Katalizatory do procesu niskotemperaturowej redukcji tlenków azotu amoniakiem bazujące na mezoporowatych materiałach krzemionkowych
Wybierz format
RIS BIB ENDNOTEData publikacji: 06.2025
Prace Geograficzne, 2025, Zeszyt 178, s. 117-135
https://doi.org/10.4467/20833113PG.25.006.21635Autorzy
Katalizatory do procesu niskotemperaturowej redukcji tlenków azotu amoniakiem bazujące na mezoporowatych materiałach krzemionkowych
Prace badawcze dotyczyły opracowania katalizatorów procesu niskotemperaturowej redukcji tlenków azotu amoniakiem bazujących na wysokopowierzchniowych materiałach krzemionkowych. Mezoporowate krzemionki typu MCM-41 (Mobil Composition of Matter No. 41) oraz MCM-48 (Mobil Composition of Matter No. 48) dotowano miedzią metodą jonowej wymiany templatu (TIE) oraz metodą TIE rozszerzoną o etap dodawania do próbek dotowanych miedzią roztworu amoniaku. Rozszerzona procedura TIE pozwoliła na uzyskanie katalizatorów o podwyższonej zawartości miedzi w formie wysokorozproszonej w porównaniu do standardowej procedury TIE. Z drugiej strony działanie roztworu amoniaku na mezoporowate krzemionki powodowo częściową destrukcję ich uporządkowanej struktury porowatej. Katalizatory uzyskane metodą TIE, obejmującą używanie amoniaku, wykazywały bardzo dużą aktywność w procesie selektywnej katalitycznej redukcji tlenku azotu amoniakiem (NH3-SCR). Najbardziej obiecujący katalizator, uzyskany na bazie mezoporowatej krzemionki typu MCM-48 dotowanej miedzią metodą TIE, a następnie traktowany roztworem amoniaku, pozwalał na osiągnięcie konwersji NO na poziomie 90%, przy selektywności do azotu sięgającej 99% już w temperaturze około 200°C. Wyniki te lokują badane materiały w grupie najaktywniejszych układów katalitycznych dedykowanych dla niskotemperaturowego procesu NH3-SCR.
Boroń P., Chmielarz L., Dźwigaj S., 2015, Influence of Cu on the catalytic activity of FeBEA zeolites in SCR of NO with NH3, Applied Catalysis B: Environmental, 168–169, 377–384. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.12.052.
Chmielarz L., Kuśtrowski P., Dziembaj R., Cool P., Vansant E.F., 2010, SBA-15 mesoporous silica modified with metal oxides by MDD method in the role of DeNOx catalysts, Macroporous and Mesoporous Materials, 127, 133–141. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2009.07.003.
Chmielarz L., Rutkowska M., Kowalczyk A., 2018, Advances in functionalization of inorganic porous materials for environmental catalysis, Advances in Inorganic Chemistry, 72, 323–383. https://doi.org/10.1016/bs.adioch.2018.05.005.
Chmielarz L., Dziembaj R., 2021, Modified layered silicas as catalysts for conversion of nitrogen pollutants in flue gases: A review, Catalysts, 11, art. nr 644, 1–26. https://doi.org/10.3390/catal11050644.
Chmielarz L., Jankowska A. 2022, Mesoporous silica-based catalysts for selective catalytic reduction of NOx with ammonia – Recent advances, Advances in Inorganic Chemistry, 79, 205–242. https://doi.org/10.1016/bs.adioch.2021.12.007.
Cohn J.G.E., Steele D.R., Andersen H.C., 1961, Method of selectively removing oxides of nitrogen from oxygen-containing gases, U.S. Patent US2975025A.
Dai X., Qiu F., Zhou X., Long Y., Li W., Tu Y., 2014, Amino-functionalized MCM-41 for the simultaneous electrochemical determination of trace lead and cadmium, Electrochimica Acta, 144, 161–167. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.08.093.
Kowalczyk A., Piwowarska Z., Macina D., Kuśtrowski P., Rokicińska A., Michalik M., Chmielarz L., 2016, MCM-41 modified with iron by template ion-exchange method as effective catalyst for DeNOx and NH3-SCO processes, Chemical Engineering Journal, 295, 167–180. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.03.049.
Kowalczyk A., Borcuch A., Michalik M., Rutkowska M., Gil B., Sojka Z., Indyka P., Chmielarz L., 2017, MCM-41 modified with transition metals by template ion-exchange method as catalysts for selective catalytic oxidation of ammonia to dinitrogen, Microporous and Mesoporous Materials, 240, 9–21. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2016.11.002.
Kowalczyk A., Święs A., Gil B., Rutkowska M., Piwowarska Z., Borcuch A., Michalik M., Chmielarz L., 2018, Effective catalysts for the low-temperature NH3-SCR process based on MCM-41 modified with copper by template ion-exchange (TIE) method, Applied Catalysis B:Environmental, 237, 927–937. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.06.052.
Kresge C.T., Leonowicz M.E., Roth W.J., Vartuli J.C., Beck J.S., 1992, Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism, Nature, 359, 710–712. https://doi.org/10.1038/359710a0.
Macina D., Piwowarska Z., Tarach K., Gora-Marek K., Ryczkowski J., Chmielarz L., 2016, Mesoporous silica materials modified with alumina polycations as catalysts for the synthesis of dimethyl ether from methanol, Materials Research Bulletin, 74, 425–435. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.11.018.
Martins L., Peguin R.P.S., Wallau M., Urquieta E.A., 2004, Cu-, Co-, Cu/Ca- and Co/Ca-exchanged ZSM-5 zeolites: Activity in the reduction of NO with methane or propane, Studies in Surface Science and Catalysis., 154, 2475–2483. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(04)80513-5.
Mao C., Zheng J., Matsagar B.M., Kankala R.K., Ahamad T., Yang Y., Wu K.C.-W., Zhang X., 2020, Highly-efficient Ru/Al–SBA-15 catalysts with strong Lewis acid sites for the water-assisted hydrogenation of p-phthalic acid, Catalysis Science and Technology, 10, 2443–2451. https://doi.org/10.1039/D0CY00047G.
Orazbayev B., Kozhakhmetova D., Wojtowicz R., Krawczyk J., 2020, Modeling of a catalytic cracking in the gasoline production installation with a fuzzy environment, Energies, 13, 4736. https://doi.org/10.3390/en13184736.
Panzeri G., Cristina M., Jagadeesh M.S., Bussetti G., Magagnin L., 2020, Modification of large area Cu2O/CuO photocathode with CuS non-noble catalyst for improved photocurrent and stability, Scientific Reports, 10, 18730. https://doi.org/10.1038/s41598-020-75700-7.
Pietraszek A., Iwaszko O., Kowalczyk A., Piwowarska, Z., Rutkowska M., Chmielarz L., 2023, Mesoporous silicas of MCM-48 and MCM-41 types doped with copper by modified template ion-exchange method as effective catalysts for low-temperature reduction of nitrogen oxide with ammonia, Reaction Kinetics, Mechanisms, and Catalysis, 136, 2259–2276. https://doi.org/10.1007/s11144-023-02461-5.
Rutkowska M., Chmielarz L., Macina D., Piwowarska Z., Dudek B., Adamski A., Witkowski S., Sojka Z., Obalova L., Van Oers C.J., Cool P., 2014, Catalytic decomposition and reduction of N2O over micro-mesoporous mMaterials containing beta zeolite nanoparticles, Applied Catalysis B: -Environmental, 146, 112–122. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.05.005.
Rutkowska M., Piwowarska Z., Micek E., Chmielarz L., 2015a, Hierarchical Fe-, Cu- and Co-Beta zeolites obtained by mesotemplate-free method. Part I: Synthesis and catalytic activity in N2O decomposition, Microporous and Mesoporous Materials, 209, 54–65. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2014.10.011.
Rutkowska M., Diaz U., Palomares A.E., Chmielarz L., 2015b, Cu and Fe modified derivatives of 2D MWW-type zeolites (MCM-22, ITQ-2 and MCM-36) as new catalysts for DeNOx process, Applied Catalysis B: -Environmental, 168–169, 531–539. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.05.005.
Rutkowska M., Duda M., Kowalczyk A., Chmielarz L., 2017, Modification of the physicochemical properties of the commercial CHA zeolite and examination of its activity in nitrogen oxide abatement, Comptes Rendus Chimie, 20, 850–859. https://doi.org/10.1016/j.crci.2017.05.001.
Surhone L.M., Timpledon, M.T., Marseken S.F., 2010, Selective Catalytic Reduction, Betascript Publishing, Beau Bassin, Mauritius.
Terzis A., Kirsch M., Vaikuntanathan V., Geppert, A., Lamanna G., Weigand B., 2019, Splashing characteristics of diesel exhaust fluid (AdBlue) droplets impacting on urea-water solution films, Experimental Thermal and Fluid Science, 102, 152–162. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2018.11.002.
Vaschetto E.G., Pecchi, G.A., Casuscelli, S.G., Eimer G.A., 2014, Nature of the active sites in Al-MCM-41 nano-structured catalysts for the selective rearrangement of cyclohexanone oxime toward ɛ-caprolactam, Macroporous and Mesoporous Materials, 200, 110–116. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2014.08.030.
Wang Y., Dong X., Cui Y., Ma S., Suo Y., Zhang W., 2019, Synthesis of Mo-MCM-48 and their isomerization performances of n-heptan, Journal of Porous Materials, 26, 1279–1286. https://doi.org/10.1007/s10934-019-00727-9.
Informacje: Prace Geograficzne, 2025, Zeszyt 178, s. 117-135
Typ artykułu: Oryginalny artykuł naukowy
Tytuły:
Publikacja: 06.2025
Status artykułu: Otwarte
Licencja: CC BY 4.0
Finansowanie artykułu:
Udział procentowy autorów:
Korekty artykułu:
-Języki publikacji:
PolskiLiczba wyświetleń: 529
Liczba pobrań: 632