In situ and operando studies of the selective catalytic conversion of NOx  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
69052
Type K
Principal investigator Valyon, József
Title in Hungarian In situ és operando vizsgálatok az NOx szelektív katalitikus átalakításában
Title in English In situ and operando studies of the selective catalytic conversion of NOx
Keywords in Hungarian NOx-SCR, katalízis, operando spektroszkópia, zeolitok
Keywords in English NOx-SCR, catalysis, operando spectroscopy, zeolites
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)70 %
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)30 %
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Institute of Materials and Environmental Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Participants Lónyi, Ferenc
Rosenbergerné Mihályi, Magdolna
Starting date 2007-07-01
Closing date 2011-12-31
Funding (in million HUF) 9.560
FTE (full time equivalent) 2.97
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatások célja, a metánnal végzett szelektív katalitikus NO redukció mechanizmusának alaposabb megértése. Egyik fontos kutatási célunk a Co-zeolit katalizátorokba bevitt, aktivitás növelő, szinergikus hatású második fém, nevezetesen a Pt illetve az In hatásmechanizmusának feltárása. Vizsgáljuk továbbá a zeolit hordozó szerkezetének és a katalizátor aktivitásának összefüggéseit. A kutatási program tudományos újdonsága a szilárdfázisú ioncserés módszer bevezetése NO redukáló zeolit katalizátorok előállítására, valamint az, hogy a katalízis kutatás megszokott módszerei mellett korszerű, in situ és operando vizsgálati módszereket alkalmazunk, nevezetesen a DRIFTS-MS és a TEOM-GCMS módszert.
Vizsgálni kívánjuk tehát
-a Co mellé bevitt második fém, elsősorban Pt és In szinergikus hatásának mechanizmusát a katalitikus aktivitásra a szelektív, metános NO redukcióban,
-a reakcióban alkalmazott zeolit hordozó szerkezetének és savasságának hatását a katalitikus tulajdonságokra,
-a a fémkomponens, vagy fémkomponensek beviteli módjának hatását a kapott katalizátor tulajdonságaira, különös tekintettel a szilárd fázisú ioncsere módszerére,
-a katalizátorokba beépített aktív fém, vagy fémek kemiszorpciós és redoxi tulajdonságait,
-a katalizátor fáradás okait, ill. a katalizátor dezaktiválódás mérséklésének lehetőségeit.
A fentiekben felvázolt kutatási program teljes megvalósításához az MTA Kémiai Kutatóközpont rendelkezik a szükséges eszközállománnyal (XRD, MAS-NMR, ESR, stb.), amelyet szükség szerint igénybe fogunk venni. A tervezett, legfontosabb, in situ és operando vizsgálatokhoz (DRIFTS-MS, TEOM-GCMS) az eszközök vezető kutató osztályán rendelkezésre állnak. A kísérleti programot a három főállású kutató mellett, legalább egy, de lehetőség szerint két Ph.D. hallgató bevonásával kívánjuk megvalósítani.
Summary
The aim of the research is to get a better knowledge of the catalytic mechanism of the selective NO reduction by methane. One specific objective of the project is to understand the activity-enhancing synergistic action mode of a second metal, namely Pt or In, introduced into Co-zeolite catalysts. The relationship between the catalytic activity and the structure of the zeolite support is also to be studied. The scientific novelty of the project is the introduction of the solid-state ion exchange method into the catalyst preparation procedure, moreover, that beside the usually applied methods of the catalytic research, modern in situ and operando methods, such as the DRIFTS-MS and the TEOM-GCMS, are to be applied.
Briefly, the study relates to
-the mechanism of the synergistic action of a second metal, primarily Pt and In, on the activity of the Co-zeolite catalysts in the selective NO reduction by methane,
-the affect of the method, used to introduce the metal component(s) on the activity of the catalysts, with special regard to the application of the solid-state ion exchange method,
- the chemisorption and redox properties of the active metal or metals in the catalysts,
-the reasons of catalyst aging and the possibilities of reducing catalyst deactivátion.
The Chemical Research Center of the HAS has all the facilities (XRD, MAS-NMR, ESR, etc.), which are needed to fully accomplish the research program, outlined above. We are going to take advantage of the instrumental potential of the institute. The instruments to the planned, most important, in situ and operando measurements (DRIFTS-MS, TEOM-GCMS) are available at the department of the principal investigator. Beside three professional scientists one or, if possible, two Ph.D. students will become involved in the experimental work.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projektben a metánnal végzett szelektív katalitikus NO redukció (NO-SCR) mechanizmusának alaposabb megértését és ezáltal a reakcióban hatékonyabb katalizátor kifejlesztésének megalapozását tűztük ki célul. Vizsgálataink elsősorban a reakcióhoz legígéretesebb Co-, In-, és Pd-, valamint Co,In-, és Pd,In-zeolitokra irányultak. A katalitikus kísérletekben a reduktív szilárdfázisú ioncserével (RSSIE) előállított, promoveált In-zeolitok bizonyultak a legaktívabb és legszelektívebb katalizátoroknak. Rámutattunk arra, hogy az RSSIE folyamat illékony InOH köztitermék keletkezésén és annak a savas helyekkel lejátszódó reakcióján keresztül megy végbe. Megvizsgáltuk, hogy a katalizátorban hogyan és milyen aktív helyek alakulnak ki. Operando DRIFT spektroszkópiai módszerrel tanulmányoztuk az NO-SCR reakció körülményei között kialakuló felületi képződményeket és reaktivitásukat. Az eredményekből a katalizátorszerkezet és aktivitás közötti összefüggésekre, valamint az NO-SCR reakció mechanizmusára következtettünk. Kimutattuk, hogy az NO-SCR reakció körülményei között az aktív centrumokon NO+/NO3- képződmények alakulnak ki. A metán az NO3- képződménnyel reagálva aktiválódik, míg az NO+ a keletkezett aktív intermedierrel a nitrogén képződéséhez vezető lépésben vesz részt. Az NO+/NO3- képződmények kialakulásához NO2, ill. annak képződését katalizáló katalitikus funkció szükséges. A Co és Pd promótor az NO oxidációját gyorsítja fel oxigénnel NO2-vé, ami nagyobb felületi NO+/NO3- koncentrációhoz, s végül nagyobb NO-SCR aktivitáshoz vezet.
Results in English
The present project concerns the understanding of the mechanism of selective catalytic reduction of NO (NO-SCR) with methane and, thereby, to provide better scientific bases for the development of a more effective catalyst for the reaction. The investigation was focused on the most promising Co-, In-, Pd-, Co,In-, and Pd,In-zeolites. The results of the study revealed that promoted In-zeolites prepared by reductive solid state ion-exchange (RSSI) method were the most active and selective catalysts. It was shown that the RSSIE process proceeded via volatile InOH intermediate and its reaction with the Brønsted acidic sites of the zeolite. We studied the relation between the method of catalyst preparation and catalytic properties. The surface species formed under reaction conditions in the NO-SCR reaction and their reactivity were investigated by operando DRIFT spectroscopy. The results obtained allowed us to verify the relationship between the catalyst structure and activity and outline a plausible reaction mechanism. It was shown that under conditions of the NO-SCR reaction NO+/NO3- species were formed on the active sites. Methane was activated in reaction with NO3- species, whereas NO+ took part in the reaction with the thus obtained active intermediate leading to the formation of N2. A catalytic function was necessary to obtain NO2 that was needed for the formation of NO+/NO3- species. The Co and Pd promoters accelerated the oxidation of NO to NO2 with O2, which resulted in a higher NO+/NO3- concentration and finally in a higher NO-SCR activity.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=69052
Decision
Yes





 

List of publications

  
H.Solt, F.Lónyi, J.Valyon: Preparation of In,H-Zeolite Catalysts and their Activity in the NO-SCR Reaction by Methane, 9th Pannonian International Symposium on Catalysis, 8-12 September 2008, Strbske pleso, Slovakia, ISBN 978-80-227-2923-9, p 250-256, 2008
F.Lónyi, R.M.Mihályi, J.Valyon, L.B.Guiterrez, E.E.Miro: A Mechanistic Study of the Solid-State Reactions of H-Mordenite with Indium(0) and Indium(III)oxide, J.Phys.Chem. C, 112, 19423-19430, 2008
H. Solt,F.Lónyi, J.Valyon: Catalytic activity of In,H- and In,Pd,H-zeolite catalysts in the NO-SCR reaction by methane, 3rd International Congress on Operando Spectroscopy, Rostock-Warnemünde, Germany, Book of Abstracts, P3-04, 2009
F. Lónyi, H. E. Solt, J. Valyon , H. Decolatti, L. B. Gutierrez, E. Miró: An operando DRIFTS study of the active sites and the active intermediates of the NO-SCR reaction by methane over In,H- and In,Pd,H-zeolite catalysts, Appl. Catal. B. Environmental, 100 (2010) 133-142, 2010
H. Solt, F. Lónyi, J. Valyon: Catalytic activity of tion of In-containing zeolite catalysts in the NOx-SCR reaction by methane, 10th Pannonian International Symposium on Catalysis , Polish Zeolite Association,Kraków, Poland, ISBN 978-83-929430-4-4, p 60-67, 2010
H. Solt, F. Lónyi, J. Valyon: In,H-, In,Pd,H-, and In,Co,H-zeolite catalysts for the SCR of NOx by methane, 16th International Zeolite Conference joint with the 7th International Mesostructured Materials Symposium, Sorrento, Italy, Book of Abstracts, p 1187-1188, 2010
H. Decolatti, F. Lónyi, H. Solt, E. Miró, L. Guiterrez: The effect of Pd-In interactions in a mordenite framework upon NOx SCR with methane, 16th International Zeolite Conference joint with the 7th International Mesostructured Materials Symposium, Sorrento, Italy, Book of Abstracts, p 1347-1348, 2010, 2010
H. Decolatti, H. Solt, F. Lónyi, J. Valyon, E. Miró, L. Gutierrez: The role of Pd-In interactions on the performance of PdIn-Hmordenite in the SCR of NOx with CH4, Catalysis Today, 172 (2011) 124-131, 2011
F. Lónyi, H.E. Solt, J. Valyon, A. Boix, L.B. Gutierrez: The activation of NO and CH4 for NO-SCR reaction over In- and Co-containing H-ZSM-5 catalysts, Journal of Molecular Catalysis A:Chemical, 345 (2011) 75-80, 2011
H. Decolatti, F. Lónyi, H. Solt, E. Miró, L. Gutierrez: Characterization of Pd and In species in PdInH-mordenite for the SCR of NOx with methane, 5th International FEZA Conference, Book of abstracts, Valencia, Spain, 2011
H. Decolatti, F. Lónyi, R. M. Mihályi, J. Valyon, A. Boix, L. Gutierrez: Study of PdIn-Zeolite catalysts by XPS and TEM-EDX, 5th International FEZA Conference, Book of abstracts, Valencia, Spain, 2011
Solt H. E.: Nitrogén-oxidok szelektív katalitikus redukciója metánnal indium tartalmú zeolitokon, Szegedi Tudományegyetem, TTK, Környezetkémiai Doktori Iskola, 2011
F. Lónyi, H.E. Solt, J. Valyon, A. Boix, L.B. Gutierrez: The SCR of NO with methane over In,H-, and Co,In,H-ZSM-5 catalysts: The promotional effect of cobalt, Applied Catalysis B: Environmental (közlésre elfogadva), 2012




 

Events of the project

  
2012-01-03 11:35:14
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Nanokémiai és Katalízis Intézet (MTA Kémiai Kutatóközpont), Új kutatóhely: Anyag- és Környezetkémiai Intézet (MTA Kémiai Kutatóközpont).



Back »