Fabricage en beproeving van katalytische Aerogels bereid Via snelle superkritische extractie

Aerogels silica en aluminiumoxide gebaseerde hebben opmerkelijke eigenschappen, met inbegrip van lage dichtheid, hoge poreusheid, hoge oppervlakte, goede thermische stabiliteit en lage thermische geleidbaarheid¹. Deze eigenschappen maken de aerogel materialen aantrekkelijk voor een verscheidenheid van toepassingen^1,2. Een toepassing die gebruik maakt van de thermische stabiliteit en hoge oppervlakte van aerogels is heterogene katalyse; diverse artikelen bekijken de literatuur in dit gebied^2,3,4,5. Er zijn vele benaderingen van de fabricage van aerogel gebaseerde katalysatoren, met inbegrip van de oprichtingsakte of beklemming van katalytische soorten in het kader van een kiezelzuur of aluminiumoxide aerogel^{5,6,7, 8,9,10,11}. Het huidige werk richt zich op protocollen voor bereiding via snelle superkritische extractie (RSCE) en katalytische testen van aerogel materialen voor automotive verontreiniging mitigatie en koper-bevattende aerogels gebruikt als voorbeelden.

Drie-weg katalysator (TWCs) zijn vaak werkzaam in verontreiniging mitigatie apparatuur voor benzine motoren¹². Moderne TWCs bevatten platina, palladium en/of rhodium, platina-groep metalen (PGMs), die zeldzaam zijn en dus dure en ecologisch duur te verkrijgen. Katalysator materialen gebaseerd op gemakkelijker verkrijgbaar metalen zou hebben aanzienlijke economische en ecologische voordelen.

Aerogels kan worden bereid uit natte gels met behulp van een verscheidenheid van methode¹. Het doel is te voorkomen dat instorting van de porie als oplosmiddel wordt verwijderd uit de gel. Het proces van werkzaamheden in loondienst in dit protocol is een extractiemethode van de snelle superkritische (RSCE) waarin de winning van een gel beperkt binnen een metalen mal in een programmeerbare hydraulische hot press^{13,14,15plaatsvindt, 16}. Het gebruik van dit RSCE proces voor de fabrikatie van silica aerogel monolieten is eerder aangetoond in een protocol¹⁷, waarin de relatief korte voorbereidingstijd die zijn gekoppeld aan deze benadering werd benadrukt. Superkritische CO₂ extractie is een meer gemeenschappelijke aanpak, maar kost meer tijd en meer gebruik van oplosmiddelen (waaronder CO₂) vereist dan RSCE. Andere groepen hebben onlangs gepubliceerd protocollen voor bereiding van een verscheidenheid van aerogels met behulp van superkritische CO₂ extractie^18,19,20soorten.

Hier worden de protocollen voor het fabriceren en catalytically testen een verscheidenheid van soorten koper-bevattende katalytische aerogels gepresenteerd. Op basis van de vermindering van NO en CO oxidatie activiteit ranking van koolstof-ondersteunde onedel metaal katalysatoren onder omstandigheden van belang auto vervuiling tegengaan geboden door Kapteijn et al. ²¹, koperen werd geselecteerd als de katalytische metaal voor dit werk. Fabricage benaderingen omvatten a impregneren (IMP) van KOPERZOUTEN in aluminiumoxide of kwartsglas natte gels¹¹, (b) met behulp van copper(II) en aluminium zouten als co precursoren (Co-P) bij het fabriceren van koper-aluminiumoxide aerogels,^6,22, en (c) entrapping door de koper-bevattende nanodeeltjes in een silica aerogel matrix tijdens fabricage¹⁰. In elk geval een RSCE-methode wordt gebruikt voor de verwijdering van het oplosmiddel uit de poriën van de natte gel matrix^13,14,15.

Een protocol voor de beoordeling van de geschiktheid van deze materialen als TWCs voor automotive verontreiniging mitigatie, met behulp van de Unie katalytische Testbed (UCAT)²³, wordt ook gepresenteerd. Het doel van het UCAT systeem, belangrijke gedeelten daarvan schematisch in Figuur 1 weergegeven worden, is, de chemische, thermische, simuleren en stromen voorwaarden ervaren in een typische benzine motor-katalysator. De functies van de UCAT door het passeren van een mengsel van gesimuleerde uitlaat over een aerogel monster bij een gecontroleerde temperatuur en debiet tarief. Het monster aerogel is geladen in een stroom van 2,25-cm-diameter buizen verpakt bed cel (““test sectie““, waarin het monster tussen twee schermen). De cel geladen stroom wordt geplaatst in een oven om te controleren de uitlaatgas en katalysator temperatuur en monsters van behandelde uitlaat (d.w.z. uitlaat stroomde door het ingepakte bed) en onbehandelde gas (d.w.z. het omzeilen van het verpakte bed) worden onderzocht op een aantal temperaturen tot 700 ˚C. De concentraties van de drie belangrijkste verontreinigende stoffen–CO, Nee, en onverbrande koolwaterstoffen (HCs)–worden gemeten met behulp van een vijf-gas analyzer na wordt behandeld door de aerogel katalysator en, afzonderlijk, in een onbehandelde stroom (““bypass““); uit deze gegevens wordt de “percentage conversie“ “voor elke verontreinigende stof berekend. Voor het testen die hierin worden beschreven, een commercieel beschikbare uitlaat blend, lage emissies California Bureau van Automotive reparatie (BAR) 97 blend werkzaam was. De volledige gegevens van de UCAT‘s ontwerp en werking worden gepresenteerd in Bruno et al.²³

Figuur 1. UCAT Test sectie- en bemonsteringssystemen. Herdrukt met toestemming van 2016-01-0920 (Bruno et al. ²³), copyright 2016 SAE International. Verdere verspreiding van dit materiaal is niet toegestaan zonder voorafgaande toestemming van de SAE. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.