Development of iron based oxidation catalysts for the after-treatment of diesel exhaust gases
Final Report Abstract
Im Vorgängerprojekt wurde gefunden, dass niederbeladene FeOx/Al2O3-Katalysatoren hauptsächlich isolierte Eisenoxid-Spezies besitzen, die bei der „mageren“ CO-Oxidation eine hohe katalytische Aktivität ohne inhibierenden Einfluss durch H2O aufwiesen. Aus diesem Grund sollten im Rahmen dieses Erkenntnistransfer-Projekts präparative Strategien entwickelt werden, mit denen derartige hochaktive FeOx-Strukturen vor allem auch bei hohen Fe-Beladungen einzustellen sind. Dadurch sollten CO-Konversionen erzielt werden, die denen der in der Automobiltechnik bislang eingesetzten Edelmetalle entsprechen. Im Ergebnis sollte so die Substitution der verknappenden und infolgedessen kostenintensiven Edelmetall-Katalysatoren ermöglicht werden. In den hier durchgeführten Arbeiten konnte dieses ambitionierte Ziel teilweise erreicht werden. Es wurde gefunden, dass oberhalb einer bestimmten, trägerspezifischen Fe-Beladung eine Clusterung bzw. Aggregation der Eisenoxid-Strukturen einsetzte, wodurch die CO-Umsätze merklich verringert wurden. Basierend auf diesen grundlegenden Erkenntnissen konnten zwei Präparationsmethoden, die Einfachimprägnierung mit Fe-Acetat sowie die Mehrfachimprägnierung mit Fe(acac)3, entwickelt werden, wodurch die Anteile isolierter FeOx-Spezies bis zu Beladungen von rd. 5 Ma.-% deutlich erhöht werden konnten. Obgleich die gewünschte Steigerung der Aktivität durch die herausragenden strukturellen Eigenschaften ausblieb, eröffnete dies die Möglichkeit, mit Hilfe dieser Methoden und durch Einbindung weiterer 3d-Metalle Katalysatoren mit vielversprechender katalytischer Aktivität herzustellen. Diese Katalysatoren zeigten Vollumsatz von CO bei Raumtemperatur, wobei eine Untersuchung unter Zusatz von Wasser noch aussteht. Darüber hinaus wurden vertiefte Untersuchungen zu Struktur-Aktivitäts-Korrelationen durchgeführt, die die hohe CO-Oxidationsaktivität isolierter bzw. tetraedrisch koordinierter Struktureinheiten aufzeigten. Zudem erfolgte die kinetische Modellierung auf Basis eines Potenzansatzes für die aktivsten durch Einfachimprägnierung hergestellten Katalysatoren. Die kinetische Analyse wurde zur Diskussion des geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes herangezogen, wonach vermutet wurde, dass die Carbonat-Zersetzung der limitierende Schritt der CO-Oxidation darstellen könnte.
