Disattivazione da diossido di zolfo dei catalizzatori impiegati per il trattamento dei gas di scarico degli autoveicoli = Catalysts deactivation by sulfur dioxide in the vehicles exhaust aftertreatment system

Per ridurre la presenza delle sostanze inquinanti nei gas di scarico degli autoveicoli sono stati introdotti dei sistemi di abbattimento a valle del motore, che fanno uso della catalisi eterogenea. Molti studi hanno posto l’attenzione sul problema della disattivazione da parte dello zolfo e dell’invecchiamento idrotermico sui catalizzatori impiegati in questi sistemi. La disattivazione provoca una perdita di attività del materiale catalitico e in questo studio ci si è concentrati sul tema della rigenerazione dei catalizzatori disattivati dalla presenza degli ossidi di zolfo nei gas di scarico. Questi ossidi possono legarsi sia ad altre specie presenti nel flusso gassoso che ai siti attivi metallici del catalizzatore, andando a formare con essi dei solfati, composti stabili alle temperature di lavoro del sistema di abbattimento. Fino ad ora si è visto che la tecnica principale per ristabilire l’attività del catalizzatore è quella di aumentare la temperatura al di sopra dei 700 °C, così come avviene per il filtro antiparticolato, ma questo comporta un maggior consumo di carburante e, soprattutto, influisce sulla stabilità del catalizzatore. Un metodo per ridurre la temperatura di rigenerazione potrebbe essere quello di creare un’atmosfera riducente nell’intorno del catalizzatore avvelenato, ponendo questo a contatto con del materiale carbonioso, come il particolato, in modo che le specie dell'ossigeno nell'anione SO42− vadano ad ossidare il materiale carbonioso, così da conseguire il rilascio di anidride solforosa dal sito attivo a temperature inferiori. Per effettuare le prove in laboratorio sono stati scelti due catalizzatori studiati per l’ossidazione del particolato, Ag/Al2O3 ed Ag/CeO2-ZrO2, e due per la sezione di riduzione degli ossidi di azoto (SCR), Cu/SSZ-13 e Cu/MOR. L’argento è stato disperso sul supporto per mezzo della tecnica di “incipient wet impregnation”, mentre per il rame si è fatto uso dello scambio ionico in soluzione acquosa. L’attività e la selettività dei campioni sono state studiate realizzando test catalitici in temperatura programmata e seguendo un protocollo multi-step, comprendente una fase di disattivazione dei campioni con 80 ppm di anidride solforosa in ossigeno, azoto e acqua ad una temperatura fissata, 400 °C per l’argento su ossidi e 200 °C per le zeoliti, una fase di miscelazione del catalizzatore avvelenato con il soot, rappresentante il particolato, sia in tight che loose contact e una fase di rigenerazione in temperatura programmata (rampa 10 °C/min) in presenza sempre di ossigeno, azoto e acqua. Nel caso delle zeoliti è stato anche studiato l’effetto del coke e del propilene sulla rigenerazione. Il campione Ag/CeO2-ZrO2 è stato, inoltre, sottoposto a due cicli successivi di avvelenamento, miscelazione con soot in tight contact, rigenerazione, ancora miscelazione con soot in tight contact e TPO per valutarne la stabilità. Per determinare le caratteristiche chimico-fisiche dei campioni testati e per comprendere al meglio il meccanismo di disattivazione e successiva rigenerazione si è scelto di analizzare i campioni mediante tecniche spettroscopiche, come XRD, XPS, FT-IR e UV-vis,che forniscono informazioni dettagliate sia sulla superficie che sul bulk dei catalizzatori.