Emisiones de motores diesel: mecanismo y cinética de oxidación catalítica de hollín

Abstract

En esta tesis se estudiaron catalizadores para la combustión catalítica de hollín generado por motores diesel. Estos catalizadores son necesarios para disminuir la temperatura a la cual el hollín se quema, y pueda ser posible su eliminación en el rango de temperaturas en las que normalmente opera un vehículo. El sistema reaccionante es complejo. Involucra dos fases sólidas, hollín y catalizador, y una fase gaseosa. Las fases involucradas deben estar en contacto para que la reacción de combustión catalítica se pueda llevar a cabo. Se evaluó el comportamiento catalítico de los óxidos de cerio, de magnesio y de lantano, prestando especial atención al óxido de cerio. Se estudiaron además catalizadores de metales alcalinos soportados sobre los óxidos mencionados. Se evaluaron diferentes cationes: sodio, potasio y cesio. Para el caso del sodio y del potasio se estudió el efecto que tiene la sal precursora. Se propuso un mecanismo de reacción heterogéneo para el caso en el que se emplea óxido de cerio como catalizador. Tomando este mecanismo como referencia, se propusieron además mecanismos para el caso en el que se ha empleado potasio como promotor partiendo de los diferentes precursores y también para las diferentes cargas metálicas obtenidas con nitrato de potasio. En todos los casos los resultados de las regresiones no lineales, como así también las simulaciones realizadas con los diferentes modelos fueron satisfactorias, pudiéndose simular incluso fenómenos no reportados hasta la fecha y que no pueden ser reproducidos por los modelos pseudohomogéneos del tipo ley de potencia.

In this thesis catalysts for catalytic combustion of soot generated by diesel engines are studied. These catalysts are needed to lower the temperature at which the soot is burnt, and the elimination may be possible in the temperature range at which normally a vehicle operates. The reaction system is complex. It involves two solid phases, soot and catalyst, and a gas phase. The phases involved must be in contact to the catalytic combustion reaction can be carried out. Catalytic activity of cerium oxide, magnesium oxide and lanthanum oxide was evaluated, with particular attention to the cerium oxide. Alkali metal catalysts supported on oxides mentioned has been also studied. Different cations: sodium, potassium and cesium were evaluated. In the case of sodium and potassium the effect of the precursor salt were studied. A heterogeneous reaction mechanism for the case in which cerium oxide is used as catalyst was proposed. Taking this mechanism as a reference, mechanisms for the case where potassium has been used as promoter starting from different precursors and also for different metal loads obtained with potassium nitrate had also proposed. In all cases, results of nonlinear regression, as well as the simulations with different models were satisfactory, being able to simulate phenomena are not even reported to date and can not be reproduced by power law kinetic models.