Wpływ ilości miedzi na właściwości katalityczne materiałów K-OMS-2 stosowanych w procesie spalania sadzy

Sadza powstaje w wyniku niecałkowitego spalania paliw węglowych. W jej skład wchodzą różne postacie węgla oraz różnego rodzaju związki chemiczne. Ze względu na wielkość, skład i właściwości sadzy, powstające cząstki stałe są nie tylko niebezpieczne dla zdrowia człowieka, ale również wywierają negatywny wpływ na środowisko naturalne. Obecnie emisja sadzy jest na bardzo wysokim poziomie a do jej usuwania stosuje się filtry cząstek stałych i katalizatory dopalania sadzy. W pracy badawczej została przebadana aktywność katalizatorów spalania sadzy na bazie kryptomelanu (K-OMS-2). W tym celu przeprowadzono syntezę czystego kryptomelanu oraz serię próbek K-OMS-2 domieszkiwanego miedzią na etapie syntezy (Cu/K-OMS-2). Otrzymane materiały scharakteryzowano za pomocą technik XRD oraz XRF. Testy katalityczne wykonano metodą temperaturowo-programowanego utleniania sadzy z wykorzystaniem kwadrupolowego spektrometru masowego (QMS) do detekcji produktów spalania sadzy. Testy katalityczne przeprowadzono w różnych warunkach- zbadano wpływ kontaktu katalizatora z sadzą (bliski i daleki kontakt) oraz obecność NO w gazie reakcyjnym. Za pomocą dyfraktogramów XRD potwierdzono charakterystyczną strukturę K-OMS-2 we wszystkich otrzymanych próbkach, a XRF pozwoliło na określenie stężenia miedzi w próbkach Cu/K-OMS-2. Wyniki testów katalitycznych ujawniły, że dodatek NO obniża temperaturę spalania, a domieszkiwanie kryptomelanu miedzią pozytywnie wpływa na jego aktywność katalityczną w procesie spalania sadzy.

Soot is formed as a result of incomplete combustion of carbonaceous fuels. It consist from various forms of carbon and various types of chemical compounds. Due to the size, composition and properties of soot, the resulting solid particles are not only dangerous to human health but also have negative impact on the natural environment. Currently, soot emissions are at a very high level and for removal of Diesel or Gasoline Particulate Filters and soot combustion catalysts are used. The research aimed to investigate the activity of soot combustion catalysts based on cryptomelane (K-OMS-2). For this purpose, the synthesis of pure cryptomelane and a series of samples of K-OMS-2 doped with the cooper at the stage of synthesis (Cu/K-OMS-2) were carried out. The obtained materials were characterized using XRD and XRF techniques. Catalytic testS were performed by means of soot temperature oxidation method. Soot combustion products were detected using a quadrupole mass spectrometer (QMS). Catalytic test were carried out under various conditions- the influence of contact of the catalyst with soot (tight and loose contact) and the presence of NO in the reaction gas. The characteristic structure of K-OMS-2 was confirmed by XRD patterns in all the obtained samples, and XRF allowed to determine the concentration of copper in the Cu/K-OMS-2 samples. The results of catalytic tests revealed that the addition of NO lowers the combustion temperature. Furthermore, the admixing of cryptomelane with copper positively influenced its catalytic activity in the soot combustion process.