Специалисты ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН» разрабатывают катализаторы для снижения токсичности выбросов дизельных двигателей. Им удалось достигнуть высокой активности и устойчивости катализаторов при пониженной концентрации драгоценных металлов.

В России автомобили, в том числе на дизельном топливе, выбрасывают в атмосферу порядка 5 млн тонн вредных веществ в год. В составе отработавших газов дизелей — углеводороды, монооксид углерода (угарный газ), оксид азота, сажа, 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 нанесёнными наночастицами платины и палладия. Но концентрация драгметаллов в этих системах, как правило, начинается с 30 граммов на кубический фут (около 1 грамма на литр катализатора). Это высокий показатель, поэтому в интересах промышленности снижать его.

Сотрудники Института катализа СО РАН работают над усилением синергетического эффекта в каталитической активности платино-палладиевых систем в комплексе с оксидом марганца, нанесённых на алюмооксидное покрытие керамических блоков. Они смогли снизить содержание платины и палладия в катализаторе до 0,17 и 0,17—0,35 граммов на литр, соответственно, при пятипроцентном содержании оксида марганца в алюмооксидном покрытии.

Уже при содержании платины 0,17 г/л катализатора температура 50-процентной конверсии бутана составляет около 350 °С. Она сопоставима с той, которая требуется для катализатора с содержанием платины в шесть раз больше, но в отсутствии оксида марганца. Таким образом, этот оксид повышает эффективность работы платины в составе катализатора. При увеличении доли платины до одного грамма на литр рабочая температура падает до 270 °С.

«По сравнению с промышленным образцом, хорошие каталитические характеристики в нейтрализации токсичных компонентов отработанных газов показывает даже платиновый катализатор после добавления оксида марганца. В результате синергетического эффекта можно снизить содержание платины в полтора раза (с 1 до 0,7 г/л), и еще больше при замещении платины палладием. При 180 °С платино-палладиевый катализатор обеспечивает уже 50 % превращения углеводородов (пропана/пропена) и 90 % превращения монооксида углерода — то есть начинает окислять еще до достижения оптимального рабочего режима дизельного двигателя. Промышленный катализатор в этих же условиях начнет работать только при температуре порядка 250 °С», — рассказала старший научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН кандидат химических наук Светлана Яшник.

Катализатор успешно прошёл тест на старение при 750 °С 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 по сравнению с существующими системами.

Эффективность созданных в ИК СО РАН катализаторов была подтверждена совместными испытаниями с промышленным предприятием. В планах учёных — продолжить исследовать системы, варьируя содержание активных и модифицирующих компонентов и физико-химические характеристики.

Источник: ИК СО РАН.