Um catalisador recém-desenvolvido do Japão, CeO2 / MnFeOy, tem liberação rápida e grande capacidade de armazenamento de oxigênio. Seu alto desempenho na taxa de conversão de NOx, CO, e o hidrocarboneto total para materiais menos prejudiciais era comparável a um catalisador de referência, apesar de usar 30 por cento menos do elemento de terras raras, Ce.Adaptado com permissão de Machida, M .; Ueno, M .; Omura, T .; Kurusu, S .; Hinokuma, S .; Nanba, T .; Shinozaki, O. &Furutani, H., Compostos de óxido de Mn-Fe enxertados com CeO2 como materiais alternativos de armazenamento de oxigênio para catalisadores de três vias:testes de laboratório e de dinamômetro de chassi, Pesquisa Química Industrial e de Engenharia, American Chemical Society (ACS), 2017, 56, 3184-3193. DOI:10.1021 / acs.iecr.6b04468. Copyright 2017 American Chemical Society. Crédito:Professor Masato Machida
Os automóveis estão enfrentando regulamentos de emissões cada vez mais rígidos em um esforço para reduzir a quantidade de poluentes atmosféricos nocivos que são lançados no meio ambiente. No Japão, por exemplo, os padrões de emissões atuais para NO x e os hidrocarbonetos não metânicos são inferiores a 0,05 g / km. Atualmente, um método de redução de emissões nocivas é com alto desempenho, conversor catalítico de três vias (TWC). Este dispositivo reduz os óxidos de nitrogênio prejudiciais a nitrogênio e oxigênio, oxida o monóxido de carbono em dióxido de carbono, e oxida hidrocarbonetos não queimados em dióxido de carbono e água. Contudo, requer o uso do elemento de terras raras Cério (Ce), que está aumentando de preço e pode sofrer de problemas de abastecimento. Professor Masato Machida da Universidade Kumamoto, O Japão vem pesquisando maneiras de reduzir a quantidade de Ce usada nos conversores catalíticos e até mesmo encontrar um material alternativo para substituí-lo.
Em sua tentativa mais recente de reduzir a quantidade de Ce em seu catalisador experimental, O professor Machida e colaboradores do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada (AIST) do Japão enxertaram óxido de cério em MnFeO y (CEO 2 / MnFeO y ), e comparou seu novo catalisador com dois catalisadores de referência, CEO 2 / Fe 2 O 3 e CeO 2 / Mn 2 O 3 . Ao avaliar os perfis de liberação de oxigênio por meio da redução programada por temperatura de monóxido de carbono (CO-TPR), os pesquisadores descobriram que, embora CeO 2 / Mn 2 O 3 exibiu taxas de liberação de oxigênio maiores do que CeO 2 / MnFeO y entre ~ 350 a ~ 550 graus Celsius, o catalisador experimental começou a ser liberado na temperatura mais baixa possível. Isso forneceu evidências de que a liberação de oxigênio foi melhorada pela combinação de Fe 2 O 3 e Mn 2 O 3 , e enxertia CeO 2 à superfície.
A capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC) também melhorou com a adição de CeO 2 , que apóia a evidência de seu efeito de porta de oxigênio. Os pesquisadores acreditam que isso se deve a um aumento na eficiência quando os dois materiais de armazenamento de oxigênio são reunidos. Mais importante, Contudo, é a capacidade dos TWCs de amortecer variações na relação ar-combustível (A / F) durante exaustões com e sem combustível. Para este experimento, Pd / A 2 O 3 foi usado como referência contra o CeO 2 / MnFeO y catalisador experimental. O catalisador experimental foi encontrado para fornecer um efeito de tamponamento pronunciado, enquanto o catalisador de referência não tinha nenhum. Além disso, constatou-se que o efeito de buffer aumentava à medida que as variações na frequência A / F aumentavam. Isso foi considerado devido à alta taxa de liberação de oxigênio de CeO 2 nas fases iniciais do experimento.
Os pesquisadores então testaram seu novo catalisador em condições que mais se assemelhavam ao mundo real. Usando o modo JC08 (partida a quente) padrão japonês para motores a gasolina, eles desenvolveram dois (referência e experimentais) catalisadores de favo de mel de tamanho real e compararam seu desempenho usando um quatro cilindros, 1339 cc, motor a gasolina em um dinamômetro de chassi. O catalisador experimental foi uma razão de 1:2 em peso de 1% em peso de CeO carregado com Rh 2 / MnFeO y e 2,5% em peso de Pd / A 2 O 3 , e o catalisador de referência era uma mistura de 1% em peso de Rh / CeO 2 e Pd / A 2 O 3 . O catalisador experimental usou 30% menos CeO 2 do que a referência, reduzindo assim a necessidade do metal de terras raras.
Os testes dos conversores catalíticos de tamanho normal revelaram que a taxa de conversão de hidrocarbonetos totais (THC) para ambos os conversores é muito alta e relativamente consistente ao longo do teste de 20 minutos, e o catalisador de referência tem um desempenho geral ligeiramente melhor. Taxas de conversão para CO e NO x variam muito com a velocidade do motor, aceleração, e desaceleração para ambos os catalisadores, e as diferenças entre os dois catalisadores são muito pequenas. Apesar da redução de 30% no CeO 2 , o catalisador experimental teve um desempenho muito semelhante ao catalisador de referência.
"Nosso novo catalisador mostra uma grande promessa e esperamos poder encontrar uma maneira de aumentar o desempenho, particularmente em temperaturas mais baixas, "disse o professor Machida." CeO 2 -ZrO 2 funciona bem para armazenamento e liberação de oxigênio em altas taxas de reação, e atualmente estamos trabalhando na criação de um composto com ele e o MnFeO y reservatório de oxigênio. Esperamos ser capazes de melhorar o desempenho do catalisador e reduzir a quantidade de elementos de terras raras caros usados ao mesmo tempo. "
