Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han creado un nuevo catalizador de óxido de vanadio sustituido con tungsteno para descomponer los nocivos óxidos de nitrógeno en los gases de escape industriales. Su nuevo material catalizador funciona a temperaturas más bajas y no sufre caídas importantes en el rendimiento al procesar gases de escape 'húmedos'. resolviendo un gran inconveniente en los catalizadores de óxido de vanadio convencionales. Descubrieron que la dispersión no agregada de tungsteno atómico en la estructura cristalina original juega un papel clave en su funcionamiento.

La reducción catalítica selectiva (SCR) es una tecnología esencial para mantener limpio el aire. Los gases de escape industriales pasan a través de unidades catalíticas y reaccionan con un reductor para convertir los óxidos de nitrógeno nocivos en nitrógeno y agua. Los altos niveles de óxidos de nitrógeno no solo dañan los cultivos y la vegetación, pero puede dañar directamente a las personas, exacerbando el asma y otros problemas respiratorios. Esto hace que el ancho despliegue eficiente de la tecnología SCR particularmente importante para la sociedad.

Pero los catalizadores SCR convencionales tienen muchos problemas que afectan el rendimiento y la eficiencia. Para catalizadores de óxido de vanadio que utilizan amoniaco como reductor, un gran factor limitante es el rendimiento a diferentes temperaturas. Los catalizadores de óxido de vanadio convencionales funcionan mejor a 200 a 400 grados Celsius. En un sistema de caldera, esto significa que las unidades deben colocarse cerca de la cámara de combustión, haciéndolos más susceptibles a los daños causados ​​por las cenizas. En trabajos anteriores, un equipo dirigido por el profesor Toru Murayama de la Universidad Metropolitana de Tokio creó un nuevo catalizador de óxido de vanadio a granel que funciona de manera eficiente entre 100 y 150 grados Celsius. Sin embargo, las temperaturas más bajas llevaron a otro problema:el vapor de agua. A temperaturas más bajas, Los gases de escape industriales contienen típicamente entre un 10 y un 20% de vapor de agua por volumen. Dado que los catalizadores de óxido de vanadio sufren una severa caída en el rendimiento cuando el gas está húmedo, Se necesitaban más avances para aprovechar al máximo este nuevo material catalítico.

Ahora, el mismo equipo ha resuelto este problema creando un nuevo catalizador de óxido de vanadio a granel sustituido con tungsteno. Reemplazando parte del vanadio en la estructura cristalina del catalizador con tungsteno, descubrieron que ya no era susceptible a grandes caídas en el rendimiento. A 150 grados Celsius, mientras que el catalizador de óxido de vanadio a granel anterior del equipo sufrió una caída en la tasa de conversión del 82 al 47% cuando el gas estaba húmedo, el rendimiento del nuevo catalizador sustituido con tungsteno solo se redujo de> Conversión del 99% al 94%. Esto hace que el material sea ideal para procesar gases de escape industriales reales.

Sin embargo, más tungsteno no significa necesariamente un mejor rendimiento. El equipo descubrió que la dispersión atómica no agregada de la cantidad correcta de tungsteno era vital. Tanto el tungsteno como el vanadio deben trabajar juntos:en condiciones húmedas, el material sustituido con tungsteno hizo que haya más sitios disponibles para la producción de iones de amonio que luego podrían reaccionar con los óxidos de nitrógeno cerca de los iones de vanadio vecinos. El equipo espera que sus conocimientos sobre el mecanismo y el rendimiento superior de su catalizador en condiciones realistas conduzcan a nuevos productos SCR industriales y aire más limpio en un futuro no muy lejano.