Operando FTIR spectroscopy analysis for the study of NOx adsorption on Pd SSZ 13

Passive NOx Adsorbers (PNAs) are the most promising after treatment device for NOx emission control from lean burn diesel engines during cold start up period. Palladium supported zeolites have the ability to store NOx at low temperature (T<150°C) when Selective Catalytic Reduction (SCR) system is not still effective, and to release them at higher temperatures (T>200/250°C) when they can be reduced. To design an effective PNA material the effect of different species present in the exhausted gases must be assessed. In this thesis work a series of experiments in presence or absence of different components and at two different adsorption temperatures have been carried out in order to understand how the adsorption capacity and the stability of the adsorbed species on Pd/SSZ-13 modifies. All the study has been done by means of Operando FT- IR Spectroscopy. The effect of carbon dioxide, oxygen and water has been studied. The presence of CO2 has no significant effect both on NOx storage capacity and on stability of the adsorbed species. Oxygen has a moderate effect in adsorption, it promotes the adsorption of NO via nitrates formation and increases the stability of the species. Water has a huge effect on adsorption mechanism. It is found that NO is adsorbed in the form of Pd nitrosyls and that its presence allows reduction of Pd2+ to Pd1+ . Finally the effect of adsorption temperature has been investigated. Changing adsorption temperature from 150°C to 80°C has a huge impact on the nature of the species formed.

I dispositivi PNA (Passive NOx Adsorbers) rappresentano la tecnologia più promettente per il controllo delle emissioni di NOx provenienti dai motori a combustione magra durante il periodo di avviamento. Il Palladio supportato su zeolite ha la capacità di immagazzinare gli NOx a basse temperature (T<150°C) quando i sistemi di riduzione catalitica selettiva (SCR) non sono ancora attivi e di rilasciarli a temperature più alte, in genere superiori ai 200/250°C quando possono essere ridotti. Per progettare un materiale adatto a questo scopo è doveroso investigare l’effetto delle diverse specie presenti nei gas combusti. In questa tesi sono stati portati avanti una serie di esperimenti in presenza o in assenza di diversi componenti e a due diverse temperature di assorbimento volti a capire come varia sia la capacità di assorbimento che la stabilità delle specie generate su un catalizzatore a base di Pd/SSZ-13. L’intero studio è stato svolto mediante la tecnica della spettroscopia FT-IR in Operando. In particolare è stato studiato l’effetto del biossido di carbonio, dell’ossigeno e dell’acqua. La presenza di CO2 non ha effetto né sull’assorbimento né sulla stabilità delle specie assorbite. L’ossigeno ha un moderato effetto sull’assorbimento: promuove il meccanismo di assorbimento degli NOx mediante la formazione di nitrati e in generale aumenta la stabilità delle specie. L’acqua ha un grosso effetto sul meccanismo di assorbimento. E’ capace di ridurre Pd2+ a Pd1+. Per finire è stato studiato anche l’effetto della temperature di assorbimento. La sua modifica da 150°C a 80°C ha un enorme impatto sulla natura delle specie formate.