, este limitată prin procese difuzionale . Abordarea noastră este, aşadar, bazată pe aplicarea microstructurala a reactoarelor interne , a carui idee este descrisa într-un document de însoţire care se ocupă cu aspectele de inginerie a structurilor reactorului [1]. O problemă intrinseca legata de utilizarea transportatorilor structurale metalice este de a găsi o metodă suficient de buna pentru depozitarea pe suprafata metalica a catalizatorului. Problema stabileşte atingerea unui catalizator strat uniform şi subţire de o dimensiune comparabilă cu un diametru de canal, şi, de preferinţă, a unei structuri controlate. Frecvent utilizate sunt metodele de depozitare (depunerea de la suspendare, sol-gel) nu sunt în măsură să îndeplinească toate aceste cerinţe şi în special controlarea cantitatatii de material depozitat. Pentru a face faţă provocării a fost folosită tehnica Langmuir-Blodgett (LB), pentru depozitarea de catalizator de cobalt pe suprafaţa din oţel precalcinat crom-aluminiu. Tehnica LB oferă posibilitatea de a controla fizic parametrii de mai multe straturi, cum ar fi transferarea de ambalare moleculară, presiunea laterală, compoziţia şi cantitatea de material depozitat în cele din urmă [2,3]. Astfel, se pare extrem de potrivit în etapa de optimizare a structurii catalizatorului. Într-o încercare de a găsi un catalizator activ de combustie COV care ar fi capabil de a iniţia reacţia la temperaturi joase şi carear fi rezistent lao anumita temperatura, am testat mono-catalitiza si sistemele bimetalice ce conţin CO şi CO / Pd, Co / Pt. Conform constatărilor recente, printre alţi oxizi de spinel, corindon sau structură perozid [4,5], spinelul cobalt pare foarte promitator pentru arderea COV. Acesta arată la temperatură scăzută de ardere a COV, compuşii oxigenaţi [4] şi particulele de funingine [6-8]. Acestea din urmă doi nu pot fi uşor oxidate folosind metale nobile singure [6,9]. Cu toate acestea, cobaltul spinel folosit în combinaţie cu metalele nobile se speră să producă catalizatori flexibilzi pregătiti pentru diferite tipuri de reacţii care apar în timpul arderii compuşilor organici volatili şi chiar pentru reducer a NOx [10-14]. Un scop final al studiului întreprins de noi este de a elabora o metodă eficientă de stratificare a catalizatorilor pe suprafaţa metalică şi de pregătire a un catalizator activ pentru arderea COV. Un obiectiv al acestei lucrări este de a examina influenţa PD şi a promotori lor de Pt cu privire la activitatea catalizatorului de cobalt.

3.Experimental

Oţelul inoxidabil şi aluminiu-crom (otel-00H20J5 0,3 mm grosime, Baildon, Polonia),notate aici ca CrAl, au fost utilizate ca unităţi structurale descrise într-un document de însoţire [1] şi ca transportatori de catalizator în această parte a studiului. Oţelul este similar cu aliajul kanthal şi conţine: Cr: 20.37%, Al: 5,17% (şi, de asemenea, Mn: 0,25%, Ni: 0,16%, Cu: 0,034%, Co: 0.021%). Catalizatorul este pregătit in următorii paşi: Ca purtator de pre-tratament: calcinarea unei probe de oţel CrAl iniţiata în aer la 8 C pentru 24 de ore de depunere de material: Stratificarea Al şi a compuşi organici Co pe eşantioane precalcinate prin tehnica LB de promovare a catalizatorului: chemisorbtia de PT sau PD nitraţi (cu formulele: Pt (NH3) 4 (NO3) 2 si Pd (NO3) 2) de pe suprafaţele depuse cu oxid de cobalt cu catalizator activ: oxidarea probelor depuse în aer pentru 2 h. Pentru depozitarea LB, am folosit aluminiu (III)- stearatul de cobalt (Co (C18H35O2) 2) ca un catalizator washcoat şi precursori. AKA este aplicat pe scară industrială pentru îmbunătăţirea dispersiei pulberilor magnetice de către Sony Corporation. Stearatul de cobalt a fost, la rândul său, obţinut în scopul acestei cercetări pein precipitatarea în situ cu Langmuir de Co (NO3) 2 (99.999, Aldrich, 0.001 M soluţie apoasă) şi acid stearic (SA, 99 +, Aldrich). Detaliile privind condiţiile de transfer LB sunt descrise în documentele noastre anterioare [15,16]. Sumele de Co3O4 se calculează prin parametrii de transfer de la LB ce sunt prezentate în tabelul 1. Promotori au fost depusi pe suprafaţa catalizatorului prin intermediul chemisorbtiei de la 0,001 M Pd (NO) 3 si Pt (NH3) 4 (NO3) 2 soluţii (apă + 10 vol. % glicerină). Probele cufundate într-o soluţie s-au încălzit la 90 grade C pentru 1 oră şi apoi uscate şi calcinate la 800 gradeC pentru 2 h. suprafaţa eşantioanelor a fost examinata de scanarea de electroni şi de forta atomica (SEM / EDX, AFM ) şi fotoelectroscopie (XPS) imagini SEM. Au fost obţinute în Philips XL 20 microscop echipat cu microsonda EDX analize XPS.Presiunea de lucru a fost mai mică de 5 x107 Pa. Toate spectrele au fost înregistrate la un unghi de 458 grade. Energile obligatorii (BE) au fost corectate la C 1s la vârf de carbon de la suprafata la 284.8eV Procedura a fost ajutata de către baza de date a spectrelor colectate pentru compuşii model de elemente utilizate în acest studiu.