Studies on thermal decomposition of ammonium sulfate and ammonium nitrate on the surface of selected catalysts of the low-temperature DeNOx process

Próbki mezoporowatej sferycznej krzemionki typu S-MCM-41 modyfikowanej miedzią oraz żelazem przebadano w roli katalizatorów procesu selektywnej redukcji NOx amoniakiem - NH3-SCR. Ponadto, badaniami objęto materiały tlenkowe pochodzenia hydrotalkitowego. W kolejnym etapie badano termiczny rozkład siarczanu amonu oraz azotanu amonu, które mogą się osadzać na powierzchni katalizatorów procesu DeNOx pracujących w atmosferze rzeczywistych gazów spalinowych. W tym celu wyznaczono pojemność sorpcyjną wybranych katalizatorów krzemionkowych oraz hydrotalkitowych, a następnie metodą suchej impregnacji naniesiono siarczan amonu oraz azotan amonu. Zaimpregnowane w ten sposób katalizatory poddano analizie termograwimetrycznej w celu zbadania zakresu temperaturowego procesów rozkładu (NH4)2SO4 i NH4NO3. Ostatnim etapem badań był całodobowy test stabilności katalitycznej dla próbki 60Cu-A w przepływie mieszaniny reakcyjnej DeNOx. Z przeprowadzonych badań wynika, że materiały krzemionkowe S-MCM-41 modyfikowane miedzią i żelazem wykazują wysoką aktywność katalityczną w niskotemperaturowym NH3-SCR oraz wysoką selektywność do azotu, a ilość osadzonego w warunkach reakcji azotanu amonu była stosunkowo niewielka. W przypadku rozkładu siarczanu amonu nie zaobserwowano wpływu metalu przejściowego obecnego w katalizatorze na proces jego rozkładu, natomiast w przypadku rozkładu azotanu amonu przesunięcie temperatury reakcji może być spowodowane chemisorpcją produktów jego rozkładu na metalach przejściowych.

Samples of mesoporous spherical silica of S-MCM-41 type, modified with copper and iron, were tested as catalysts of selective NOx reduction with ammonia - NH3-SCR process. Moreover, oxide materials of hydrotalcite origin were investigated. Thermal decomposition of ammonium sulfate and ammonium nitrate, which can be deposited on the surface of DeNOx process catalysts operating in flow of real exhaust gases, was studied. For this purpose, the sorption capacity of selected silica and hydrotalcite catalysts was determined, and then ammonium sulfate and ammonium nitrate were deposited by dry impregnation method. The catalysts impregnated in this way were studied by thermogravimetric analysis to determine the temperature range of the decomposition processes of (NH4)2SO4 and NH4NO3. The final step of the study was a 24-hour catalytic stability test for the 60Cu-A sample in a flow of DeNOx reaction mixture. The results show that the copper-iron modified S-MCM-41 silica materials exhibit high catalytic activity in low-temperature NH3-SCR with high selectivity to nitrogen, and the amount of ammonium nitrate deposited under the reaction conditions was relatively small. For the decomposition of ammonium sulfate, no influence of the transition metal present in the catalyst on the decomposition process was observed, while for the decomposition of ammonium nitrate, the shift in the reaction temperature may be due to the chemisorption of its decomposition products on transition metals.