Kallare katalysatorer ger bättre luft

Katalytisk oxidation av kolmonoxid och kolväten vid låga temperaturer, helst rumstemperatur, har många viktiga tillämpningar. Avgaserna från en bil innehåller bland annat kolmonoxid och kolväten som har bildats på
grund av ofullständig förbränning i motorn. Dessa ämnen är skadliga för människan och miljön men oxideras till koldioxid och vatten i bilens katalysator.

För att fungera måste katalysatorn ha en temperatur som är ungefär 250°C eller högre. När en bil kallstartas kommer därför kolmonoxid och kolväten att släppas ut i avgaserna innan katalysatorn har värmts upp till en tillräckligt hög temperatur för att fungera.

En stor del av de utsläpp som kommer från dagens bensinfordon sker under denna kallstartsperiod. Med användning av katalysatorer som kan oxidera kolmonoxid och kolväten vid lägre temperatur än dagens skulle dessa utsläpp kunna minskas. Det finns också behov av lågtemperaturaktiva oxidationskatalysatorer i dieselfordon och för rening av rökgaser från vissa industrier eftersom i båda dessa fall kan avgasernas temperatur vara för låg för att vanliga oxidationskatalysatorer skall fungera.

Jonas Jansson har i sin avhandling studerat metalloxidkatalysatorer som är aktiva för kolmonoxid-oxidation vid relativt låga temperaturer. Mest aktiv är en katalysator baserad på koboltoxid vilken kan oxidera
kolmonoxid redan vid rumstemperatur. Ett stort problem med denna katalysator är dock att den lätt förlorar aktivitet med tiden, det vill säga den blir deaktiverad. I avhandlingen studeras vilka faktorer som påverkar deaktiveringen och hur den eventuellt kan undvikas.

Med hjälp av till exempel infraröd spektroskopi kan närvaron av olika ämnen på katalysatorytan iakttas och en förståelse för vilka processer som leder till deaktivering respektive aktivitet studeras. Det har bland annat visat sig att föroxidering av katalysatorn, en högre halt av syre i gasen samt en något högre reaktionstemperatur gynnar aktiviteten och minskar deaktiveringshastigheten.

För att beskriva de förlopp som äger rum på katalysatorn har det också visat sig viktigt att beskriva reaktionen med en matematisk modell. Denna modell kan simulera omsättningen av kolmonoxid över katalysatorn som funktion av till exempel temperatur och koncentration av de olika ämnena i gasfasen.

Den ökade förståelsen för hur dessa lågtemperaturaktiva katalysatorer fungerar är till hjälp vid design av nya lågtemperaturaktiva katalysatorer till bilar eller industrier.

Avhandlingen “Studies of catalytic low-temperature CO oxidation over cobalt oxide and related transition metal oxides” försvarades vid en offentlig disputation den 7 juni på Chalmers.

Kontaktinformation
För mer information kontakta:
Jonas Jansson, Institutionen för kemisk reaktionsteknik
Tel: 031-772 30 29
E-post: jonas.jansson@cre.chalmers.se