Chemical deactivation of NH3-SCR for automotive application

Lean-burn combustion engines have been developed to improve fuel efficiency. One of the most important issues is the catalyst deactivation caused by poison agents in exhaust of Heavy-Duty vehicles derived from lubrication oil additives, impurity in fuels or biofuels. The objective of this project is to study the effect of the presence of phosphorus in the exhaust gas on the activity of NH3-SCR reaction of Cu-zeolite based SCR systems. The thesis work is divided in two sections: The first section is a comparison between the DeNOx activity of three zeolites, Cu/BEA, Cu/ZSM-5 and Cu/SSZ-13, before and after phosphorous poisoning. The change in the physical and chemical properties of the catalysts is assessed by characterization analysis, e.g. XRD and H2 -TPR. The impact on the activity is investigated by performing Standard SCR reaction, Ammonia oxidation and NH3 and NO2-TPD in a flow reactor. The results obtained show how differently the zeolites are influenced by the presence of phosphorus. The second section concerns the study of the activity of Cu/SSZ-13 zeolite. It is investigated the possibility of a combined effect of phosphorous poisoning and hydrothermal aging at low temperature that had already been witnessed in previous studies on SAPO-34. From the results obtained it is possible to consider that hydrothermal aging at low temperature does not intensify the effect of phosphorous poisoning.

I motori a combustione magra sono stati sviluppati per garantire una migliore efficienza. Uno dei problemi riscontrati durante il loro utilizzo è la disattivazione del catalizzatore causata della presenza di veleni nello scarico dei veicoli Heavy-Duty derivanti da additivi per olio lubrificante, impurità in carburanti o biocarburanti. L’obiettivo di questo progetto è analizzare come la presenza di fosforo nei gas di scarico altera l'attività della reazione NH3-SCR dei sistemi SCR a base di zeoliti. L’analisi svolta è divisa in due sezioni: Nella prima sezione è confrontata l'attività DeNOx di tre zeoliti, Cu / BEA, Cu / ZSM-5 e Cu / SSZ-13, prima e dopo l'avvelenamento da fosforo. Il cambiamento nelle proprietà fisiche, chimiche e nell’attività dei catalizzatori è investigato mediante due analisi di caratterizzazione, XRD e H2 -TPR, ed eseguendo la reazione SCR standard, l'ossidazione dell'ammoniaca e NH3 e NO2-TPD in un reattore a flusso. I risultati ottenuti evidenziano come le tre zeoliti siano influenzate in modo diverso dalla presenza di fosforo. La seconda sezione è uno studio sull’attività della zeolite Cu / SSZ-13. È stata investigata la possibilità di un effetto combinato di avvelenamento da fosforo e hydrothermal aging a bassa temperatura che era già stato visto in studi precedenti su SAPO-34. Alla luce dei risultati ottenuti si può concludere che l’hydrothermal aging non si combina o non intensifica la disattivazione causata dalla presenza di fosforo.