catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"catal-146Research ArticleКАТАЛИЗ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫСATALYSIS AND ENVIRONMENT PROTECTIONКАТАЛИТИЧЕСКОЕ СНИЖЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ВЫБРОСОВ СО ПРИ ХОЛОДНОМ ЗАПУСКЕ ДВИГАТЕЛЯCatalytic Abatement of Cold-Start Vehicular CO EmissionsСингхПратичиPratichiSingh

M.Sc., Research Scholar of Department of Chemical Engineering & Technology, Indian Institute of Technology (BHU), Varanasi-221005, India. Ph: +91 9389519969

pratichi.singh@gmail.comПрасадРамPrasadRam

Ph.D., Professor of the same department. Ph: +91 9415268192.

rprasad.che@iitbhu.ac.inОтделение химического машиностроения и технологии, Индийский институт технологии, г. ВаранасиРоссияDepartment of Chemical Engineering & Technology, Indian Institute of Technology (Banaras Hindu University), Varanasi, Republic of IndiaRussian Federation201427112014014248Copyright © LLC "KALVIS", 20142014LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/146

Выбросы транспортных средств являются основным источником CO – одного из самых ядовитых газов. Он не только вредно влияет на человека и растительность, но также загрязняет окружающую среду и косвенно способствует глобальному потеплению. В фазе холодного старта двигателя выброс СО увеличивается на 60–80 %, даже если автомобиль оснащен TWC. Таким образом, задача устройств, регулирующих выбросы бензинового автомобиля, заключается в снижении выбросов CO до уровня ниже 1,0 г/км. В данной работе катализатор Au-CuCe/γ-Al2O3 был испытан на активность в окислении СО и продолжительность срока службы. Катализатор был приготовлен методом пропитки по влагоемкости и прокален при 600 °С. Удельная площадь поверхности катализатора, определенная по адсорбции азота методом БЭТ, составила 103,48 м2/г, размер пор 28,664 нм, объем пор 0,07 см3/г. Дифракционная картина катализатора подтвердила преобладание флюоритной структуры CeO2 кристаллов в аморфном состоянии, а также показала присутствие кристаллов CuO теноритной фазы. В аморфном состоянии наблюдался также очень небольшой пик от наноразмерного Au. XPS исследования показали сосуществование в катализаторе Ce3+/Ce4+. Медь в форме Cu(I), Cu(II) в октаэдрических позициях и Cu(II) в тетраэдрических позициях соответственно наблюдалась наряду с Cu+ и Ce3+. Также был обнаружен типичный пик Au. Полная конверсия СО наблюдалась около 80 °C. Для определения продолжительности срока службы катализатор был прокален при 800 °С, конверсию на нем измеряли в течение 50 ч непрерывной работы, дезактивация катализатора не наблюдалась. Благодаря низкой стоимости и доступности Au-CuCe/γ-Al2O3 может быть рекомендован для использования в качестве катализатора окисления автомобильных выхлопных газов при температуре холодного запуска двигателя.

Vehicle emissions are the major contributor of one of the most poisonous gas, CO. It not only affects human beings and vegetation but also affect environment. It indirectly contributes to global warming. Cold-start phase aggravates its emission to about 60–80 % even if the vehicle is equipped with a TWC. Thus, the target of the emission regulation bodies is to reduce CO emissions below 1,0 g/km from petrol-driven car. In this paper, the CO oxidation activityand durability of Au-CuCe/γ-Al2O3 catalyst were tested. The catalyst was prepared by wet impregnation method and calcined at 600 °C. Characterization of the catalyst by N2 adsorption showed a BET surface area 103,48 m2/g, pore size 28,664 nm and pore volume 0,07 cm3/g. The XRD pattern of the catalyst confirmed the dominance of fluorite structure of CeO2 crystals in amorphous state and also exhibited the presence of CuO crystals of tenorite phase. Very small peak of nanosize Au was also observed in amorphous state. XPS studies showed the coexistence of Ce3+/Ce4+ in the catalyst. Copper in the form of Cu(I), Cu(II) in octahedral sites and Cu(II) in tetrahedral sites respectively was observed along with the existence of Cu+ and Ce3+. A typical peak of Au was also found. Total CO conversion was found around 80 °C. For durability test catalyst was calcined at 800 °C and CO conversion was measured for the 50 hour continuous run during which catalyst did not showed deactivation. Low cost and easy availability of Au-CuCe/γ-Al2O3 might advocate for its use as a catalyst for CO oxidation in vehicular exhaust at cold-start temperature.

окисление СОхолодный старткатализаторпромотированный золотомкатализатор с переходным металломCO oxidationcold startGold-promoted catalysttransition metal catalystReferencesShinjoh H. // Catal. Surv. Asia. 2009. Vol. 13. P. 184—190.Shinjoh H. // Catal. Surv. Asia. 2009. Vol. 13. P. 184—190.Heck R.M., Farrauto R.J. // Appl. Catal. A: Gen. 2001. Vol. 221. P. 443—457.Heck R.M., Farrauto R.J. // Appl. Catal. A: Gen. 2001. Vol. 221. P. 443—457.Gandhi H.S., Graham G.W., McCabe R.W. // J. Catal. 2003. Vol. 216. P. 433—442.Gandhi H.S., Graham G.W., McCabe R.W. // J. Catal. 2003. Vol. 216. P. 433—442.Suresh Y., Sailaja Devi M.M., Manjari V., Das U.N. // Environ. Pollut. 2000. Vol. 109. P. 321—325.Suresh Y., Sailaja Devi M.M., Manjari V., Das U.N. // Environ. Pollut. 2000. Vol. 109. P. 321—325.Peters A., Liu E., Verier R.I. et al. // Epidemiology. 2000. Vol. 11. P. 11—17.Peters A., Liu E., Verier R.I. et al. // Epidemiology. 2000. Vol. 11. P. 11—17.Vehicular exhaust: environmental standards [Electronic resource] // CPCB (Central Pollution Control Board, Ministry of Environment & Forests, India): [site]. URL: http://cpcb.nic.in (last accesses on 24.03.2012). Acres G.J.K., Harrison B. // Top. Catal. 2004. Vol. 28. P. 3—11.Vehicular exhaust: environmental standards [Electronic resource] // CPCB (Central Pollution Control Board, Ministry of Environment & Forests, India): [site]. URL: http://cpcb.nic.in (last accesses on 24.03.2012). Acres G.J.K., Harrison B. // Top. Catal. 2004. Vol. 28. P. 3—11.Labhsetwar N., Biniwale R.B., Kumar R., Rayalu S., Devotta S. // Catal. Surv. Asia. 2006. Vol. 10, № 1. P. 55—64.Labhsetwar N., Biniwale R.B., Kumar R., Rayalu S., Devotta S. // Catal. Surv. Asia. 2006. Vol. 10, № 1. P. 55—64.Hu T., Wei Y., Liu S., Zhou L. // Energy & Fuels. 2007. Vol. 21. P. 171—175.Hu T., Wei Y., Liu S., Zhou L. // Energy & Fuels. 2007. Vol. 21. P. 171—175.Weilenmann M., Soltic P., Saxer C., Forss A.-M., Heeb N. // Atmos. Environ. 2005. Vol. 39. P. 2433—2441.Weilenmann M., Soltic P., Saxer C., Forss A.-M., Heeb N. // Atmos. Environ. 2005. Vol. 39. P. 2433—2441.Solov’ev S.A., Orlik S.N. // Kinet. Catal. 2009. Vol. 50. P. 705—714.Solov’ev S.A., Orlik S.N. // Kinet. Catal. 2009. Vol. 50. P. 705—714.Prasad R., Rattan G. // Bull. Chem. React. Eng. Catal. 2009. Vol. 4, № 1. P. 5—9.Prasad R., Rattan G. // Bull. Chem. React. Eng. Catal. 2009. Vol. 4, № 1. P. 5—9.Harrison P.G., Ball I.K., Azelee W., Daniell W., Goldfarb D. // Chem. Mater. 2000. Vol. 12. P. 3715—3725.Harrison P.G., Ball I.K., Azelee W., Daniell W., Goldfarb D. // Chem. Mater. 2000. Vol. 12. P. 3715—3725.Huber F., Venvik H., Rønning M., Walmsley J., Holmen A. // Chem. Eng. J. 2008. Vol. 137, № 3. P. 686—702.Huber F., Venvik H., Rønning M., Walmsley J., Holmen A. // Chem. Eng. J. 2008. Vol. 137, № 3. P. 686—702.Denkwitz Y., Schumacher B., Kučerová G., Behm R.J. // J. Catal. 2009. Vol. 267, № 1. P. 78—88.Denkwitz Y., Schumacher B., Kučerová G., Behm R.J. // J. Catal. 2009. Vol. 267, № 1. P. 78—88.Haruta M. // Catal. Today. 1997. Vol. 36. P. 153—166.Haruta M. // Catal. Today. 1997. Vol. 36. P. 153—166.Mellor J.R., Palazov A.N., Grigorova B.S., Greyling J.F., Reddy K., Letsoalo M.P., Marsh J.H. // Catal. Today. 2002. Vol. 72. P. 145—156.Mellor J.R., Palazov A.N., Grigorova B.S., Greyling J.F., Reddy K., Letsoalo M.P., Marsh J.H. // Catal. Today. 2002. Vol. 72. P. 145—156.Haruta M. // J. New Mater. Electrochem. Systems. 2004. Vol. 7. P. 163—172.Haruta M. // J. New Mater. Electrochem. Systems. 2004. Vol. 7. P. 163—172.Dekkers M.A.P., Lippits M.J., Nieuwenhuys B.E. // Catal. Today. 1999. Vol. 54, p. 381—390.Dekkers M.A.P., Lippits M.J., Nieuwenhuys B.E. // Catal. Today. 1999. Vol. 54, p. 381—390.Hutchings G.J. // Catal. Today. 2005. Vol. 100. P. 55—61.Hutchings G.J. // Catal. Today. 2005. Vol. 100. P. 55—61.Grisel R.J.H., Nieuwenhuys B.E. // J. Catal., 2001. Vol. 199. Р. 48.Grisel R.J.H., Nieuwenhuys B.E. // J. Catal., 2001. Vol. 199. Р. 48.Grisel R.J.H., Weststrate C.J., Goossens A., Crajé M.W.J., van der Kraan A.M., Nieuwenhuys B.E. // Catal. Today. 2002. Vol. 72. P. 123—132.Grisel R.J.H., Weststrate C.J., Goossens A., Crajé M.W.J., van der Kraan A.M., Nieuwenhuys B.E. // Catal. Today. 2002. Vol. 72. P. 123—132.Gluhoi A.C., Lin S.D., Nieuwenhuys B.E. // Catal. Today. 2004. Vol. 90. P. 175—181.Gluhoi A.C., Lin S.D., Nieuwenhuys B.E. // Catal. Today. 2004. Vol. 90. P. 175—181.Arena F., Famulari P., Trunfio G., Bonura G., Frusteri F., Spadaro L. // Appl. Catal. B: Environ. 2006. Vol. 66. P. 81—91.Arena F., Famulari P., Trunfio G., Bonura G., Frusteri F., Spadaro L. // Appl. Catal. B: Environ. 2006. Vol. 66. P. 81—91.Qin J., Lu J., Cao M., Hu C. // Nanoscale. 2010. Vol. 2. P. 2739—2743.Qin J., Lu J., Cao M., Hu C. // Nanoscale. 2010. Vol. 2. P. 2739—2743.Jin L.-y., He M., Lu J.-q., Luo M.-f., Fang P., Xie Y.-l. // Chin. J. Chem. Phys. 2007. Vol. 20. P. 582—586.Jin L.-y., He M., Lu J.-q., Luo M.-f., Fang P., Xie Y.-l. // Chin. J. Chem. Phys. 2007. Vol. 20. P. 582—586.Venezia A.M., Longo A., Casaletto M.P., Liotta F.L., Deganello G., Pantaleo G., Di Carlo G. // J. Phys. Chem.Venezia A.M., Longo A., Casaletto M.P., Liotta F.L., Deganello G., Pantaleo G., Di Carlo G. // J. Phys. Chem.B. 2005. Vol. 109. P. 2821—2827.B. 2005. Vol. 109. P. 2821—2827.Sangeetha P., Chen Y.-W. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2009. Vol. 34. P. 7342—7347.Sangeetha P., Chen Y.-W. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2009. Vol. 34. P. 7342—7347.Haider P., Grunwaldt J.-D., Seidel R., Baiker A. // J. Catal. 2007. Vol. 250. P. 313—323.Haider P., Grunwaldt J.-D., Seidel R., Baiker A. // J. Catal. 2007. Vol. 250. P. 313—323.Pongstabodee S., Monyanon S., Luengnaruemitchai A. // J. Industr. Eng. Chem. 2012. Vol. 18. P. 1272—1279.Pongstabodee S., Monyanon S., Luengnaruemitchai A. // J. Industr. Eng. Chem. 2012. Vol. 18. P. 1272—1279.Pojanavaraphan C., Luengnaruemitchai A., Gulari E. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38. P. 1348—1362.Pojanavaraphan C., Luengnaruemitchai A., Gulari E. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2013. Vol. 38. P. 1348—1362.Andreeva D., Idakiev V., Tabakova T., Ilieva L., Falaras P., Bourlinos A., Travlos A. // Catal. Today. 2002. Vol. 72. P. 51—57.Andreeva D., Idakiev V., Tabakova T., Ilieva L., Falaras P., Bourlinos A., Travlos A. // Catal. Today. 2002. Vol. 72. P. 51—57.Epling W.S., Hoflund G.B., Weaver J.F., Tsubota S., Haruta M. // J. Phys. Chem. 1996. Vol. 100. P. 9929—Epling W.S., Hoflund G.B., Weaver J.F., Tsubota S., Haruta M. // J. Phys. Chem. 1996. Vol. 100. P. 9929—Bera P., Hegde M.S. // Catal. Lett. 2002. Vol. 79. P. 75—81.Bera P., Hegde M.S. // Catal. Lett. 2002. Vol. 79. P. 75—81.Pillai U.R., Deevi S. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. Vol. 299. P. 266—273.Pillai U.R., Deevi S. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. Vol. 299. P. 266—273.Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984): report of IUPAC // Pure Appl. Chem. 1985. Vol. 57. P. 603—619.Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity (Recommendations 1984): report of IUPAC // Pure Appl. Chem. 1985. Vol. 57. P. 603—619.Su Y., Wang Shuping, Zhang T., Wang Shurong, Zhu B., Cao J., Yuan Z., Zhang S., Huang W., Wu S. // Catal. Lett. 2008. Vol. 124. P. 405—412.Su Y., Wang Shuping, Zhang T., Wang Shurong, Zhu B., Cao J., Yuan Z., Zhang S., Huang W., Wu S. // Catal. Lett. 2008. Vol. 124. P. 405—412.Zhang T., Wang S.P., Yu Y., Su Y., Guo X., Wang S.R., Zhang S., Wu S. // Catal. Commun. 2008. Vol. 9. P. 1259— 1264.Zhang T., Wang S.P., Yu Y., Su Y., Guo X., Wang S.R., Zhang S., Wu S. // Catal. Commun. 2008. Vol. 9. P. 1259— 1264.Zhu J., Gao Q., Chen Z. // Appl. Catal. B: Environ. 2008. Vol. 81. P. 236—243.Zhu J., Gao Q., Chen Z. // Appl. Catal. B: Environ. 2008. Vol. 81. P. 236—243.Polster C.S., Nair H., Baertsch C.D. // J. Catal. 2009. Vol. 266. P. 308—319.Polster C.S., Nair H., Baertsch C.D. // J. Catal. 2009. Vol. 266. P. 308—319.Tavares A.C., Cartaxo M.A.M., Da Silva Pereira M.I., Costa F.M. // J. Electroanal. Chem. 1999. Vol. 464. P. 187—197.Tavares A.C., Cartaxo M.A.M., Da Silva Pereira M.I., Costa F.M. // J. Electroanal. Chem. 1999. Vol. 464. P. 187—197.Fradette N., Marsan B. // J. Electrochem. Soc. 1998. Vol. 145. P. 2320—2327.Fradette N., Marsan B. // J. Electrochem. Soc. 1998. Vol. 145. P. 2320—2327.Li G.H., Dai L.Z., Lu D.S., Peng S.Y. // J. Solid State Chem. 1990. Vol. 89. P. 167—173.Li G.H., Dai L.Z., Lu D.S., Peng S.Y. // J. Solid State Chem. 1990. Vol. 89. P. 167—173.Liu W., Flytzani-Stephanopoulos M. // J. Catal. 1995. Vol. 153. P. 304—316.Liu W., Flytzani-Stephanopoulos M. // J. Catal. 1995. Vol. 153. P. 304—316.Ko E.-Y., Park E.D., Seo K.W., Lee H.C., Lee D., Kim S. // Catal. Today. 2006. Vol. 116, № 3. P. 377—383.Ko E.-Y., Park E.D., Seo K.W., Lee H.C., Lee D., Kim S. // Catal. Today. 2006. Vol. 116, № 3. P. 377—383.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.