Efecto del potasio en la estabilidad térmica y reactividad de especies NOx adsorbidas sobre catalizadores Pt,Rh/La2O3

SANCHEZ, B.S.; QUERINI, C.A.; MIRÓ, E.E.

Mar del Plata

Congreso; VI Congreso Argentino De Ingeniería Química; 2010

AAIQ

Los principales contaminantes emitidos por los motores diesel son el hollín y los óxidos de nitrógeno (NOx). Con respecto a la eliminación de estos últimos en gases de escape que contienen exceso de oxígeno, tal como ocurre en este tipo de motores, la tecnología a la que se le está poniendo más énfasis en el estudio consiste en sistemas capaces de adsorber y luego liberar y reducir los NOx (trampas). Los adsorbedores, que se incorporan en el recubrimiento catalítico, enlazan químicamente a los NOx durante la operación normal del motor, en condiciones ricas en oxígeno. Una vez que la capacidad adsorbedora es saturada, el sistema es regenerado durante un corto período de operación en condiciones reductoras, y los NOx liberados son catalíticamente reducidos. Los catalizadores soportados en La2O3 que contienen metales nobles (Pt, Rh) han demostrado ser efectivos en la adsorción y posterior desorción de NOx. Debido a que el propósito final es la utilización de estos materiales para la eliminación simultánea de hollín y NOx, se incluye además al potasio en la formulación catalítica, dada su alta actividad para la combustión del material carbonoso. El objetivo que se plantea en este trabajo es el de investigar el efecto del agregado de potasio a catalizadores conteniendo metales nobles (Pt y Rh), soportados en óxido de lantano, con relación a su desempeño como trampas de NOx. Se prepararon catalizadores conteniendo Pt y/o Rh, MN/La2O3, y a estas mismas formulaciones se les agregó potasio, usando KOH como precursor, en una segunda etapa de impregnación, MNK/La2O3. Dichos materiales fueron evaluados en experiencias gravimétricas de adsorción-desorción de NOx. Los resultados obtenidos permitieron determinar que el potasio modifica el comportamiento de los catalizadores MN/La2O3 en relación a su capacidad de descomponer las especies NOx previamente entrampadas. Este efecto es mucho más notorio en el caso del catalizador con Pt. Por esta razón, cuando los metales nobles están combinados con potasio, el catalizador de Rh es mucho más efectivo para la descomposición de las especies nitrato adsorbidas. Los catalizadores fueron caracterizados mediante las técnicas de reducción a temperatura programada (TPR) y espectroscopia infrarroja (FTIR). Los perfiles de reducción obtenidos reflejan un alto nivel de interacción entre los metales nobles y el potasio, siendo éste de mayor importancia para los catalizadores con Pt, en coincidencia con los resultados obtenidos en los experimentos gravimétricos. En los espectros de FTIR se observan las principales fases presentes en estas muestras, las cuales corresponden al soporte óxido de lantano. De acuerdo a estos resultados, un alto contenido de la fase La(OH)3 está relacionado con una mayor capacidad de adsorción de NOx en estos catalizadores. Los catalizadores fueron pretratados en corriente de NO+O2, de manera de obtener muestras saturadas de estas especies. Posteriormente, se estudió la reducción de los NOx adsorbidos sobre estos catalizadores, tratando térmicamente a las muestras en corriente de H2, y determinando las especies liberadas en función de la temperatura, mediante la técnica de espectroscopia de masas. La reducción ocurre a mayor temperatura con el K/La2O3, comparado con los catalizadores que contienen Pt o Rh. Con el primero, sin embargo, se logra una completa selectividad a N2. Para los catalizadores que contienen metales nobles, se detectó la liberación de NO y N2O a temperaturas menores a la que se observa el pico principal de N2. Probablemente, a estas bajas temperaturas se produzca un desbalance entre las velocidades de descomposición de los NOx y la de reducción, que conduce a que una parte de las especies liberadas no puedan ser reducidas. A mayor temperatura, la velocidad de reducción es lo suficientemente alta como para transformar casi completamente los NOx a N2. El catalizador PtK/La2O3 mostró una mayor actividad para la reducción de los NOx que el catalizador con Rh, a pesar de que el último había resultado más eficiente en la descomposición de los nitratos en atmósfera inerte.