Un catalizador desarrollado recientemente en Japón, CeO2 / MnFeOy, tiene tanto una liberación rápida como una gran capacidad de almacenamiento de oxígeno. Su alto rendimiento en la tasa de conversión de NOx, CO, y el total de hidrocarburos a materiales menos dañinos era comparable a un catalizador de referencia a pesar de usar un 30 por ciento menos del elemento de tierras raras, Ce. Adaptado con permiso de Machida, METRO.; Ueno, METRO.; Omura, T .; Kurusu, S.; Hinokuma, S.; Nanba, T .; Shinozaki, O. y Furutani, H., Compuestos de óxido de Mn-Fe injertados con CeO2 como materiales alternativos de almacenamiento de oxígeno para catalizadores de tres vías:pruebas de laboratorio y dinamómetro de chasis, Investigación en Química Industrial e Ingeniería, Sociedad Química Estadounidense (ACS), 2017, 56, 3184-3193. DOI:10.1021 / acs.iecr.6b04468. Copyright 2017 Sociedad Química Estadounidense. Crédito:Profesor Masato Machida
Los automóviles se enfrentan a regulaciones de emisiones cada vez más estrictas en un esfuerzo por reducir la cantidad de contaminantes atmosféricos nocivos que se liberan al medio ambiente. En Japón, por ejemplo, los estándares de emisiones actuales de NO X y los hidrocarburos distintos del metano son inferiores a 0,05 g / km. En la actualidad, Un método para reducir las emisiones nocivas es con un alto rendimiento, convertidor catalítico de tres vías (TWC). Este dispositivo reduce los óxidos de nitrógeno nocivos a nitrógeno y oxígeno, oxida el monóxido de carbono a dióxido de carbono, y oxida los hidrocarburos no quemados a dióxido de carbono y agua. Sin embargo, Requiere el uso del elemento de tierras raras Cerio (Ce), que está aumentando de precio y puede sufrir problemas de suministro. Profesor Masato Machida de la Universidad de Kumamoto, Japón ha estado investigando formas de reducir la cantidad de Ce que se utiliza en los convertidores catalíticos e incluso ha encontrado un material alternativo para reemplazarlo.
En su intento más reciente de reducir la cantidad de Ce en su catalizador experimental, El profesor Machida y colaboradores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industriales Avanzadas (AIST) de Japón injertaron óxido de cerio en MnFeO y (CEO 2 / MnFeO y ), y comparó su nuevo catalizador con dos catalizadores de referencia, CEO 2 / Fe 2 O 3 y ceO 2 /Minnesota 2 O 3 . Al evaluar los perfiles de liberación de oxígeno a través de la reducción programada por temperatura de monóxido de carbono (CO-TPR), los investigadores encontraron que a pesar de que CeO 2 /Minnesota 2 O 3 exhibió tasas de liberación de oxígeno mayores que CeO 2 / MnFeO y entre ~ 350 a ~ 550 grados Celsius, el catalizador experimental comenzó a liberarse a la temperatura más baja posible. Esto proporcionó evidencia de que la liberación de oxígeno se mejoró combinando Fe 2 O 3 y Mn 2 O 3 , e injerto CeO 2 a la superficie.
También se encontró que la capacidad de almacenamiento de oxígeno (OSC) mejora con la adición de CeO 2 , lo que respalda la evidencia de su efecto de puerta de enlace de oxígeno. Los investigadores creen que esto se debió a un aumento en la eficiencia cuando se unen los dos materiales de almacenamiento de oxígeno. Más importante, sin embargo, es la capacidad de los TWC para amortiguar las variaciones en la relación aire-combustible (A / F) durante escapes ricos y pobres en combustible. Para este experimento, Pd / A 2 O 3 se utilizó como referencia contra el CeO 2 / MnFeO y catalizador experimental. Se encontró que el catalizador experimental proporciona un efecto tamponador pronunciado, mientras que el catalizador de referencia no tenía ninguno. Es más, Se encontró que el efecto amortiguador aumentaba a medida que aumentaban las variaciones en la frecuencia A / F. Esto se consideró debido a la alta tasa de liberación de oxígeno de CeO 2 en las primeras etapas del experimento.
Luego, los investigadores pusieron a prueba su nuevo catalizador en condiciones que se parecían más al mundo real. Usando el modo estándar japonés JC08 (arranque en caliente) para motores de gasolina, desarrollaron dos catalizadores de nido de abeja (de referencia y experimentales) de tamaño real y compararon su rendimiento con un cuatro cilindros, 1339 cc, motor de gasolina en un dinamómetro de chasis. El catalizador experimental tenía una relación en peso de 1:2 de CeO cargado con Rh al 1% en peso. 2 / MnFeO y y 2,5% en peso de Pd / A 2 O 3 , y el catalizador de referencia era una mezcla de 1% en peso de Rh / CeO 2 y Pd / A 2 O 3 . El catalizador experimental utilizó un 30% menos de CeO 2 que la referencia, reduciendo así la necesidad del metal de tierras raras.
Las pruebas de los convertidores catalíticos de tamaño completo revelaron que la tasa de conversión de hidrocarburos totales (THC) para ambos convertidores es muy alta y relativamente constante durante la prueba de 20 minutos. y el catalizador de referencia se comporta ligeramente mejor en general. Tasas de conversión para CO y NO X varían mucho con la velocidad del motor, aceleración, y desaceleración para ambos catalizadores, y las diferencias entre los dos catalizadores son muy pequeñas. A pesar de la reducción del 30% en CeO 2 , el catalizador experimental se comportó de manera muy similar al catalizador de referencia.
"Nuestro nuevo catalizador es muy prometedor y esperamos poder encontrar una manera de aumentar el rendimiento, particularmente a temperaturas más bajas, "dijo el profesor Machida." CeO 2 -ZrO 2 funciona bien para el almacenamiento y liberación de oxígeno a altas velocidades de reacción, y actualmente estamos trabajando en la creación de un compuesto con él y el MnFeO y reservorio de oxigeno. Esperamos poder mejorar el rendimiento del catalizador y reducir la cantidad de elementos costosos de tierras raras que se utilizan al mismo tiempo ".
