Functionalization of modified layered silicates for the catalysis

Przeprowadzono modyfikacje wermikulitu, polegające na trawieniu kwasem azotowym oraz interkalacji podpórek krzemianowych i krzemianowo-tytanowych. W wyniku tych operacji uzyskano materiały PCH. Dodatkowo próbki były poddane adsorpcji jonów miedzi w celu ich aktywacji katalitycznej dla procesu DeNOx. Otrzymane próbki zbadano w testach katalitycznych pod kątem osiąganego stopnia konwersji i selektywności. Ponadto otrzymane próbki scharakteryzowano z wykorzystaniem proszkowej dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD), temperaturowo-programowanej desorpcja amoniaku (TPD- NH3). Właściwości tekstualne zbadano metodami BET, a formy występującego żelaza za pomocą spektroskopii UV-VIS-DRS. Traktowanie kwasem oraz interkalacja zwiększają powierzchnie właściwą materiałów oraz ilość centrów kwasowych. W rezultacie obserwujemy wzrost stopnia konwersji w porównaniu do próbek wyjściowych. Próbki domieszkowane tytanem wykazują zbliżone parametry teksturalne do krzemowych próbek PCH, posiadają natomiast większą ilości centrów kwasowych, co przekłada się na wzrost wydajności w procesie DeNOx. Zaś obecność kationów miedzi pozwala na osiągnięcie wysokich stopni konwersji NO i efektywnie działanie materiałów w niższych temperaturach. Jednakże, po przekroczeniu 350ºC stopień konwersji NO spadał, co jest związane z konkrecyjną reakcją utleniania amoniaku. Przebieg tej reakcji został potwierdzone w badaniach selektywnego katalitycznego utleniania amoniaku (SCR-NH3). Badania te wykazały, że najsłabszymi katalizatorami procesu SCR-NH3 są materiały PCH, które jednocześnie są najlepszymi katalizatorami procesu DeNOx.Vermiculite was modified by nitric acid activation and synthesis of porous clay heterostructures (PCH). Porous clay heterostructures were obtained as a result of its intercalation with silica as well as silica-titania pillars. In the next step, the samples were modified with copper by an ion-exchange method. The obtained samples were characterized with respect to: structure (XRD, UV–vis–DRS), texture (BET) and surface acidity (NH3-TPD). The samples were tested as catalysts for the DeNOx process. The specific surface area and the concentration of surface acidic sites increased due to acid treatment and intercalation of vermiculite. Silica-titania PCH have similar textural characteristics to the silica intercalated PCH samples, however, they have a higher quantity of the surface acidic sites. The samples modified with copper can effectively operate, as catalysts of the DeNOx process, in a low temperature range, but above the 350ºC the degree of conversion decreased. This is a result of the competitive reactions of ammonia oxidation, what was proved by the studies of the ammonia oxidation process