I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno creato un nuovo catalizzatore di ossido di vanadio sostituito con tungsteno per abbattere gli ossidi di azoto nocivi negli scarichi industriali. Il loro nuovo materiale catalizzatore funziona a temperature più basse e non subisce grossi cali di prestazioni durante l'elaborazione di scarichi "umidi", risolvendo un grave inconveniente nei catalizzatori convenzionali all'ossido di vanadio. Hanno scoperto che la dispersione non aggregata del tungsteno atomico nella struttura cristallina originale gioca un ruolo chiave nel suo funzionamento.

La riduzione catalitica selettiva (SCR) è una tecnologia essenziale per mantenere l'aria pulita. Lo scarico industriale viene fatto passare attraverso unità catalitiche e fatto reagire con un riducente per convertire gli ossidi di azoto nocivi in ​​azoto e acqua. Alti livelli di ossidi di azoto non solo danneggiano le colture e la vegetazione, ma può danneggiare direttamente le persone, aggravando l'asma e altri problemi respiratori. Questo rende l'ampio, dispiegamento efficiente della tecnologia SCR particolarmente importante per la società.

Ma i catalizzatori SCR convenzionali hanno molti problemi che influiscono sulle prestazioni e sull'efficienza. Per i catalizzatori di ossido di vanadio che utilizzano l'ammoniaca come riducente, un grande fattore limitante sono le prestazioni a diverse temperature. I catalizzatori convenzionali all'ossido di vanadio funzionano meglio a 200-400 gradi Celsius. In un impianto a caldaia, questo significa che le unità devono essere posizionate vicino alla camera di combustione, rendendoli più suscettibili ai danni della cenere. Nei lavori precedenti, un team guidato dal professor Toru Murayama della Tokyo Metropolitan University ha creato un nuovo catalizzatore di ossido di vanadio sfuso che funziona in modo efficiente da 100 a 150 gradi Celsius. Però, temperature più basse hanno portato a un altro problema:il vapore acqueo. A temperature più basse, lo scarico industriale contiene tipicamente il 10-20% di vapore acqueo in volume. Poiché i catalizzatori all'ossido di vanadio soffrono di un grave calo delle prestazioni quando il gas è bagnato, sono state necessarie ulteriori scoperte per ottenere il massimo da questo nuovo materiale catalitico.

Ora, lo stesso team ha risolto questo problema creando un nuovo, catalizzatore di ossido di vanadio in massa sostituito con tungsteno. Sostituendo parte del vanadio nella struttura cristallina del catalizzatore con tungsteno, hanno scoperto che non era più suscettibile a grandi cali di prestazioni. A 150 gradi Celsius, mentre il precedente catalizzatore di ossido di vanadio sfuso del team ha subito un calo del tasso di conversione dall'82 al 47% quando il gas era bagnato, le prestazioni del nuovo catalizzatore sostituito con tungsteno sono scese solo da> Conversione del 99% al 94%. Questo rende il materiale ideale per la lavorazione di veri e propri scarichi industriali.

Però, più tungsteno non significava necessariamente prestazioni migliori. Il team ha scoperto che la dispersione atomica non aggregata della giusta quantità di tungsteno era vitale. Sia il tungsteno che il vanadio devono lavorare insieme:in condizioni di bagnato, il materiale sostituito con tungsteno rendeva disponibili più siti per la produzione di ioni ammonio che potevano poi reagire con gli ossidi di azoto in prossimità degli ioni vanadio vicini. Il team spera che le loro intuizioni sul meccanismo e le prestazioni superiori del loro catalizzatore in condizioni realistiche porteranno a nuovi prodotti SCR industriali e aria più pulita in un futuro non troppo lontano.