Ossidazione catalitica di CO e COV: studio di catalizzatori rame-ceria ottenuti tramite tecnica sol-gel assistita da aerosol = Catalitic oxidation of CO and VOC on cerium-copper catalysts prepared by aerosol-assisted sol–gel technique

Negli ultimi anni, l’inquinamento atmosferico legato al settore dei trasporti ha ricevuto particolare attenzione, poiché lo scarico dei veicoli contribuisce per circa il 64% all'inquinamento da monossido di carbonio nei paesi sviluppati. A causa della combustione incompleta nel motore, si ha la formazione di inquinanti quali il CO, COV, NOx, SOx, PM. Ciò ha portato l’Unione Europea all'introduzione di normative sulle emissioni degli scarichi degli autoveicoli e al fine di ridurre a quantità accettabili le emissioni, sono state sviluppate diverse tecnologie di cattura e abbattimento quali assorbimento, adsorbimento, ossidazione termica, ossidazione catalitica, etc. In questa tesi è stato trattato il meccanismo di abbattimento tramite ossidazione catalitica in cui il CO e i COV bruciano a temperature più basse grazie all'utilizzo di catalizzatori che riducono il fabbisogno energetico della combustione. I metalli nobili, come Pd, Pt e Ru, sono i più usati come catalizzatori a causa della loro maggiore attività per la combustione catalitica di CO e COV. Tra i metalli non nobili invece, i catalizzatori rame-ceria, hanno dimostrato essere molto attivi per l'ossidazione di CO. In particolare, la ceria è nota per le sue proprietà di stoccaggio dell'ossigeno e proprietà redox e, con l'introduzione di cationi metallici di rame nella ceria si favorisce la formazione di posti vacanti di ossigeno promuovendo significativamente il suo comportamento redox e l'attività catalitica. L’obiettivo di questa tesi è stato quello di confrontare un campione di ceria preparato mediante tecnica aerosol, con una serie di catalizzatori rame-ceria preparati con due tecniche differenti: sol gel assistita da aerosol con tre percentuali di rame differenti (5,10,20%) e tecnica di impregnazione con le stesse tre percentuali di rame. Questi catalizzatori sono stati analizzati con diverse tecniche di caratterizzazioni che ci consentono di avere informazioni sulla superficie specifica e volume dei pori (BET), informazione sulla struttura cristallina, dimensione dei cristalli (XRD), morfologia (TEM), sull'influenza dei droganti sulla struttura della ceria, e sulla formazione di nuovi difetti (Spettroscopia Raman). I catalizzatori sono stati sottoposti a test di attività catalitica per l’ossidazione del monossido di carbonio, variando la portata di ossigeno del gas in ingresso, ossidazione dell’etilene e test di stabilità. Lo scopo di queste prove è stato quello di confrontare i catalizzatori tra loro e mettere in luce le differenze ed eventualmente i campioni più performanti. Dai dati ottenuti dalle caratterizzazioni si nota che i campioni preparati rispettivamente con le due tecniche mostrano morfologia differente: i campioni impregnati non mostrano la morfologia sferica tipica dei campioni in aerosol e inoltre negli impregnati del 10 e 20% si evidenza la presenza di due fasi cristalline. Si deduce infatti, che i catalizzatori preparati con la tecnica sol gel assistita da aerosol incorporano meglio il Cu e mostrano una buona dispersione di rame nella struttura della ceria. Tutti i catalizzatori hanno mostrato un notevole miglioramento delle prestazioni catalitiche rispetto all’attività della ceria pura. Nello specifico il catalizzatore che ha mostrato le prestazioni migliori per l’ossidazione del CO e buona stabilità è stato il campione in aerosol contenente il 10% di rame.