Taşıt Emisyonlarının Azaltılmasında Pd-Rh/ZnO Nanotel Katalizörün Katalitik Aktivitesinin İncelenmesi

Bu çalışmada, katalitik konvertörlerde kullanılan geleneksel taşıyıcı malzemelere alternatif olarak çinko oksit nanotel dizinleri kullanılmıştır. ZnO nanotel dizinleri, geleneksel katalitik konvertörlerde taşıyıcı malzeme olarak kullanılan gözenekli yapılara göre çok daha açık bir yüzey morfolojisine sahiptirler. Dolayısıyla, egzoz emisyon gazlarının nanotel üzerine kaplanmış olan katalitik olarak aktif metallere daha kolay ulaşması beklenmektedir. Ayrıca, kordiyerit tabaka üzerine kaplanan ZnO nanotel kalınlığı, alümina kaplama kalınlığına kıyasla çok daha ince olmasından dolayı, daha az basınç düşmesine neden olacaktır. Bu amaçla, ilk başta üzerine herhangi bir kaplama yapılmamış çıplak kordiyerit üzerinde hidrotermal yöntemle ZnO nanotel kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, katalitik olarak aktif olan paladyum ve rodyum birlikte nanotel üzerine sulu emdirme yöntemiyle emdirilerek Pd-Rh/ZnO nanotel katalizörü hazırlanmıştır. Numune üzerine nanotel kaplama ve aktif metal emdirme işlemlerinden sonra SEM, SEM-EDS, TEM ve XRD analizleri yapılarak, tüm işlem basamaklarının başarılı bir şekilde gerçekleştirildiği tespit edilmiştir. Hazırlanan katalizörün CO ve C3H8 oksidasyonu ile NO indirgeme performansları zengin, fakir ve stokiyometrik karışım oranlarında ve değişik sıcaklıklarda test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, ZnO nanotel dizinlerinin geleneksel aktif metal taşıyıcı malzemelere alternatif olabilme potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir

Investigation of Catalytic Activity of the Pd-Rh/ZnO Nanowire Catalyst in Reduction of Vehicle Emissions

In this study, the zinc oxide nanowire arrays have been used as an alternative to conventional carrier materials used in catalytic converters. ZnO nanowire arrays have much open surface morphology compared to porous structures used as carrier materials in conventional catalytic converters. Therefore, exhaust emission gases are expected to easily reach the catalytically active metals coated on the nanowires. In addition, the ZnO nanowire coating thickness coated on the cordierite layer will cause less pressure drop because it is much thinner than the alumina coating thickness. For this purpose, firstly, ZnO nanowire coating was carried out by hydrothermal method on bare cordierite which does not have any coating. Then, the catalytically active palladium and rhodium were impregnated together on the nanowires by using wetness impregnation method to prepare the Pd-Rh/ZnO nanowire catalyst. SEM, SEM-EDS, TEM and XRD analyses were performed on the sample after the nanowire coating and active metal impregnation processes, and it has been found that all the steps of the process are carried out successfully. The CO and C3H8 oxidation and the NO reduction performances of the prepared catalysts were tested at rich, lean and stoichiometric mixture ratios and at different temperatures. The results obtained have shown that the ZnO nanowire arrays have the potential of being the alternative to conventional active metal carrying materials. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

PDF

___

Ameen, S., Akhtar, M.S., Song, M., and Shin, H.S., 2012. Vertically aligned ZnO nanorods on hot filament chemical vapor deposition grown graphene oxide thin film substrate: solar energy conversion. ACS applied materials & interfaces, 4, 4405–4412.
Emiroğlu, A.O., 2017. Investigation of NO x reduction activity of Rh/ZnO nanowires catalyst. Atmospheric Pollution Research, 8, 149–153.
Eswar, K.A., Ab Aziz, A., Rusop Mahmood, M. and Abdullah, S., 2013. Surface morphology of seeded nanostructured ZnO on silicon by Sol-Gel technique. Advanced Materials Research, 667, 265–271.
Farrauto, R.J. and Heck, R.M., 1999. Catalytic converters: state of the art and perspectives. Catalysis Today, 51, 351–360.
González-Velasco, J.R., Botas, J.A., González-Marcos, J.A. and Gutiérrez-Ortiz, M.A., 1997. Influence of water and hydrocarbon processed in feedstream on the three-way behaviour of platinum-alumina catalysts. Applied Catalysis B: Environmental, 12, 61–79.
Greene, L.E., Yuhas, B.D., Law, M., Zitoun, D. and Yang P., 2006. Solution-grown zinc oxide nanowires. Inorg. Chem, 45, 7535–7543. Greene, L.E., Law, M., Tan, D.H., Montano, M., Goldberger, J., Somorjai, G., and Yang, P., 2005. General route to vertical ZnO nanowire arrays using textured ZnO seeds. NANO letters, 5, 1231–1236.
Heck, R.M., Farrauto, R.J. and Gulati, S.T., 2009. Catalytic air pollution control: Commercial technology 3nd ed. Wiley, Londra, 100–118. Taşıt Emisyonlarının Azaltılmasında Pd-Rh/ZnO Nanotel Katalizörün Katalitik Aktivitesinin İncelenmesi, Emiroğlu ve Şen. 1165
Nijhuis, T.A., Beers, A.E., Vergunst, T., Hoek, I., Kapteijn F. and Moulijn J.A., 2001. Preparation of monolithic catalysts. Catal. Rev., 43, 345–380.
Pingping, J., Guanzhong, L., Yun, G., Yanglong, G., Shunhai, Z. and Xingyi, W., 2005. Preparation and properties of a g-Al2O3 washcoat deposited on ceramic honeycomb. Surface & Coatings Technology, 190, 314–320.
Şen, M., 2016. Taşıt emisyonlarının azaltılmasında ZnO nanotel dizinlerinin katalizör aktif metal taşıyıcı olarak kullnaılması. Doktora Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, 129.
Şen, M., Emiroğlu, A.O., and Çelik, M. B., 2016. CO and C3H8 oxidation activity of Pd/ZnO nanowires/cordierite catalyst. Applied Thermal Engineering, 99, 841–845.
Vernoux, P., Leinekugel-Le-Cocq, A.Y. and Gaillard, F., 2003. Effect of the addition of Na to Pt/Al2O3 catalysts for the reduction of NO by C3H8 and C3H6 under lean-burn conditions. Journal of Catalysis, 219, 247–257.
Williams, J.L., 2001. Monolith structures, materials, properties and uses. Catalysis Today, 69, 3–9.