Verification of the catalytic activity of heteroatomic Ti-MCM-22 zeolites modified with transition metal cations in the process of nitrogen oxides conversion

Przeprowadzono syntezę tytanowej pochodnej zeolitu warstwowego MCM-22 oraz szereg jej modyfikacji kationami metali przejściowych. Otrzymane materiały zostały scharakteryzowane pod kątem formy i stopnia agregacji wprowadzonych kationów (UV-vis-DR), strukturalnym (XRD), składu chemicznego (ICP-OES), porozymetrii, (niskotemperaturowa sorpcja N2), kwasowości powierzchniowej (NH3-TPD) oraz redukowalności powierzchni (H2-TPR). Badane materiały zostały również poddane testom katalitycznym w procesie selektywnej katalitycznej redukcji tlenków azotu amoniakiem (NH3-SCR) oraz w procesie katalitycznego utleniania amoniaku (NH3-SCO). Otrzymane katalizatory okazały się być aktywne w analizowanych procesach katalitycznych, a zeolit modyfikowany kationami miedzi, Cu-MCM-22-A był najbardziej aktywnym materiałem w otrzymanej serii. W celu określenia przewidywanego mechanizmu niskotemperaturowej konwersji NOx przeprowadzono proces utleniania tlenku azotu(II) do tlenku azotu(IV) z wykorzystaniem detekcji w podczerwieni. Powstawanie reaktywnego NO2 jest postulowane jako kluczowy etap procesu NH3-SCR w niskim zakresie temperatur zgodnie z mechanizmem fast-SCR.

The synthesis of the titanium derivative of the MCM-22 layered zeolite along with a series of its modifications with transition metal cations was carried out. The obtained materials were characterized in terms of the form and degree of aggregation of the introduced cations (UV-vis-DR), structural properties (XRD), chemical composition (ICP-OES), porosimetry (low-temperature N2 sorption), surface acidity (NH3-TPD) and surface reducibility (H2-TPR). The studied materials were also subjected to catalytic tests in the process of selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia (NH3-SCR) and in the process of catalytic oxidation of ammonia (NH3-SCO). The obtained catalysts were found to be active in the analyzed catalytic processes, with the copper-modified zeolite, Cu-MCM-22-A was the most active material in the obtained series. In order to determine the predicted mechanism of low-temperature NOx conversion, the process of oxidation of nitric oxide(II) to nitrogen oxide(IV) was carried out using infrared detection. The formation of reactive NO2 is postulated as a key step in the NH3-SCR process at low temperature ranges according to the fast-SCR mechanism.