Специалисты ФИЦ "Институт катализа СО РАН" разрабатывают катализаторы для снижения токсичности выбросов дизельных двигателей. Им удалось достичь высокой активности и устойчивости катализаторов при пониженной концентрации драгоценных металлов.
В России автомобили выбрасывают в атмосферу порядка 5 млн. тонн вредных веществ в год. В состав выхлопов от дизельного топлива входят углеводороды, угарный газ, оксид азота, сажа и диоксид серы. После их нейтрализации выходит относительно чистая смесь из воды, небольшого количества углекислого газа и молекулярного азота.
Системы нейтрализации выбросов для автомобилей изготавливаются на керамических блоках, покрытых оксидом алюминия с нанесенными наночастицами платины и палладия. Но концентрация драгоценных металлов в этих системах обычно составляет около 1 грамма на литр катализатора. Это высокий показатель, поэтому в интересах промышленности снижать его.
Ученые ФИЦ "Институт катализа СО РАН" работают над усилением синергетического эффекта в каталитической активности платино-палладиевых систем в комплексе с оксидом марганца, нанесенных на покрытие керамических блоков. Они смогли снизить содержание платины и палладия в катализаторе до 0,17 и 0,17-0,35 грамма на литр, соответственно, при пятипроцентном содержании оксида марганца в покрытии из оксида алюминия.
Уже при содержании платины 0,17 грамма на литр катализатора температура 50-процентной конверсии бутана составляет около 350 oC. Она сопоставима с той, которая требуется для катализатора с содержанием платины в 6 раз больше, но без оксида марганца. Таким образом, этот оксид повышает эффективность работы платины в составе катализатора. При увеличении доли платины до 1 грамма на литр рабочая температура падает до 270 oC.
Хорошие каталитические характеристики при нейтрализации токсичных компонентов отработанных газов показывает даже платиновый катализатор после добавления оксида марганца. В результате синергетического эффекта можно снизить содержание платины в 1,5 раза и еще больше при замещении платины палладием. При 180 oC платино-палладиевый катализатор обеспечивает уже 50% превращения углеводородов (пропана/пропена) и 90% превращения монооксида углерода, начиная окислять еще до достижения оптимального рабочего режима дизельного двигателя. Промышленный катализатор в этих же условиях начнет работать только при температуре порядка 250 oC.
Катализатор успешно прошел тест при 750 oC в течение семи часов в присутствии паров воды. Он показал более высокие значения конверсии в окислении СО, углеводородов и восстановлении оксида азота (II) в реакционной смеси, если сравнивать с существующими системами.
Эффективность созданных в ФИЦ "Институт катализа СО РАН" катализаторов была подтверждена совместными испытаниями с промышленным предприятием. Ученые планируют продолжить исследовать системы, варьируя содержание активных и модифицирующих компонентов и физико-химические характеристики.
