Введение к работе
Актуальность темы. В связи с интенсивным развитием промышленного производства, энергетики и автомобильного транспорта проблема обезвреживания выхлопных и отходящих газов от содержащихся в них токсичзшх соединений, наибольшую опасность из которых представляют оксиды азота и монооксид углерода, является одной из важнейших проблем современности. Эффективным способом борьбы с названными загрязнителями является каталитическая очистка отработавших газов с использованием трехмаршрутнъгх катализаторов (TWC - Three-Way Catalysts) на основе драгоценных металлов, ускоряющих одновременно окисление СО (и углеводородов) и восстановление N0. Однако способность TWC проявлять высокую активность в стехиометрических смесях ограничивает их применение в системе очистки отработавших газов автомобилей, состав которых колеблется в широких пределах. Кроме того, высокая стоимость систем на основе благородных металлов является сдерживающим фактором их широкомасштабного применения.
В связи с этим исследования, направленные на разработку новых, более доступных и менее чувствительных к изменениям состава газового потока катализаторов газоочистки, приобретают исключительное значение. Очевидно, что катализаторы, претендующие на эту роль, помимо обеспечения высокой активности, должны быть механически прочными и устойчивыми к воздействию высоких температур. Весьма перспективными в этом отношении являются переходные металлы, нанесенные на УгОз-СеОг-ЬОг композиции, обладающие исключительными механическими свойствами, характерными для Y2O3-Z1-O2 системы, наряду с высокой термической стабильностью, свойствешюй CeO:-Zr02 сложным оксидам. Кроме того, присутствие в составе катализатора «аккумулирующего кислород» компонента (СеОг), способного обратимо выделять/приобретать Ог при смене реакционной среды от восстановительной к окислительной, позволяет существенно расширить диапазон состава газовой смеси, в котором катализаторы обеспечивают нормативный выброс основных опасных загрязнителей.
Цель работы. Исследование каталитической активности иттрий-церий-пиркониевых композиций, модифицированных ионами переходных металлов, в ряде окислительно-восстановительных реакций, реализующихся в системе очистки отработавших газов автомобилей, а также исследование физико-химических свойств образцов, включающее определение состояния активного компонента. Научная новизна.
— Впервые исследована активность иттрий-церий-циркоішевьіх твердых растворов, модифицированных ионами переходных металлов (Си, V, W) в реакциях восстановления N0 моноокспдом углерода и окисления СО, пропилена и сажн. Все исследованные образцы обеспечивают высокие степени превращения N0 и СО при относительно невысоких температурах, существенно понижают температуру окисления сажи и эффективны в
глубоком окислении пропилена. Установлено, что наиболее активными катализаторами являются Cu-содержащие контакты.
— Исследованы окислительно-восстановительние свойства металлсодержащих
Yo.osCeo.iZro.ssOi^s и Yo,iCeo,iZro,gOi,95 твердых растворов. Установлено положительное
влияние нанесенных металлов на подвижность кислорода в объеме носителей.
— Определены состояния металлов (валентное, фазовое, симметрия окружения) в
многокомпонентных катализаторах. На основе исследования влияния условий
предварительной активации катализаторов на изменение концентрации различных форм
металлов в сопоставлении с данными по каталитической активности образцов сделано
заключение о состоянии активного компонента катализаторов.
Практическая значимость. Приготовлен катализатор Cu/Yo.iCeo,iZr0,80i^5, эффективный в
восстановлении NO моноокспдом углерода и окислении СО, пропилена и сажи, что
позволяет рекомендовать его к практическому использованию в системе обезвреживания
отработавших газов автомобилей.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы.
Основные результаты работы были представлены на Международной конференции "4
European Congress on Catalysts" (Рим, Италия, 1999 г.)
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного
обзора (глава 1), экспериментальной части (глава 2), результатов и их обсуждения (глава 3),
выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 153 страницах, включает 56
рисунков, 15 таблиц и 182 библиографические ссылки.