Flow reactor and micro calorimeter studies of NOx storage reduction catalysts

This research took place in the area of NSR technology, a method to reduce nitrogen oxides in lean exhaust. It operates in a cycle mode, alternating lean period, where nitrogen oxides are stored on the catalyst, and rich period, when the catalyst is regenerated. Different catalytic systems were investigated through calorimeter experiments and tests on a flow reactor: binary systems M/Al2O3 and ternary systems M/BaO/Al2O3, where M is the noble metal (Pt and Rh). The work had different objectives. First to investigate the role of the different components of the catalyst by way of adsorption/desorption experiments. This study confirmed that BaO increases the thermal stability of the nitrates. In addition it was found that the noble metal has no influence on the storage capacity when using NO2, but it improves the release of NOX at lower temperatures. This result is more evident using Rhodium instead of Platinum. Afterward the influence of water and carbon dioxide was examined. The presence of water decreased the uptake on alumina, whereas it modifies the morphology of the storage BaO component increasing the storage capacity and the thermal stability of nitrates. CO2 had a negative effect on the uptake increasing the temperature but it promotes faster NOX release because it is stored on the same sites of nitrogen oxides. The NOX storage and reduction activity of the studied catalytic systems were investigated. Rh in comparison with Pt decreased the oxidation of NO, it enhanced the reduction phase, but it increased the selectivity to ammonia. Finally it was measured the heat of adsorption of NO2 on Pt/BaO/Al2O3. It increases with the temperature. More experiments were performed to focus on the effect of the noble metal and CO2. Noble metal does not influence the heat of adsorption. In presence of CO2 the heat of adsorption was reduced.

L’attività svolta durante il lavoro di tesi si colloca nell’ambito di uno studio sui processi catalitici volti a diminuire le emissioni di NOX provenienti dai gas di scarico degli autoveicoli alimentati a gasolio mediante una tecnologia denominata LNT (Lean NOX Trap), che rimuove gli NOX attraverso uno schema di lavoro ciclico, alternando una fase denominata ‘Lean’con una denominata ‘Rich’. Sono stati analizzati attraverso esperimenti calorimetrici e prove su un flow-reactor vari sistemi catalitici binari (M/Al2O3) e ternari (M/BaO/Al2O3), dove M indica il metallo nobile (Pt e Rh). Lo studio in oggetto ha avuto diversi obiettivi. Si è voluto innanzitutto studiare il ruolo dei diversi componenti del catalizzatore attraverso prove di assorbimento/desorbimento di NOX. Si è trovato che il bario aumenta la stabilità termica dei nitrati migliorando le prestazioni del catalizzatore nella fase di accumulo. Il metallo nobile facilita la decomposizione dei nitrati permettendo la rigenerazione del catalizzatore a temperature più basse. Si è anche valutato l’effetto dell’H2O e della CO2. L’H2O peggiora l’assorbimento sull’allumina, mentre aumenta l’accumulo in presenza di Ba. La CO2 peggiora l’assorbimento all’aumentare della temperatura, mentre favorisce il desorbimento in presenza di M e Ba. Sono anche state effettuate prove cicliche di attività trovando che i catalizzatori contenenti il Rh rispetto al Pt sono meno attivi nell’ossidazione dell’NO, ma più attivi in fase di riduzione anche se diminuisce la selettività a N2. Infine è stato misurato il calore di assorbimento dell’NO2 sul sistema Pt/BaO/Al2O3 trovando che aumenta con la temperatura. Si è indagato sull’influenza del metallo nobile e della CO2. Il metallo nobile non influenza il calore di assorbimento. In presenza di CO2 il calore d’assorbimento risultò ridotto.