Sistemi catalitici Pd/zeolite per l'adsorbimento di NOx a bassa temperatura

Nitrogen oxides' emissions are one of the main problems of the current purification systems of exhaust gases from mobile vehicles. SCR (Selective Catalytic Reduction) and LNT (Lean NOx Trap) technologies, as well as combined SCR + LNT technologies, represent the most promising solutions to meet the increasingly stringent environmental regulations to which the automotive industry is subject. However, since these systems are not sufficiently active at temperatures below 200 °C, the ability to adsorb nitrogen oxides at low temperatures, and then release them once the operating temperatures of SCR and LNT are reached, is currently an important research goal. In this context, the aim of this thesis is the study of zeolites promoted with metals for the NOx adsorption at low temperatures and their release at higher temperatures. For this purpose, two different zeolite supports (ZSM-5 and FER) promoted with palladium and a commercial copper/zeolite have been tested in order to investigate their low-temperature adsorption capacity. Promising results were obtained with the FER zeolite promoted with palladium, while the presence of water and CO2 strongly compromised the adsorption capacity of commercial copper/zeolite and Pd/ZSM-5. The behavior of the catalysts was analyzed by modifying some operating variables, such as the temperature at which the adsorption phase was carried out (80 °C and 120 °C) and the presence of other species, as CO, during the adsorption phase. Using the FER zeolite as support, the palladium load over the catalyst has also been studied in order to find out its influence on NOx adsorption capacity at low temperature. Finally, regarding the catalysts based on FER, an oxidative thermal treatment at 750 °C was also performed to evaluate the thermal stability of these systems and the possible difference of NOx adsorption capacity.

Le emissioni di ossidi d'azoto rappresentano uno dei problemi principali degli attuali sistemi di depurazione dei gas di scarico dei mezzi di trasporto. Le tecnologie SCR (Selective Catalytic Reduction) e LNT (Lean NOx Trap), come anche tecnologie combinate SCR + LNT, rappresentano le più promettenti soluzioni per far fronte alle sempre più stringenti normative ambientali a cui è soggetta l'industria automobilistica. Tuttavia, poiché questi sistemi non sono sufficientemente attivi a temperature inferiori ai 200 °C, la capacità di adsorbire gli ossidi di azoto a bassa temperatura, per poi rilasciarli una volta raggiunte le temperature operative di SCR e LNT, è attualmente un importante obiettivo di ricerca. In questo contesto, questa tesi mira allo studio di zeoliti promosse con metalli per l'adsorbimento di NOx a basse temperature e il loro rilascio a temperature più elevate. Allo scopo sono stati testati due diversi supporti zeolitici (ZSM-5 e FER) promossi con il palladio e una rame/zeolite commerciale, per indagare la loro capacità di adsorbimento a bassa temperatura. Risultati promettenti sono stati ottenuti con la zeolite FER promossa con il palladio, mentre la presenza di acqua e CO2 ha compromesso severamente la capacità di adsorbimento della rame/zeolite commerciale e della Pd/ZSM-5. È stato analizzato il comportamento dei catalizzatori modificando alcune variabili operative, come la temperatura a cui viene eseguita la fase di adsorbimento (80 °C e 120 °C) e la presenza di altre specie durante la fase di adsorbimento, quali CO. Utilizzando la zeolite FER come supporto, è stata anche studiata l'influenza che la percentuale di palladio apportata sul catalizzatore ha sulla capacità di adsorbire NOx a bassa temperatura. Sui catalizzatori a base FER è stato inoltre eseguito un trattamento termico ossidativo a 750 °C per valutare la stabilità termica di tali sistemi e l'eventuale cambiamento di capacità di adsorbimento di NOx.