Operando FTIR spectroscopic analysis of NOx adsorption on Pd/SSZ-13

As a supplemental device for current after-treatment systems, the Passive NOx Adsorbers (PNAs) are currently introduced as one of the most promising technologies for treating NOx emissions from lean combustion vehicles during cold-start period. Pd-exchanged zeolites with the ability to temporarily store NO at low temperature (< 150 °C) and release NO and NO2 at higher temperature, enabling their downstream reduction. The impacts of other exhaust components such as H2O and CO along with operating conditions including temperature must be quantified and understood in order to develop effective PNA materials. In this thesis work a set of experiments are performed in the absence and presence of several diesel exhaust components at range of various adsorption temperatures in order to study the NOx adsorption and release features on Pd-exchanged SSZ-13 by means of Operando FT- IR Spectroscopy. In the presence of water, NO adsorption ability increases with the temperatures. It is found that NO is adsorbed in the form of Pd nitrosyls (hydrated and anhydrous) and nitrates. During NO uptake, the generation of NO2 from NO provides evidence for the reduction of Pd2+ in the form of [Pd(OH)]+ bound to zeolitic anionic sites [Al-O-Si]− and/or PdO2 clusters. Similarly, the formation of reduced Pd2+ sites via CO to CO2 oxidation has been observed. Supporting FT-IR measurements identify several potential surface species that are linked to the multiple desorption peaks. The presence of CO and C3H6 negatively affects the NOx storage capacity, due to a competition of these species with NO over the Pd storage sites. In addition, the presence of NO2 promotes the adsorption of nitrogen oxides as nitrates.

Come dispositivo supplementare per gli attuali sistemi di post-trattamento, gli adsorbenti passivi di NOx (PNA) sono oggigiorno visti come una delle tecnologie più promettenti per il trattamento delle emissioni di NOx dai veicoli a combustione magra durante il periodo di avviamento a freddo. Ad esempio, zeoliti al palladio con la capacità di immagazzinare temporaneamente NO a bassa temperatura (<150 ° C) e rilasciare NO e NO2 a temperatura più elevata, consentendo la loro riduzione a valle. Gli effetti di altri componenti di scarico come H2O e CO insieme alle condizioni operative, compresa la temperatura devono essere quantificati e compresi al fine di sviluppare materiali PNA maggiormente efficienti. In questo lavoro di tesi viene eseguita una serie di esperimenti in assenza e presenza di numerosi componenti di scarico diesel a varie temperature di adsorbimento al fine di studiare le caratteristiche di adsorbimento e rilascio di NOx su Pd / SSZ-13 mediante spettroscopia Operando FT-IR. In presenza di acqua, la capacità di adsorbimento di NO aumenta con la temperatura. Si è riscontrato che NO è adsorbito sotto forma di nitrosili Pd (idratati e anidri) e nitrati. Durante l'assorbimento di NO, la generazione di NO2 da NO dimostra la riduzione di Pd2+ sotto forma di [Pd (OH)]+ legato a siti anionici zeolitici [Al-O-Si]- e / o cluster di PdO2. Allo stesso modo è stata osservata la formazione di siti Pd2+ ridotti attraverso l'ossidazione del CO a CO2. Le misurazioni FT-IR identificano diverse potenziali specie di superficie che sono collegate ai picchi multipli di desorbimento. La presenza di CO e C3H6 influisce negativamente sulla capacità di stoccaggio di NOx, a causa di una competizione di queste specie con NO sui siti di stoccaggio di Pd. Inoltre, la presenza di NO2 promuove l’adsorbimento degli ossidi di azoto sotto forma di nitrati.