blog

Sep 02, 2023

Formação de N2O suprimida durante a redução catalítica seletiva de NH3 usando vanádio em TiO2 microporoso zeolítico

Relatórios Científicos volume 5,

Scientific Reports volume 5, Número do artigo: 12702 (2015) Citar este artigo

4965 acessos

20 Citações

Detalhes das métricas

A emissão de N2O de motores móveis e off-road agora está sendo regulamentada devido ao seu alto impacto em comparação com a do CO2, o que implica que a formação de N2O do sistema de pós-tratamento dos gases de escape deve ser suprimida. A redução catalítica seletiva usando catalisador de TiO2 com suporte de vanádio em motores móveis e off-road tem sido considerada a principal fonte de emissão de N2O no sistema. Aqui demonstramos que o catalisador de vanádio suportado em TiO2 microporoso zeolítico obtido a partir da reação hidrotérmica de TiO2 a 400 K na presença de LiOH suprime significativamente a emissão de N2O em comparação com o catalisador VOx/TiO2 convencional, mantendo a excelente redução de NOx, que foi atribuída à localização do domínio VOx no microporo do TiO2, resultando na forte interação metal-suporte. O uso de TiO2 microporoso zeolítico fornece uma nova maneira de preparar o catalisador SCR com alta estabilidade térmica e desempenho catalítico superior. Também pode ser estendido para outro sistema catalítico empregando substrato à base de TiO2.

A demanda cada vez maior pela redução dos gases de efeito estufa resulta na regulamentação mais rigorosa sobre sua emissão e também na correspondente pesquisa e desenvolvimento para capturar ou converter em molécula inerte1. Comparado com o de uma grande estufa, CO2, N2O tem um alto efeito estufa até 300 vezes2. Portanto, o impacto da emissão de N2O pode ser comparável ao de CO2, embora a concentração de emissão de N2O seja relativamente baixa. A regulamentação mais recente sobre emissões de motores a diesel agora inclui N2O devido ao seu alto impacto e estabilidade na estratosfera3. Para o controle de emissões de motores a diesel sob condição pobre, o sistema de uréia SCR (redução catalítica seletiva) é a tecnologia de ponta para a redução de NOx na maioria das empresas de motores4. Sob condição pobre, onde a proporção ar/combustível está muito além da condição estequiométrica, a formação de N2O pode ser suprimida prontamente enquanto o sistema é mantido sob condição oxidante. No entanto, a emissão de N2O do motor diesel pode ser aumentada quando o agente redutor para NOx é introduzido no sistema SCR seguindo as reações, como 2NH3 + 2NO + O2 = N2O + N2 + 3H2O, 2NH3 + 2O2 = N2O + 3H2O e NH4NO3 = N2O + 2H2O3. Acreditava-se que as duas primeiras reações eram a principal via para a formação de N2O na qual a reação bimolecular pode ocorrer.

Para a redução de NOx, o catalisador de VOx suportado em TiO2 tem sido amplamente utilizado na maioria dos motores a diesel5,6,7,8. Existem inúmeras investigações sobre a melhoria do desempenho catalítico usando aditivos como Ce ou W e também usando peculiares TiO2 sintetizados pelo método sol-gel ou método de modelagem orgânica ou inorgânica9,10,11,12,13,14,15. No entanto, o VOx suportado em TiO2 de área de superfície relativamente baixa é o catalisador da tecnologia de ponta. De fato, o atual catalisador de VOx/TiO2 emite N2O quando o agente redutor está presente na corrente. O nível atual de emissão de N2O é de 50 mg por milha, o que também depende da composição do catalisador e da configuração do sistema, como oxidação de diesel, redução catalítica seletiva, filtro de partículas de diesel3. As características de emissão de N2O do catalisador VOx/TiO2 devem ser melhoradas em condições de redução. Para este propósito, o catalisador economicamente viável deve ser desenvolvido em um futuro próximo.

Tem sido demonstrado que a conversão hidrotérmica de TiO2 comercialmente disponível na presença de hidróxido alcalino produz estruturas únicas de TiO2 de forma diferente dependendo da espécie de hidróxido alcalino16,17,18,19. Recentemente, foi relatado que a adição de LiOH, NaOH e KOH ao meio hidrotérmico resultou na formação de TiO2 microporoso zeolítico, nanotubo e nanobastão, respectivamente19,20,21, o que parece ser um processo econômico. O TiO2 nanocristalino microporoso obtido apresentou grande área superficial de 250 m2g−1 com o volume de poros de 0,15–0,20 ccg−1, que foi semelhante aos das zeólitas e também adequado para a preparação de catalisadores.