Синтезированы катализаторы с низким содержанием драгметаллов для нейтрализации выбросов от дизельных двигателей

Специалисты ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН» разрабатывают катализаторы для снижения токсичности выбросов дизельных двигателей. Им удалось достигнуть высокой активности и устойчивости катализаторов при пониженной концентрации драгоценных металлов.

В России автомобили, в том числе на дизельном топливе, выбрасывают в атмосферу порядка 5 млн тонн вредных веществ в год. В составе отработавших газов дизелей — углеводороды, монооксид углерода (угарный газ), оксид азота, сажа, диоксид серы. После их нейтрализации выходит относительно чистая смесь из воды, небольшого количества углекислого газа и молекулярного азота.

Системы нейтрализации выбросов для автомобилей изготавливаются на керамических блоках, покрытых оксидом алюминия с нанесёнными наночастицами платины и палладия. Но концентрация драгметаллов в этих системах, как правило, начинается с 30 граммов на кубический фут (около 1 грамма на литр катализатора). Это высокий показатель, поэтому в интересах промышленности снижать его.

Сотрудники Института катализа СО РАН работают над усилением синергетического эффекта в каталитической активности платино-палладиевых систем в комплексе с оксидом марганца, нанесённых на алюмооксидное покрытие керамических блоков. Они смогли снизить содержание платины и палладия в катализаторе до 0,17 и 0,17—0,35 граммов на литр, соответственно, при пятипроцентном содержании оксида марганца в алюмооксидном покрытии.

Уже при содержании платины 0,17 г/л катализатора температура 50-процентной конверсии бутана составляет около 350 °С. Она сопоставима с той, которая требуется для катализатора с содержанием платины в шесть раз больше, но в отсутствии оксида марганца. Таким образом, этот оксид повышает эффективность работы платины в составе катализатора. При увеличении доли платины до одного грамма на литр рабочая температура падает до 270 °С.

«По сравнению с промышленным образцом, хорошие каталитические характеристики в нейтрализации токсичных компонентов отработанных газов показывает даже платиновый катализатор после добавления оксида марганца. В результате синергетического эффекта можно снизить содержание платины в полтора раза (с 1 до 0,7 г/л), и еще больше при замещении платины палладием. При 180 °С платино-палладиевый катализатор обеспечивает уже 50 % превращения углеводородов (пропана/пропена) и 90 % превращения монооксида углерода — то есть начинает окислять еще до достижения оптимального рабочего режима дизельного двигателя. Промышленный катализатор в этих же условиях начнет работать только при температуре порядка 250 °С»​, — рассказала старший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН кандидат химических наук Светлана Яшник​.

Катализатор успешно прошёл тест на старение при 750 °С в течение семи часов в присутствии паров воды. Он показал более высокие значения конверсии в окислении СО, углеводородов и восстановлении оксида азота (II) в реакционной смеси по сравнению с существующими системами.

Эффективность созданных в ИК СО РАН катализаторов была подтверждена совместными испытаниями с промышленным предприятием. В планах учёных — продолжить исследовать системы, варьируя содержание активных и модифицирующих компонентов и физико-химические характеристики.

Источник: ИК СО РАН​.