Приоритет в экологическом катализе в 90-х годах отдан получению и модификации полиметаллических композиций для удаления из промышленных и транспортных газовых выбросов NOx и летучих органических соединений. Следует отметить, что особое значение приобретает очистка дизельных выбросов. Создаваемые катализаторы должны обеспечивать не только удаление конкретных экологически вредных компонентов из газового потока, но и превращение их в экологически чистые соединения: О2, N2, водяной пар и СО2. В то же время необходимо, чтобы они были химически стабильными в реальных рабочих условиях, устойчивыми по отношению к каталитическим ядам и не представляли потенциальный опасности для окружающей среды. Существует два каталитических способа удаления NOx из газовых выбросов: разложение на О2 и N2 и селективное восстановление. Большинство разработок каталитических систем для селективного восстановления оксидов азота базируется на использовании благородных металлов и оксидов неблагородных металлов. Однако при использовании уже известных катализаторов процесса восстановления возникает несколько проблем. Практический интерес для процессов технического и экологического катализа представляют соединения АВО3 со структурой перовскита типа СаТiO3.
Восстановление оксида азота(II) проводили на установке проточного типа при объемной скорости 2000ч-1. Объем катализатора составлял 1,5 см 3. Исходная газовая смесь имела состав (об%): NO - 0.16, NH3 - 11, О2 - 12.6, N2 - 75.24. Продукты реакции анализировали газохроматографическим методом. Процесс восстановления оксида азота (II) на перовскитах осуществлялся по реакции:4NO + 4NH3 + O2 = 4N2 + 6H2O
Таблица 1. Конверсия α NOx на перовскитах ряда LnAlO3 (Ln - La, Pr, Nd, Sm)
|
Катализатор |
Значение α, % при температуре 4500 С |
|
LaAlO3 PrAlO3 NdAlO3 SmAlO3 |
37 41 45 52 |
Анализ данных, представленных в таблице 1 показал, что на каталитическую активность перовскитов значительное влияние оказывает варьирование металла из семейства лантаноидов. Из исследованных перовскитов ряда LnAlO3 (где Ln - La, Pr, Nd, Sm) наибольшей активностью обладал SmAlO3. Установлено, что активным центром, который определяет каталитическую активность перовскита и его термостабильность, является не только ион переходного металла. Перовскиты - нестехиометрические соединения с различным содержанием кислорода, поэтому такими дополнительными центрами могут быть вакансии по кислороду, образующиеся в результате искажения идеальной кубической структуры типа СаТiO3. Например, в перовскитах с лантаноидами в позиции катиона А искажения уменьшаются от гадолиния до лантана в любом ряду с постоянным радиусом иона переходного металла.
Полученные результаты исследования делают актуальной возможность использования перовскитов в качестве катализаторов процесса селективного восстановления оксида азота.