Institut für Mechanische Verfahrenstechnik > Forschung > Einfluss des Partikelkontaktes auf die katalytische Kohlenstoffoxidation

Einfluss des Partikelkontaktes auf die katalytische Kohlenstoffoxidation

Dipl.-Wirt.-Ing. Lintao Zeng

 

Die katalytische Oxidation von Rußpartikeln ist von wachsendem Interesse aufgrund seiner Relevanz für die Gestaltung von Diesel-Partikel-Filter (DPF). Trotz intensiver Technologie-Entwicklung in den letzten Jahren ist jedoch keine wirksame Methode zur Rußoxidation bei abgesenkten Temperaturen mit einem katalytisch beschichteten DPF, wegen des schlechten Kontakts zwischen Katalysator und Ruß, gefunden worden.

Wenn ein direkter Kontakt zwischen Ruß und Katalysator existiert, wie in Fuel Borne Catalysts (FBC) durch den Einsatz eines Additivs (z.B. CeO2) im Kraftstoff, ist eine hohe Oxidationsrate bei niedriger Temperatur erreichbar. Allerdings, wenn kein direkter Kontakt zwischen Ruß und Katalysator vorhanden ist, ist ein zusätzlicher Transport Schritt der aktivierten Sauerstoffatome notwendig. Der Sauerstoff-Transfer-Mechanismus (Oxygen Spillover) ist der allgemeine Mechanismus für die Kohlenstoff-Oxidation, insbesondere bei lockerem Kontakt. Nach diesem Mechanismus werden  Sauerstoffatome am Katalysator aktiviert und wandern zu den Rußpartikeln, was über Oberflächendiffusion und über die Gasphase erfolgen kann. Danach findet die Oxidation der Rußpartikel statt (Abb., links). Einige Untersuchungen zeigen, dass Sauerstoff-Spillover bei der katalytischen Oxidation von Rußpartikeln existiert. Dennoch ist der Transportmechanismus noch unklar, z.B. über welchen Weg die aktivierten Sauerstoffatome vom Pt zum Ruß wandern (Gasphase oder Oberflächendiffusion oder beides), ebenso sind die Reichweite und die Lebensdauer des Sauerstoff-Spillovers unbekannt.

Daher werden Experimente mit gut definierten Schichten mit Pt-SiO2-C-Strukturen durchgeführt. Die Kohlenstoff-Schicht wird durch eine inerte SiO2-Schicht mit variabler Dicke der Pt-Schicht getrennt. Die strukturierten Schichten werden durch Filtration der jeweiligen Aerosole auf gesintertem Quarz- oder Membranfilter hergestellt. Dann werden die Schichten in einer thermogravimetrischen Analyse-Gerät (TGA) oder in einem Reaktor mit einer Temperatur-Rampe oxidiert und die CO2-Konzentration im Abgas wird mittels Fourier Transformierte Infrarot-Spektroskopie (FTIR) bestimmt (Abb., rechts). Für einen bestimmten Umsatz (z.B. bei 20% Umsatz) wurde die Reichweite der aktivierten Sauerstoffatome aus dem Vergleich des Oxidationsverlaufs der verschiedenen Pt-SiO2-C-Schichtsysteme mit der rein thermischen Rußoxidation ermittelt.

Die Anteile von Oberflächen- und konvektivem Gasphasentransport der aktivierten Sauerstoffatome werden durch Aufbau verschieden Schichtstrukturen und Variation der Gasgeschwindigkeit untersucht und beurteilt.

 

 

Kontakt  Suche  Sitemap  Datenschutz  Impressum
© TU Clausthal 2017