En nyutvecklad katalysator från Japan, CeO2/MnFeOy, har både snabb frigöring och stora lagringsmöjligheter för syre. Dess höga prestanda i omvandlingshastigheten för NOx, CO, och totalt kolväte till mindre skadliga material var jämförbart med en referenskatalysator trots att man använde 30 procent mindre av det sällsynta jordartsmetallelementet, Ce. Anpassad med tillstånd från Machida, M.; Ueno, M.; Omura, T.; Kurusu, S.; Hinokuma, S.; Nanba, T.; Shinozaki, O. &Furutani, H., CeO2-ympade Mn-Fe-oxidkompositer som alternativa syrelagringsmaterial för trevägskatalysatorer:laboratorie- och chassidynamometertester, Industriell och teknisk kemiforskning, American Chemical Society (ACS), 2017, 56, 3184-3193. DOI:10.1021/acs.iecr.6b04468. Copyright 2017 American Chemical Society. Kredit:Professor Masato Machida
Bilar står inför allt strängare utsläppsregler i ett försök att minska mängden skadliga luftföroreningar som släpps ut i miljön. I Japan, till exempel, de nuvarande utsläppsnormerna för NO x och icke-metankolväten är mindre än 0,05 g/km. För närvarande, en metod för att minska skadliga utsläpp är med en högpresterande, trevägskatalysator (TWC). Denna enhet reducerar skadliga kväveoxider till kväve och syre, oxiderar kolmonoxid till koldioxid, och oxiderar oförbrända kolväten till koldioxid och vatten. Dock, det kräver användning av sällsynta jordartsmetaller Cerium (Ce), som ökar i pris och kan drabbas av försörjningsproblem. Professor Masato Machida från Kumamoto University, Japan har undersökt sätt att minska mängden Ce som används i katalysatorer och till och med hitta ett alternativt material att ersätta det.
I deras senaste försök att minska mängden Ce i deras experimentella katalysator, Professor Machida och medarbetare från Japans National Institute of Advanced Industrial Science &Technology (AIST) ympade ceriumoxid till MnFeO y (Vd 2 /MnFeO y ), och jämförde deras nya katalysator med två referenskatalysatorer, Vd 2 /Fe 2 O 3 och vd 2 /Mn 2 O 3 . Vid bedömning av syrefrisättningsprofilerna genom kolmonoxidtemperaturprogrammerad reduktion (CO-TPR), forskarna fann att även om vd 2 /Mn 2 O 3 uppvisade syrefrisättningshastigheter högre än CeO 2 /MnFeO y mellan ~350 till ~550 grader Celsius, den experimentella katalysatorn började släppa ut vid lägsta möjliga temperatur. Detta gav bevis för att syrefrisättning förbättrades genom att båda kombinerade Fe 2 O 3 och Mn 2 O 3 , och ympning vd 2 till ytan.
Syrelagringskapaciteten (OSC) visade sig också förbättras med tillsatsen av CeO 2 , vilket stöder bevis på dess oxygen-gateway-effekt. Forskarna tror att detta berodde på en ökad effektivitet när de två syrelagrande materialen förs samman. Viktigast, dock, är TWC:s förmåga att buffra variationer i luft-till-bränsle-förhållandet (A/F) under bränslerika och bränslesnåla avgaser. För detta experiment, Pd/A 2 O 3 användes som referens mot vd 2 /MnFeO y experimentell katalysator. Den experimentella katalysatorn visade sig ge en uttalad buffrande effekt, medan referenskatalysatorn inte hade någon. Vidare, bufferteffekten visade sig öka när variationerna i A/F-frekvensen ökade. Detta ansågs bero på den höga syrefrisättningshastigheten för CeO 2 i de tidiga stadierna av experimentet.
Forskarna satte sedan sin nya katalysator på prov under förhållanden som mer liknade den verkliga världen. Genom att använda det japanska standardläget JC08 (varmstart) för bensinmotorer, de utvecklade två (referens och experimentella) bikakekatalysatorer i verklig storlek och jämförde deras prestanda med en fyrcylindrig, 1339 cc, bensinmotor på en chassidynamometer. Den experimentella katalysatorn var ett 1:2 viktförhållande av 1 vikt% Rh-laddat CeO 2 /MnFeO y och 2,5 vikt% Pd/A 2 O 3 , och referenskatalysatorn var en blandning av 1 vikt% Rh/CeO 2 och Pd/A 2 O 3 . Den experimentella katalysatorn använde 30 % mindre CeO 2 än referensen, vilket minskar behovet av den sällsynta jordartsmetallen.
Testerna av de fullstora katalysatorerna visade att omvandlingshastigheten för totala kolväten (THC) för båda omvandlarna är mycket hög och relativt konsekvent under hela testet på 20 minuter. och referenskatalysatorn presterar något bättre totalt sett. Omräkningskurser för CO och NO x varierar mycket med motorns varvtal, acceleration, och retardation för båda katalysatorerna, och skillnaderna mellan de två katalysatorerna är mycket små. Trots 30% minskning av vd 2 , den experimentella katalysatorn fungerade mycket likt referenskatalysatorn.
"Vår nya katalysator visar mycket lovande och vi hoppas att vi kan hitta ett sätt att öka prestandan, speciellt vid lägre temperaturer, " sa professor Machida. "VD 2 -ZrO 2 fungerar bra för syrelagring och frisättning vid höga reaktionshastigheter, och vi arbetar för närvarande på att skapa en komposit med den och MnFeO y syrereservoar. Vi hoppas kunna förbättra katalysatorprestanda och minska mängden dyra sällsynta jordartsmetaller som används samtidigt."
