نقش کاتالیست ها در کاهش آلودگی هوا

فرمت: PPT   تعداد صفحات: 70

خلاصه فهرست:

• مبدل كاتاليستي
• نانو ذرات طلا
• اکسیداسیون co با استفاده از نانو ذرات طلا
• مروری بر مطالعات

مبدل های کاتالیستی از دهه 70 با هدف کاهش آلودگی هوا، بر سر راه خروجی موتورهای بنزینی نصب شده اند. اکثر خودروهای مدرن امروزی، مجهز به مبدل های کاتالیتیکی سه راهه (Three – Way Catalytic Converter) می باشند.

واکنشگرهای سه راهه (TWCC) و واکنشگرهای دو راهه

• واکنشگرهای سه راهه (TWCC): واکنشگرهایی که مقدار NOx, CO, HC را کاهش میدهند.
• واکنشگرهای دو راهه: واکنشگرهایی که فقط CO, HC را کاهش می دهند.

توجه: واکنشگرهایی نیز موجود می باشند که فقط NOx را کاهش میدهند.

اکسیداسیون و احیا در درون واکنشگر Reduction & Oxidation

علت انتخاب نام سه راهه برای این مبدل ها آن است که برای کاهش همزمان سه نوع گاز سمی و آلاینده هوا شامل: مونوکسیدکربن (CO)، هیدروکربنهای حاصل از احتراق ناقص (HC) و اکسید نیتروژن (NOX) و تبدیل آنها به گازهای غیرسمی بخار آب H2O، نیتروژن N2 و دی اکسید کربن CO2، مورداستفاده قرار می گیرند.

مبدل کاتالیتیکی از دو نوع کاتالیست جهت پالایش آلاینده ها استفاده می کند:

• کاتالیست کاهش دهنده (Reduction Catalyst)
• کاتالیست اکسید کننده (Oxidation Catalyst)

هر دو نوع از کاتالیست ها، از یک ساختمان سرامیکی با پوشش فلزی که معمولاً از پلاتین، رودیوم و پالادیوم می باشند، تشکیل شده است.

کاتالیست کاهش دهنده آلودگی (Reduction Catalyst)

عملکرد کاتالیست کاهش دهنده، اولین مرحله پالایش توسط مبدل های کاتالیتیکی می باشد. این نوع کاتالیست با استفاده از پلاتین و رودیوم، مقادیر اکسیدهای نیتروژن NOX را کاهش می دهد هنگامی که مولکول های NO یا NO2 به کاتالیست برخورد می کنند، نیتروژن خود را از دست می دهند (نیتروژن موجود جذب کاتالیست می شود) و اکسیژن باقیمانده به شکل O2 از کاتالیست خارج می شود. نیتروژن جذب شده توسط کاتالیست با سایر مولکول های نیتروژن موجود در کاتالیست ترکیب شده و به شکل مولکول N2 در می آید.

2NO → N2 + O2  or
2NO2 → N2 + 2O2   (Reduction)

کاتالیست اکسید کننده (Oxidation Catalyst)

عملکرد کاتالیست اکسید کننده، دومین مرحله از پالایش توسط مبدل های کاتالیتیکی می باشد. این نوع کاتالیست مقادیر هیدروکربن های نسوخته و مونوکسید کربن را با سوزاندن (اکسید کردن) آنها توسط عبور دادن آنها از صفحات کاتالیست پلاتین و پالادیوم، کاهش می دهد.

محمل Substrate: یک مجموعه لانه زنبوری که از تعداد زیادی سلول تشکیل شده است.

هدف هندسه خاص: دست یابی به سطح زیاد و جذب بیشتر گونه ها توسط پوشش و در نتیجه واکنش بیشتر می باشد.

انواع محمل ها:

• فلزی
• سرامیکی

واکنشگرهای محمل فلزی سطح فعال بیشتری دارند، افت فشار کمتری ایجاد می کنند، مقاومت مکانیکی، حرارتی و انتقال حرارت بهتری دارند. در عوض به علت تکنولوژی پیچیده، ساخت آنها مشکل تر و در نتیجه گران تر می باشند و وزن آنها در مقابل محمل سرامیکی ها بیشتر است.

پوشش Washcoat: پوشش لایه نازکیست که روی سطح داخلی لانه زنبورها پوشیده می شود. جنس آنها شامل آلومینا (AL2O3)، زیرکونیا (ZrO2)، سریا (CeO2)

کاربرد:

• بستر مناسب برای نشاندن فلزات کاتالیزوری
• افزایش سطح برای جذب گونه ها با توجه به ساختار متخلخل
• افزایش مقاومت حرارتی و پایداری

نانو ذرات طلا

نانو ذرات طلا می‌توانند به عنوان کاتالیست عمل کنند و مونوکسید کربن را به دی‌اکسیدکربن تبدیل کند. نانوذرات طلا به عنوان نانوکاتالیست در حذف آلاینده‌ها یا تمیزکردن گازهای خروجی خودروها، شدت واکنش‌های شیمیایی مطلوب را افزایش می‌دهد.

خواص نانوذرات طلا با طلای توده‌ای بسیار متفاوت است. فقط هنگامی که اتم‌های طلا در اندازه‌های نانومتری محدود می‌شوند، خواص و رفتار کاتالیستی از خود نشان می‌دهند.

خصوصیت نادر نانو ذرات طلا

• فعالیت آنها در دماهای پایین ( دمای محیط و حتی پایین تر) است که این مزیت آنها باعث کاهش قابل توجه هزینه های عملیاتی واحدهای شیمیایی می شود و انتخاب پذیری واکنش را نیز بالا می برد
• ویژگی مهم کاتالیست های با پایه طلا، اکسیداسیون مونواکسید کربن در دماهای پایین است و این نوع کاتالیست ها حتی تا دمای منفی 70 درجه سانتی گراد نیز فعالیت دارند.
• دیگر ويژگي نانو ذرات، بالا بودن نسبت سطح به حجم در اين گروه از مواد و ذرات است.
• انتخاب پذیری یا گزینش مواد، یکی از مهم ترین خواص و ویژگی های کاتالیست هاست. نانو ذرات طلا یکی از کاتالیست هایی است که با توجه به خاصیت انتخاب پذیری مناسب و فعالیت مطلوب برای حذف کار مونواکسید کربن مطرح شده است.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پاورپوینت مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ بررسی منشاء ریزگردها و تاثیر آن بر آلودگی هوا

⇐ کمک های اولیه و آلودگی زدایی پس از حوادث شیمیایی

⇐ روش های مهندسی کنترل آلودگی هوا

⇐ مدل سازی و کنترل آلودگی هوا