Synthesis and catalytic properties of nanohematite

Otrzymano serię materiałów katalitycznych w postaci (hydroksyl)tlenków żelaza. Materiały te scharakteryzowano pod kątem struktury i składu fazowego przy pomocy spektroskopii Ramana i dyfraktometrii proszkowej (XRD). Dla otrzymanych materiałów wykonano testy aktywności katalitycznej za pomocą układu TGA/DTA. Przeprowadzone badania pokazały istotny wpływ tlenków i hydroksytlenków żelaza na obniżenie temperatury spalania modelowej sadzy PrintexU. Wyniki jakie uzyskano wskazują na wpływ rodzaju materiału, jego stopnia uwodnienia, stopnia utlenienia żelaza oraz rozmiaru krystalitów na aktywność w reakcji dopalania sadzy. Seria hematytów o różnych rozmiarach krystalitów wykazała, że najbardziej aktywne w reakcji dopalania sadzy są materiały wykazujące najmniejsze rozmiary krystalitów (17 nm). Katalizatory zawierające żelazo na III stopniu utlenienia okazały się bardziej aktywne w reakcji dopalania sadzy aniżeli katalizatory zawierające żelazo na II i III (Fe3O4) lub tylko na II stopniu utlenienia (FeO). Najaktywniejsze materiały obniżają temperaturę spalania modelowej sadzy nawet o ok. 230°C. Szereg aktywności katalitycznej materiałów ułożony na podstawie badań w luźnym kontakcie z sadzą odpowiada szeregowi aktywności w ścisłym kontakcie.

A series of catalytic materials in form of (hydroxy)iron oxides was obtained. These materials were characterized using Raman spectroscopy and X-ray powder diffraction (XRD). For the obtained materials catalytic activity tests were performed by using TGA-DTA. The study revealed a significant positive effect of iron oxides and (hydroxy)iron oxide addition, which lower the combustion temperature of soot model PrintexU. The obtained results indicate that the material activity in the soot combustion reaction is influenced by: the structure of material, degree of hydration, the oxidation state of the iron as well as the size of the crystallites. A series of different sized hematite crystallites were examined, showing that the most active in the catalytic soot combustion are the hematites with the smallest crystallite sizes (17 nm). Catalysts containing iron III were more active than the soot combustion reaction of the iron-containing catalysts in the second and third (Fe3O4), or only on the II oxidation state (FeO). The most active materials reduce the combustion temperature of model soot by up to ~230°C. Comparison of the catalytic activity tests in both loose and tight contact with the soot allowed to confirm the trends in the activity of the obtained materials.