Un catalizzatore di nuova concezione dal Giappone, CeO2/MnFeOy, ha sia un rilascio rapido che grandi capacità di stoccaggio per l'ossigeno. Le sue elevate prestazioni nel tasso di conversione di NOx, CO, e l'idrocarburo totale a materiali meno nocivi era paragonabile a un catalizzatore di riferimento nonostante utilizzasse il 30 percento in meno dell'elemento delle terre rare, Ce.Adattato con il permesso di Machida, M.; Ueno, M.; Omura, T.; Kurusu, S.; Hinokuma, S.; Nanba, T.; Shinozaki, O. &Furutani, H., Compositi di ossido di Mn-Fe innestati con CeO2 come materiali alternativi per la conservazione dell'ossigeno per catalizzatori a tre vie:test dinamometrici da laboratorio e da telaio, Ricerca chimica industriale e ingegneristica, Società Chimica Americana (ACS), 2017, 56, 3184-3193. DOI:10.1021/acs.iecr.6b04468. Copyright 2017 American Chemical Society. Credito:Professor Masato Machida
Le automobili stanno affrontando normative sempre più severe sulle emissioni nel tentativo di ridurre la quantità di inquinanti atmosferici nocivi che vengono rilasciati nell'ambiente. In Giappone, Per esempio, le attuali norme sulle emissioni di NO X e gli idrocarburi non metanici sono inferiori a 0,05 g/km. Attualmente, un metodo per ridurre le emissioni nocive è con un rendimento elevato, convertitore catalitico a tre vie (TWC). Questo dispositivo riduce gli ossidi di azoto nocivi ad azoto e ossigeno, ossida il monossido di carbonio ad anidride carbonica, e ossida gli idrocarburi incombusti ad anidride carbonica e acqua. Però, richiede l'uso dell'elemento delle terre rare Cerio (Ce), che è in aumento di prezzo e può soffrire di problemi di approvvigionamento. Professor Masato Machida dell'Università di Kumamoto, Il Giappone ha cercato modi per ridurre la quantità di Ce utilizzata nei convertitori catalitici e persino trovare un materiale alternativo per sostituirlo.
Nel loro più recente tentativo di ridurre la quantità di Ce nel loro catalizzatore sperimentale, Il professor Machida e i collaboratori del National Institute of Advanced Industrial Science &Technology (AIST) del Giappone hanno innestato ossido di cerio su MnFeO sì (Amministratore delegato 2 /MnFeO sì ), e confrontato il loro nuovo catalizzatore con due catalizzatori di riferimento, Amministratore delegato 2 /Fe 2 oh 3 e CeO 2 /Mn 2 oh 3 . Dopo aver valutato i profili di rilascio di ossigeno attraverso la riduzione programmata della temperatura del monossido di carbonio (CO-TPR), i ricercatori hanno scoperto che anche se CeO 2 /Mn 2 oh 3 mostrato tassi di rilascio di ossigeno maggiori di CeO 2 /MnFeO sì tra ~350 e ~550 gradi Celsius, il catalizzatore sperimentale ha iniziato a rilasciare alla temperatura più bassa possibile. Ciò ha fornito la prova che il rilascio di ossigeno è stato migliorato combinando Fe 2 oh 3 e Mn 2 oh 3 , e innesto CeO 2 alla superficie.
È stato anche riscontrato che la capacità di stoccaggio dell'ossigeno (OSC) migliora con l'aggiunta di CeO 2 , che supporta la prova del suo effetto gateway di ossigeno. I ricercatori ritengono che ciò sia dovuto a un aumento dell'efficienza quando i due materiali di stoccaggio dell'ossigeno vengono messi insieme. Più importante, però, è la capacità dei TWC di tamponare le variazioni nel rapporto aria-carburante (A/F) durante gli scarichi ricchi e poveri di carburante. Per questo esperimento, Pd/A 2 oh 3 è stato utilizzato come riferimento contro il CeO 2 /MnFeO sì catalizzatore sperimentale. Si è scoperto che il catalizzatore sperimentale fornisce un pronunciato effetto tampone, mentre il catalizzatore di riferimento non ne aveva. Per di più, è stato riscontrato che l'effetto tampone aumenta all'aumentare delle variazioni della frequenza A/F. Ciò è stato considerato dovuto all'elevata velocità di rilascio di ossigeno di CeO 2 nelle prime fasi dell'esperimento.
I ricercatori hanno quindi messo alla prova il loro nuovo catalizzatore in condizioni che assomigliavano più da vicino al mondo reale. Utilizzando la modalità standard giapponese JC08 (hot start) per motori a benzina, hanno sviluppato due catalizzatori a nido d'ape di dimensioni reali (di riferimento e sperimentali) e hanno confrontato le loro prestazioni utilizzando un quattro cilindri, 1339 cc, motore a benzina su un banco dinamometrico. Il catalizzatore sperimentale era un rapporto in peso 1:2 dell'1% in peso di CeO . caricato con Rh 2 /MnFeO sì e 2,5% in peso di Pd/A 2 oh 3 , e il catalizzatore di riferimento era una miscela di 1% in peso Rh/CeO 2 e Pd/A 2 oh 3 . Il catalizzatore sperimentale ha utilizzato il 30% in meno di CeO 2 rispetto al riferimento riducendo così la necessità del metallo delle terre rare.
I test dei convertitori catalitici a grandezza naturale hanno rivelato che il tasso di conversione degli idrocarburi totali (THC) per entrambi i convertitori è molto alto e relativamente costante durante il test di 20 minuti, e il catalizzatore di riferimento ha prestazioni complessive leggermente migliori. Tassi di conversione per CO e NO X variano notevolmente con la velocità del motore, accelerazione, e decelerazione per entrambi i catalizzatori, e le differenze tra i due catalizzatori sono molto piccole. Nonostante la riduzione del 30% di CeO 2 , il catalizzatore sperimentale si è comportato in modo molto simile al catalizzatore di riferimento.
"Il nostro nuovo catalizzatore mostra grandi promesse e speriamo di poter trovare un modo per aumentare le prestazioni, soprattutto a temperature più basse, " ha detto il professor Machida. "CeO 2 -ZrO 2 funziona bene per lo stoccaggio e il rilascio di ossigeno a velocità di reazione elevate, e stiamo attualmente lavorando alla creazione di un composito con esso e il MnFeO sì riserva di ossigeno. Speriamo di essere in grado di migliorare le prestazioni del catalizzatore e ridurre la quantità di costosi elementi delle terre rare utilizzati contemporaneamente".
