Taxa de conversão de óxidos de nitrogênio em diferentes temperaturas para o convencional, Catalisadores óxido V (V) e óxido V (IV) + V (V) "defeituosos". A mistura de óxidos V (V) e V (IV) mostrou uma melhora de 10 vezes na faixa de 100 - 150 graus Celsius. Crédito:Tokyo Metropolitan University
Cientistas da Tokyo Metropolitan University desenvolveram um catalisador de baixa temperatura para remover o gás NOx do escapamento industrial usando amônia. Composto de óxido de vanádio "defeituoso" em massa em vez de óxidos de vanádio suportados em óxido de titânio como em catalisadores comerciais, o catalisador funciona em temperaturas mais baixas ( <150 graus Celsius) com eficiência muito maior. A equipe demonstrou uma clara melhora no desempenho, e identificou os mecanismos de reação responsáveis pela diferença.
Monóxido de nitrogênio (NO) e dióxido de nitrogênio (NO 2 ), ou óxidos de nitrogênio (NO x ), são poluentes atmosféricos comuns criados pela queima de combustíveis fósseis, carvão e gás natural. Eles são uma das principais causas da poluição fotoquímica e da chuva ácida, o que torna sua remoção das emissões do veículo e da fábrica extremamente importante. Uma tecnologia chave para a remoção de óxidos de nitrogênio é sua reação com amônia via redução catalítica seletiva (SCR), onde o NOx se torna inofensivo pela redução em nitrogênio e água. Em particular, óxidos de vanádio suportados em titânia são conhecidos por terem excelente seletividade para conversão em nitrogênio, e foram aplicados com sucesso em caldeiras estacionárias.
Contudo, um gargalo significativo para catalisadores suportados é a alta temperatura necessária para a atividade catalítica, frequentemente 200 a 400 graus Celsius. Isso geralmente resulta em unidades sendo colocadas perto de, por exemplo, a caldeira em usinas de energia, onde eles podem ser facilmente danificados não apenas fisicamente por cinzas, mas pelo acúmulo de sulfatos de amônio. Esses fatores de desativação podem ser evitados se a unidade for colocada a jusante após um precipitador eletrostático para remoção de poeira e um sistema de dessulfatação para remover depósitos de sulfato. Contudo, esta abordagem requer alta atividade catalítica em temperaturas mais baixas, já que a temperatura do gás de exaustão geralmente caiu para cerca de 100 graus Celsius neste ponto. É necessário um catalisador que funcione em temperaturas mais baixas.
Agora, uma equipe liderada por Yusuke Inomata e Toru Murayama da Tokyo Metropolitan University desenvolveu um catalisador baseado em óxidos de vanádio a granel. Óxido de vanádio (V) (V 2 O 5 ) é um estado comum de óxido de vanádio; a equipe, no entanto, sintetizou com sucesso uma mistura de óxidos de vanádio (V) e vanádio (IV), ou óxido de vanádio "defeituoso", aquecendo um precursor a 270 graus Celsius. Eles descobriram que esse catalisador "defeituoso" tinha excelente atividade catalítica em temperaturas abaixo de 100 graus Celsius; nesta temperatura, a velocidade na qual o NOx é convertido em nitrogênio inofensivo foi 10 vezes mais rápida do que os catalisadores convencionais de óxido de vanádio com suporte de titânia, mostrando um desempenho excepcional onde os catalisadores convencionais são insuficientes. A melhora foi atribuída à presença de V (IV), que cria locais de "ácido de Lewis" (aceitadores de elétrons), promovendo a reação de óxido de nitrogênio com amônia para se tornar nitrogênio.
Além da aplicação prática para catálise industrial, a equipe espera que os mecanismos que eles descobriram sirvam como um sistema modelo para estudos científicos futuros.
