Ossidazione catalitica del particolato carbonioso mediante materiali a base di ceria: effetti del doping con lantanio e praseodimio = Soot catalytic oxidation using ceria-based materials: effects of doping with lanthanum and praseodymium

A causa della maggiore consapevolezza dei potenziali effetti degli inquinanti sull’ambiente e sulla salute, negli ultimi anni sono stati svolti importanti sforzi per sviluppare un sistema di rimozione del particolato prodotto dai veicoli diesel. Queste particelle vengono raccolte in un filtro posto nel tubo di scarico, su cui viene spesso depositato un catalizzatore per abbassare la temperatura di combustione del particolato. In alternativa ai costosi metalli nobili, sono stati proposti catalizzatori caratterizzati dall’utilizzo di ossidi misti e in particolar modo dell’ossido di cerio. Le eccellenti proprietà redox e la disponibilità di ossigeno chemiadsorbito sono i fattori più importanti che rendono la ceria uno tra i catalizzatori più attivi per l’ossidazione del particolato. L'ossidazione catalitica del particolato è una complessa reazione che si verifica alle interfacce di un contatto trifase tra la particella solida di particolato, il catalizzatore solido ed i reagenti gassosi (O2, NO2). Un modo per migliorare ulteriormente le proprietà dei materiali a base di ceria può essere l'aggiunta di dopanti nel suo reticolo cristallino, tra cui il lantanio ed il praseodimio. Nel presente lavoro sono stati sintetizzati quattro ossidi a base di ceria contenenti quantità crescenti di lantanio, un ossido misto di Ce e Pr equimolare e un ossido ternario misto Ce-Pr-La mediante sintesi SCS. Questi materiali sono stati studiati con le varie tecniche di caratterizzazione e confrontati sia con gli ossidi puri per studiare gli effetti del doping, sia con gli stessi ossidi misti preparati attraverso sintesi idrotermale (NC) per constatare se la differente tecnica di sintesi comporta una modifica delle proprietà. I test per la valutazione dell’attività di ossidazione del particolato, effettuati in contatto stretto e in contatto blando, hanno evidenziato che l'attività di ossidazione del particolato in condizioni di contatto blando è leggermente inferiore a quella in contatto stretto per tutti i catalizzatori. Ciò è dovuto ad una minore omogeneità, ovvero allo scarso contatto tra particolato e catalizzatore, che svolge un ruolo fondamentale in questa applicazione. I risultati hanno evidenziato che la ceria dopata con il 10% di La ha prestazioni paragonabili alla ceria pura, mentre l’aumento del contenuto di La ha comportato un peggioramento dell’attività catalitica. I due catalizzatori ottenuti con quantità stechiometrica e con eccesso di glicina hanno mostrato simili risultati; nonostante i due materiali abbiano differenti aree, morfologie e tipo di contatto con il particolato, intrinsecamente il sito catalitico ha la stessa attività. Il campione di CeO2 (NC), rispetto alla CeO2 (SCS), ha un’area superficiale molto minore e questo effetto ha provocato una riduzione dell’attività; invece, Ce50La50 (NC) in cui l’area superficiale diminuisce meno, l’effetto della morfologia risulta essere l’aspetto dominante. Inoltre, confrontando il campione di Ce50La50 (NC) con Ce50La50 (SCS), la presenza di superfici esposte più reattive influisce positivamente sulla reazione di ossidazione del particolato, con un conseguente aumento dell'attività catalitica. Pertanto, tra tutti i catalizzatori il Ce50La50 (NC) è risultato il più performante mostrando una T50 pari a 385 °C, che sottolinea un'eccellente attività di ossidazione del particolato.