The promotion of Co3O4 towards N2O decomposition by group II metals

Dynamically progressing climate changes imposes the necessity to reduce greenhouse gas emissions into the atmosphere, i.e.nitrous oxide. One of the most effective ways to reduce N2O emissions is its low temperature catalytic decomposition using cobalt spinel. The aim of this work was to determine the effect of Ba and Sr promotion on the catalytic properties of Co3O4 in the deN2O reaction.In this work, a series of catalysts based on cobalt spinel surface-doped with barium and strontium in the range of 0 - 8 atoms per nm2 was obtained. The catalysts were characterized in terms of elemental composition (XRF), structural composition (XRF, RS) and surface electrodonor properties (Kelvin probe). The activity of catalysts was compared carried out the catalytic tests in the temperature-programmed surface reaction mode in the model mix (5% N2O / He), and mixtures simulating the conditions of hospital ventilation systems (0.3% N2O + 2% O2 + H2O) and of HNO3 production installations ( 0.15% N2O + 1.7% O2 + 0.1% NOx + H2O). The catalytic activity of the materials was correlated with the surface electrodonor properties: the most active catalysts were characterized by the lowest work function values.It has been shown that the promotion with barium and strontium positively influences the catalytic activity of Co3O4, while the optimal concentration of promoters was found to be 1 and 2 at./nm2 for barium and strontium, respectively. The range of negative effect of inhibitors on the catalytic activity was evaluated for hospital installation systems and HNO3 production installations. The total N2O decomposition in the conditions of the target processes over the obtained catalysts takes place at temperatures below 500ᵒC, what is essential for their potential applications.

Przeciwdziałanie dynamicznie postępującym zmianom klimatu narzuca konieczność ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, m.in. tlenku azotu(I). Jednym z najefektywniejszych sposobów redukcji emisji N2O jest niskotemperaturowy rozkład katalityczny z zastosowaniem spinelu kobaltowego. Celem niniejszej pracy było określenie wpływu promocji Ba i Sr na właściwości katalityczne Co3O4 w reakcji deN2O.W ramach pracy otrzymano serię katalizatorów na bazie spinelu kobaltowego dotowanego powierzchniowo barem i strontem w zakresie 0 – 8 at./nm2. Katalizatory scharakteryzowano pod względem składu pierwiastkowego (XRF), składu strukturalnego (XRF, RS) oraz właściwości elektrodonorowych powierzchni (metoda Kelvina). Aktywność układów katalitycznych porównano przeprowadzając testy katalityczne w trybie temperaturowo-programowanej reakcji powierzchniowej w mieszance modelowej (5%N2O/He), i mieszankach symulujących warunki panujące w instalacji szpitalnianej (0,3%N2O + 2%O2 + H2O) oraz instalacji do produkcji HNO3 (0,15%N2O + 1,7%O2 + 0,1%NOx + H2O).Wykazano, że dotacja spinelu barem i strontem pozytywnie wpływa na aktywność katalityczną Co3O4, a optymalne stężenie promotorów wynosi w przybliżeniu odpowiednio 1 i 2 at./nm2. Aktywność katalityczną układów skorelowano z właściwościami elektrodonorowymi powierzchni, przy czym najaktywniejsze układy charakteryzowały się najniższą wartością pracy wyjścia. Wyznaczono zakres negatywnego wpływu na aktywność katalityczną inhibitorów obecnych w wentylacyjnych instalacjach szpitalnianych oraz do produkcji HNO3. Stwierdzono, że całkowity rozkład N2O w warunkach procesów docelowych z zastosowaniem otrzymanych katalizatorów zachodzi w temperaturze poniżej 500⁰C, co jest istotne w kontekście jego potencjalnego zastosowania.