Study of a Pd-zeolite system as passive NOx adsorber (PNA) for the NOx removal in Diesel exhausts

NOx storage on Pd supported on a zeolite structure has been investigated in a temperature range of 100 - 200 oC followed by temperature programmed desorption (TPD) up to 500 oC in order to ascertain the NOx adsorption and desorption properties of Pd-Chabazite (Pd-CHA) to be used as passive NOx adsorber (PNA) for low temperature SCR DeNOx applications. The PNA system was tested in a flow-micro-reactor and analyzed to study the NOx trapping and release properties, varying the composition of the gas mixtures and the adsorption temperature. The presence of oxygen in the system did not influence the NOx storage capacities and the adsorption mechanisms. The addition of water to the system increased the NOx storage ability and the stability of the adsorbed species releasing them at temperatures higher than the required range for automobile applications. The CO addition did not affect the storage capacity but also led to the formation of less stable adsorbed species bringing the NOx release temperatures in the optimum temperature range (180 - 350 °C). Temperature had a significant negative impact on NOx storage capacity in the presence of only O2; on the contrary, the adsorption temperature had a negligible influence in the presence of H2O and/or CO, particularly for the complete reacting system (NO+O2+H2O+CO) which displayed to be more tolerant towards the increase of temperature, storing enough NOx even up to 200 °C. From the experimental data collected it was possible to propose a mechanism which involves Pd dimers. Specifically, these species can be reduced by CO or NO itself to PdI which becomes the active NO storage site.

L’accumulo di NOx su zeoliti supportate da Pd è stato analizzato in un intervallo di temperatura di 100 - 200 °C, seguito da un temperature programmed desorption (TPD) fino a 500 °C, in modo da determinare le proprietà di adsorbimento e desorbimento di NOx delle Pd-cabasiti (Pd-CHA) per utilizzarle come passive NOx adsorber (PNA) per applicazioni SCR DeNOx a bassa temperatura. Il sistema PNA è stato testato in un micro-reattore a flusso e analizzato per studiare le proprietà di cattura e rilascio degli NOx, variando la composizione della miscela gassosa e la temperatura di assorbimento. La presenza di O2 nel sistema non ha influito sulle capacità di accumulo e sul meccanismo di assorbimento. L’aggiunta di H2O al sistema ha aumentato la capacità di accumulo e la stabilità delle specie assorbite, rilasciandole a temperature maggiori rispetto all’intervallo richiesto per applicazioni automobilistiche. L’aggiunta di CO non ha influenzato la capacità di accumulo tuttavia ha condotto alla formazione di specie meno stabili portando la temperatura di rilascio degli NOx nell’intervallo di temperatura ottimale (180 - 350 °C). La temperatura ha avuto un significativo impatto negativo sulla capacità di accumulo in presenza di solo O2; al contrario la temperatura di assorbimento ha avuto una influenza trascurabile in presenza dei soli H2O o CO, in particolare il sistema completo di reagenti (NO+O2+H2O+CO) si è mostrato più tollerante verso l’aumento di temperatura, accumulando NOx in quantità sufficiente fino a 200 °C. Dai dati sperimentali ottenuti è stato possibile proporre un meccanismo cinetico che coinvolge dimeri di Pd. In particolare queste specie possono essere ridotte da CO o NO a PdI che diventano i siti attivi per l’assorbimento di NO.