Skuteczniejsze spalanie sadzy dzięki wydajniejszym katalizatorom

Publikacja autorstwa dr inż. Ewy Iwanek z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej, pt. „Boosting the activity of silver catalysts for soot combustion by modification of the alumina support” została wyróżniona okładką czasopisma „Journal of Materials Chemistry A”. 

W powstanie artykułu zaangażowani byli również: Aleksandra Goździk – studentka Wydziału Chemicznego PW, dr inż. Piotr Winiarek, dr inż. Paweł Falkowski, dr inż. Maciej Dębowski oraz dr inż. Wojciech Patkowski. Praca prezentuje wyniki badań prowadzonych w Katedrze Technologii Chemicznej nad srebrowymi katalizatorami do spalania sadzy, osadzonymi na niskotemperaturowych tlenkowych roztworach stałych Al₂O₃. W badanych materiałach 5% jonów Al³⁺ zastąpiono jonami Ce³⁺, Cr³⁺ lub Co²⁺.

Artykuł spotkał się z bardzo dobrym odbiorem i został wybrany przez redaktorów „Journal of Materials Chemistry A” do prestiżowych kolekcji tematycznych HOT Papers oraz Advances in Sustainable Catalysis: from Materials to Energy and Environmental Applications.

Przeprowadzone badania wykazały, że domieszkowanie tlenku glinu istotnie wpływa zarówno na odmianę polimorficzną nośnika otrzymywaną w danej temperaturze, jak i na właściwości kwasowo-zasadowe jego powierzchni. Niedomieszkowany tlenek glinu przechodził do fazy α-Al₂O₃ już w temperaturze około 1000°C, podczas gdy w przypadku nośników domieszkowanych przejście to następowało dopiero w temperaturze około 1300°C. Katalizatory srebrowe osadzone na niedomieszkowanym α-Al₂O₃ charakteryzowały się wyższą aktywnością niż te oparte na Al₂O₃ kalcynowanym w niższych temperaturach. Z kolei w przypadku nośników domieszkowanych podwyższoną aktywność katalityczną uzyskiwano już po kalcynacji w 550°C, co wskazuje, że samo wprowadzenie domieszek znacząco poprawia właściwości katalizatorów Ag/Al₂O₃.

W pracy zastosowano zaawansowane metody charakterystyki materiałów, w tym spektroskopię FTIR z desorpcją pirydyny oraz temperaturowo programowaną redukcję wodorem (TPR-H₂). Nośniki wygrzewano w szerokim zakresie temperatur (550–1300°C) w celu uzyskania różnych odmian polimorficznych tlenku glinu. 

– Kluczowe znaczenie w naszych badaniach miały analizy ToF-SIMS, które potwierdziły, że zarówno wysoka temperatura kalcynacji, jak i domieszkowanie prowadzą do powstania takich samych relacji jonów wtórnych – odmiennych niż w niskotemperaturowym, niedomieszkowanym Al₂O₃.– mówi dr inż. Ewa Iwanek, autorka publikacji. – To pokazuje, że odpowiednio przygotowane niskotemperaturowe roztwory stałe mogą być skutecznym i ekonomicznym sposobem na zwiększenie aktywności katalizatorów. 

Zespół badawczy kontynuuje prace nad oceną wpływu innych domieszek Al₂O₃ na aktywność i selektywność katalizatorów w różnych reakcjach, a także analizuje, w jaki sposób domieszkowanie modyfikuje właściwości niskotemperaturowych roztworów stałych CeO₂ wykorzystywanych jako nośniki w wybranych procesach katalitycznych.