Nye katalysatorer fjerner nitrogenoxidforurenende stoffer ved lavere temperaturer

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har udviklet en lavtemperatur-katalysator til fjernelse af NOx-gas fra industriel udstødning ved hjælp af ammoniak. Består af bulk "defekt" vanadiumoxid i stedet for vanadiumoxider understøttet på titaniumoxid som i kommercielle katalysatorer, katalysatoren fungerer ved lavere temperaturer ( <150 grader Celsius) med meget højere effektivitet. Teamet viste en klar forbedring af ydeevnen, og identificerede reaktionsmekanismerne, der er ansvarlige for forskellen.

Kvælstofmonoxid (NO) og nitrogendioxid (NO ₂ ), eller nitrogenoxider (NO _x ), er almindelige atmosfæriske forurenende stoffer, der dannes ved forbrænding af fossile brændstoffer, kul og naturgas. De er en væsentlig årsag til fotokemisk smog og sur regn, hvilket gør deres fjernelse fra køretøj og fabriksemissioner ekstremt vigtig. En vigtig teknologi til fjernelse af nitrogenoxider er deres reaktion med ammoniak via selektiv katalytisk reduktion (SCR), hvornår NOx gøres uskadeligt via reduktion til nitrogen og vand. I særdeleshed, vanadiumoxider, der understøttes på titania, vides at have fremragende selektivitet til omdannelse til nitrogen, og er blevet anvendt med succes på stationære kedler.

Imidlertid, en betydelig flaskehals for understøttede katalysatorer er den høje temperatur, der kræves for katalytisk aktivitet, ofte 200 til 400 grader Celsius. Dette resulterer ofte i, at enheder placeres tæt på f.eks. kedlen i kraftværker, hvor de let kan blive beskadiget ikke kun fysisk af aske, men ved ophobning af ammoniumsulfater. Disse deaktiverende faktorer kan undgås, hvis enheden placeres nedstrøms efter en elektrostatisk udfælder til fjernelse af støv og et afsvovlingssystem til fjernelse af sulfataflejringer. Imidlertid, denne fremgangsmåde kræver høj katalytisk aktivitet ved lavere temperaturer, da temperaturen på udstødningsgassen generelt er faldet til omkring 100 grader Celsius på dette tidspunkt. En katalysator er nødvendig, der virker ved lavere temperaturer.

Nu, et team ledet af Yusuke Inomata og Toru Murayama fra Tokyo Metropolitan University har udviklet en katalysator baseret på vanadiumoxider i bulk. Vanadium (V) oxid (V ₂ O ₅ ) er en almindelig tilstand af vanadiumoxid; holdet syntetiserede dog med succes en blanding af vanadium (V) og vanadium (IV) oxider, eller "defekt" vanadiumoxid, ved at opvarme en forløber til 270 grader Celsius. De fandt ud af, at denne "defekte" katalysator havde fremragende katalytisk aktivitet ved temperaturer ned til 100 grader Celsius; ved denne temperatur, den hastighed, hvormed NOx omdannes til uskadeligt nitrogen, var 10 gange hurtigere end konventionelle titaniumholdige vanadiumoxidkatalysatorer, viser enestående ydeevne, hvor konventionelle katalysatorer mangler. Forbedringen blev tilskrevet tilstedeværelsen af ​​V (IV), som skaber "Lewis-syre" (elektron-accepterende) steder, fremme af nitrogenoxidets reaktion med ammoniak til nitrogen.

Ud over praktisk anvendelse til industriel katalyse, teamet håber, at de mekanismer, de har afdækket, fungerer som et modelsystem for yderligere videnskabelige undersøgelser.