Mecanismos de combustión de hollín. Catalizadores de K/CeO2

MARTÍN S. GROSS; CARLOS A. QUERINI

Tandil - Argentina

Congreso; XV Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química; 2007

La reacción de eliminación de hollín proveniente de gases de escape de motores diesel, es particularmente compleja. Involucra tres fases, dos de la cuales son sólidas (el catalizador y el hollín) y la tercera gaseosa (el O2 y productos de la reacción, CO2 principalmente). El hecho que el hollín sea sólido introduce una severa limitación en el contacto con el catalizador. Por este motivo, y para compensar el contacto pobre entre ambas fases sólidas en un sistema real, los catalizadores se diseñan conteniendo especies con alta movilidad, tales como sistemas que presenten eutécticos a la temperatura de reacción formando fases casi-líquidas o especies con alta movilidad superficial por encontrarse por encima de la temperatura Tamman. En nuestro grupo hemos propuesto la formación de compuestos tipo carbonato, con la participación del Potasio. El Óxido de Cerio aporta oxígeno activo que contribuye a la formación del Carbonato de Potasio, el cual descompone generando CO2 y K2O. Este mecanismo implica que la fase potasio debe presentar suficiente movilidad para alcanzar las partículas de hollín. Debido a esto durante la reacción se acoplan procesos difusivos superficiales con reacciones químicas, conduciendo a cinéticas complejas, que no podrían ser representadas por modelos cinéticos de ley de potencia como se encuentra en la literatura. En este trabajo se realizan estudios de oxidación a temperatura programada (TPO) de mezclas de hollín con catalizadores de K/CeO2. Se varían las sales precursoras con las que se sintetiza el catalizador, y las condiciones de los ensayos de TPO, utilizando diferentes rampas de calentamiento y diferentes temperaturas finales. Sería de esperar, en el caso de una cinética de ley de potencia como proponen otros autores, que una disminución en la rampa de calentamiento, desplace el espectro a menores temperaturas, y viceversa. Sin embargo los perfiles de TPO obtenidos con algunos catalizadores no muestran este comportamiento. Esto muestra como un pequeño cambio en la formulación del catalizador modifica la dinámica del sistema reaccionante, cambiando las velocidades relativas de los procesos involucrados. Cuando se aumentó la temperatura hasta niveles intermedios, y luego se mantuvo constante, se obtuvieron resultados sorprendentes con algunos catalizadores. Pudo observarse que luego de alcanzar la temperatura final, la velocidad de quemado presenta un inusual comportamiento, aumentando con el tiempo. Esto indicaría que están ocurriendo procesos de migración superficial.  Si bien el fenómeno no tiene aún una explicación clara, esta línea de investigación puede aportar evidencias importantes tendientes a dilucidar el rol de diferentes especies en el mecanismo de oxidación de hollín.