Preparación de catalizadores Diesel NOx Trap por via coloidal
Résumé
Preparación de catalizadores Diesel NOx Trap por via coloidal
J. M. García-Vargasa,*, S. Gila, L. Retailleaua, L. Veyreb, C. Thieuleuxb, A. Giroir-Fendlera
a Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, IRCELYON, 2 avenue Albert Einstein, Villeurbanne, F-69622, France.
b , ICL, C2P2 UMR 5265, CPE Lyon, 43 Bd du 11 Novembre 1918, F-69616 Villeurbanne, France.
*Autor principal: jesus.vargas@ircelyon.univ-lyon1.fr
1. Introducción
Hoy en día, la legislación relativa a la emisión de contaminantes por parte de vehículos a motor ha llevado al empleo de diferentes sistemas catalíticos para tratar los gases que emiten, consiguiendo así cumplir con los requerimientos en cuanto a niveles máximos de emisión. Dichos límites han disminuido de forma continuada en los últimos años, convirtiendo la reducción de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) por parte de los vehículos diésel en uno de los principales desafíos tecnológicos. Se han planteado diferentes tecnologías para resolver esta problemática, siendo una de estas el uso de catalizadores Diesel NOx Trap (DNT) que permiten almacenar NOx en forma de nitratos durante el funcionamiento normal del motor y posteriormente reducirlos a N2 mediante la inyección durante cortos periodo de tiempo de un agente reductor. Estos catalizadores han mostrado buen rendimiento pero baja durabilidad1. En el presente trabajo se muestra la aplicación de un nuevo método de preparación de catalizadores DNT Pt/Pd/Rh por vía coloidal, procedimiento que se ha utilizado con éxito en la obtención de partículas metálicas muy dispersas, con tamaños de entre 1 y 2 nm, al preparar catalizadores de Ni2 y Pt3.
2. Experimental
Dos catalizadores Pt/Pd/Rh fueron preparados con diferente carga de metal mediante la impregnación de coloides metal-Si, mezclando complejos organometálicos de Pt, Pd y Rh en THF con octilsilano, que fue utilizado como agente estabilizante, en atmósfera de H2. Un oxido mixto BaO/CeO2/Al2O3-La2O3 fue seleccionado como soporte. Más detalles acerca del procedimiento utilizado pueden ser encontrados en la literatura2. Los experimentos catalíticos fueron realizados con 10 mg de catalizador usando SiC como inerte para conseguir un GHSV = 52.000 h-1, con un caudal total de 10 l h-1. La composición del alimento fue 14% O2, 4% H2O, 1500 ppm CO, 430 ppm C3H6, 100 ppm NO, usando He como balance. Los catalizadores preparados fueron caracterizados mediante análisis ICP, BET, DRX, TPR, TEM y TPD-NO2. Así mismo fue analizada la actividad de los catalizadores después de envejecimiento, tratando los materiales a 1050°C durante 10 h en atmosfera de N2 con un 10% de H2O. Además de los catalizadores preparados, se testó en las mismas condiciones un catalizador comercial usado como referencia.
Tabla 1. Composición de los catalizadores y resultados TPD-NO2.
Catalizador %Ce %Al %La %Ba %Mg %Pt %Pd %Rh NOx desorbido (mol/g)
Pt/Pd/Rh 4/2/1
29.11
28.51
1.64
1.08
245 ppm
0.49
0.20
0.15
306 NO2/54 NO
Pt/Pd/Rh 14/3/1
29.11
28.51
1.64
1.08
245 ppm
0.36
719 ppm
358 ppm
354 NO2/35 NO
Referencia com.
40.83
17.84
1.13
0.86
0.76
0.65
0.30
0.16
600 NO2/204 NO
Catalysis for a more
sustainable world
Oviedo, June 26 – 28, 2017 O/P
3. Resultados y discusión
La composición de los catalizadores preparados y del catalizador de referencia aparece en la Tabla 1. Los análisis DRX no mostraron la presencia de picos de difracción correspondientes a los metales nobles, lo que indica una buena dispersión que fue confirmada mediante análisis TEM, con tamaños de partícula en torno a 1 nm. Experimentos TPD de NO2 fueron realizados, mostrando la Tabla 1 la cantidad de NOx adsorbidos por los catalizadores frescos y el de referencia, siendo la capacidad de adsorción de este catalizador mayor. Comparando los dos catalizadores preparados, el catalizador con una mayor proporción de Pt (Pt/Pd/Rh 14/3/1) fue capaz de adsorber más NO2, apareciendo los picos de desorción a temperaturas mayores, lo que implica una mayor fortaleza de dicha adsorción. La actividad catalítica fue evaluada en términos de conversión y velocidad de reacción. El catalizador preparado con la menor proporción de Pt (Pt/Pd/Rh 4/2/1) fue el más activo tanto en la combustión de C3H6 como en la de CO, mientras que el otro catalizador preparado mostró una actividad similar a la del catalizador de referencia. En cuanto a la conversión de NO (Figura 1), el catalizador que presentó mayor conversión fue el preparado con mayor proporción de Pt, siendo los dos catalizadores preparados más activos que el de referencia. La resistencia al envejecimiento fue también evaluada en términos de actividad catalítica, siendo el catalizador Pt/Pd/Rh 14/3/1 el menos afectado, con valores de conversión de C3H6 y CO cercanos a los del catalizador fresco.
Figura 1. Conversión de NO.
4. Conclusiones
La proporción de metales nobles ha mostrado una clara influencia en la actividad y propiedades de catalizadores Diesel NOx Trap preparados por vía coloidal, método eficaz a la hora de obtener catalizadores con gran dispersión de metal. El catalizador preparado con una menor proporción de Pt mostro la mayor actividad en la combustión de CO y C3H6, incluso al compararlo con un catalizador comercial. Sin embargo, la presencia de una mayor proporción de Pt favorece la resistencia a la desactivación hidrotermal.
Referencias
1. E. Rohart, V. Bellière-Baca, K. Yokota, V. Harlé, C. Pitois, Top. Catal. 42 (2007) 71-75.
2. D. Baudouin, K.C. Szeto, P. Laurent, … , C. Thieuleux, J. Am. Chem. Soc. 134 (2012) 20624-20627.
3. P. Laurent, D. Baudouin, B. Fenet, L. Veyre, S. Donet, C. Coperet, C. Thieuleux, New J. Chem. 38 (2014) 5952-5956