Новые катализаторы удаляют оксиды азота при меньших температурах

Ученые из Токийского столичного университета разработали низкотемпературный катализатор для удаления оксидов азота из промышленных выбросов с помощью аммиака. Материал эффективно работает в условиях до 150°С.

Продукт основан на объемном, «дефектном» оксиде ванадия, вместо соединения с поддержкой оксидом титана, как в коммерческих катализаторах, сообщает eurekalert.org. Команда продемонстрировала четкое улучшение производительности и определила реакционный механизм, отвечающий за него.

Оксиды азота (NO и NO2) – распространенные атмосферные загрязнители, производимые при сжигании угля и природного газа. Это – основная причина фотохимического смога и кислотных дождей. Удаление оксидов из выхлопных газов автомобилей, других объектов – важная задача. Очистка производится с помощью аммиака. Благодаря избирательному каталитическому восстановлению, он разлагает вещества на воду и азот.

Лучшими стимуляторами реакции считаются оксиды ванадия на двуокиси титана. Но для катализа им требуется 200-400°С. Приходится размещать очистные установки возле котлов электростанций, где они могут пострадать от золы и накопления сульфатов аммиака. Проблема решается перемещением блоков за электростатические осадочные аппараты и системы обессеривания. Но это требует повышения каталитической активности при меньших температурах, падающих здесь ниже 100°С.

Команда специалистов из Токийского столичного института, возглавляемая Юсуке Иноматой и Тору Мураямой, разработала подходящий продукт на основе объемных оксидов ванадия. Ученые создали «дефектный» материал. Они объединили ванадий с VO2, нагрев сырье до 270°С. Материал демонстрировал высокую каталитическую активность при температуре ниже 100°С. В этих условиях скорость превращения NOx в безвредный азот в 10 раз превышала показатели стандартных продуктов на основе двуокиси титана.

Ученые объяснили улучшение четырехвалентного ванадия, создающего «кислоту Льюиса». Ее участки, принимающие электроны, способствуют реакции оксида азота с аммиаком.

Помимо использования в промышленных катализаторах, авторы надеются, что обнаруженный механизм послужит модельной системой для дальнейших исследований.

Выводы проекта представлены в ACS Catalysis.