Квантовая химия выхлопаКвантовая химия – это не «слил-прилил», а те сложные и до конца еще неясные процессы, которые протекают на ангстремных расстояниях с возбуждающимися и релаксирующими электронами. В странах, давно столкнувшихся с автомобильным перенасыщением, более четверти века назад нашли паллиативное решение в виде каталитических дожигателей выхлопа, удовлетворяющих евростандартам все повышающегося уровня.
Для повышения эффективности дожига остаточных углеводородов, оксидов азота и недоокисленного углерода в виде угарного газа СО конструкторы вынуждены располагать каталитический дожигатель максимально близко к двигателю, чтобы активизировать процесс в самый момент его запуска. Это весьма вредно сказывается на катализаторе, поскольку повышенная температура ведет к «спеканию» (агломерации) металлических частиц. Так, частицы палладия на алюминии, как показывает электронный микроскоп, достигают в диаметре 120 нм после 100 ч прогревания. Укрупнение размеров частиц ведет к резкому сокращению активной поверхности катализатора – его «отравлению». Дожигатель поэтому перестает «конвертировать» выхлоп уже после 80 тыс. км пробега автомобиля и его можно выбрасывать. Но это дорогое «удовольствие». Поэтому ученые искали выход из положения и, похоже, нашли. Японские ученые из Института атомных исследований и Токийского университета науки предложили вновь вернуться к своеобразному минералу, обладающему довольно интересными свойствами, что позволяет использовать его в качестве катализатора в конверторах автомобильного выхлопа. Химическая формула этого минерала может быть представлена следующим образом: LaFe0,57Co0,38Pd0,05O3. Рентгеноструктурный анализ, учитывающий аномальную дифракцию лучей, а также их поглощение (абсорбцию), позволил ученым установить кристаллическую структуру этого соединения как в окисленном, так и в восстановленном состоянии. Этот минерал еще в 1970-е гг. привлек внимание ученых, поскольку обладает высокой степенью дисперсности палладия. Ученым удалось выяснить механизм сохранения этой дисперсности благодаря сопротивлению агломерации. Атом палладия локализуется в одной из вершин куба, образованного атомами железа, между которыми расположены атомы кислорода. Внутри куб «заселен» атомами лантана и кобальта. Это окисленное состояние минерала характеризуется «жестким» внедрением палладия в решетку. Когда же в ходе «рабочего цикла» происходит восстановление минерала, палладий заменяется на железо. После прохождения полного цикла происходит повторное окисление минерала, и атом палладия возвращается на свое место. Это «перемещение» палладия туда-обратно и позволяет сохранить его высокую дисперсность и сопротивляться «токсической» агломерации. Опыты показали, что после 100 ч нагрева диаметр
частиц палладия в минерале не превышает Расстояние между атомами палладия и кислорода
в окисленном состоянии кристалла составляет «Выселение» атома палладия ведет к повышению его валентности до III и IV по сравнению с обычной – II (в PdО). При этом электронное облако его d-электронов становится реже и шире. Вот такие квантовые изменения происходят при покидании атомом палладия «насиженного» в вершине куба места... Нынешние конверторы из-за агломерации «перенасыщаются» тем же палладием. И получается, что из-за этого в «отвал» уходят многие тонны платины и родия, не говоря уже о палладии. Все это ведет к еще большей экологической нагрузке внутри и вокруг наших городов, задыхающихся от недостаточно конвертированного выхлопа сотен тысяч автомобилей... Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ
|
Дожигатель
представляет собой алюминиевую основу, в которую
вкраплены такие недешевые металлы, как палладий,
платина и родий. Заметим, что металлы эти
производятся в дорогостоящем и экологически
небезопасном процессе извлечения их из
сульфидных руд, что говорит само за себя. Еще одна
проблема использования каталитических
дожигателей связана с двигателями.
, в то время
как в восстановленном состоянии – в атмосфере
водорода и азота – оно увеличивается до 2