Low temperature NOx adsorption over Pd/zeolites : effect of catalyst formulation

Since the mid-1970s, exhaust of vehicles is recognized to contribute significantly to the air pollution. In particular, cold-start emissions significantly contribute to total vehicular pollutant emissions. Therefore, there has been a significant amount of research focused on catalytic aftertreatment systems that can mitigate CO, hydrocarbons and NOx emissions at low temperatures. In particular, it is necessary to find materials able to store NOx at low temperature and to release the trapped NOx at temperature higher than 200°C, where downstream systems, like SCR and LNT, are able to abate the nitrogen oxides. These materials are better known as Passive NOx Adsorber (PNAs). In this context, this thesis work aims at the study of Pd/zeolite systems able to work as Low Temperature NOx Adsorbers. In particular, the role played by the catalyst formulation has been taken into account. The results obtained show that zeolites characterized by structures with lower dimension cage are able to adsorb a greater amount of NOx. In particular, the systems Pd/FER and Pd/SSZ-13 were found to have the most interesting performances for PNA purposes. In addition, the presence of palladium has been shown to play a key role in NOx adsorption under the investigated conditions. Furthermore, the re-dispersion of palladium obtained thanks to treatments at 750°C resulted in a positive effect on the amount of NOx stored on the catalyst. Considering the operating conditions, the temperature at which the adsorption phase takes place and the presence of reducing agents have been found to produce significant effects.

Fin dalla metà degli anni 70, le emissioni dei mezzi di trasporto con motore a combustione interna sono riconosciuti contribuire in modo significativo all’inquinamento atmosferico. In particolare, un ruolo fondamentale è giocato dalle emissioni durante la partenza a freddo che costituiscono una larga percentuale delle emissioni totali prodotte dagli autoveicoli. Per questo motivo, i ricercatori si sono concentrati su sistemi catalitici di post-trattamento in grado di mitigare le emissioni prodotte a basse temperature di CO, HCs e NOx. In particolare, è necessario trovare dei materiali capaci di intrappolare gli NOx a basse temperature e di rilasciarli, quindi, a temperature maggiori di 200°C, alle quali i sistemi a valle, come SCR e LNT, sono attivi nella riduzione degli ossidi d’azoto. Questi materiali sono meglio noti come Passive NOx Adsorber (PNAs). In questo contesto, questo lavoro di tesi mira allo studio di sistemi Pd/zeolite capaci di lavorare come PNA. In particolare, si vuole analizzare il ruolo giocato dalla formulazione del catalizzatore. I risultati ottenuti mostrano come zeoliti caratterizzate da strutture con minore dimensione dei canali siano capaci di adsorbire una maggiore quantità di NOx. In particolare i sistemi Pd/FER e Pd/SSZ-13 sono risultati avere le performance più interessanti per gli scopi PNA. Inoltre, la presenza di palladio si è dimostrata avere un ruolo fondamentale nell’adsorbimento di NOx nelle condizioni prese in esame. Successivamente, è risultato che la ridispersione del palladio ottenuta grazie a trattamenti a 750°C abbia un effetto positivo sulla quantità di NOx stoccati sul catalizzatore. Considerando le condizioni operative la temperatura in cui avviene la fase di adsorbimento e la presenza di agenti riducenti sono risultate produrre effetti non trascurabili.