Новости химической науки > Ловушка для выхлопных газов

Исследователями из Испании разработана ловушка, способная к адсорбции выхлопных газов, выделяющихся при первых двух минутах работы двигателя внутреннего сгорания после его старта.

Изобретатели утверждают, что в первые две минуты после холодного старта двигателя внутреннего сгорания в его выхлопах содержится 50-80% от общего содержания углеводородных выбросов, представляющих наибольшую опасность для здоровья человека и окружающей среды, поэтому разработанный материал может существенно понизить уровень выбросов вредных веществ в атмосферу.

Разработанная ловушка улавливает и удерживает легкие углеводороды эффективнее существующих в настоящее время адсорбентов. (Рисунок из Chem. Commun., 2012, DOI: 10.1039/c2cc306)

Существующие в настоящее время ловушки для выхлопных газов изготавливают из пористых цеолитов. Они хорошо зарекомендовали себя для поглощения содержащихся в топливе тяжелых углеводородов, которые присутствуют в выхлопе; эти углеводороды удерживаются в ловушке до достижения температуры в двигателе 200-300°C (температура поджига), после чего они каталитически окисляются до диоксида углерода и воды и выбрасываются в атмосферу. Однако меньшие по размеру углеводороды, например, этан и пропен, десорбируются из цеолитовой ловушки до достижения этой температуры и попадают в атмосферу неокисленными.

Томас Гарсия (Tomás García) и Долорес Лозано-Кастело (Dolores Lozano-Castelló) из Университета Аликанте разработали ловушку на основе многоцентрового цеолита со специфическими зонами адсорбции для различных углеводородов моторного топлива – от самых тяжелых до самых легких.

Первоначально для разработки наиболее эффективного цеолита-сорбента исследователи использовали компьютерное моделирование – с помощью метода Монте-Карло были спроектированы наилучшие элементы структуры для адсорбции и удерживания различных типов углеводородов. Экспериментально ряд цеолитов был получен «по образу и подобию» результатов расчета, после чего полученные материалы использовались для проверки эффективности захвата и удерживания углеводородов в режиме холодного старта двигателя.

Гарсия отмечает, что наиболее эффективный цеолит представляет собой цеолит марки HZSM-5, частично легированный катионами меди (исследователи заместили до 20% кислых атомов водорода в исходном цеолите на ионы Cu⁺²). Введение меди в цеолит позволяет увеличить эффективность адсорбции и удерживания как легких, так и тяжелых углеводородов и обеспечивает устойчивость к их десорбции в процессе подъема температуры двигателя.

Младен Эйч (Mladen Eić), специалист по микропористым материалам и цеолитоподобным и цеолит-содержащим адсорбентам отмечает, что хотя комбинированный подход, основанный на компьютерном моделировании свойств материала с последующим синтезом этого материала, хотя и не лишен сложностей, пожалуй, представляет собой наиболее плодотворный подход в разработке сложных материалов, способных решать многие важные промышленные и природоохранные задачи. Он добавляет, что ранее предпринимавшиеся попытки разработки «идеального» адсорбента можно назвать успешными лишь отчасти.

В будущем Гарсия планирует разработать более эффективный адсорбент – цеолит, нанесенный на субстрат. В его планах также создание более производительного, чем существующие, катализатора для окисления моноксида углерода, который также является опасным компонентом выхлопных газов.

Источник: Chem. Commun., 2012, DOI: 10.1039/c2cc30688c

метки статьи: #вопросы экологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология