Введение к работе
Актуальность темы. Удаление твердых макрочастиц сажи, выбрасываемой в атмосферу из дизельных двигателей, является важной экологической проблемой. Одним из возможных способов снижения эмиссии твердых частиц является оборудование автомобилей специальными фильтрами с нанесенными на их поверхность катализаторами, снижающими температуру выгорания сажи. Однако высокая стоимость систем на основе драгоценных металлов является сдерживающим фактором их широкомасштабного применения. В связи с этим разработка более доступных и эффективных катализаторов дожита дизельной сажи, а также поиск различных путей активации системы, приобретают исключительное значение.
Оксид алюминия А1203 часто используется как носитель в каталитических системах благодаря большой площади поверхности и сравнительно невысокой стоимости. Оксид церия Се02 применяется в качестве промотора в большинстве автомобильных катализаторов. Имея две степени окисления (Се (III) и Се (IV)), оксид церия часто выступает в роли накопителя кислорода. Кроме того, присутствие оксида церия увеличивает термостабильность оксида алюминия. Оксид меди СиО рассматривается как заменитель благородных металлов в каталитических системах. Поэтому в качестве катализаторов весьма перспективным является использование тройных оксидов, содержащих медь, церий и алюминий.
Озон является сильным окислительным агентом. Известно, что озонирование приводит к образованию различных кислородных групп на поверхности угля, что значительно повышает его реакционную способность. Поэтому для повышения эффективности катализаторов в процессе дожита сажи целесообразно проведение предварительной обработки сажи озоном. Следует также отметить, что озон возникает в электрических разрядах, возможности которых в настоящее время исследуются для удаления сажи.
Цель работы. Целью настоящей работы является изучение кинетики и
"мив»
а также
механизма горения сажи в присутствии
Cfltw О»
исследование влияния озона на процесс каталитического дожита дизельной сажи. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
изучение зависимости каталитической активности Си-Се-А1-0 образцов в реакции горения сажи от содержания каждого компонента
исследование влияния предобработки озоном на каталитические свойства Си-Се-А1-0 образцов
изучение физико-химических свойств сажи и Си-Се-А1-0 катализаторов до и после обработки озоном с использованием ЭПР спектроскопии, температурно-программируемого восстановления (ТПВ) водородом и низкотемпературной адсорбции азота
- определение кинетических параметров каталитического горения сажи
Научная новизна. Систематически изучены свойства Cu-Ce-Al-0
катализаторов в реакции горения сажи. Найдено, что скорость реакции горения сажи возрастает при увеличении количества оксида церия. Зависимость активности медьсодержащих катализаторов от концентрации СиО имеет более сложный характер. Для образцов Cu-Al-О и Си-Се-А1-0 с малым содержанием церия зависимость скорости горения сажи от концентрации СиО имеет вид возрастающей кривой с насыщением. Для образцов с большим содержанием оксида церия добавление меди уменьшает активность катализатора.
Показано, что озонированная сажа горит при более низких температурах. Этот эффект наблюдается для всех каталитических систем. Наибольшее снижение температуры горения сажи наблюдается в присутствии катализаторов с высоким содержанием СиО. Обработка озоном способствует образованию радикалов и различных кислородных комплексов на поверхности сажи, которые участвуют в реакции горения сажи в присутствии медьсодержащих катализаторов.
По данным дифференциально-сканирующей калориметрии и тегмогравиметрии (ДСК-ТГ) определены кинетические параметры реакции каталитического горения неозонированной сажи и предварительно обработанной озоном. С использованием найденных кинетических параметров
проведено сопоставление активности катализаторов в широком интервале температур.
Практическая значимость. Показана возможность использования Си-Се-А1-0 образцов в качестве катализаторов горения сажи.
Результаты проведенных кинетических и физико-химических исследований необходимы для выбора эффективных катализаторов очистки выхлопных газов от сажи и нахождения оптимальных условий их функционирования.
Предложенные методы определения кинетических параметров могут быть использованы при анализе опытных ДСК-ТГ данных для других систем.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на VI Российской конференции «Механизмы каталитических реакций» (Москва 2002 г), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, 2003 г.) и на 16-м Международном Конгрессе по Озону (Лас-Вегас, США, 2003 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и 3 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (глава 1), экспериментальной части (глава 2), результатов и обсуждения (глава 3), выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, включает 48 рисунков, 14 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 133 наименований.
Похожие диссертации на Горение сажи в присутствии Cu-Ce-Al-O катализаторов: роль озона как активирующего агента
