Abbattimento di particolato carbonioso nei motori Diesel

Negli ultimi anni l’inquinamento atmosferico ha riscosso sempre più interesse sia dal punto di vista ambientale che sociale. Si è quindi reso necessario sviluppare nuove tecnologie per la gestione e mitigazione degli inquinanti emessi da fonti antropogeniche. Tra tutte le sorgenti inquinanti, quella dovuta alle emissioni del traffico veicolare è di notevole importanza e ricopre una notevole fetta di quella totale. I motori Diesel sono stati a lungo utilizzati in veicoli pesanti e camion che dovessero sostenere lunghi viaggi e, dal momento che presentano efficienze elevate e risultano in un maggiore risparmio di combustibile rispetto ai motori a benzina, il loro uso si è esteso anche al mercato delle autovetture. Contenendo più particolato ed ossidi di azoto allo scarico, le emissioni di un veicolo Diesel sono significativamente più dannose di quelle di un motore a benzina. La gestione e mitigazione di questi inquinanti rappresenta una grande sfida e negli ultimi decenni sono state sviluppate e migliorate tecnologie adibite al loro abbattimento. Le proprietà fisico-chimiche della Ceria e dei relativi materiali sono state largamente studiate grazie al loro ruolo essenziale nell’attività catalitica (ossidativa). Molti studi hanno confermato che andando a modificare le proprietà strutturali dei catalizzatori a base di Ceria, in particolare nel dominio nanometrico, si va a migliorare l’attività catalitica nei confronti di numerosi processi, compresa l’ossidazione del particolato. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo quello di andare a valutare l’attività catalitica della ceria, pura o in soluzione solida con il praseodimio, rispetto all’ossidazione del particolato e del monossido di azoto emessi da un motore Diesel. Si sono quindi sintetizzati, attraverso sintesi idrotermale e solution combustion synthesis (SCS), catalizzatori nanostrutturati a base di ceria e ceria-praseodimia. In una prima fase del lavoro si è effettuata la sintesi dei quattro catalizzatori per impregnazione di un monolita in carburo di silicio. Le performance si sono valutate effettuando prove di ossidazione di NO e del soot sia in presenza di ossigeno sia in presenza di entrambi ossigeno e NOx. Solo per i catalizzatori migliori, quelli a base di ceria e praseodimia, sono state effettuate delle prove di ossidazione del particolato, con e senza la presenza degli NOx, e del monossido di azoto con i catalizzatori in polvere. In aggiunta si sono testati entrambi i catalizzatori di Ce-Pr, in polvere, per le reazioni di ossidazione del particolato in in assenza di ossigeno; nonostante queste condizioni si discostino dalle normali condizioni operative di un motore Diesel ci forniscono comunque un’idea dei diversi meccanismi con cui operano i catalizzatori in funzione della tipologia di sintesi con cui sono stati prodotti. Gli studi sull’attività catalitica dei catalizzatori sono stati effettuati attraverso una classica temperature-programmed combustion (TPC). Sono state effettuate anche delle prove in isoterma e in rampa di temperatura di ossidazione di NO con i catalizzatori in polvere. La concentrazione dei gas è stata continuamente monitorata tramite degli analizzatori. Dal momento che l’attività del catalizzatore è strettamente correlata alla sua struttura e composizione è stata inoltre effettuata l'analisi delle caratteristiche chimico-fisiche dei campioni sintetizzati.