сотрудник с 01.01.1975 по настоящее время
Бердск, Новосибирская область, Россия
УДК 535.317 Толстые линзы. Оптические системы. Расчет оптических систем
УДК 544.478 Катализаторы
В статье рассмотрены некоторые ключевые вопросы, связанные с применением автомобильных катализаторов, действие которых направлено на очистку выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от окиси углерода при низкой стартовой температуре. Показано, что уровень каталитической активности таких твердотельных систем, как Al2O3+Au, можно успешно выявлять путем использования для этой цели современного высокопроизводительного матричного тепловидения (метода инфракрасной термографии). Приведены результаты тепловизионного исследования гранулированных образцов -Al2O3+Au с высокоразвитой внутренней поверхностью носителя, на которую осаждены наночастицы золота, служащие для ускорения реакции окисления CO до CO2. Поскольку первым этапом гетерогенного катализа в такой задаче является адсорбция молекул выхлопных газов на поверхности соприкосновения с наночастицами благородного металла, в эксперименте также наглядно продемонстрировано, что тепловизионный метод может служить высокоинформативным диагностическим инструментом, способным представительно отражать особенности протекания сорбционных процессов в твердотельных структурах. Информативность тепловизионного тестирования многократно увеличивается при использовании многоячеечных библиотек экспериментальных образцов. Приведены примеры двух разнотипных реакторов, совмещенных с матричной тепловизионной технологией, позволяющих проводить исследование гетерогенных каталитических систем в разных динамических режимах. С помощью тепловизионного метода наглядно представлено количественное различие особенностей кинетики сорбционного и каталитического процессов, протекающих последовательно друг за другом в системе -Al2O3+Au при низкой (комнатной) температуре. Показано, что инфракрасная термография нового поколения способна служить высокоинформативным инструментом исследования каталитических систем, используемых совместно с двигателями внутреннего сгорания на автомобильном транспорте.
двигатель, выхлопные газы, окись углерода, катализатор, наночастицы золота, тепловизор, тепловидение, инфракрасная термография
1. Tan W, Xie S, Wang X, Wang C, Li Y, Shaw TE, Ma L, Ehrlich SN, Liu A, Ji J, Gao F, Dong L, Liu F. Highly efficient Pt catalyst on newly designed CeO2-ZrO2-Al2O3 support for catalytic removal of pollutants from vehicle exhaust. Chemical Engineering Journal. 2021;426: 131855. doi:https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131855.
2. Ras E-J, Rothenberg G. Heterogeneous catalyst discovery using 21st century tools: a tutorial. RSC Advances. 2014;4: 5963. doi:https://doi.org/10.1039/c3ra45852k.
3. Gatla S, Aubert D, Agostini G, Mathon O, Pascarelli S, Lunkenbein T, Willinger MG, Kaper H. Room-temperature CO oxidation catalyst: Low-temperature metal-support interaction between platinum nanoparticles and nanosized ceria. ACS Catalysis. 2016;6(9): 6151-6155. doi:https://doi.org/10.1021/acscatal.6b00677.
4. Bizreh YW, Al-Hamoud L, AL-Joubeh M. A study on the catalytic activity of new catalysts for removal of NOx, CH and CO emitted from car exhaust. Journal of the Association of Arab Universities for Basic and Applied Sciences. 2014;16(1): 55-63. doi:https://doi.org/10.1016/j.jaubas.2013.06.001.
5. Ortega C, Otyuskaya D, Ras E-J, Virla LD, Patience GS, Dathe H. Experimental methods in chemical engineering: High throughput catalyst testing –HTCT. Canadian Journal of Chemical Engineering. 2021;99:1288-1306. https://doi.org/10. 1002/cjce.24089
6. Gorlenko AO, Lukashova EV, Shets SP, Klenicheva AYu. Iinfluence of wear of internal combustion engine assemblies on toxicity parameters. Transport engineering. 2025;9: 46-51. doi:https://doi.org/10.30987/2782-5957-2025-9-46-51.
7. Choudhary TV, Goodman DW. Oxidation catalysis by supported gold nano-clusters.Topics in Catalysis. 2002;21(1): 25-34. doi:https://doi.org/10.1023/A:1020595713329.
8. Tsubota S, Haruta M, Kobayashi T, Ueda A, Nakahara Y. Preparation of highly dispersed gold on titanium and magnesium oxide. Studies in Surface Science and Catalysis. 1991;63: 695-704. doi:https://doi.org/10.1016/S0167-2991(08)64634-0.
9. Haruta M, Yamada N, Kobayashi T, Iijima S. Gold catalysts prepared by coprecipitation for low-temperature oxidation of hydrogen and of carbon monoxide. Journal of Catalysis. 1989;115: 301-309. doi:https://doi.org/10.1016/0021-9517(89)90034-1.
10. Haruta M, Tsubota S, Kobayashi T, Kageyama H, Genet MJ. Low-temperature oxidation of CO over gold supported on TiO2, α-Fe2O3, and Co3O4. Journal of Catalysis. 1993;144: 175-192. doi:https://doi.org/10.1006/jcat.1993.1322.
11. Moroz BL, Pyrjaev PA, Zaikovskii VI, Bukhtiyarov VI. Nanodispersed Au/Al2O3 catalysts for low-temperature CO oxidation: Results of research activity at the Boreskov Institute of Catalysis. Catalysis Today. 2009;144(3-4): 292-305. doi:https://doi.org/10.1016/j.cattod.2008.10.038.
12. Kritsanaviparkporn E, Baena-Moreno FM, Reina TR. Catalytic converters for vehicle exhaust: fundamental aspects and technology overview for newcomers to the field. Chemistry. 2021;3(2): 630-646. doi:https://doi.org/10.3390/chemistry3020044.
13. Bian L, Hu C, Cao Q. Structure characterization of aged automobile exhaust catalysts using electron probe microanalysis. Analytica Chimica Acta. 2024;1292: 342254. doi:https://doi.org/10.1016/j.aca.2024.342254.
14. Xu B, Chen Y, Zhou Y, Zhang B, Liu G, Li Q, Yang Y, Jiang T. A review of recovery of palladium from the spent automobile catalysts. Metals. 2022;12: 533. doi: 10.3390/ met12040533.
15. Berkessel A, Ashkenazi E, Andreae MRM. Discovery of novel homogeneous rare earth catalysts by IR-thermography: epoxide opening with alcohols and Baeyer–Villiger oxidations with hydrogen peroxide. Applied Catalysis A: General. 2003;254(1): 27-34. doi:https://doi.org/10.1016/S0926-860X(03)00260-6.
16. Vainer BG, Fast SS, Pyrjaev PA, Moroz BL. Phase transition- and catalytic chemical reaction-induced thermal manifestations in gas-solid heterogeneous systems monitored in real time using fast infrared thermography // XXI International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia (RCCT-2017) (Novosibirsk, Russia, June 26-30, 2017): Abstracts. – Novosibirsk: NIIC SB RAS, 2017. P. 318. ISBN 978-5-90168-841-0.
17. Cao A, Lu R, Veser G. Stabilizing metal nanoparticles for heterogeneous catalysis. Physical Chemistry Chemical Physics. 2010;12: 13499. doi:https://doi.org/10.1039/c0cp00729c.
18. Vainer BG. Focal plane array based infrared thermography in fine physical experiment. Journal of physics D: Applied Physics. 2008;41: 065102. doi:https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/6/065102.
19. Vainer BG. Infrared thermography as a powerful, versatile and elegant research tool in chemistry: Principles and application to catalysis and adsorption. ChemPlusChem. 2020;85(7): 1438-1454. doi:https://doi.org/10.1002/cplu.202000202.
20. Cypes S, Hagemeyer A, Hogan Z, Lesik A, Streukens G, Volpe AF Jr., Weinberg WH, Yaccato K. High throughput screening of low-temperature CO oxidation catalysts using IR thermography. Combinatorial Chemistry and High Throughput Screening. 2007;10: 25-35. doi:https://doi.org/10.2174/138620707779802788.
21. Vainer BG. Quantitative characterization of vapour adsorption on solid surfaces and estimation of emissivity of solids using narrow-band short-wave infrared thermography. Quantitative Infrared Thermography (QIRT Journal). 2008;5(2): 175-193. doi:https://doi.org/10.3166/qirt.5.175-193.
22. Moates FC, Somani M, Annamalai J, Richardson JT, Luss D, Willson RC. Infrared thermographic screening of combinatorial libraries of heterogeneous catalysts. Industrial and Engineering Chemistry Research. 1996;35: 4801-4803. doi:https://doi.org/10.1021/ie960476k.
23. Vainer BG. Narrow spectral range infrared thermography in the vicinity of 3 m operating wavelength // QIRT-2000 (Reims, France, July 18-21, 2000): Proceedings (Eds.: D. Balageas, J.-L. Beaudoin, G. Busse, G. M. Carlomagno). – Reims: UTAP URCA, 2000. P. 84-91. doi:https://doi.org/10.21611/qirt.2000.063.
24. Kurishev GL, Kovchavtzev AP, Vainer BG, Guzev AA, Bazovkin VM, Stroganov AS, Subbotin IM, Zakharov IM, Efimov VM, Postnikov KO, Lee II, Valisheva NA, Panova ZV. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 1998;4: 5-10.
