Samoregenerujące katalizatory tlenkowe

• Strona główna
• Artykuły
• Samoregenerujące katalizatory tlenkowe

2017-01-19

Jak informują partnerzy, regeneracja katalizatorów używanych w reakcjach utleniania np. dopalania spalin, stanowi duży problem aplikacyjny i techniczny. Stosowane katalizatory z czasem ulegają dezaktywacji ze względu na procesy starzeniowe zachodzące pod wpływem warunków środowiskowych, np. wysokiej temperatury, w jakich są stosowane. Celem projektu jest zatem zbadanie procesu samoregeneracji katalizatorów na bazie nanokrystalicznego tlenku ceru. Zdolność taką posiadają mieszane tlenki ceru dotowane metalami szlachetnymi.

– W warunkach redukujących zaobserwowano powstawanie małych (1-2nm) metalicznych krystalitów, np. palladu lub rodu na powierzchni tlenku ceru. Natomiast, gdy warunki reakcji zmieniają się na utleniające zachodzi powrotna dyfuzja atomów metalu szlachetnego do sieci tlenku ceru. Dzięki temu struktura i morfologia katalizatora przypomina tą sprzed reakcji, co wydłuża żywotność katalizatora. Zjawisko to jest bardzo interesujące zarówno pod względem naukowym jak i aplikacyjnym – wyjaśnia kierownik projektu dr inż. Michalina Kurnatowska z Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych.

W ramach projektu zbadany zostanie mechanizm procesu samoregeneracji. Postawiono hipotezę, że proces regeneracji związany jest z liczbą defektów w sieć tlenku ceru. Podejście takie jest nowatorskie. Prowadzone będą badania podstawowe określające skład, strukturę, morfologię otrzymanych nowych katalizatorów tlenkowych oraz przebieg regeneracji i aktywność katalityczną za pomocą takich metod badawczych, jak dyfrakcja rentgenowska (XRD), transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM), spektroskopia Ramana, skaningowa mikroskopia elektronowa z analizą EDS (SEM-EDS). Planowane są również badania spektroskopii absorpcji promieni rentgenowskich (XAS) z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego, które daje szerokie możliwości pomiarowe. Najważniejszymi metodami wykorzystanymi w projekcie będą badania in situ TEM i in situ XAS. Dają one możliwość prowadzenia pomiarów  w warunkach podobnych do tych panujących w czasie rzeczywistej reakcji katalitycznej, a nie w wysokiej próżni, jak to zazwyczaj odbywa się w przypadku badań mikroskopowych. Dzięki temu zbadane zostaną zmiany struktury i morfologii katalizatora w warunkach podobnych do tych, w których jest stosowany.

– Zdolność katalizatora do regeneracji jest jedną z najważniejszych jego cech. Zjawisko samoregeneracji umożliwi długotrwałą pracę katalizatorów bez konieczności obróbki w specjalnych warunkach, odmiennych od warunków reakcji katalitycznej, a zatem docelowo obniży równocześnie koszt ich wytworzenia i użytkowania - dodaje dr inż. Sebastian Arabasz, starszy specjalista ds. naukowych we Wrocławskim Centrum Badań EIT+ oraz koordynator projektu ze strony Centrum.

Wynikiem realizacji  projektu będzie dogłębne poznanie procesów zachodzących podczas dezaktywacji i regeneracji katalizatorów tlenkowych w warunkach rzeczywistych reakcji katalitycznych. Wiedza ta będzie mogła posłużyć do projektowania nowych katalizatorów wykazujących efekt samoregeneracji.

badania i rozwójWrocławskie Centrum Badań EIT+