Дослідження властивостей первинних носіїв каталізаторів конверсії СО

Abstract

Оксид вуглецю (CO) є високотоксичним компонентом викидів двигунів внутрішнього згоряння та промислових газів, що вимагає ефективних методів нейтралізації шляхом каталітичного окиснення до CO₂. Ключову роль у ефективності нейтралізаторів відіграють первинні носії каталізаторів, від властивостей яких залежать активність, стабільність та вартість системи. У цій роботі проведено експериментальне порівняння каталітичної активності трьох керамічних носіїв: плавленого корунду (α-Al₂O₃, 99.98 %), промислового кордієриту (2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂) та муллітокремнезему (3Al₂O₃·2SiO₂), що розглядаються як потенційні основи для каталізаторів конверсії СО. Експериментальна частина роботи виконалася на спеціалізованій установці з використанням модельної газової суміші, що імітує склад реальних відпрацьованих газів. Досліджувані носії були підготовлені у вигляді квазікубічних зразків, сукупний об'єм яких (1 см³) заповнював робочий простір проточного реактора. Каталітичну активність кожного носія оцінювали шляхом вимірювання ступеня перетворення CO (%) у функції від температури в діапазоні 200–500 °C у стаціонарних умовах. Отримані результати виявили суттєві відмінності у каталітичній поведінці мате-ріалів. Корунд (α-Al₂O₃) продемонстрував найвищу активність: різке зростання конверсії CO спостерігалося, починаючи з 300–350 °C, досягаючи значення ~0,40 % при 500 °C. Ця висока ефективність пояснюється його видатною термостабільністю, розвиненою питомою поверхнею та значною кількістю поверхневих активних центрів.

Carbon monoxide (CO) is a highly toxic component of internal combustion engine exhaust and industrial gases, requiring efficient neutralization methods through catalytic oxidation to CO₂. Primary catalyst supports play a key role in the efficiency of neutralizers, as the activity, stability, and cost of the system depend on their properties. This work presents an experimental comparison of the catalytic activity of three ceramic supports: fused corundum (α-Al₂O₃, 99.98 %), industrial cordierite (2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂), and mullite-silica (3Al₂O₃·2SiO₂), considered as potential bases for CO conversion catalysts. The experimental work was performed on a specialized setup using a model gas mixture simulating the composition of real exhaust gases. The studied supports were prepared as quasi-cubic samples, with a total volume (1 cm³) filling the working space of a flow reactor. The catalytic activity of each support was evaluated by measuring the degree of CO conver-sion (%) as a function of temperature in the range of 200–500 °C under steady-state conditions. The results revealed significant differences in the catalytic behavior of the materials. Corundum (α-Al₂O₃) demonstrated the highest activity: a sharp increase in CO conversion was observed starting at 300–350 °C, reaching ~0.40 % at 500 °C. This high efficiency is attributed to its exceptional thermal stability, developed specific surface area, and significant number of surface active sites.