Papeles cerámicos catalíticos basados en cobalto y cerio impregnados con el método de spray húmedo para ser empleados en filtros de partículas diésel

Abstract

Este trabajo de tesis está orientado al desarrollo de catalizadores estructurados, específicamente papeles cerámicos catalíticos, para su aplicación como filtros de partículas emitidas por motores diésel. Para la preparación de los papeles cerámicos se recurrió a un método de preparación de papeles celulósicos convencionales, aunque reemplazando una porción de fibras celulósicas por fibras cerámicas y agregando suspensión coloidal de CeO2 como agente ligante de las fibras. La metodología de trabajo consistió en primera instancia en el desarrollo y optimización del método de impregnación de los precursores catalíticos a escala laboratorio y la evaluación catalítica de las estructuras resultantes en la oxidación de hollín diesel. Luego, se escaló el proceso de preparación y se generaron papeles cerámicos catalíticos para su aplicación como filtros de partículas diésel en un banco de pruebas. Se prepararon catalizadores basados en Co-Ce y Mn-Ce. Para los ensayos en banco de pruebas los catalizadores se dispusieron dentro de una carcasa metálica y se siguieron procedimientos estandarizados para evaluar la capacidad de filtración de los mismos empleando un analizador de gases. Se lograron preparar catalizadores estructurados activos y eficientes en la combustión y filtración de material particulado diésel, respectivamente. Las temperaturas de máxima velocidad de combustión obtenidas con ambas formulaciones (alrededor de 400°C) resultaron mucho menores que aquella correspondiente a la combustión no catalítica del hollín (600°C). Además, los catalizadores resultaron en estructuras estables térmica y químicamente y eficientes en la retención de material particulado.

This thesis work is oriented to the development of structured catalysts, specifically catalytic ceramic papers, for their application as filters for particulate matter emitted by diesel engines. For the preparation of the ceramic papers, a conventional cellulosic paper preparation method was used, but replacing a portion of cellulosic fibers with ceramic fibers and adding a colloidal suspension of CeO2 as a binding agent for the fibers. The work methodology consisted firstly in the development and optimization of the impregnation method of the catalytic precursors at laboratory scale and the catalytic evaluation of the resulting structures in the oxidation of diesel soot. Then, the preparation process was scaled up and catalytic ceramic papers were generated for application as diesel particulate filters in a test bench. Co-Ce and Mn-Ce-based catalysts were prepared. For the bench tests, the catalysts were placed inside a metal casing and standardized procedures were followed to evaluate the filtering capacity of the catalysts using a gas analyzer. Active and efficient structured catalysts were prepared for combustion and filtration of diesel particulate matter, respectively. The maximum combustion rate temperatures obtained with both formulations (around 400°C) were much lower than that corresponding to the non-catalytic combustion of soot (600°C). In addition, the catalysts resulted in thermally and chemically stable structures and were efficient in the retention of particulate matter.