Catalizzatori a base di La-perovskite per l'ossidazione del soot in cGPF = La-perovskite based catalysts for soot oxidation in cGPF

Il trasporto veicolare su strada costituisce una delle principali fonti di inquinamento atmosferico legato ad attività antropogeniche. Nei gas di scarico dei motori a combustione interna sono contenuti diversi inquinanti (CO, NOx, HC, SOx, CO2 e particolato). Il particolato (PM), tra tutti, è l’inquinante a maggiore incidenza sulla salute umana, correlato a malattie cardiovascolari, cardiache, ischemiche e polmonari. Il PM emesso da un motore a combustione interna non è una specie chimica ben definita, è un materiale multifase in cui si distingue una frazione solida carboniosa (soot) e una frazione organica solubile. L’introduzione dei sistemi ad iniezione diretta per i motori a benzina (GDI) permette una migliore gestione della combustione, un minor consumo di combustibile ma porta anche ad una maggiore produzione di PM rispetto ai Port Fuel Injection (PFI). Per soddisfare gli standard Euro sul PM e Particulate Number (PN) si è reso quindi necessario l’adozione per questa motorizzazione di un filtro antiparticolato (GPF) posizionato all’uscita della camera di combustione successivamente al convertitore catalitico TWC. L’elemento filtrante permette di trattene le particelle che si accumulano e causano un aumento delle perdite di carico. È quindi necessario un periodico rispristino delle condizioni iniziali attraverso l’ossidazione del soot depositato (rigenerazione). Il processo di rigenerazione è favorito ad alte temperature (> 600 °C) e dalla presenza di agenti ossidanti (O2), condizioni che non sempre si ritrovano a livello del GPF. Nelle fasi di cold start o city driving le temperature possono essere infatti sensibilmente inferiori e l’ossigeno si trova in basse percentuali, consumato sia nella combustione che nel TWC. L’impiego di opportuni catalizzatori depositati sui canali del filtro (cGPF) permette di abbassare l’energia di attivazione della reazione di ossidazione e di innescare il processo di rigenerazione a temperature più basse. In alternativa ai metalli nobili, catalizzatori efficienti ma costosi, innumerevoli studi hanno evidenziato le proprietà catalitiche delle perovskiti, indicate come oxygen storage e donation materials. In particolare, nel presente lavoro sono studiate e confrontate le proprietà catalitiche di sei campioni a base di La-perovskite (LaFeO3, LaMnO3, La2CuO4, LaFe0,8Ag0,2O3, LaMn0,8Ag0,2O3 e La2Cu0,9Ag0,1O4) sintetizzati seguendo il metodo sol-gel e calcinati a 800 °C per 5 h. Le condizioni operative delle prove di ossidazione a temperatura programmata sono scelte opportunamente in modo da simulare le condizioni di rigenerazione. È valutata l’attività catalitica in assenza e a basse percentuali di O2 (0,4%), con particolare attenzione sull’effetto dell’Ag dopante e sull’influenza delle condizioni di contatto soot-catalizzatore (tight e loose contact). I campioni sono stati caratterizzati dopo sintesi ed in seguito alle varie prove mediante analisi BET, XRD, XPS e FE-SEM. Per tutti i campioni sono analizzate nel dettaglio le variazioni della struttura perovskitica ottenute dopo ogni step di reazione. È stata inoltre valutata la riducibilità e l’oxygen storage capacity con H2-TPR e CO-TPR e la capacità di riossidarsi del campione con O2-TPO. Infine, determinato il catalizzatore più performante (La2Cu0,9Ag0,1O4) si è proceduto con uno studio di stabilità, si è valutata la selettività a CO2 e l’influenza sull’attività catalitica di space velocity, percentuali di O2 e rampe di riscaldamento differenti.