Influence of alkali metals salts on the catalytic combustion process of model and real soot emitted from a diesel engine

Sadza to zaglomerowane cząstki węgla, powstające w wyniku spalania paliw kopalnych. Jednym z głównych źródeł jej emisji są pojazdy napędzane silnikami Diesla. Ze względu na szkodliwość tych cząstek, wynikającą m.in z właściwości adsorpcyjnych sadzy, konieczne jest ograniczenie przedostawania się ich do atmosfery. Badania pokazują, że najefektywniejszym sposobem, pozwalającym na wychwycenie powyżej 95% pyłów, jest filtr cząstek stałych (DPF/GPF), jednak ze względu na jego tendencję do zapychania konieczne jest pozbycie się tych cząstek z filtra, czyli jego regeneracja. Preferowana jest regeneracja pasywna, tzn. z użyciem katalizatora. W niniejszej pracy sprawdzano wpływ obecności jonów metali alkalicznych (K+, Na+, Li+) na proces spalania sadzy modelowych oraz rzeczywistych emitowanych z silnika Diesla. W tym celu przy użyciu spektrometrii ramanowskiej (RS) dokonano charakterystyki strukturalnej materiałów węglowych. Następnie wykorzystując metodę temperaturowo - programowanego utleniania sadzy (TPO-QMS) oraz analizę termograwimetryczną z różnicową analizą termiczną (TGA/DTA) sprawdzano ich podatność na spalanie zarówno w obecności, jak i bez katalizatora. Badania wykazały, że wysoka zawartość polienów oraz płaszczyzn i krawędzi grafenu promuje spalanie w niższych temperaturach. Natomiast przeprowadzone testy aktywności pokazały, że do dopalania sadzy najlepszy wydaje się być katalizator potasowy w formie mieszanej węglanowo - azotanowej. Jednak ze względu na dobre wyniki w utlenianiu form grafitycznych korzystny byłby dodatek litu.

Soot can be considered as agglomerated carbon particles produced by burning fossil fuels. One of the main sources of its emissions are diesel-powered vehicles. Due to the harmfulness of these particles, resulting i.e. from the adsorption properties of soot, it is necessary to limit its release to the atmosphere. Research shows that the most effective way to capture more than 95% of soot is a particulate filter (DPF/GPF), but due to its tendency to clogging, it is essential to get rid of these particles from the filter (filter regeneration). Passive regeneration (with the use of a catalyst) seems to be better than active. The aim of this thesis is to examine the influence of the presence of alkali metal ions (K+, Na+, Li+) on the combustion process of model and real soot emitted from a diesel engine. For this purpose, the structural characterization of carbon materials was performed using Raman spectrometry (RS). Thereafter, thanks to the temperature-programmed soot oxidation method (TPO-QMS) and thermal gravimetry analysis with differential thermal analysis (TGA/DTA), their susceptibility to combustion was verified both in the presence and without a catalyst. Researches have shown that the high content of polyenes and graphene planes and edges promotes combustion at lower temperatures. On the other hand, the performed activity tests showed that the potassium-based catalyst in the mixed carbonate-nitrate form seems to be the best solution for the combustion of soot. However, when taking into consideration the good results in the oxidation of graphite forms, the addition of lithium would be beneficial.