Wolframsubstitueret vanadiumoxid indånder frisk luft i katalysatorteknologi

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har skabt en ny wolframsubstitueret vanadiumoxidkatalysator til nedbrydning af skadelige nitrogenoxider i industriel udstødning. Deres nye katalysatormateriale virker ved lavere temperaturer og lider ikke store fald i ydeevnen ved behandling af 'våd' udstødning, at løse en stor ulempe ved konventionelle vanadiumoxidkatalysatorer. De fandt ud af, at den ikke -aggregerede spredning af atomær wolfram i den oprindelige krystalstruktur spiller en central rolle i, hvordan den fungerer.

Selektiv katalytisk reduktion (SCR) er en vigtig teknologi til at holde luften ren. Industriel udstødning ledes gennem katalytiske enheder og reageres med en reduktant for at omdanne skadelige nitrogenoxider til nitrogen og vand. Høje niveauer af nitrogenoxider skader ikke kun afgrøder og vegetation, men kan direkte skade mennesker, forværring af astma og andre luftvejsproblemer. Dette gør det brede, effektiv implementering af SCR -teknologi, der er særlig vigtig for samfundet.

Men konventionelle SCR -katalysatorer har mange problemer, der påvirker ydeevne og effektivitet. For vanadiumoxidkatalysatorer, der anvender ammoniak som reduktionsmiddel, en stor begrænsende faktor er ydeevne ved forskellige temperaturer. Konventionelle vanadiumoxidkatalysatorer fungerer bedst ved 200 til 400 grader Celsius. I et kedelsystem, det betyder, at enheder skal placeres tæt på forbrændingskammeret, gør dem mere modtagelige for skader fra aske. I tidligere arbejde, et team ledet af professor Toru Murayama fra Tokyo Metropolitan University skabte en ny bulk vanadiumoxidkatalysator, der fungerer effektivt ved 100 til 150 grader Celsius. Imidlertid, lavere temperaturer førte til et andet problem - vanddamp. Ved lavere temperaturer, industriel udstødning indeholder typisk 10-20% vanddamp efter volumen. Da vanadiumoxidkatalysatorer lider af et kraftigt fald i ydeevne, når gassen er våd, yderligere gennembrud var påkrævet for at få mest muligt ud af dette nye katalytiske materiale.

Nu, det samme team har løst dette problem ved at oprette et nyt, wolframsubstitueret bulk vanadiumoxidkatalysator. Ved at udskifte noget af vanadium i katalysatorens krystallinske struktur med wolfram, de opdagede, at det ikke længere var modtageligt for store fald i ydeevne. Ved 150 grader Celsius, mens teamets tidligere bulk -vanadiumoxidkatalysator led et fald i omregningshastigheden fra 82 til 47%, når gassen var våd, den nye wolframsubstituerede katalysators ydeevne faldt kun fra> 99% konvertering til 94%. Dette gør materialet ideelt til behandling af ægte industriel udstødning.

Imidlertid, mere wolfram betød ikke nødvendigvis bedre ydeevne. Teamet fandt ud af, at den ikke -aggregerede atomspredning af den rigtige mængde wolfram var afgørende. Både wolfram og vanadium skal arbejde sammen:under våde forhold, det wolframsubstituerede materiale stillede flere steder til rådighed til produktion af ammoniumioner, som derefter kunne reagere med nitrogenoxider i nærheden af ​​vanadiumioner. Teamet håber, at deres indsigt i mekanismen og deres katalysators overlegne ydeevne under realistiske forhold vil føre til nye industrielle SCR-produkter og renere luft i en ikke alt for fjern fremtid.