ارزیابی کاتالیستی پروسکیت LaCu0.3Mn0.7O3 با پایه سریا در کاهش NO در اگزوز خودرو
محورهای موضوعی : مهندسی شیمی
پرستو دلیر خیرالهی نژاد
1
,
علیقلی نیائی
2
,
علی فرضی
3
,
برنارد کلوتزر
4
,
سیمون پنر
5
1 - دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 - استاد دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.
3 - دانشیار دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
4 - استاد دانشکده شیمی فیزیک، دانشگاه اینسبروک، اینسبروک، اتریش
5 - استاد دانشکده شیمی فیزیک، دانشگاه اینسبروک، اینسبروک، اتریش
کلید واژه: کاهش NOx, سریا, دمای شروع واکنش, کاتالیست های پروسکیتی,
چکیده مقاله :
کاتالیست های پروسکیتی پایه دارLaCu0.3Mn0.7O3-xCeO2 (x=wt.%) با روش سل-ژل تهیه شدند. مقدارهای متفاوتی از سریا در تهیه کاتالیست ها برای بررسی اثر CeO2 در رفتار کاتالیستی نمونه مربوط، استفاده شد. برای مقایسه، پروسکیت بدون سریا (LCM37) و سریا خالص در شرایطی مشابه با تهیه سایر کاتالیست ها سنتز و کلسینه شدند. ویژگی کاتالیست های تهیه شده با پراش پرتو ایکس، تعیین مساحت سطح (BET)، میکروسکوپ الکترونی روبشی و عملکرد کاتالیستی نمونه ها در واکنش کاهش NO با CO (به عنوان کاهنده) بررسی شد. اثر هم افزایی پروسکیت و سریا در کاتالیست منجر به انتقال دمای شروع واکنش کاهش کاتالیستی از حدود °C 150 به دماهای پایین تر شد. با توجه به آزمون های مشخصه یابی، با داشتن LCM37 و پایه در توده کاتالیست، عناصر با پراکندگی یکنواختی توزیع شده بودند. ریخت شناسی، پراکندگی و اندازه ذره های همگنی را نشان داد. از سوی دیگر، با تغییر درصد سریا، تغییری در عملکرد کاتالیستی، هرچند جزئی، رخ داد که عملکرد بهتر، مربوط به کاتالیست حاوی 25 درصد وزنی سریا بود.
Supported perovskite LaCu0.3Mn0.7O3-xCeO2 (x= wt.%) catalysts were prepared via sol-gel method. Different amount of ceria were used for preparation of the catalysts in order to investigate the effect of CeO2 in the catalytic behavior of the corresponding catalyst. With the aim of comparison, the perovskite without ceria and pure ceria were also synthesized and calcined exactly at the same condition applied for preparation of the other catalysts. The prepared catalysts were characterized by using X-ray powder diffraction, surface area analysis) BET(, and scanning electron microscopy. Catalytic performance of the samples was investigated in NO reduction with CO as reductant. The synergistic effect of both perovskite and ceria in the catalyst led to catalytically decreased on-set temperature to about 150 °C. According to the characterization analysis, with having LCM37 and ceria in the bulk of the catalysts, the dispersion of the elements was homogenous. Surface morphology was homogenous with respect to dispersion and size of the particles. On the other hand, the catalytic performance varies slightly according to changing the percentage of ceria which has been used. The better performance was observed for the catalyst containing 25 wt.% of ceria.
[1] Alasfour, F.N.; Appl Thermal Eng. 18, 245-256, 1998.
[2] Forzatti, P.; Appl. Catal. A: Gen. 222, 221-236, 2001.
[3] Li, J.; Wang, S.; Zhou, L.; Luo, G.H.; Wie, F.; J. Chem. Eng. 255, 126–133, 2014.
[4] Sher, E.; “Handbook of air pollution from internal combustion engines: pollutant formation and control”, Academic Press, 60-65, 1998.
[5] Desonie, D.; "Atmosphere: Air Pollution and Its Effects”, Chelsea House Publisher, U.S., 2007.
[6] Valdés, S .; Marbán, G.; Fuertes, A.B.; Appl. Catal. B: Environ. 46, 261-271, 2003.
[7] Vogt, E.T.C.; Van Dillen, A.J.; Geus, J.W.; Janssen, F.J.J.G.; Catal. Today. 2, 569-579, 1988.
[8] Pârvulescu, V.I.; Grange, P.; Delmon, B.; Catal. Today. 46, 233-316, 1998.
[9] Kowalczyk, A.; Święs, A., Gil, B.; Rutkowska, M., Piwowarska, Z., Borcuch, A.; Michalik, M.; Chmielarz, L.; Appl. Catal. 237, 927-937, 2018.
[10] Xin, Y.; Zhang, N.; Li, Q.; Zhang, Z., Cao, X.; Zheng, L.; Zeng, Y.; Anderson, J.A.; Appl. Catal. B: Environ. 229, 81-87, 2018.
[11] Mladenović, M.; Paprika, M.; Marinković, A.; Renew. Sust. Energ. Rev. 82, 3350-3364, 2018.
[12] Nova, I.; Tronconi, E.; IFAC Proceedings Volumes, 42, 183-190, 2009.
[13] Ma, Z.; Wu, X.; Feng, Y.; Si, Z.; Weng D.; Shi L.; Prog. Nat. Sci. 25, 342-352, 2015.
[14] Sreekanth, P.M.; Smirniotis, P.G.; Catal. Letters 122, 37-42, 2008.
[15] Wang, J.; Shen M., Wang J.; Cui, M.; Gao, J.; Ma, J.; Liu, S.; J. Environ. Sci. 24, 757-764, 2012.
[16] Ertl, H.K.G.; Weitkamp, J.; "Preparation of Solid Catalysts", John Wiley & Sons, Verlag GmbH, 2008.
[17] Thirupathi, B.; Smirniotis, P.G.; Appl. Catal. B: Environ. 110, 195-206, 2011.
[18] Feng, S.; Pan, D.; Wang, Z.; Adv. Powder Technol. 22, 678-681, 2011.
[19] Imamura, S.; Shono, M.; Okamoto, N.; Hamada, A.; Ishida, S.; Appl. Catal. A Gen. 142, 279-288, 1996.
[20] Machida, M.; Uto, M., Kurogi, D.; Kijima, T.; Mater, J. Chem. 12, 3158-3164, 2000.
[21] Zhou, G.; Shah, P.R.; Gorte, R.J.; Catal. Letters 120, 191-197, 2008.
[22] Belessi, V.C.; Costa, C.N.; Bakas, T.V.; Anastasiadou, T.; Pomonis, P.J.; Efstathiou, A.M.; Catal. Today 59, 347-363, 2000.
[23] He, H.; Liu, M.; Dai, H.; Qiu, W.; Zi, X.; Catal. Today 126, 290-295, 2007.
[24] Leontiou, A.A.; Ladavos, A.K.; Pomonis, P.J.; Appl. Catal. A: Gen. 241, 133-141, 2003.
[25] Leontiou, A.A.; Ladavos, A.K.; Armatas, G.S.; Trikalitis, P.N.; Pomonis, P.J.; Appl. Catal. A: Gen. 263, 227-239, 2004.
[26] Wu, X.; Xu, L.; Weng, D.; Catal. Today 90, 199-206, 2004.
[27] Buciuman, F.-C.; Joubert, E.; Menezo, J.-C.; Barbier, J.; Appl. Catal. B: Environ. 35, 149-156, 2001.
[28] Yao, X.; Gao, F.; Yu, Q.; Qi, L.; Tang, C.; Dong, L.; Chen, Y.; Catal. Sci. Technol. 3, 1355-1366, 2013.
[29] Lopes, D.; Zotin, F.; Palacio, L.A.; Appl. Catal. B: Environ. 237, 327-338, 2018.
[30] Forni, L.; Oliva, C.; Barzetti, T.; Selli, E.; Ezerets, A.M.; Vishniakov, A.V.; Appl. Catal. B: Environ. 13, 35-43, 1997.
[31] Forni, L.; Oliva, C.; Vatti, F.P.; Kandala, M.A.; Ezerets, A.M.; Vishniakov, A.V.; Appl. Catal. B: Environ. 7, 269-284, 1996.
[32] Zhu, J.; Zhao, Xiao, Z.; D., Li, J.; Yang, X.; Wu, Y.; J. Mol. Catal. A. Chem. 238, 35-40, 2005.
[33] Mousavi, S.M.; Niaei, A.; Illán Gómez, M.J.; Salari, D.; Nakhostin Panahi, P.; Abaladejo-Fuentes, V.; Mater. Chem. Phys. 143, 921-928, 2014.
[34] Liu, Q.; Fu, Z.; Ma, L.; Niu, H.; Liu, C.; Li, J.; Zhang, Z.; Appl. Catal. A: Gen. 547, 146-154, 2017.
[35] Ko, J.H.; Park, S.H.; Jeon, J.K.; Kim, S.S.; Kim, S.C.; Kim, J.M.; Chang, D.; Park, Y.K.; Catal. Today 185, 290-295, 2012.
[36] Zhang, T.; Qiu, F.; Chang, H.; Peng, Y.; Li, J., Catal. Commun. 100, 117-120, 2017.
[37] Chang, H.; Li, J.; Chen, X.; Ma, L.; Yang, S.; Schwank, J.W.; Hao, J.; Catal. Commun. 27, 54-57, 2012.
[38] Valdez Lancinha Pereira, M.: Nicolle, A.; Berthout, D.; Catal. Today 258, 424-431, 2015.
[39] Peña, M.A.; Fierro, J.L.G.; Chem. Rev. 101, 1981-2018, 2001.
[40] Garbujo, A.; Pacella, M.; Natile, M.M.; Guiotto, M.; Fabro, J.; Canu, P.; Glisenti, A.; Appl. Catal A: Gen. 544, 94-107, 2017.
[41] Keav, S.; Matam, S.K.; Ferri D.; Weidenkaff A.; J. Catal. 4, 226-255, 2014.
[42] Zhu, X.; Li, K.; Neal, L.; Li, F.; ACS Catal. 8, 8213-8236, 2018.
[43] González-Velasco, J.R.; Gutiérrez-Ortiz, M.A.; Marc, J.L.; Botas, J.A.; González-Marcos, M.P.; Blanchard, G.; Appl. Catal. B: Environ. 25, 19-29, 2000.
[44] Royer, S.; Duprez, D.; Can, F.; Courtois, X.; Batiot-Dupeyrat, C.; Laassiri, S.; Alamdari, H.; Chem. Rev. 114, 10292-10368, 2014.
[45] Glisenti, A.; Pacella, M.; Guiotto, M.; Natile, M.M.; Canu, P.; Appl. Catal. B: Environ. 180, 94-105, 2016.
[46] Izadkhah, B.; Niaei, A.; Salari, D.; Hosseinpoor, S.; Hosseini, S.A.; Tarjomannejad, A.; Korean J. Chem. Eng. 33(4), 1192-1199, 2016.
[47] Deganello, F.; Marcì, G.; Deganello, G.; J. Eur. Ceram. Soc. 29, 439-450, 2009.
[48] Grünbacher, M.; Tarjomannejad, A.; Delir Kheyrollahi Nezhad, P.; Praty, C.; Ploner, K.; Mohammadi, A.; Niaei, A.; Klötzer, B.; Schwarz, S.; Bernardi, J.; Farzi, A.; Gómez, M.J.I.; Rivero, V.T.; Penner, S.; J. Catal. 379, 18-32, 2019.
[49] Kang, S.B.; Han, S.J.; Nam, S.B.; Nam, I.-S.; Cho, B.K.; Kim, C.H.; Oh, S.H.; Chem. Eng. J. 207-208, 117-121, 2012.
[50] Kang, S.B.; Han, S.J.; Nam, S.B.; Nam, I.-S. Cho, B.K.; Kim, C.H.; Oh, S.H.; Chem. Eng. J. 241, 273-287, 2014.
[51] Wu, Y.; Li, G.; Chu, B.; Dong, L.; Tong, Z.; He, H.; Zhang, L.; Fan, M.; Li, B.; Dong, L.; Ind. Eng. Chem. Res. 57, 15670−15682, 2018.
_||_[1] Alasfour, F.N.; Appl Thermal Eng. 18, 245-256, 1998.
[2] Forzatti, P.; Appl. Catal. A: Gen. 222, 221-236, 2001.
[3] Li, J.; Wang, S.; Zhou, L.; Luo, G.H.; Wie, F.; J. Chem. Eng. 255, 126–133, 2014.
[4] Sher, E.; “Handbook of air pollution from internal combustion engines: pollutant formation and control”, Academic Press, 60-65, 1998.
[5] Desonie, D.; "Atmosphere: Air Pollution and Its Effects”, Chelsea House Publisher, U.S., 2007.
[6] Valdés, S .; Marbán, G.; Fuertes, A.B.; Appl. Catal. B: Environ. 46, 261-271, 2003.
[7] Vogt, E.T.C.; Van Dillen, A.J.; Geus, J.W.; Janssen, F.J.J.G.; Catal. Today. 2, 569-579, 1988.
[8] Pârvulescu, V.I.; Grange, P.; Delmon, B.; Catal. Today. 46, 233-316, 1998.
[9] Kowalczyk, A.; Święs, A., Gil, B.; Rutkowska, M., Piwowarska, Z., Borcuch, A.; Michalik, M.; Chmielarz, L.; Appl. Catal. 237, 927-937, 2018.
[10] Xin, Y.; Zhang, N.; Li, Q.; Zhang, Z., Cao, X.; Zheng, L.; Zeng, Y.; Anderson, J.A.; Appl. Catal. B: Environ. 229, 81-87, 2018.
[11] Mladenović, M.; Paprika, M.; Marinković, A.; Renew. Sust. Energ. Rev. 82, 3350-3364, 2018.
[12] Nova, I.; Tronconi, E.; IFAC Proceedings Volumes, 42, 183-190, 2009.
[13] Ma, Z.; Wu, X.; Feng, Y.; Si, Z.; Weng D.; Shi L.; Prog. Nat. Sci. 25, 342-352, 2015.
[14] Sreekanth, P.M.; Smirniotis, P.G.; Catal. Letters 122, 37-42, 2008.
[15] Wang, J.; Shen M., Wang J.; Cui, M.; Gao, J.; Ma, J.; Liu, S.; J. Environ. Sci. 24, 757-764, 2012.
[16] Ertl, H.K.G.; Weitkamp, J.; "Preparation of Solid Catalysts", John Wiley & Sons, Verlag GmbH, 2008.
[17] Thirupathi, B.; Smirniotis, P.G.; Appl. Catal. B: Environ. 110, 195-206, 2011.
[18] Feng, S.; Pan, D.; Wang, Z.; Adv. Powder Technol. 22, 678-681, 2011.
[19] Imamura, S.; Shono, M.; Okamoto, N.; Hamada, A.; Ishida, S.; Appl. Catal. A Gen. 142, 279-288, 1996.
[20] Machida, M.; Uto, M., Kurogi, D.; Kijima, T.; Mater, J. Chem. 12, 3158-3164, 2000.
[21] Zhou, G.; Shah, P.R.; Gorte, R.J.; Catal. Letters 120, 191-197, 2008.
[22] Belessi, V.C.; Costa, C.N.; Bakas, T.V.; Anastasiadou, T.; Pomonis, P.J.; Efstathiou, A.M.; Catal. Today 59, 347-363, 2000.
[23] He, H.; Liu, M.; Dai, H.; Qiu, W.; Zi, X.; Catal. Today 126, 290-295, 2007.
[24] Leontiou, A.A.; Ladavos, A.K.; Pomonis, P.J.; Appl. Catal. A: Gen. 241, 133-141, 2003.
[25] Leontiou, A.A.; Ladavos, A.K.; Armatas, G.S.; Trikalitis, P.N.; Pomonis, P.J.; Appl. Catal. A: Gen. 263, 227-239, 2004.
[26] Wu, X.; Xu, L.; Weng, D.; Catal. Today 90, 199-206, 2004.
[27] Buciuman, F.-C.; Joubert, E.; Menezo, J.-C.; Barbier, J.; Appl. Catal. B: Environ. 35, 149-156, 2001.
[28] Yao, X.; Gao, F.; Yu, Q.; Qi, L.; Tang, C.; Dong, L.; Chen, Y.; Catal. Sci. Technol. 3, 1355-1366, 2013.
[29] Lopes, D.; Zotin, F.; Palacio, L.A.; Appl. Catal. B: Environ. 237, 327-338, 2018.
[30] Forni, L.; Oliva, C.; Barzetti, T.; Selli, E.; Ezerets, A.M.; Vishniakov, A.V.; Appl. Catal. B: Environ. 13, 35-43, 1997.
[31] Forni, L.; Oliva, C.; Vatti, F.P.; Kandala, M.A.; Ezerets, A.M.; Vishniakov, A.V.; Appl. Catal. B: Environ. 7, 269-284, 1996.
[32] Zhu, J.; Zhao, Xiao, Z.; D., Li, J.; Yang, X.; Wu, Y.; J. Mol. Catal. A. Chem. 238, 35-40, 2005.
[33] Mousavi, S.M.; Niaei, A.; Illán Gómez, M.J.; Salari, D.; Nakhostin Panahi, P.; Abaladejo-Fuentes, V.; Mater. Chem. Phys. 143, 921-928, 2014.
[34] Liu, Q.; Fu, Z.; Ma, L.; Niu, H.; Liu, C.; Li, J.; Zhang, Z.; Appl. Catal. A: Gen. 547, 146-154, 2017.
[35] Ko, J.H.; Park, S.H.; Jeon, J.K.; Kim, S.S.; Kim, S.C.; Kim, J.M.; Chang, D.; Park, Y.K.; Catal. Today 185, 290-295, 2012.
[36] Zhang, T.; Qiu, F.; Chang, H.; Peng, Y.; Li, J., Catal. Commun. 100, 117-120, 2017.
[37] Chang, H.; Li, J.; Chen, X.; Ma, L.; Yang, S.; Schwank, J.W.; Hao, J.; Catal. Commun. 27, 54-57, 2012.
[38] Valdez Lancinha Pereira, M.: Nicolle, A.; Berthout, D.; Catal. Today 258, 424-431, 2015.
[39] Peña, M.A.; Fierro, J.L.G.; Chem. Rev. 101, 1981-2018, 2001.
[40] Garbujo, A.; Pacella, M.; Natile, M.M.; Guiotto, M.; Fabro, J.; Canu, P.; Glisenti, A.; Appl. Catal A: Gen. 544, 94-107, 2017.
[41] Keav, S.; Matam, S.K.; Ferri D.; Weidenkaff A.; J. Catal. 4, 226-255, 2014.
[42] Zhu, X.; Li, K.; Neal, L.; Li, F.; ACS Catal. 8, 8213-8236, 2018.
[43] González-Velasco, J.R.; Gutiérrez-Ortiz, M.A.; Marc, J.L.; Botas, J.A.; González-Marcos, M.P.; Blanchard, G.; Appl. Catal. B: Environ. 25, 19-29, 2000.
[44] Royer, S.; Duprez, D.; Can, F.; Courtois, X.; Batiot-Dupeyrat, C.; Laassiri, S.; Alamdari, H.; Chem. Rev. 114, 10292-10368, 2014.
[45] Glisenti, A.; Pacella, M.; Guiotto, M.; Natile, M.M.; Canu, P.; Appl. Catal. B: Environ. 180, 94-105, 2016.
[46] Izadkhah, B.; Niaei, A.; Salari, D.; Hosseinpoor, S.; Hosseini, S.A.; Tarjomannejad, A.; Korean J. Chem. Eng. 33(4), 1192-1199, 2016.
[47] Deganello, F.; Marcì, G.; Deganello, G.; J. Eur. Ceram. Soc. 29, 439-450, 2009.
[48] Grünbacher, M.; Tarjomannejad, A.; Delir Kheyrollahi Nezhad, P.; Praty, C.; Ploner, K.; Mohammadi, A.; Niaei, A.; Klötzer, B.; Schwarz, S.; Bernardi, J.; Farzi, A.; Gómez, M.J.I.; Rivero, V.T.; Penner, S.; J. Catal. 379, 18-32, 2019.
[49] Kang, S.B.; Han, S.J.; Nam, S.B.; Nam, I.-S.; Cho, B.K.; Kim, C.H.; Oh, S.H.; Chem. Eng. J. 207-208, 117-121, 2012.
[50] Kang, S.B.; Han, S.J.; Nam, S.B.; Nam, I.-S. Cho, B.K.; Kim, C.H.; Oh, S.H.; Chem. Eng. J. 241, 273-287, 2014.
[51] Wu, Y.; Li, G.; Chu, B.; Dong, L.; Tong, Z.; He, H.; Zhang, L.; Fan, M.; Li, B.; Dong, L.; Ind. Eng. Chem. Res. 57, 15670−15682, 2018.