Железо заменило вольфрам в промышленных катализаторах селективного восстановления оксидов азота
Китайским учёным удалось заменить оксид вольфрама оксидом железа в широко используемых сегодня катализаторах, призванных контролировать выбросы оксидов азота промышленными предприятиями. Замена не только позволила уменьшить стоимость самого катализатора, но и улучшила его селективность по отношению к NO и NO2.
Оксиды азота (смесь молекул NO и NO2) — типичные парниковые газы, выбросы которых регулируются международными организациями. Кроме того, эти газы токсичны, а также считаются одной из основных причин кислотных дождей. К сожалению, эта опасная парочка появляется всюду, где происходит горение органических соединений, начиная с автомобильных двигателей и заканчивая сжигающими мусор заводами. Для предотвращения выбросов оксидов азота в атмосферу были разработаны специальные каталитические процессы, наиболее популярным из которых является метод избирательного каталитического восстановления (SCR). В этом случае происходит восстановление оксидов азота до азота и воды под действием аммиака в присутствии катализатора.
Самая распространённая каталитическая система в SCR-методе — керамическая смесь металлических оксидов V2O5/WO3—TiO2. В ней играет роль промоутера, активатора восстановительного агента, которым обычно является аммиак. Использование оксида вольфрама позволяет также уменьшить количество выбрасываемой в атмосферу закиси азота (N2O, побочный продукт сгорания при высоких температурах, обладающий парниковым потенциалом, в 300 раз превосходящим диоксид углерода), переводя её всё в тот же азот (N2). К сожалению, как это часто бывает, оксид вольфрама(VI) очень дорог, и доступность его весьма ограничена.
Учёные из (Китай) нашли способ заменить вольфрамовый промоутер на железный — оксид железа(III) Fe2O3, который не только значительно дешевле WO3, но и показывает сравнимую с ним активность, катализируя восстановления оксидов азота до молекулярного азота (а не до N2O).
Интересно, что пригодились и магнитные свойства оксида железа. Было показано, что благодаря использованию магнитного поля удаётся полностью избежать выветривания катализатора под действием зольной пыли (мелкие частицы, так называемая летучая зола, настоящее проклятье для каталитических систем на основе оксида вольфрама, потери которого на выветривание с золой нужно постоянно восполнять). Довольно простой каталитический цикл, в котором железо выступает в роли активирующего аммиак центра, а оксид ванадия работает эффективным окислителем по механизму электронного трансфера, возвращающим железо назад в состояние окисления 3+, приведён на рисунке.
