Os pesquisadores estão tentando entender o dióxido de enxofre (SO2) e catalisadores de chabazita de cobre (Cu-CHA), para óxidos de nitrogênio (NOx) de amônia (NH3) no sistema de escapamento do motor diesel. A pesquisa foi liderada pelo Dr. Ton Janssens da Umicore Denmark ApS e pelo Dr. Kirill Lomachenko do Centro Europeu de Radiação Síncrotron e foi conduzida por Anastasia Molokova, Dr. Reza Abasabadi, Dra. Elisa Borfecchia, Professora Silvia Bordiga e Professora Gloria Berlier da Universidade de Torino; e Dr. Fei Wen da Umicore AG & Co. Ele revela o mecanismo do SO2 Detecção de envenenamento por catalisador Cu-CHA usando espectroscopia avançada de absorção de raios X (XAS). A pesquisa foi publicada na revista Chemical Science.
O catalisador Cu-CHA é preferido em sistemas de exaustão de diesel devido à sua alta atividade em baixas temperaturas e estabilidade em altas temperaturas. No entanto, a presença de SO prejudica gravemente o seu desempenho2exigindo o uso de diesel com baixíssimo teor de enxofre. O principal desafio é a desativação do catalisador Cu-CHA devido ao SO em baixa temperatura2 tocar. Este estudo tem como objetivo elucidar o mecanismo de reação do SO2 Absorção e seu impacto no desempenho do catalisador.
Os pesquisadores usaram espectroscopia de absorção de raios X (XAS) e espectroscopia de emissão de raios X (XES) da borda Cu K e borda SK para estudar a interação entre SO2 e catalisadores Cu-CHA com diferentes teores de cobre. Eles encontraram ASSIM2 com (Cu2dois(NH3)4oxigênio2)2+ Complexos formados durante NH3Ciclo -SCR, levando à formação de CuEU substâncias e complexos CuII sulfatados se acumulam nos poros da zeólita. Pesquisa encontrada SO2 Os mecanismos de absorção de catalisadores com diferentes cargas de cobre são consistentes.
Uma descoberta importante é que o SO aumenta2 Absorver na presença de oxigênio e promover a reoxidação do CuEU entrada de espécie (cobre2dois(NH3)4oxigênio2)2+ complexo, tornando-os disponíveis para reação posterior com SO2. Isto foi demonstrado pela quantificação de adsorbato de raios X (XAQ) e dessorção programada em temperatura de SO2.2 (então2-TPD).
Lomachenko disse:”Nosso estudo mostra que a presença de oxigênio realmente promove a absorção de enxofre por meio da reoxidação de espécies CuI. Este é um insight importante necessário para projetar métodos para mitigar os efeitos do SO.2“.
A equipe de pesquisa usou um método que combina mínimos quadrados alternados com resolução de curva multivariada (MCR-ALS) e ajuste de combinação linear (LCF) para analisar os espectros experimentais. Eles determinaram a formação de componentes sulfatados, principalmente na forma de SO42- Espécies no catalisador Cu-CHA expostas ao SO2. Os espectros S K-edge XANES e Kα XES confirmaram o estado de oxidação do enxofre e seu ambiente local, consistente com a presença de espécies sulfatadas.
Dr. Janssens enfatizou: “Compreender as interações entre SO2 Os catalisadores Cu-CHA são essenciais para o desenvolvimento de catalisadores SCR mais eficientes que resistam ao envenenamento por enxofre e garantam a viabilidade a longo prazo dos sistemas de exaustão de diesel. “
Os resultados deste estudo fornecem informações valiosas sobre o mecanismo de SO2 envenenamento e abre caminho para o desenvolvimento de catalisadores Cu-CHA mais potentes, capazes de manter alta atividade na presença de compostos de enxofre. Dr. Janssens, Dr. Lomachenko e colegas planejam concentrar pesquisas futuras na otimização da composição do catalisador e das condições de reação para aumentar ainda mais sua resistência ao SO.2 Desativar.
Referência do diário
Molokova, sim, sim, rk, borcchia, E., Matathon, O., Bordiga, S., sim, F., Berlier, G., Janssens, TVW, & lomachenko, ka (2023). “Elucidando o mecanismo de reação de So2 Catalisador Cu-CHA para NH3-SCR por espectrometria de absorção de raios X. “Chemical Science, 14, 11521–11531. Número da figura: https://doi.org/10.1039/D3SC03924B
Sobre o autor
Kirill Lomachenko Responsável por projetos de pesquisa química nas linhas de luz BM23 e ID24 XAS no European Synchrotron Radiation Facility (França). Concluiu o doutorado sob a coorientação do prof. Carlo Lamberti (Universidade de Torino, Itália) e Alexander Soldatov (Universidade Federal do Sul, Rússia) trabalham na intersecção da física, da química e da ciência dos materiais. Sua principal área de pesquisa é a aplicação de espectroscopia XAS e XES e técnicas de caracterização relacionadas para estabelecer relações estrutura-propriedade de novos materiais para catálise, armazenamento de energia e adsorção de gases.
tonelada · massa · janssens é cientista sênior da Umicore Denmark ApS. Seus principais interesses de pesquisa são a elucidação de reações catalíticas e a desativação de catalisadores. Depois de receber seu doutorado em ciências de superfície pela Universidade de Tecnologia de Eindhoven (1993), fez pós-doutorado na Universidade da Califórnia, em Riverside, e no Instituto Fritz-Haber, em Berlim, onde trabalhou em reações de superfície. Em 1998, ingressou na Topsoe em Limby, Dinamarca, onde trabalhou nas áreas de catalisadores de hidrogênio, conversão de metanol em gasolina e posteriormente catálise automotiva. Desde 2017, trabalha na Umicore Autocatalysts na Dinamarca, com foco em catalisadores SCR.
Anastasia Molokova é pesquisador de pós-doutorado especializado em espectroscopia de absorção de raios X (XAS) para aplicações químicas. Ela trabalha nas linhas de luz XAS BM23 e ID24 no European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) na França. Anastasia completou seu doutorado. em Química e Ciência dos Materiais em 2023 sob a co-supervisão da Professora Gloria Berlier da Universidade de Torino, Itália, Dr. Kirill A. Lomachenko do European Synchrotron Radiation Facility, França, e Dr. Seu principal foco de pesquisa é o uso da espectroscopia XAS para estabelecer relações estrutura-propriedade em novos materiais.
