Lean NOx reduction with methanol over supported silver catalysts
Doktorsavhandling, 2015

The oxygen rich and relatively cold exhaust gases from fuel-efficient combustion engines bring challenges for the reductive aftertreatment of NOx. In this context selective catalytic reduction over silver/alumina has shown positive results, especially with oxygenated reducing agents. In the present work, methanol, which is considered a promising renewable fuel, is evaluated as reducing agent for NOx over supported silver catalysts. The aim is to gain increased understanding of the catalytic processes, especially focusing on low-temperature activity and selectivity. The role of the supported silver species is studied, together with the influence of the support material and the gas composition, including the formation of hydrogen. For this purpose model catalysts were prepared, characterized and evaluated in flow-reactor experiments. The results show that the low-temperature activity for lean NOx reduction with methanol over silver/alumina is highly dependent on the composition of supported silver species and their interplay with adsorbed and gas phase species. This work provides new insights in the role of small silver species for the selectivity to N2 and the importance of somewhat larger silver species for catalytic activity at low temperature. These results were achieved by comparing silver/alumina samples of similar silver loading, but with different composition of silver species, as revealed by UV-vis spectroscopy, TEM and H2-TPR. Furthermore, comparisons of different support materials during methanol-SCR conditions, show a higher NOx reduction for silver supported on alumina than on ZSM-5. The NOx reduction over the alumina based catalyst is found to improve when the C/N ratio is moderately increased. The influence of the silver loading was studied and the results show that sol-gel silver/alumina with 3 wt% silver gives a high NOx reduction with methanol in a broad temperature interval, relevant for lean exhaust gases. Moreover, the observed formation of H2 from methanol gives an indication of that the high low-temperature activity associated with oxygenated reducing agents may be connected to the abstraction of hydrogen from the oxygenate, studied here for methanol by DRIFT spectroscopy. One effect of hydrogen, observed in the present work by UV-vis spectroscopy, is reduction of silver species.

lean NOx reduction

SCR

silver species

silver/alumina

methanol

hydrogen

silver/ZSM-5

KB-salen, Kemigården 4, Göteborg
Opponent: Professor Robbie Burch, Queen’s University Belfast, UK

Författare

Marika Männikkö

Kemi och kemiteknik, Tillämpad kemi, Teknisk ytkemi

Kompetenscentrum katalys (KCK)

Effect of silver loading on the lean NOx reduction with methanol over Ag-Al2O3

Topics in Catalysis,; (2013)p. 145-150

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Selective catalytic reduction of NOx with methanol over supported silver catalysts

Applied Catalysis B: Environmental,; Vol. 119-120(2012)p. 256-

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Role of hydrogen formation and silver phase for methanol-SCR over silver/alumina

Catalysis Today,; Vol. 258(2015)p. 454-460

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Under senare år har bränslesnåla fordon blivit allt mer populära. Utvecklingen drivs bl.a. av strängare emissionslagstiftning och stigande oljepriser. Om en förbränningsmotor körs med syreöverskott får man en effektivare förbränning av bränslet och gör då av med en mindre mängd bränsle samtidigt som utsläppen av koldioxid minskar. Sådana förhållanden har man i dieselmotorer, men även andra motorer och bränslen kan användas. Om förnyelsebara bränslen används får man ytterligare en vinst i form av lägre utsläpp av fossilt koldioxid. I den här avhandlingen studeras metanol, som är ett potentiellt förnyelsebart bränsle för transportsektorn. Ett problem med dessa bränslesnåla motorer är den höga syrehalten och den låga temperaturen hos avgaserna. Detta försvårar avgasefterbehandlingen, t.ex. vid reduktion av kväveoxider. Kväveoxider, som bildas vid förbränning i luft vid framför allt höga temperaturer, bidrar till övergödning, försurning och bildning av marknära ozon, samtidigt som de har en skadlig inverkan på ozonlagret. Ett sätt för att minska mängden kväveoxider (NOx) i syrerika avgaser är att utnyttja bränslet för att skapa de förhållanden som behövs. Bränsle sprutas in i avgassystemet, varefter NOx emissionerna kan reduceras till ofarlig kvävgas i en katalysator. I den här avhandlingen utvärderas metanol som reduktionsmedel för NOx, över silver på ett bärarmaterial. Målet är att få ökad förståelse för de katalytiska processerna, med fokus på hög aktivitet vid låg temperatur.

Styrkeområden

Nanovetenskap och nanoteknik

Transport

Energi

Materialvetenskap

Ämneskategorier

Kemiska processer

ISBN

978-91-7597-200-8

Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie

KB-salen, Kemigården 4, Göteborg

Opponent: Professor Robbie Burch, Queen’s University Belfast, UK