ES2802419A1 - Catalyst for soot combustion (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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Rodriguez Raquel Portela
Lozano Jose Francisco Fernandez
Reinosa Julian Jimenez
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Abstract

Soot combustion catalyst. The invention relates to a catalyst for the combustion of soot comprising an oxide of formula CoAl2 O4 in the form of particles with a rough surface, having a spinel phase and defects extended along the following crystal facets (111), (220), (400) and (311), wherein the particles have a size distribution between 20 nm and 220 nm. Furthermore, the invention relates to its production process by ball milling and its use for the combustion of soot. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Catalizador para la combustión de hollínCatalyst for soot combustion

La invención se refiere a un catalizador para la combustión de hollín que comprende un óxido de fórmula C0AI2O4 en forma de partículas de superficie rugosa que tiene fase de espinela y defectos extendidos a lo largo de las siguientes facetas de cristal (111), (220), (400) y (311), en donde las partículas tienen una distribución de tamaños de entre 20 nm y 250 nm. Además, la invención se refiere a su proceso de obtención mediante molienda por atricción y su uso para la combustión de hollín.The invention relates to a catalyst for the combustion of soot that comprises an oxide of formula C0AI2O4 in the form of particles with a rough surface having a spinel phase and extended defects along the following crystal facets (111), (220) , (400) and (311), where the particles have a size distribution between 20 nm and 250 nm. Furthermore, the invention relates to its process for obtaining it by attrition grinding and its use for the combustion of soot.

ESTADO DE LA TECNICASTATE OF THE TECHNIQUE

Los motores diésel generalmente alcanzan la mayor eficiencia de combustible, de energía y térmica. El principal problema es que emiten partículas finas de hollín negro, que han causado serios problemas para la salud humana y el medio ambiente mundial. Hoy en día, la técnica de combustión catalítica combinada con filtros de partículas diésel (DPF) se considera la tecnología de postratamiento más eficiente para evitar su liberación a la atmósfera. El hollín es atrapado primero por el filtro y luego eliminado por combustión catalítica en el recubrimiento catalítico. Dado que la temperatura máxima de los gases de escape de los motores diésel cae en el rango de 260 a 5400C, se requiere que los catalizadores sean lo suficientemente activos como para oxidar eficientemente a estas bajas temperaturas. Por lo tanto, existe un fuerte incentivo para desarrollar un catalizador para la regeneración continua de DPF que muestre una buena actividad a la temperatura de los gases de escape diésel, con buena estabilidad y durabilidad, a un costo relativamente bajo y ecológico.Diesel engines generally achieve the highest fuel, energy and thermal efficiency. The main problem is that they emit fine black soot particles, which have caused serious problems for human health and the global environment. Today, the catalytic combustion technique combined with Diesel Particulate Filters (DPF) is considered the most efficient after-treatment technology to prevent its release into the atmosphere. The soot is first trapped by the filter and then removed by catalytic combustion in the catalytic coating. Since the maximum temperature of the exhaust gases of diesel engines falls in the range of 260 to 5400C, the catalysts are required to be active enough to oxidize efficiently at these low temperatures. Therefore, there is a strong incentive to develop a catalyst for continuous DPF regeneration that shows good activity at diesel exhaust gas temperature, with good stability and durability, at a relatively low and environmentally friendly cost.

Se ha informado que los catalizadores basados en metales nobles como el platino como fase activa promueven la oxidación de NO a NO2, que es un oxidante más fuerte que el O2, y por lo tanto disminuyen la temperatura de inicio de la combustión del hollín. Sin embargo, su alto costo y escasez han llevado al estudio de otros materiales no críticos que pueden ser competitivos en términos de actividad catalítica y costes.Catalysts based on noble metals such as platinum as the active phase have been reported to promote the oxidation of NO to NO2, which is a stronger oxidant than O2, and thus lower the combustion initiation temperature of soot. However, their high cost and scarcity have led to the study of other non-critical materials that can be competitive in terms of catalytic activity and costs.

Entre las formulaciones alternativas, los catalizadores de cobalto han sido profundamente investigados. Harrison y col. [P.G. Harrison, I.K. Ball, W. Daniell, P. Lukinskas, M. Céspedes, EE Miró, MA Ulla, Cobalt catalysts for the oxidation of diesel soot particulate, 95 (2003) 47-55] informaron una alta actividad y selectividad del sistema catalizador CoO/Ce02 para la oxidación del hollín que estaba relacionado con la fuerte capacidad redox de CoOx. Se han propuesto algunos otros catalizadores que contienen cobalto como candidatos potenciales para ser utilizados para la reducción del hollín en el escape de diésel, incluidos los óxidos mixtos de tipo espinela nanoestructurados como AB2O4 (donde A = Co o Mn, y B = Cr o Fe) [D. Fino, N. Russo, G. Saracco, V. Specchia, Catalytic removal of NOx and diesel soot over nanostructured spinel-type oxides, J. Catal. 242 (2006) 38-47], La actividad catalítica de un C0AI2O4 nanocristalino con un área específica alta y una estructura mesoporosa [M. Zawadzki, W. Walerczyk, F.E. López-Suárez, M.J. Illán-Gómez, A. Bueno-López, C0AI2O4 spinel catalyst for soot combustión with NOx/02, Catal. Commun. 12 (2011) 1238-1241] se ha atribuido a su alta capacidad de quimisorción de NOx, que facilita la oxidación de NO a NO2; esto ha demostrado ser eficaz en la eliminación simultánea de hollín y NOx, los dos contaminantes prevalentes en los gases de escape diésel en el rango de temperatura de 350-450 °C. Sin embargo, hasta la fecha, la eficacia probada de C0AI2O4 es muy limitada.Among alternative formulations, cobalt catalysts have been extensively investigated. Harrison et al. [PG Harrison, IK Ball, W. Daniell, P. Lukinskas, M. Céspedes, EE Miró, MA Ulla, Cobalt catalysts for the oxidation of diesel soot particulate, 95 (2003) 47-55] reported a high activity and selectivity of the CoO / Ce02 catalyst system for soot oxidation that was related to the strong redox capacity of CoOx. Some other cobalt-containing catalysts have been proposed as potential candidates for use for soot reduction in diesel exhaust, including nanostructured spinel-type mixed oxides such as AB2O4 (where A = Co or Mn, and B = Cr or Fe ) [D. Fino, N. Russo, G. Saracco, V. Specchia, Catalytic removal of NOx and diesel soot over nanostructured spinel-type oxides, J. Catal. 242 (2006) 38-47], The catalytic activity of a nanocrystalline C0AI2O4 with a high specific area and a mesoporous structure [M. Zawadzki, W. Walerczyk, FE López-Suárez, MJ Illán-Gómez, A. Bueno-López, C0AI2O4 spinel catalyst for soot combustion with NOx / 02, Catal. Commun. 12 (2011) 1238-1241] has been attributed to its high NOx chemisorption capacity, which facilitates the oxidation of NO to NO2; This has been shown to be effective in simultaneously removing soot and NOx, the two prevalent pollutants in diesel exhaust gases in the 350-450 ° C temperature range. However, to date, the proven efficacy of C0AI2O4 is very limited.

Por las razones indicadas anteriormente, es necesario desarrollar un catalizador eficiente libre de Pt para la combustión de hollín.For the reasons stated above, it is necessary to develop an efficient Pt-free catalyst for the combustion of soot.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención se refiere a un catalizador de tipo espinela C0AI2O4 que no contiene metales nobles tales como Pt y que es adecuado para la aplicación en el tratamiento de gases de escape ya que reduce la temperatura de inicio de la oxidación del hollín. Dicho catalizador se obtiene por activación mecánica del aluminato de cobalto mediante molienda de atricción. La excelente actividad catalítica del C0AI2O4 activado mecánicamente se atribuye principalmente a la formación de sitios ácidos, como consecuencia de la generación de nuevas facetas cristalográficas y defectos extendidos que promueven la formación de especies reactivas de NO2 y su interacción con la superficie del hollín, que mejoran la combustión del hollín. Las partículas de catalizador de tamaños inferiores a 250 nm poseen una superficie rugosa que maximiza el número de puntos de contacto entre el catalizador y el hollín, mejorando así mediante el catalizador la transferencia de la fase gaseosa de O2 al hollín, clave para la oxidación directa del hollín en CO2. Además, las especies de oxígeno también podrían facilitar la producción del oxidante fuerte NO2. Por lo tanto, este catalizador podría usarse en numerosas aplicaciones prácticas porque es fácil de sintetizar, exhibe una alta actividad catalítica y puede fabricarse con materiales rentables en términos de coste.The present invention relates to a C0AI2O4 spinel-type catalyst which does not contain noble metals such as Pt and which is suitable for the application in the treatment of exhaust gases since it reduces the starting temperature of soot oxidation. Said catalyst is obtained by mechanical activation of cobalt aluminate by attriction grinding. The excellent catalytic activity of mechanically activated C0AI2O4 is mainly attributed to the formation of acid sites, as a consequence of the generation of new crystallographic facets and extended defects that promote the formation of reactive NO2 species and their interaction with the surface of the soot, which improves soot combustion. Catalyst particles smaller than 250 nm have a rough surface that maximizes the number of contact points between the catalyst and the soot, thus improving the transfer of the gas phase from O2 to the soot, which is key to direct oxidation. of soot in CO2. Furthermore, the oxygen species could also facilitate the production of the strong oxidant NO2. Therefore, this catalyst could be used in numerous practical applications because it is easy to synthesize, exhibits high catalytic activity, and can be manufactured from cost-effective materials.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un catalizador para la combustión de hollín (aquí el catalizador de la invención) caracterizado porque comprende un óxido de fórmula C0AI2O4 en forma de partículas de superficie rugosa y de tamaños inferiores a 250 nm, preferiblemente las partículas presentan una distribución de tamaños de entre 20 nm y 200 nm, una fase de espinela y defectos extendidos a lo largo de las siguientes facetas de cristales (111), (220), (400) y (311).A first aspect of the present invention refers to a soot combustion catalyst (here the catalyst of the invention) characterized in that it comprises an oxide of formula C0AI2O4 in the form of particles with a rough surface and sizes less than 250 nm, preferably Particles have a size distribution of between 20 nm and 200 nm, a spinel phase and extended defects along the following crystal facets (111), (220), (400) and (311).

Los óxidos de tipo espinela son una familia importante de compuestos con la fórmula general AB2O4, donde A y B representan dos cationes diferentes de tamaños iónicos comparables. C0AI2O4 es una espinela normal, que exhibe una estructura cúbica, con un grupo espacial Fd3m (Z = 8). En esta estructura, los aniones de oxígeno forman una subred cúbica compacta (ccp) rodeada de cationes Co2 ^ y Ah^ que ocupan sitios tetraédricos y octaédricos, respectivamente. Los cationes ocupan solo 1/8 de los sitios tetraédricos (8a posición de Wyckoff) y la mitad de los sitios octaédricos (16d posición de Wyckoff). La anisotropía de la energía superficial provoca que C0AI2O4 adopte una estructura de cristal cúbico centrada en la cara, y la secuencia general para las energías superficiales de la estructura de espinela es y{111} <y{100} <y{110}. Durante el tratamiento térmico de síntesis, el cristal de espinela prefiere formar un octaedro con ocho superficies (111), debido a la menor energía en estos planos cristalinos.Spinel-type oxides are an important family of compounds with the general formula AB2O4, where A and B represent two different cations of comparable ionic sizes. C0AI2O4 is a normal spinel, exhibiting a cubic structure, with a space group Fd3m (Z = 8). In this structure, the oxygen anions form a compact cubic subnetwork (ccp) surrounded by cations Co2 ^ and Ah ^ occupying tetrahedral and octahedral sites, respectively. Cations occupy only 1/8 of the tetrahedral sites (8th Wyckoff position) and half of the octahedral sites (16d Wyckoff position). The anisotropy of the surface energy causes C0AI2O4 to adopt a face-centered cubic crystal structure, and the general sequence for the surface energies of the spinel structure is y {111} <and {100} <y {110}. During the synthetic heat treatment, the spinel crystal prefers to form an octahedron with eight surfaces (111), due to the lower energy in these crystalline planes.

En la presente invención, la caracterización de las fases cristalinas se realiza mediante difracción de rayos X (DRX) utilizando radiación Cu Kai, y se extrae información cuantitativa sobre la estructura y la microestructura mediante el análisis de Rietveld de los datos de DRX. El catalizador de la presente invención presenta una estructura de espinela principal que tiene un parámetro de celda unitaria de 8.0983 ± 0.0005 Á y que tiene un tamaño de cristalito de 31 ± 1 nm. Además, el catalizador de la presente invención presenta una fase de espinela adicional con un parámetro de celda unidad más grande de 8.2202 ± 0.0005 Á y un tamaño de cristalito más corto d e 26 ±1 nm.In the present invention, the characterization of the crystalline phases is carried out by X-ray diffraction (XRD) using Cu Kai radiation, and quantitative information on the structure and microstructure is extracted by the Rietveld analysis of the XRD data. The catalyst of the present invention exhibits a main spinel structure having a unit cell parameter of 8.0983 ± 0.0005 Á and having a crystallite size of 31 ± 1 nm. Furthermore, the catalyst of the present invention exhibits an additional spinel phase with a larger unit cell parameter of 8.2202 ± 0.0005 Á and a shorter crystallite size of 26 ± 1 nm.

En la presente invención, la morfología del polvo de catalizador se evalúa usando imágenes electrónicas secundarias de microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM). El tamaño de partícula y la morfología en la nanoescala se evalúa utilizando un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM). El catalizador de la presente invención está en forma de partículas de tamaños inferiores a 250 nm, la distribución de tamaños varía de 20 nm a 200 nm con un tamaño de partícula promedio de dso «100 nm. Además, el catalizador de la presente invención presenta defectos extendidos a lo largo de las siguientes facetas de cristal (111), (220), (400) y (311). Durante la molienda, las partículas se rompen al azar sin una dirección preferencial y la morfología de las partículas evoluciona a partículas facetadas; la formación de defectos extendidos se evidencia por el tamaño del cristalito, que es solo un tercio del tamaño medio de partícula.In the present invention, the morphology of the catalyst powder is evaluated using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) secondary electron images. The particle size and morphology at the nanoscale is evaluated using a high resolution transmission electron microscope (HRTEM). The The catalyst of the present invention is in the form of particles of sizes less than 250 nm, the size distribution varies from 20 nm to 200 nm with an average particle size of dso «100 nm. Furthermore, the catalyst of the present invention exhibits widespread defects along the following crystal facets (111), (220), (400) and (311). During milling, the particles are broken randomly without a preferential direction and the morphology of the particles evolves to faceted particles; the formation of widespread defects is evidenced by the size of the crystallite, which is only one third of the mean particle size.

El término "defectos extendidos" se refiere aquí a la interrupción de los patrones regulares en las estructuras cristalinas. Los defectos extendidos interrumpen la disposición atómica de un cristal y terminan un dominio cristalográficamente ordenado del cristal.The term "extended defects" here refers to the disruption of regular patterns in crystal structures. Extended defects disrupt the atomic arrangement of a crystal and terminate a crystallographically ordered domain of the crystal.

El análisis de tamaño de cristalito en un material que contiene defectos extendidos se usa para estimar el tamaño de dominio ordenado. Los tipos de defectos extendidos en las estructuras cristalinas son: fallas de apilamiento, dislocaciones o fronteras antifase, entre otros. Los defectos extendidos no incluyen defectos puntuales que ocurren en puntos de red individuales, i. e., vacantes, defectos intersticiales, defectos antisitio, etc.Crystallite size analysis in a material containing extended defects is used to estimate the ordered domain size. The types of widespread defects in crystalline structures are: stacking faults, dislocations or antiphase boundaries, among others. Extended defects do not include point defects that occur at individual network points, i. e., vacancies, interstitial defects, antisite defects, etc.

El término "facetas cristalinas" se refiere aquí a superficies planas orientadas en direcciones cristalográficas específicas en un material. La organización de las facetas naturales fue un parámetro clave para los primeros desarrollos en cristalografía, ya que reflejan la simetría subyacente de la estructura cristalina. Las piedras preciosas comúnmente tienen cortes de facetas para mejorar su apariencia al permitirles reflejar la luz. Las facetas aparecen en muchos cristales durante su crecimiento porque algunas superficies crecen mucho más lentamente que otras.The term "crystalline facets" refers herein to flat surfaces oriented in specific crystallographic directions in a material. The organization of natural facets was a key parameter for early developments in crystallography, as they reflect the underlying symmetry of the crystal structure. Gemstones commonly have facet cuts to enhance their appearance by allowing them to reflect light. Facets appear on many crystals during their growth because some surfaces grow much more slowly than others.

El número de sitios ácidos en el catalizador de la invención se midió mediante el método de desorción programado a temperatura NH3 (NH3-TPD), de este modo se obtuvo un valor superior a 10 mmol de NH3/g. Se midieron dos tipos de sitios ácidos en el catalizador de la presente invención. Las moléculas coordinadas de NH3 unidas a los sitios de ácido de Lewis son térmicamente más estables que los iones NH4+ fijados en los sitios de ácido de Bronsted, y por lo tanto necesitan temperaturas más altas para desorberse. The number of acid sites in the catalyst of the invention was measured by the desorption method programmed at NH3 temperature (NH3-TPD), thus obtaining a value greater than 10 mmol NH3 / g. Two types of acidic sites were measured in the catalyst of the present invention. Coordinate NH3 molecules attached to Lewis acid sites are thermally more stable than NH4 + ions attached to Bronsted acid sites, and therefore require higher temperatures to desorb.

Los sitios ácidos generados durante la activación mecánica (molienda) se atribuyen a las nuevas facetas expuestas y a los defectos extendidos que rompen el efecto de compensación de carga y permiten la compensación de carga de los sitios tetraédricos de Co2+, que se convierten en sitios ácidos activos.Acidic sites generated during mechanical activation (milling) are attributed to newly exposed facets and extended defects that break the charge compensation effect and allow charge compensation of the tetrahedral Co2 + sites, which become active acid sites .

El área superficial del catalizador de la presente invención S bet medida por Brunauer-Emmett-Teller (BET) oscila entre 11 m2/g y 40 m2/g.The surface area of the catalyst of the present invention S bet measured by Brunauer-Emmett-Teller (BET) ranges from 11 m2 / g to 40 m2 / g.

La excelente actividad catalítica del catalizador de la presente invención hacia la combustión de hollín en NOx/02 se atribuye a varios factores:The excellent catalytic activity of the catalyst of the present invention towards the combustion of soot in NOx / 02 is attributed to several factors:

En primer lugar, la formación de sitios ácidos como consecuencia de la creación de nuevas facetas cristalográficas y de defectos extendidos que aumenta la concentración de especies reactivas de NO2 durante la reacción y su interacción con las partículas de hollín. La cuantificación de los sitios ácidos se realizó mediante el método de desorción programado a temperatura NH3 (NH3-TPD). El catalizador de la presente invención muestra defectos extendidos en la superficie. Durante la molienda en atricción con bolas, las bolas producen colisiones o fuerzas de compresión en combinación con las fuerzas de esfuerzo de cizalla que promueven la creación de partículas de tamaño reducido y nuevas facetas cristalográficas como resultado de los impactos aleatorios de las bolas.First, the formation of acidic sites as a consequence of the creation of new crystallographic facets and extended defects that increases the concentration of reactive NO2 species during the reaction and their interaction with the soot particles. The quantification of the acidic sites was carried out using the desorption method programmed at NH3 temperature (NH3-TPD). The catalyst of the present invention shows widespread defects on the surface. During ball attriction milling, the balls produce collisions or compression forces in combination with the shear stress forces that promote the creation of reduced size particles and new crystallographic facets as a result of random ball impacts.

En segundo lugar, las superficies de las partículas (rugosidad) se caracterizan por la presencia de escalones y átomos desplazados, así como por la amortización de la primera capa atómica que resultó en una superficie cristalina menos inestable. El tamaño de partícula y la rugosidad de la superficie del catalizador C0AI2O4 de la presente invención facilitan el contacto catalizador-hollín, y también el acceso de las especies gaseosas, proporcionando así sitios más activos para la oxidación del hollín y del NO en comparación con las micropartículas C0AI2O4 recibidas.Second, particle surfaces (roughness) are characterized by the presence of displaced atoms and steps, as well as by the amortization of the first atomic layer that resulted in a less unstable crystalline surface. The particle size and surface roughness of the C0AI2O4 catalyst of the present invention facilitate the catalyst-soot contact, and also the access of the gaseous species, thus providing more active sites for the oxidation of soot and NO in comparison with the C0AI2O4 microparticles received.

En tercer lugar, el catalizador C0AI2O4 de la presente invención promueve la adsorción preferencial de especies de NOx ácido en la superficie del hollín, lo que aumenta las posibilidades de que la reacción entre el hollín y NO2 forme complejos oxigenados en la superficie altamente activos. En este sentido, los sitios ácidos del catalizador C0AI2O4 de la invención convierten partículas de hollín en intermedios radicales de cationes de carbono activo de manera eficiente, dichos intermedios radicales de cationes de carbono activo son altamente activos y pueden ser oxidados por oxígeno molecular a temperaturas más bajas.Third, the C0AI2O4 catalyst of the present invention promotes preferential adsorption of acidic NOx species on the surface of soot, which increases the chances that the reaction between soot and NO2 will form highly active surface oxygenated complexes. In this sense, the acidic sites of the C0AI2O4 catalyst of the invention convert soot particles into radical intermediates of active carbon cations in an efficient manner, said radical intermediates of carbon cations Active ingredients are highly active and can be oxidized by molecular oxygen at lower temperatures.

Por lo tanto, el catalizador de la presente invención permite la combustión de hollín a baja temperatura de acuerdo con la gran cantidad de sitios activos y el buen contacto de las especies activas con las partículas de hollín.Therefore, the catalyst of the present invention allows low temperature soot combustion in accordance with the large number of active sites and good contact of the active species with the soot particles.

Usando el catalizador de la presente invención se pueden distinguir dos vías de reacción catalítica para la oxidación del hollín, a saber 1) la oxidación directa por oxígeno a través de las vacantes de oxígeno y 2) la oxidación de hollín asistida por NO2.Using the catalyst of the present invention, two catalytic reaction pathways for soot oxidation can be distinguished, namely 1) direct oxidation by oxygen through oxygen vacancies and 2) NO2-assisted oxidation of soot.

En el mecanismo directo (1), habilitado por los defectos extendidos y las facetas de alta energía, el catalizador de la presente invención actúa como un centro redox, transfiriendo O2 en fase gaseosa al hollín a través de un proceso de intercambio de oxígeno. El hollín en contacto con el catalizador de la presente invención o la especie de NOx adsorbido toma el oxígeno activo de la superficie para su oxidación y crea nuevas vacantes, que se llenan rápidamente con la fase gaseosa o el oxígeno subsuperficial.In the direct mechanism (1), enabled by the extended defects and the high energy facets, the catalyst of the present invention acts as a redox center, transferring O2 in the gas phase to the soot through an oxygen exchange process. The soot in contact with the catalyst of the present invention or the adsorbed NOx species takes the active oxygen from the surface for oxidation and creates new vacancies, which are quickly filled with the gaseous phase or the subsurface oxygen.

Mientras tanto, para la oxidación del hollín asistida por NO2 (2), el catalizador de la presente invención captura el NO en primer lugar y luego se oxida a NO2 por el O2 gaseoso o las especies de oxígeno tensioactivas en los sitios ácidos con alta capacidad de oxidación; entonces NO se regenera por reacción de NO2 con hollín para producir CO2. Además, en algunos centros la reducción puede proceder a formar N2 y, por lo tanto, se lleva a cabo una eliminación clara de NOx.Meanwhile, for NO2 (2) assisted oxidation of soot, the catalyst of the present invention captures NO first and then is oxidized to NO2 by the gaseous O2 or surfactant oxygen species at the acid sites with high capacity. oxidation; then NO is regenerated by reacting NO2 with soot to produce CO2. In addition, in some centers the reduction may proceed to form N2 and therefore a clear removal of NOx takes place.

Ambas vías de reacción catalítica explican el comportamiento de trabajo del catalizador C0AI2O4 de la presente invención que presenta la ventaja de evitar depósitos carbonosos y, por lo tanto, la desactivación del catalizador.Both catalytic reaction pathways explain the working behavior of the C0AI2O4 catalyst of the present invention, which has the advantage of avoiding carbonaceous deposits and, therefore, deactivation of the catalyst.

El catalizador actúa como un centro redox, transfiriendo O2 en fase gaseosa al hollín a través del proceso de intercambio de oxígeno. El hollín en contacto con el catalizador o las especies de NOx adsorbidas toman el oxígeno activo de la superficie para la oxidación y crean nuevas vacantes, que se llenan rápidamente con la fase gaseosa o el oxígeno subsuperficial. Mientras tanto, para la oxidación de hollín asistida por NO2, el catalizador primero captura el NO y luego se oxida por O2 gaseoso o las especies de oxígeno tensioactivo en los sitios ácidos con alta capacidad de oxidación; entonces NO se regenera por reacción con hollín para producir CO2. Además, en algunos centros la reducción puede proceder a formar N2 y, por lo tanto, se lleva a cabo una eliminación clara de NOx.The catalyst acts as a redox center, transferring O2 in the gas phase to the soot through the oxygen exchange process. Soot in contact with the catalyst or adsorbed NOx species takes active oxygen from the surface for oxidation and creates new vacancies, which are quickly filled with the gas phase or subsurface oxygen. Meanwhile, for NO2 assisted soot oxidation, the catalyst first captures NO and then is oxidized by gaseous O2 or carbon species. surfactant oxygen at acid sites with high oxidation capacity; then it is NOT regenerated by reaction with soot to produce CO2. In addition, in some centers the reduction may proceed to form N2 and therefore a clear removal of NOx takes place.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un proceso para obtener el catalizador de la invención (en el presente documento "el proceso de la invención") caracterizado porque comprende una etapa de activación mecánica de partículas de C0AI2O4 en forma de partículas de tamaños entre 1 pm a 3 pm mediante molienda de bolas, en el que el tamaño de las bolas utilizadas oscila entre 0,1 mm y 2 mm y en el que dicha molienda de bolas se realiza a una velocidad de agitación que oscila entre 50 cpm y 875 cpm (ciclos por minuto).A second aspect of the present invention refers to a process to obtain the catalyst of the invention (in the present document "the process of the invention") characterized in that it comprises a stage of mechanical activation of C0AI2O4 particles in the form of particles of sizes between 1 pm to 3 pm by ball milling, in which the size of the balls used ranges between 0.1 mm and 2 mm and in which said ball milling is carried out at a stirring speed ranging between 50 cpm and 875 cpm (cycles per minute).

Durante la molienda con bolas, las bolas producen colisión o fuerzas de compresión en combinación con las fuerzas de cizalla que promueven la reducción del tamaño de partícula. En la mayoría de los sistemas de molienda con bolas, las fuerzas de cizalla predominan debido a la configuración del rotor-estator. La presencia predominante de fuerzas de cizalla tiende a redondear las partículas eliminando preferentemente los bordes.During ball milling, the balls produce collision or compression forces in combination with shear forces that promote reduction in particle size. In most ball milling systems, shear forces predominate due to the rotor-stator configuration. The predominant presence of shear forces tends to round the particles, preferably eliminating the edges.

En la presente invención, se emplea un equipo de molienda de tipo mezclador/molino (Mixer/Mill), en el que los frascos de molienda que contienen la suspensión del catalizador y las bolas se agitan en un complejo movimiento de figura-8 que combina oscilaciones de un lado a otro con movimientos laterales cortos o por oscilaciones radiales en una posición horizontal. El movimiento del recipiente de molienda desarrolla fuertes fuerzas G por las bolas de molienda y hace que impacten con alta energía sobre el material de la muestra. Las bolas de molienda con densidad comprendida entre 4,5 g/cm3 y 7 g/cm3 proporcionan mayores fuerzas G, que resulta en una eficiencia de molienda superior. En la presente invención, el predominio de la fuerzas de colisión o fuerzas de compresión de la molienda para el tipo de mezclador/molino empleado, mejora la rotura de las partículas sólidas, reduciendo su tamaño significativamente y la creación de nuevas facetas cristalográficas como resultado de los impactos aleatorios de las bolas. En la presente invención, dicho molienda con bolas se realiza utilizando bolas estabilizadas con circonio con tamaños que varían entre 0,1 mm y 2 mm de tamaño y una velocidad de agitación de entre 50 y 875 cpm (ciclos por minuto) que son equivalentes a velocidades angulares de 34 y 600 rpm (revolución por minuto), respectivamente. El tamaño medio de partícula se reduce deesde 2 pm a aproximadamente 100 nm y el catalizador de la presente invención conservó su estructura cristalina con respecto al material anterior.In the present invention, a mixer / mill type grinding equipment is used, in which the grinding jars containing the catalyst suspension and the balls are shaken in a complex figure-8 motion combining oscillations from one side to the other with short lateral movements or by radial oscillations in a horizontal position. The movement of the grinding bowl develops strong G-forces by the grinding balls and causes them to impact with high energy on the sample material. Grinding balls with density between 4.5 g / cm3 and 7 g / cm3 provide higher G-forces, resulting in superior grinding efficiency. In the present invention, the predominance of the collision forces or compression forces of the grinding for the type of mixer / mill used, improves the breaking of the solid particles, reducing their size significantly and the creation of new crystallographic facets as a result of the random hits of the balls. In the present invention, said ball milling is carried out using zirconium stabilized balls with sizes varying between 0.1 mm and 2 mm in size and a stirring speed of between 50 and 875 cpm (cycles per minute) which are equivalent to angular speeds of 34 and 600 rpm (revolution per minute), respectively. The mean particle size is reduced from 2 pm to about 100 nm and the catalyst of the present invention retained its crystalline structure with respect to the previous material.

Las bolas utilizadas en la molienda con bolas en líquido están hechas de un compuesto cerámico con una densidad comprendida entre 4,5 g/cm3 y 7 g/cm3, ya que proporcionan mayores fuerzas G, que resulta en una eficiencia de molienda superior. Las bolas se seleccionan preferiblemente de circonio estabilizado con cerio, circonio estabilizado con itrio, circonio estabilizado con magnesio o circonio.The balls used in liquid ball milling are made of a ceramic compound with a density between 4.5 g / cm3 and 7 g / cm3, as they provide higher G-forces, resulting in superior grinding efficiency. The balls are preferably selected from cerium stabilized zirconium, yttrium stabilized zirconium, magnesium stabilized zirconium or zirconium.

En una realización preferida del proceso de la invención, la molienda de bolas se realiza en presencia de un disolvente. El solvente usado aquí debe ser inerte, esto significa que no debe reaccionar químicamente con las partículas del catalizador. El disolvente se selecciona de agua, acetona, acetonitrilo, alcohol butílico, dietilenglicol, 1,2-dimetoxietano, dimetilformamida, 1,2-dioxano, etanol, acetato de etilo, etilenglicol, glicerina, metanol, propanol, piridina, tetrahidrofurano. Más preferiblemente, el disolvente es un alcohol, preferiblemente etanol, porque la alta constante dieléctrica del etanol permite la dispersión de las partículas, y su baja temperatura de ebullición facilita su eliminación sin formar aglomerados duros de las partículas molidas.In a preferred embodiment of the process of the invention, ball milling is carried out in the presence of a solvent. The solvent used here must be inert, this means that it must not react chemically with the catalyst particles. The solvent is selected from water, acetone, acetonitrile, butyl alcohol, diethylene glycol, 1,2-dimethoxyethane, dimethylformamide, 1,2-dioxane, ethanol, ethyl acetate, ethylene glycol, glycerin, methanol, propanol, pyridine, tetrahydrofuran. More preferably, the solvent is an alcohol, preferably ethanol, because the high dielectric constant of ethanol allows dispersion of the particles, and its low boiling temperature facilitates their removal without forming hard agglomerates of the ground particles.

Preferiblemente, la relación masaboias/masap0ivo durante la molienda con bolas en presencia de disolvente está entre 1:1 y 3:1 y la relación volumenSóiido/volumenSoivente está entre 1:2y 1:5.Preferably, the mass / mass ratio during ball milling in the presence of solvent is between 1: 1 and 3: 1 and the volume / solid / volume ratio is between 1: 2 and 1: 5.

El último aspecto de la invención se refiere al uso del catalizador de la invención para la combustión de hollín en presencia de NO. Las ventajas del catalizador de la presente invención pueden resumirse como sigue:The last aspect of the invention relates to the use of the catalyst of the invention for the combustion of soot in the presence of NO. The advantages of the catalyst of the present invention can be summarized as follows:

• Eficiencia de combustión de hollín al 100% sin formación de CO.• 100% soot burning efficiency without CO formation.

• Combustión de hollín a una temperatura más baja que el catalizador de referencia basado en Pt.• Soot combustion at a lower temperature than the reference Pt-based catalyst.

• El tamaño de partícula de los catalizadores de C0AI2O4 de la presente invención facilita el contacto catalizador-hollín, y también el acceso de las especies gaseosas, proporcionando así sitios más activos para la oxidación de hollín y NO.• The particle size of the C0AI2O4 catalysts of the present invention facilitates the catalyst-soot contact, and also the access of the gaseous species, thus providing more active sites for the oxidation of soot and NO.

• La molienda con bolas de la presente invención es una ruta fácil para crear defectos y sitios ácidos en C0AI2O4. La acidez del catalizador favorece la interacción de las especies de NO2 ácido con el hollín y, por lo tanto, el mecanismo de oxidación indirecta.• The ball milling of the present invention is an easy route to create defects and acid sites in C0AI2O4. The acidity of the catalyst favors interaction of acidic NO2 species with soot and therefore the indirect oxidation mechanism.

• Es una solución rentable para reemplazar el catalizador basado en materias primas críticas como metales nobles y tierras raras.• It is a cost-effective solution to replace catalyst based on critical raw materials such as noble metals and rare earths.

• Permite dirigir mecanismos de combustión de hollín que contribuirán a reducir la intoxicación por carbono de los sistemas catalíticos.• Allows directing soot combustion mechanisms that will help reduce carbon poisoning of catalytic systems.

A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que comúnmente entiende un experto en la materia al que pertenece esta invención. Se pueden usar métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en este documento en la práctica de la presente invención. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones, la palabra "comprende" y sus variaciones no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Los objetos, ventajas y características adicionales de la invención serán evidentes para los expertos en la materia al examinar la descripción o pueden aprenderse mediante la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no pretenden ser limitantes de la presente invención.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to whom this invention belongs. Methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice of the present invention. Throughout the description and claims, the word "comprise" and its variations are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. Additional objects, advantages, and features of the invention will be apparent to those skilled in the art upon examining the description or may be learned by practice of the invention. The following examples and drawings are provided by way of illustration and are not intended to be limiting of the present invention.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

FIG. 1 a) Datos de difracción de polvo recopilados para los catalizadores junto con los modelos Rietveld correspondientes. Los círculos grises abiertos muestran los datos experimentales. Las posiciones de Bragg de las diferentes fases presentes están representadas por las marcas verticales debajo de los patrones, en para la espinela C0AI2O4, para la AI2O3 y para la segunda espinela, respectivamente por orden de proximidad con el difractograma. b) Ampliación del pico principal de difracción de C0AI2O4.FIG. 1 a) Collected powder diffraction data for catalysts along with corresponding Rietveld models. The open gray circles show the experimental data. The Bragg positions of the different phases present are represented by the vertical marks below the patterns, in for the spinel C0AI2O4, for the AI2O3 and for the second spinel, respectively, in order of proximity with the diffractogram. b) Enlargement of the main diffraction peak of C0AI2O4.

FIG. 2 Micrografías FE-SEM de a-b) 70AI30Co, d-e) C0AI2O4 recibido y g-h) C0AI2O4 activado mecánicamente; curvas de distribución del tamaño de partícula medidas por difracción láser de c) 70AI30Co y e) como recibió C0AI2O4 e i) y distribución del tamaño de partícula primaria medida a partir de la imagen de C0AI2O4 activado mecánicamente.FIG. 2 FE-SEM micrographs of a-b) 70AI30Co, d-e) C0AI2O4 received and g-h) C0AI2O4 mechanically activated; particle size distribution curves measured by laser diffraction of c) 70AI30Co and e) as received by C0AI2O4 and i) and primary particle size distribution measured from the mechanically activated C0AI2O4 image.

FIG. 3 Micrografías TEM de catalizador de C0AI2O4 molido, a) Imagen de bajos aumentos, donde se evidencia la aglomeración de las nanopartículas de C0AI2O4. b) Imagen HRTEM de un detalle de las partículas aglomeradas, las inserciones muestran las imágenes filtradas de las franjas reticulares del área de interés.FIG. 3 TEM micrographs of ground C0AI2O4 catalyst, a) Low magnification image, where the agglomeration of the C0AI2O4 nanoparticles is evidenced. b) HRTEM image of a detail of the agglomerated particles, the inserts show the filtered images of the lattice fringes of the area of interest.

FIG. 4 Resultados de NH3-TPD de las muestras de catalizador.FIG. 4 NH3-TPD results from catalyst samples.

FIG. 5 Pruebas de oxidación catalítica: a) Perfiles de conversión de hollín, b) Perfiles de concentración de CO2, y c) Perfiles de NO2 como fracción de NO2 a NOx. Condiciones de reacción: 100 mg de catalizador 20 mg de hollín, contacto suelto, 2500 ppm NO 10% vol. O2 N2, 300 ml/min, 5°C/min. Las líneas continuas son experimentos con hollín y catalizador, la línea punteada es el experimento de combustión de hollín no catalizado de referencia, y la línea discontinua punteada en c) es un experimento de oxidación de NO en blanco con catalizador pero sin hollín.FIG. 5 Catalytic oxidation tests: a) Soot conversion profiles, b) CO2 concentration profiles, and c) NO2 profiles as fraction of NO2 to NOx. Reaction conditions: 100 mg of catalyst 20 mg of soot, loose contact, 2500 ppm NO 10% vol. O2 N2, 300 ml / min, 5 ° C / min. The solid lines are experiments with soot and catalyst, the dotted line is the reference uncatalyzed soot burning experiment, and the dotted line in c) is a blank NO oxidation experiment with catalyst but no soot.

FIG. 6 a) Estructura de espinela cúbica centrada en la cara de C0AI2O4 y aumento de un tetraedro y un octaedro adyacente que comparten un átomo de oxígeno. Las esferas grandes marcadas por Cotet y Aloct representan átomos en subredes coordinadas tetraédrica y octaédricamente, respectivamente. Los parámetros de red a en el plano (001) y c en la dirección perpendicular a él son idénticos en condiciones de equilibrio, pero difieren para los sistemas tetragonales. b) Esquema de las superficies de energía más baja del cristal C0AI2O4. c) Esquema de la morfología de las nanopartículas de C0AI2O4 de forma triangular en la superficie de a-ALOs de 70AI30Co y. d) Configuraciones atómicas de superficie de la faceta (111) para la espinela C0AI2O4.FIG. 6 a) Cubic spinel structure centered on the face of C0AI2O4 and magnification of a tetrahedron and an adjacent octahedron that share an oxygen atom. The large spheres marked by Cotet and Aloct represent atoms in tetrahedral and octahedral coordinate sub-lattices, respectively. The lattice parameters a in the (001) plane and c in the direction perpendicular to it are identical under equilibrium conditions, but differ for tetragonal systems. b) Diagram of the lowest energy surfaces of the C0AI2O4 crystal. c) Diagram of the morphology of the triangular shaped C0AI2O4 nanoparticles on the surface of 70AI30Co y a-ALOs. d) Surface atomic configurations of facet (111) for spinel C0AI2O4.

FIG. 7 Perfiles de concentración durante el calentamiento bajo NOx/02 obtenidos con el catalizador de C0AI2O4 molido con hollín (líneas continuas) y sin hollín (líneas discontinuas). Condiciones de reacción: 2500 ppm NO 10% vol. O2 N2, 300 ml/min, 5 °C/min.FIG. 7 Concentration profiles during heating under NOx / 02 obtained with the C0AI2O4 catalyst ground with soot (solid lines) and without soot (broken lines). Reaction conditions: 2500 ppm NO 10% vol. O2 N2, 300 ml / min, 5 ° C / min.

FIG. 8 Perfil de eliminación de NOx bajo NOx/Ü2 para el catalizador de C0AI2O4 molido sin hollín.FIG. 8 Low NOx / Ü2 NOx removal profile for soot-free ground C0AI2O4 catalyst.

FIG. 9 Combustión de hollín con O2 (en ausencia de NO) sin catalizador y sobre los catalizadores de C0AI2O4 recibidos y molidos en condiciones de contacto estrechas y sueltas. Se indica la temperatura de producción máxima de CO2.FIG. 9 Combustion of soot with O2 (in the absence of NO) without catalyst and on received and ground C0AI2O4 catalysts under tight and loose contact conditions. The maximum CO2 production temperature is indicated.

FIG. 10 a) Mecanismo asistido por NO2, b) Mecanismo directo de oxígeno activo. FIG. 10 a) Mechanism assisted by NO2, b) Direct mechanism of active oxygen.

EJEMPLOSEXAMPLES

PREPARACIÓN DEL CATALIZADORCATALYST PREPARATION

Un pigmento micrométrico comercial C0AI2O4, de Manuel Riesgo SA, se activó mecánicamente mediante molienda de bolas en medio líquido con bolas de circonia estabilizadas con cerio de 1 mm de tamaño a 50 rpm utilizando un molino mezclador Spex 8000 durante 3 horas en un recipiente de tipo poliamida. La relación masaboias/masap0ivo de fue 1: 1 y la relación volumenSóiido/volumeniíqU¡do fue 1/3 y el disolvente fue etanol.A commercial micrometric pigment C0AI2O4, from Manuel Riesgo SA, was activated mechanically by means of ball grinding in a liquid medium with zirconia balls stabilized with cerium of 1 mm in size at 50 rpm using a Spex 8000 mixer mill for 3 hours in a type container. polyamide. The mass / mass ratio was 1: 1 and the volume / volume ratio was 1/3 and the solvent was ethanol.

Para fines de comparación, se preparó un catalizador nanoestructurado con 30% en peso de nanopartículas de C03O4 sobre micropartículas de a-Ah03 (en lo sucesivo denominado 70AI30Co) mediante un método de estado sólido seco previamente descrito y tratado térmicamente a 1200 0C durante 5 h con una velocidad de calentamiento de 3 °C/min [C.M. Álvarez-Docio, J.J. Reinosa, A. del Campo, J.F. Fernández, 2D partióles forming a nanostructured Shell: A step forward cool NIR reflectivityforCoAl204 pigments, Dye. Pigment. 137 (2017) 1-11],For comparison purposes, a nanostructured catalyst was prepared with 30% by weight of C03O4 nanoparticles on a-Ah03 microparticles (hereinafter referred to as 70AI30Co) by a previously described dry solid state method and heat treated at 1200 ° C for 5 h with a heating rate of 3 ° C / min [CM Álvarez-Docio, J.J. Reinosa, A. del Campo, J.F. Fernández, 2D partiols forming a nanostructured Shell: A step forward cool NIR reflectivityforCoAl204 pigments, Dye. Pigment. 137 (2017) 1-11],

CARACTERIZACION DEL CATALIZADORCATALYST CHARACTERIZATION

DIFRACCIÓN DE R AYO SXX-RAY DIFFRACTION

Las fases cristalinas se caracterizaron por difracción de rayos X (XRD, D8, Bruker) usando radiación Cu K«i y un detector LynxEye. La información cuantitativa sobre la estructura y la microestructura de las muestras se extrajo del análisis de Rietveld de los datos de XRD utilizando FullProf Suite. En los refinamientos, la fase de espinela de la fase principal, C0AI2O4, se describió en el grupo espacial Fd-3m (227), con todos los sitios tetraédricos ocupados por Co2+ en y todos los sitios octaédricos por Al3+. La fase secundaria de espinela presente en las muestras comerciales también se modeló como una fase de Rietveld, mientras que la a-AhOs se describió utilizando un ajuste de Le Bail. Después de la deconvolución de la contribución del ensanchamiento de picos instrumental, el perfil de pico se modeló como un ensanchamiento de tamaño isotrópico tipo Lorentzian, y se obtuvieron tamaños de cristalitos promedio ponderados en volumen a partir de la ecuación de Scherrer. El ruido de fondo se ajustó mediante un polinomio Chebyshev ortogonal de 3 coeficientes. The crystalline phases were characterized by X-ray diffraction (XRD, D8, Bruker) using Cu K'i radiation and a LynxEye detector. Quantitative information on the structure and microstructure of the samples was extracted from Rietveld analysis of the XRD data using the FullProf Suite. In the refinements, the spinel phase of the main phase, C0AI2O4, was described in the space group Fd-3m (227), with all tetrahedral sites occupied by Co2 + in and all octahedral sites by Al3 +. The secondary spinel phase present in the commercial samples was also modeled as a Rietveld phase, while the a-AhOs was described using a Le Bail fit. After deconvolution of the instrumental peak broadening contribution, the peak profile was modeled as a Lorentzian-type isotropic broadening, and volume weighted average crystallite sizes were obtained from the Scherrer equation. The background noise was adjusted using an orthogonal Chebyshev polynomial of 3 coefficients.

Los patrones XRD de las tres muestras, mostrados en la Figura 1, exhiben los picos de difracción relacionados con la estructura de espinela de C0AI2O4 y con a-ALOs. Es importante resaltar que la muestra comercial de C0AI2O4 (y, en consecuencia, la muestra molida de C0AI2O4) contiene una fase de espinela adicional con un parámetro de celda unitaria más grande (8,22 Á). El magnificación de la Figura 1b muestra que después de la molienda de bolas, los picos de difracción de C0AI2O4 se ensancharon significativamente y su intensidad disminuyó. En consecuencia, el tamaño del cristalito extraído de los refinamientos disminuye desde 57 nm para la muestra comercial de C0AI2O4 recibida a 31 nm para la muestra molida de C0AI2O4. La calidad de los datos XRD no permitió la discriminación de las contribuciones del tamaño y la tensión al ensanchamiento de los picos de difracción. Por lo tanto, no se consideran efectos de deformación en los modelos Rietveld, aunque presumiblemente se genera una gran cantidad de defectos en la muestra durante la molienda en bolas. Los resultados del análisis Rietveld de los datos XRD se compilan en la Tabla 1. La Figura 1 muestra un buen acuerdo entre los datos XRD y los modelos Rietveld. Para estudiar la alteración de las especies de cobalto antes y después de los procesos de activación mecánica, se realizó un estudio adicional por XPS (espectrómetro de fotoelectrones de rayos X, K-Alpha, Thermo Scientific, equipado con una fuente de Al Ka monocromada, 1486.6 eV, funcionando a un voltaje de 12 KV). Sin embargo, se observan pequeños cambios y los resultados indican que todas las muestras tenían una estructura de espinela normal y los cationes de Co2+ estaban en el sitio tetraédrico.The XRD patterns of the three samples, shown in Figure 1, show the diffraction peaks related to the spinel structure of C0AI2O4 and with α-ALOs. It is important to note that the commercial C0AI2O4 sample (and consequently the ground C0AI2O4 sample) contains an additional spinel phase with a larger unit cell parameter (8.22 Á). The magnification of Figure 1b shows that after ball milling, the diffraction peaks of C0AI2O4 widened significantly and their intensity decreased. Consequently, the size of the crystallite extracted from the refinements decreases from 57 nm for the commercial C0AI2O4 sample received to 31 nm for the ground C0AI2O4 sample. The quality of the XRD data did not allow discrimination of the size and strain contributions to the spreading of the diffraction peaks. Therefore, deformation effects are not considered in Rietveld models, although presumably a large number of defects are generated in the sample during ball milling. The results of the Rietveld analysis of the XRD data are compiled in Table 1. Figure 1 shows good agreement between the XRD data and the Rietveld models. To study the alteration of cobalt species before and after the mechanical activation processes, an additional study was carried out by XPS (X-ray photoelectron spectrometer, K-Alpha, Thermo Scientific, equipped with a monochromatic Al Ka source, 1486.6 eV, operating at a voltage of 12 KV). However, small changes are observed and the results indicate that all samples had a normal spinel structure and the Co2 + cations were at the tetrahedral site.

Tabla 1: Parámetros refinados de red y tamaños de cristalitos promedio ponderados en volumen obtenidos del análisis de Rietveld de los datos de XRD medidos para la muestra 70Al30Co, el polvo inicial comercial CoA2O4 y después del proceso de molienda de bolas.Table 1: Refined lattice parameters and volume weighted average crystallite sizes obtained from Rietveld analysis of measured XRD data for sample 70Al30Co, commercial starting powder CoA2O4, and after the ball milling process.

C0AI2O4 Fase Espinela SecundariaC0AI2O4 Secondary Spinel Phase

Parámetro Tamaño de Parámetro Tamaño deParameter Size of Parameter Size of

Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001

C0AI2O4C0AI2O4

8.0983 31 8.2202 26 molido8.0983 31 8.2202 26 ground

CARACTERIZACION FE-SEM DE LA MORFOLOGÍA DEL CATALIZADORFE-SEM CHARACTERIZATION OF CATALYST MORPHOLOGY

La morfología de los polvos se evaluó empleando imágenes electrónicas secundarias de microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM, Hitachi S-4700). Se usó un programa de procesamiento y análisis de imágenes (Leica Qwin, Leica Microsystems Ltd, Cambridge, Inglaterra) para determinar los parámetros microestructurales de las micrografías FE-SEM, siempre considerando más de 150 partículas en cada medición.The morphology of the powders was evaluated using secondary electron images of field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, Hitachi S-4700). An image processing and analysis program (Leica Qwin, Leica Microsystems Ltd, Cambridge, England) was used to determine the microstructural parameters of the FE-SEM micrographs, always considering more than 150 particles in each measurement.

Las micrografías electrónicas de barrido de emisión de campo de los catalizadores se muestran en la Figura 2. La muestra 70AI30Co tiene la morfología característica del tipo de placa de partículas de soporte de a-ALOs, relacionada con el crecimiento de cristales en el plano ab, con un tamaño de partícula promedio dso « 7.8 pm (Figura 2a y 2c). Se ven cristalizaciones de C0AI2O4 en la superficie de micropartículas de a-ALOs (Figura 2b). Estos nanocristales 3D tienen una forma irregular con un diámetro equivalente promedio de 427 ± 118 nm y presentan un agujero en el medio; exponen las facetas del cristal de menor energía (111).The field emission scanning electron micrographs of the catalysts are shown in Figure 2. Sample 70AI30Co has the characteristic plate-type morphology of a-ALOs support particles, related to crystal growth in the ab plane, with an average particle size dso «7.8 pm (Figure 2a and 2c). C0AI2O4 crystallizations are seen on the surface of a-ALOs microparticles (Figure 2b). These 3D nanocrystals have an irregular shape with an average equivalent diameter of 427 ± 118 nm and have a hole in the middle; they expose the facets of the crystal with the lowest energy (111).

La morfología del polvo C0AI2O4 antes de la molienda de bolas se muestra en la Figura 2d. El material recibido está formado por partículas que varían de 0.3 a 8 pm (Figura 2f) con un tamaño de partícula promedio dso « 2 pm. Una inspección más exhaustiva de la morfología revela partículas pseudoesféricas con escasa presencia de rugosidad superficial (Figura 2e).The morphology of the C0AI2O4 powder before ball milling is shown in Figure 2d. The received material is made up of particles that vary from 0.3 to 8 pm (Figure 2f) with an average particle size of ds or «2 pm. A closer inspection of the morphology reveals pseudospherical particles with little presence of surface roughness (Figure 2e).

La micrografía de la Figura 2g y los resultados de difracción láser demuestran que la molienda de bolas modificó significativamente la morfología de C0AI2O4. El tamaño de partícula primario se reduce al tamaño de partícula promedio d5o « 100 nm (Figura 2i), pero el estado de aglomeración se hizo más marcado, lo que condujo a una distribución de tamaño de partícula bimodal más amplia. Además, la morfología de las partículas evoluciona a partículas facetadas (Figura 2h) por la energía de impacto producida durante el proceso de molienda; la formación de defectos extendidos se evidenció por el tamaño de cristalito de 31 nm, que es solo un tercio del tamaño promedio de partícula. The micrograph in Figure 2g and the laser diffraction results show that ball milling significantly modified the morphology of C0AI2O4. The primary particle size is reduced to the average particle size d5o «100 nm (Figure 2i), but the state of agglomeration became more marked, leading to a broader bimodal particle size distribution. Furthermore, the morphology of the particles evolves to faceted particles (Figure 2h) due to the impact energy produced during the grinding process; the formation of extended defects was evidenced by the crystallite size of 31 nm, which is only one-third of the average particle size.

CARACTERIZACIÓN TEM / HRTEM DEL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS Y LA MORFOLOGÍA DEL CATALIZADORTEM / HRTEM CHARACTERIZATION OF PARTICLE SIZE AND CATALYST MORPHOLOGY

La distribución del tamaño de partícula de los polvos de catalizador se determinó por difracción láser (Mastersizer S, Malvern, Reino Unido).The particle size distribution of the catalyst powders was determined by laser diffraction (Mastersizer S, Malvern, UK).

El tamaño de partícula y la morfología en la nanoescala también se evaluaron utilizando un microscopio electrónico de transmisión (TEM / HRTEM, JEOL 2100F) que funciona a 200 kV y equipado con una pistola electrónica de emisión de campo que proporciona una resolución puntual de 0,19 nm. El filtrado HRTEM y el procesamiento de imágenes se realizaron con el software Digital Micrograph.Particle size and morphology at the nanoscale were also evaluated using a transmission electron microscope (TEM / HRTEM, JEOL 2100F) operating at 200 kV and equipped with a field emission electronic gun that provides a point resolution of 0, 19 nm. HRTEM filtering and image processing were performed with Digital Micrograph software.

La caracterización TEM aclara adicionalmente el efecto del procedimiento de molienda sobre la estructura morfológica del C0AI2O4 de la presente invención. La Figura 3a imagen de bajo aumento muestra la alta aglomeración y heterogeneidad de las partículas de C0AI2O4 molidas. Estos consisten principalmente en rangos de granos de tamaño nanométrico de 20 a 200 nm, y esto concuerda bien con las mediciones de partículas primarias en imágenes FE-SEM. La micrografía ampliada de la Figura 3b revela nano-regiones bien cristalizadas, con varias franjas cristalinas distinguibles, que son más fáciles de visualizar en las imágenes filtradas HRTEM de las inserciones. La figura muestra principalmente una partícula de C0AI2O4 orientada hacia abajo en el eje de la zona [112], exponiendo el (111), cuyas distancias interplanar aparecen en 4.67 Á (Zona III). Sin embargo, se pueden observar tres distancias interplanar más en otras áreas desorientadas, donde los espacios d calculados de 2.02 Á (Zona I), 2.86 Á (Zona II) y 2.44 Á (Zona IV). Son atribuibles a los planos (400), (220) y (311) del C0AI2O4, respectivamente. Estos resultados justifican la hipótesis de que durante el proceso de molienda las partículas se rompen aleatoriamente sin una dirección preferencial.TEM characterization further elucidates the effect of the milling procedure on the morphological structure of the COAI2O4 of the present invention. Figure 3a low magnification image shows the high agglomeration and heterogeneity of the ground C0AI2O4 particles. These consist primarily of nano-sized grain ranges from 20 to 200 nm, and this agrees well with measurements of primary particles on FE-SEM images. The enlarged micrograph of Figure 3b reveals well crystallized nano-regions, with several distinguishable crystalline fringes, that are easier to visualize in the filtered HRTEM images of the inserts. The figure mainly shows a C0AI2O4 particle oriented down the axis of zone [112], exposing (111), whose interplanar distances appear at 4.67 Á (Zone III). However, three more interplanar distances can be observed in other disoriented areas, where the calculated d spaces of 2.02 Á (Zone I), 2.86 Á (Zone II) and 2.44 Á (Zone IV). They are attributable to planes (400), (220) and (311) of C0AI2O4, respectively. These results justify the hypothesis that during the grinding process the particles are broken randomly without a preferential direction.

NH 3 DESORCIÓN PROGRAMADA POR TEMPERATURANH 3 DESORPTION PROGRAMMED BY TEMPERATURE

La desorción programada con la temperatura de NH3 (NH3-TPD) se realizó en un aparato Micromeritics Autochem II 2920. Antes de los experimentos de NH3-TDP, bajo flujo de He, las muestras (200 mg) se pre-trataron a 2000C durante 0,5 h y se enfriaron a 1000C. Luego, las muestras se expusieron a un flujo de NH3 a 1000C durante 1 h, seguido de purga con He durante 1 h. Finalmente, la temperatura se elevó a 8500C en un flujo de He a una velocidad de100C / min. The temperature-programmed desorption of NH3 (NH3-TPD) was performed in a Micromeritics Autochem II 2920 apparatus. Before the NH3-TDP experiments, under He flow, the samples (200 mg) were pre-treated at 2000C for 0.5 h and cooled to 1000C. The samples were then exposed to a flow of NH3 at 1000C for 1 hr, followed by He purging for 1 hr. Finally, the temperature was raised to 8500C in a He flow at a rate of 100C / min.

NH3-TPD se realizó para investigar la cantidad y la fuerza de los sitios ácidos de superficie de las espinelas; los perfiles se muestran en la Figura 4. Los picos de desorción de NH3 centrados a temperaturas inferiores a 400 °C se asignan a sitios ácidos débiles, mientras que los centrados a temperaturas superiores a 600 °C se originan en sitios ácidos fuertes. Las moléculas coordinadas de NH3 unidas a los sitios de ácido de Lewis son térmicamente más estables que los iones NH4+ fijados en los sitios de ácido de Bronsted, y por lo tanto necesitan temperaturas más altas para desorberse. Por lo tanto, el pico de desorción a baja temperatura observado para la muestra de C0AI2O4 (2820C) se asigna a los iones NH4+ unidos a los sitios de ácido de Bronsted, mientras que el pico de desorción a alta temperatura de la muestra 70AI30Co (808 0C) está asociado con el NH3 molecular adsorbido en el ácido de Lewis sitios. Curiosamente, el método de molienda de bolas tiene un efecto importante sobre las propiedades ácidas. La fuerza de los sitios ácidos de Lewis se reduce ligeramente, de acuerdo con el cambio descendente de aproximadamente 500C del pico de desorción de amoníaco. Sin embargo, la cantidad de los sitios de ácido Bronsted y Lewis en la muestra de C0AI2O4 molida de la presente invención, y por lo tanto la acidez total, es significativamente mayor que en el 70AI30Co que tiene facetas estables (111) o en las muestras de espinela de cobalto recibidas. Esto es una consecuencia del área superficial específica más alta del C0AI2O4 molido asociado a la reducción del tamaño de partícula obtenida por el procedimiento de molienda (Tabla 2). Además, aparece un pico adicional a 401° C, lo que indica que se genera un nuevo tipo de sitio ácido. Estas modificaciones pueden estar relacionadas con la generación de facetas de cristal menos estables como (220), (400) y (311), por ejemplo, además de los pliegues superficiales y la amortización cristalina superficial como los principales defectos extendidos observados. Se ha reportado que la actividad del catalizador C0AI2O4 en la desoxigenación es prácticamente cero [J. J.P., M. A., R. J.G.H., D. J., P. V., B. H.H., The Surface of Catalytically Active Spinels, J. Catal. 147 (1994) 294-300] de acuerdo con las facetas de cristal expuesta común de (110) y (111) para las partículas cristalinas. La baja actividad de tales planos cristalográficos se atribuye al hecho de que el Co2+ en coordinación tetraédrica no está directamente expuesto a las moléculas de la fase gaseosa. En el plano (110) hay una presencia alternativa de sitios octaédricos B3+, O2' y tetraédricos A2+ para la espinela AB2O4 y la superficie es más covalente que el interior del cristal debido a un efecto de compensación de carga. Por lo tanto, los sitios ácidos generados durante la activación mecánica se atribuyen a las nuevas facetas expuestas y a los defectos extendidos que rompen el efecto de compensación de carga y permiten que la compensación de carga de los sitios tetraédricos de Co2+ se conviertan en sitios ácidos activos. La activación mecánica promueve una gran variedad de sitios como evidencia del rango más amplio de temperaturas donde estos sitios ácidos se activan que corresponden a diferentes energías de superficie. Vale la pena mencionar que el C0AI2O4 comercial posee una pequeña presencia de sitios ácidos débiles de acuerdo con el procedimiento estándar de fabricación de pigmentos cerámicos en el que se utiliza una molienda en seco para reducir los aglomerados. Esta molienda en seco es una molienda de baja intensidad que provoca un ligero desgaste de las micropartículas pero no aumenta el defecto extendido de la estructura cristalina. La presente invención describió una manera fácil de mejorar la presencia de los sitios ácidos en C0AI2O4 mediante activación mecánica durante la molienda de bolas en húmedo.NH3-TPD was performed to investigate the amount and strength of acidic spinel surface sites; the profiles are shown in Figure 4. NH3 desorption peaks centered at temperatures below 400 ° C are assigned to weak acid sites, while those centered at temperatures above 600 ° C originate from strong acid sites. Coordinate NH3 molecules attached to Lewis acid sites are thermally more stable than NH4 + ions attached to Bronsted acid sites, and therefore require higher temperatures to desorb. Therefore, the observed low-temperature desorption peak for the C0AI2O4 (2820C) sample is assigned to NH4 + ions attached to the Bronsted acid sites, while the high-temperature desorption peak for the 70AI30Co (808 0C) is associated with molecular NH3 adsorbed at Lewis acid sites. Interestingly, the ball milling method has a significant effect on acid properties. The strength of the Lewis acid sites is slightly reduced, consistent with the approximately 500C downward shift of the ammonia desorption peak. However, the amount of the Bronsted and Lewis acid sites in the ground C0AI2O4 sample of the present invention, and therefore the total acidity, is significantly higher than in the 70AI30Co having stable facets (111) or in the samples of cobalt spinel received. This is a consequence of the higher specific surface area of the ground COAI2O4 associated with the reduction in particle size obtained by the milling procedure (Table 2). In addition, an additional peak appears at 401 ° C, indicating that a new type of acid site is generated. These modifications may be related to the generation of less stable crystal facets such as (220), (400) and (311), for example, in addition to surface creases and surface crystalline amortization as the main observed extended defects. The activity of the catalyst C0AI2O4 in deoxygenation has been reported to be practically zero [JJP, MA, RJGH, DJ, PV, BHH, The Surface of Catalytically Active Spinels, J. Catal. 147 (1994) 294-300] according to the common exposed crystal facets of (110) and (111) for crystalline particles. The low activity of such crystallographic planes is attributed to the fact that the Co2 + in tetrahedral coordination is not directly exposed to the molecules of the gas phase. In plane (110) there is an alternative presence of octahedral B3 +, O2 'and tetrahedral A2 + sites for spinel AB2O4 and the surface is more covalent than the interior of the crystal due to a charge compensation effect. Therefore, the acidic sites generated during mechanical activation are attributed to newly exposed facets and extended defects that break the charge compensation effect and allow that the charge compensation of the tetrahedral Co2 + sites become active acid sites. Mechanical activation promotes a wide variety of sites as evidence of the broader range of temperatures where these acidic sites are activated corresponding to different surface energies. It is worth mentioning that commercial C0AI2O4 has a small presence of weak acid sites according to the standard ceramic pigment manufacturing procedure in which dry grinding is used to reduce agglomerates. This dry grinding is a low intensity grinding that causes slight wear of the microparticles but does not increase the widespread defect in the crystal structure. The present invention disclosed an easy way to improve the presence of acidic sites in COAI2O4 by mechanical activation during wet ball milling.

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD CATALÍTICAEVALUATION OF CATALYTIC ACTIVITY

ÁREA DE SUPERFICIE BET DE LOS CATALIZADORES Y PRUEBAS DE COMBUSTIÓN DE HOLLÍNBET SURFACE AREA OF SOOT CATALYSTS AND COMBUSTION TESTS

La ecuación Brunnauer-Emmett-Teller (BET) se usó para determinar las áreas de superficie de los catalizadores a partir de los datos de adsorción-desorción de N2 obtenidos en un analizador Micrometrics ASAP2020.The Brunnauer-Emmett-Teller (BET) equation was used to determine the surface areas of catalysts from N2 adsorption-desorption data obtained on a Micrometrics ASAP2020 analyzer.

Las partículas de hollín se obtuvieron quemando combustible diésel comercial (British Petroleum, España) en un recipiente de vidrio. El hollín recogido de las paredes del recipiente se secó a 120°C durante 24 h.The soot particles were obtained by burning commercial diesel fuel (British Petroleum, Spain) in a glass container. The soot collected from the walls of the container was dried at 120 ° C for 24 h.

Se probaron dos tipos de pruebas de combustión de hollín. Las pruebas de actividad bajo N0x/02 consistieron en calentar mezclas de hollín-catalizador de 25 a 750 ° C a 5 °C/min en un reactor de flujo de tapón. El catalizador (100 mg) y el hollín (10 mg) se mezclaron con una espátula en el denominado modo de contacto suelto, que es el modo de contacto más representativo para partículas de diésel que fluyen a través de un filtro catalítico. Posteriormente, la mezcla se diluyó en 1000 mg de SiC (tamaño de partícula 500 pm) y se colocó en el reactor ($ = 4 mm; longitud del lecho = 70 mm). Los experimentos de combustión catalítica se realizaron a presión atmosférica bajo un flujo de gas de 300 ml/min (GHSV 150000 h'1) que contenía 2500 ppm de NOx 10% de O2 equilibrado con N2. La composición del gas efluente del reactor de lecho fijo se analizó con un espectrómetro Thermo Nicolet FT-IR. También se realizaron experimentos en blanco con N0 x/02 : sin catalizador, para analizar la combustión de hollín no catalítica; y sin hollín, para analizar la capacidad de oxidación de NO a NO2 de los catalizadores.Two types of soot burning tests were tested. Low N0x / 02 activity tests consisted of heating soot-catalyst mixtures from 25 to 750 ° C at 5 ° C / min in a plug flow reactor. The catalyst (100 mg) and the soot (10 mg) were mixed with a spatula in the so-called loose contact mode, which is the most representative contact mode for diesel particles flowing through a catalytic filter. Subsequently, the mixture was diluted in 1000 mg of SiC (particle size 500 pm) and placed in the reactor (= 4 mm; bed length = 70 mm). The catalytic combustion experiments were carried out at atmospheric pressure under a gas flow of 300 ml / min (GHSV 150,000 h'1) containing 2500 ppm of NOx 10% O2 equilibrated with N2. The composition of the effluent gas from the fixed bed reactor was analyzed with a Thermo Nicolet FT-IR spectrometer. Experiments were also conducted in blank with N0 x / 02: no catalyst, to analyze non-catalytic soot combustion; and without soot, to analyze the oxidation capacity of NO to NO2 of the catalysts.

Para estudiar la influencia del oxidante y el modo de contacto, se evaluaron las pruebas de combustión de hollín con solo O2 en condiciones de contacto flojas y apretadas en un analizador térmico simultáneo (STA 6000) conectado a un espectrómetro de infrarrojos por transformada Frontier Fourier (FTIR) equipado con un gas celular, ambos de PerkinElmer. Para el modo de contacto cerrado, el catalizador y el hollín se mezclaron en un mortero. Este método maximiza el número de puntos de contacto y, aunque no representa las condiciones de contacto reales que ocurren en una trampa catalítica, puede discriminar mejor las morfologías. Se colocaron alrededor de 25 mg de polvo en crisoles de alúmina y se sometieron a una rampa de temperatura de 100C min-1 hasta 9500C en atmósfera de aire. Los espectros IR se obtuvieron en el rango de 650 a 4000 cm_1 con una resolución de 2 cm_1 y 2 acumulaciones.To study the influence of the oxidant and the contact mode, the soot combustion tests with only O2 under loose and tight contact conditions were evaluated on a simultaneous thermal analyzer (STA 6000) connected to a Frontier Fourier transform infrared spectrometer ( FTIR) equipped with a cellular gas, both from PerkinElmer. For the closed contact mode, the catalyst and soot were mixed in a mortar. This method maximizes the number of contact points and, although it does not represent the actual contact conditions that occur in a catalytic trap, it can better discriminate morphologies. About 25 mg of powder were placed in alumina crucibles and subjected to a temperature ramp from 100C min-1 to 9500C in an air atmosphere. IR spectra were obtained in the range of 650 to 4000 cm_1 with a resolution of 2 cm_1 and 2 accumulations.

La actividad catalítica de las muestras se evaluó en términos de valores de T10, T50 y T90, definidos como las temperaturas para la conversión de hollín al 10%, 50% y 90%, respectivamente. La conversión de hollín se calculó como la fracción del carbono total liberado como CO o CO2 mediante la integración de los perfiles de concentración. La selectividad al CO2 (Sco2) se calculó como la concentración de salida de CO2 (Cco2) dividida por la suma de la concentración de salida de CO2 y CO:The catalytic activity of the samples was evaluated in terms of T10, T50 and T90 values, defined as the temperatures for the conversion of soot at 10%, 50% and 90%, respectively. Soot conversion was calculated as the fraction of total carbon released as CO or CO2 by integrating the concentration profiles. Selectivity to CO2 (Sco2) was calculated as the exit concentration of CO2 (Cco2) divided by the sum of the exit concentration of CO2 and CO:

W %^ ) = io o * l c ^ o2 r + : l r c ( o E q -1 )W% ^ ) = io o * lc ^ o2 r + : l r c ( or E q -1)

La concentración de NO2 en la salida se expresa como fracción de NO2 de la cantidad total de NOx utilizando la siguiente ecuación:The NO2 concentration at the outlet is expressed as the fraction of NO2 of the total amount of NOx using the following equation:

N02{%) = 100 x ^£2 (Eq. 2) N02 {%) = 100 x ^ £ 2 (Eq. 2)

N 0 out N 02 outN 0 out N 02 out

donde NO y NO2 son las concentraciones de NO y NO2, respectivamente, medidas a la salida del reactor.where NO and NO2 are the concentrations of NO and NO2, respectively, measured at the outlet of the reactor.

Los perfiles de eliminación de NOx se determinaron con la ecuación:The NOx removal profiles were determined with the equation:

NOx eliminado (%) = 100 x NOx™ NO~xN iOnx°Ut (Eq. 3) NOx removed (%) = 100 x NOx ™ NO ~ xN iOnx ° Ut (Eq. 3)

donde NOx ¡n and NOXOut son la concentración de NOx (NO NO2) alimentada al reactor y monitoreada continuamente por los analizadores específicos durante los experimentos, respectivamente.where NOxin and NOXOut are the concentration of NOx (NO NO2) fed to the reactor and continuously monitored by the specific analyzers during the experiments, respectively.

ACTIVIDAD CATALÍTICA DE LA COMBUSTIÓN DE HOLLÍN:CATALYTIC ACTIVITY OF SOOT COMBUSTION:

La Figura 5 muestra la actividad catalítica de la combustión de hollín en NOx/Ü2 de las espinelas de cobalto en modo de contacto suelto en comparación con la reactividad en ausencia de catalizador. La temperatura de conversión del 50% y la selectividad a CO2 se enumeran en la Tabla 2, junto con el área superficial específica de los catalizadores.Figure 5 shows the NOx / Ü2 soot combustion catalytic activity of cobalt spinels in loose contact mode compared to reactivity in the absence of catalyst. The 50% conversion temperature and selectivity to CO2 are listed in Table 2, along with the specific surface area of the catalysts.

Tabla 2: Parámetros fisicoquímicos y eficiencias catalíticas de la combustión de hollín de los diferentes catalizadores. * Los valores de Pt(1%)/AhO3 de la literatura se incluyen como referencia [Y. Gao, W. Yang, X. Wu, S. Liu, D. Weng, R. Ran, Controllable synthesis o f supported platinum catalysts: acidic support effect and soot oxidation catalysis, Catal. Sci. Technol. 7 (2017) 3268-3274]. Table 2: Physicochemical parameters and catalytic efficiencies of the soot combustion of the different catalysts. * The Pt ( 1%) / AhO3 values from the literature are included for reference [Y. Gao, W. Yang, X. Wu, S. Liu, D. Weng, R. Ran, Controllable synthesis of supported platinum catalysts: acidic support effect and soot oxidation catalysis, Catal. Sci. Technol. 7 ( 2017) 3268-3274].

S bet Acidez total T50 Sc02 Catalizador S bet Total acidity T 50 Sc 02 Catalyst

(m2/g) (mmol NH3/g) (°C) (%)(m2 / g) (mmol NH3 / g) (° C) (%)

Sin catalizador - - 527 67 Pt(1%)/AI203* 137 0.15 446 >98 Without catalyst - - 527 67 Pt (1%) / AI203 * 137 0.15 446> 98

70AI30CO 0.3 1.6 511 97 70AI30CO 0.3 1.6 511 97

C0 AI2O4 10.2 2.1 478 97C0 AI2O4 10.2 2.1 478 97

C0 AI2O4 molido 22.9 11.2 411 100C0 AI2O4 ground 22.9 11.2 411 100

El número total de sitios ácidos en las micropartículas C0AI2O4 recibidas aumenta en comparación con el 70AI30Co nanoestructurado y este aumento se debe a la presencia de sitios ácidos débiles. En comparación con el sitio ácido en el valor de Pt (1 %)/AI203 de 0.15 mmol de NH3/g, su área de superficie alta contribuye a la combustión del hollín más que la presencia de sitios ácidos. En el catalizador de hollín de la presente invención, el gran aumento de los sitios ácidos que alcanzan 11,2 mmol de NH3/g se evidencia como el parámetro clave para la combustión del hollín en lugar del área superficial específica cuando se compara con las micropartículas recibidas. Por otro lado, el presente resultado respalda la pobre actividad catalítica de las nanopartículas de C0AI2O4 obtenidas por síntesis [M. Zawadzki, W. Walerczyk, F.E. López-Suárez, M.J. The total number of acid sites in the received C0AI2O4 microparticles increases compared to the nanostructured 70AI30Co and this increase is due to the presence of weak acid sites. Compared to the acid site at the Pt (1%) / AI203 value of 0.15 mmol NH3 / g, its high surface area contributes to soot combustion more than the presence of acid sites. In the soot catalyst of the present invention, the large increase in acid sites reaching 11.2 mmol NH3 / g is evidenced as the key parameter for soot combustion rather than specific surface area when compared to microparticles. received. On the other hand, the present result supports the poor catalytic activity of the C0AI2O4 nanoparticles obtained by synthesis [M. Zawadzki, W. Walerczyk, FE López-Suárez, MJ

lllán-Gómez, A. Bueno-López, C0AI2O4 spinel catalyst for soot combustión with N0x/02, Catal. Commun. 12 (2011) 1238-1241] en el que el tratamiento térmico durante la síntesis promueve la formación de las superficies con menos energía y, por lo tanto, la baja actividad a pesar del área superficial específica alta. Por lo tanto, estos nuevos sitios ácidos del catalizador de la presente invención convierten las partículas de hollín en especies de cationes radicales de carbono activo, que pueden oxidarse fácilmente.lllán-Gómez, A. Bueno-López, C0AI2O4 spinel catalyst for soot combustion with N0x / 02, Catal. Commun. 12 (2011) 1238-1241] in which the heat treatment during synthesis promotes the formation of the surfaces with less energy and, therefore, the low activity despite the high specific surface area. Therefore, these new acidic sites of the catalyst of the present invention convert the soot particles into radical active carbon cation species, which can be easily oxidized.

Los perfiles de conversión de hollín y generación de CO2 representados en la Figura 5a y 5b, respectivamente, evidencian que la muestra nanoestructurada no reduce significativamente la temperatura de combustión del hollín debido a su baja superficie; Mientras que las micropartículas de pigmento comercial C0AI2O4 redujeron ligeramente la temperatura de combustión del hollín. El C0AI2O4 activado mecánicamente promueve en gran medida la combustión del hollín a baja temperatura de acuerdo con la cantidad de sitios ácidos de superficie, debido al aumento del área superficial específica (22.9 m2/g), y la presencia de defectos extendidos y facetas cristalinas de alta energía caracterizadas por un tamaño de cristalito de 31 nm. La eficiencia de la combustión de hollín de C0AI2O4 activado mecánicamente es comparable a la de los catalizadores basados en Pt(1%)/Al203.The soot conversion and CO2 generation profiles represented in Figures 5a and 5b, respectively, show that the nanostructured sample does not significantly reduce the soot combustion temperature due to its low surface area; While the commercial pigment microparticles C0AI2O4 slightly reduced the combustion temperature of the soot. Mechanically activated C0AI2O4 greatly promotes low temperature soot combustion according to the amount of surface acid sites, due to the increase in specific surface area (22.9 m2 / g), and the presence of extended defects and crystalline facets of high energy characterized by a crystallite size of 31 nm. The efficiency of mechanically activated C0AI2O4 soot combustion is comparable to that of Pt (1%) / Al203 based catalysts.

Los resultados obtenidos con el catalizador C0AI2O4 activado mecánicamente podrían tener una gran relevancia práctica, debido al precio mucho más bajo de la espinela basada en Co en comparación con los metales nobles, y la simplicidad del método de activación mediante molienda por atricción. Como catalizadores de Pt, la espinela de cobalto activada suprime la formación de CO que se observa en la combustión de hollín sin catalizador. El hecho de que las micropartículas de C0AI2O4 sean menos activas y selectivas es evidencia de que el proceso de activación mecánica es crucial para la promoción de la actividad catalítica. La modificación significativa de las principales facetas cristalinas de la espinela de C0AI2O4 después de la molienda como se ha mostrado por XRD, SEM y TEM son responsables de la aparición de sitios ácidos débiles y fuertes que cambiaron notablemente el pico de producción de CO2 hacia temperaturas más bajas. Por un lado, el tamaño de partícula más pequeño, y por lo tanto el área de superficie más alta, de los catalizadores de C0AI2O4 molturadoscon bolas de la presente invención facilita el contacto catalizador-hollín, y también el acceso de las especies gaseosas, proporcionando así sitios más activos para ambos hollín y oxidación de NO. The results obtained with the mechanically activated C0AI2O4 catalyst could have great practical relevance, due to the much lower price of Co-based spinel compared to noble metals, and the simplicity of the activation method by attrition grinding. As Pt catalysts, activated cobalt spinel suppresses the formation of CO seen in the combustion of soot without catalyst. The fact that the C0AI2O4 microparticles are less active and selective is evidence that the mechanical activation process is crucial for promoting catalytic activity. The significant modification of the main crystalline facets of the C0AI2O4 spinel after grinding as shown by XRD, SEM and TEM are responsible for the appearance of weak and strong acid sites that notably changed the peak of CO2 production towards temperatures more low. On the one hand, the smaller particle size, and therefore the higher surface area, of the ball-milled C0AI2O4 catalysts of the present invention facilitates the catalyst-soot contact, and also the access of the gaseous species, providing thus more active sites for both soot and NO oxidation.

Con fines comparativos, la muestra nanoestructurada (70AI30Co) reduce solo unos pocos grados la temperatura de combustión del hollín de la reacción no catalizada, lo que demuestra que las facetas más estables (111) mostraron malas propiedades catalíticas. C0AI2O4 tiene una estructura de espinela (grupo espacial Fd3m), el oxígeno de la red está empaquetado cúbicamente en una celda unitaria con un octavo de los sitios tetraédricos ocupados por Co2+ y la mitad de los sitios octaédricos ocupados por Al3+ (Figura 6a). En condiciones de equilibrio, C0AI2O4 existe naturalmente en forma octaédrica, encerrado por las facetas energéticamente favorables (111) en lugar de las facetas más reactivas (110) (Figura 6b-c). La estructura más estable de la superficie (111) se muestra en la Figura 6d. En esta superficie, solo quedan expuestos cationes Co2+ tres-coordinados. El CO puede adsorberse en este sitio exotérmicamente, con una ganancia de energía de 0.92 eV. Sin embargo, la reacción posterior de este CO adsorbido con el oxígeno de la red superficial necesita superar una barrera muy alta (> 2.10 eV). Esto sugiere que la superficie (111) no exhibe actividad de oxidación catalítica a baja temperatura y que el sitio Co2+ no es un sitio activo clave.For comparison, the nanostructured sample (70AI30Co) reduces the soot burning temperature from the uncatalyzed reaction by only a few degrees, demonstrating that the more stable facets (111) showed poor catalytic properties. C0AI2O4 has a spinel structure (space group Fd3m), the oxygen in the lattice is cubically packed into a unit cell with one eighth of the tetrahedral sites occupied by Co2 + and half of the octahedral sites occupied by Al3 + (Figure 6a). Under equilibrium conditions, C0AI2O4 naturally exists in octahedral form, enclosed by the energetically favorable facets (111) rather than the more reactive facets (110) (Figure 6b-c). The most stable structure of the surface (111) is shown in Figure 6d. On this surface, only three-coordinated Co2 + cations are exposed. CO can be adsorbed at this site exothermically, with an energy gain of 0.92 eV. However, the subsequent reaction of this adsorbed CO with the oxygen of the surface network needs to overcome a very high barrier (> 2.10 eV). This suggests that surface (111) does not exhibit low temperature catalytic oxidation activity and that the Co2 + site is not a key active site.

El NO2 juega un papel importante para la combustión del hollín en estas condiciones, ya que es un oxidante mucho más efectivo que el NO y el O2, pero el NO es la principal especie de NOx en los gases de escape diésel, y el NO2 está presente solo en cantidades menores. Por lo tanto, su generación en el sitio puede ser un paso limitante de la velocidad. La concentración de NOx se controló durante los experimentos de combustión de hollín, y también durante experimentos similares realizados en ausencia de hollín, para obtener pruebas experimentales del papel del NO2 y el mecanismo de combustión de hollín sobre los catalizadores. La evolución de NO2 y CO2, que se muestra en la Figura 5b ye, respectivamente, están estrechamente relacionadas. Cuando la formación de CO2 alcanza el máximo, la concentración de NO2 es mínima y cercana a cero incluso para las muestras más activas. Está claro que el NO2 producido a partir de la oxidación de NO actúa como el oxidante principal para el hollín en estos sistemas, porque la actividad se potencia en catalizadores con mayor capacidad de oxidación de NO. Por lo tanto, en línea con el mecanismo asistido por NO2 reportado en la literatura, el NO debe reaccionar con el catalizador para generar NO2, y luego esto puede participar en la oxidación del hollín para lograr el ciclo de catálisis. El perfil de fracción de porcentaje de NO2 a NOx obtenido en ausencia de hollín con el material más activo, incluido en la Figura 5c, muestra la capacidad total de oxidación de NO del catalizador, que se superpone con el obtenido en presencia de hollín una vez que este último se consume. NO2 plays an important role in the combustion of soot under these conditions, as it is a much more effective oxidant than NO and O2, but NO is the main NOx species in diesel exhaust gases, and NO2 is present only in minor amounts. Therefore, your build on the site can be a speed limiting step. The NOx concentration was monitored during the soot burning experiments, and also during similar experiments performed in the absence of soot, to obtain experimental evidence of the role of NO2 and the soot burning mechanism on catalysts. The evolution of NO2 and CO2, shown in Figure 5b and e, respectively, are closely related. When CO2 formation peaks, the NO2 concentration is minimal and close to zero even for the most active samples. It is clear that NO2 produced from NO oxidation acts as the main oxidant for soot in these systems, because the activity is enhanced in catalysts with a higher NO oxidation capacity. Therefore, in line with the NO2-assisted mechanism reported in the literature, NO must react with the catalyst to generate NO2, and then this can participate in the oxidation of soot to achieve the catalysis cycle. The NO2 to NOx percentage fraction profile obtained in the absence of soot with the most active material, included in Figure 5c, shows the total NO oxidation capacity of the catalyst, which overlaps with that obtained in the presence of soot once that the latter is consumed.

La imagen completa de la concentración de especies gaseosas para el catalizador C0AI2O4 activado mecánicamente se muestra en la Figura 7. Los perfiles de NO y NO2 evidencian claramente que la proporción de NO2 a NO se minimiza en presencia de hollín, lo que puede atribuirse a los sitios activos bloqueados por el hollín y/o la competencia de NO y hollín por las especies de oxígeno disponibles, pero especialmente a la reducción del NO2 generado nuevamente a NO por hollín. Además, como no se observa formación de NO2, la evolución de NOx sugiere que durante la combustión del hollín parte de los óxidos de nitrógeno se reduce a N2, y esto es de suma importancia, ya que indica que el NO2 y el hollín pueden eliminarse simultáneamente.The complete image of the concentration of gaseous species for the mechanically activated catalyst C0AI2O4 is shown in Figure 7. The NO and NO2 profiles clearly show that the ratio of NO2 to NO is minimized in the presence of soot, which can be attributed to the active sites blocked by soot and / or competition of NO and soot for the available oxygen species, but especially to the reduction of NO2 generated back to NO by soot. In addition, since NO2 formation is observed, the evolution of NOx suggests that during the combustion of soot part of the nitrogen oxides is reduced to N2, and this is of utmost importance, since it indicates that NO2 and soot can be removed simultaneously.

La interacción entre el NOx y la muestra de C0AI2O4 activada mecánicamente se ha estudiado en el experimento de oxidación programado a temperatura en blanco sin hollín, y los resultados obtenidos, representados en las Figuras 5c y 8 , son útiles para comprender los datos de actividad catalítica. La eliminación de NOx comienza a 2000C y alcanza un nivel máximo a 2500C. Por encima de 3000C, la concentración de NOx es mayor en la salida que en la entrada, produciendo valores negativos de eliminación de NOx hasta 750 0C. Esto sugiere que entre 200 y 300 0C, los óxidos de nitrógeno se quimisorben reversiblemente en la superficie de las nuevas facetas de la muestra de C0AI2O4 activada mecánicamente, y por encima de esta temperatura se liberan las especies de NOx quimisorbidas.The interaction between NOx and the mechanically activated C0AI2O4 sample has been studied in the soot-free blank temperature programmed oxidation experiment, and the results obtained, represented in Figures 5c and 8, are useful to understand the catalytic activity data . NOx removal starts at 2000C and peaks at 2500C. Above 3000C, the NOx concentration is higher at the outlet than at the inlet, producing negative NOx removal values up to 750 ° C. This suggests that between 200 and 300 ° C, nitrogen oxides are reversibly chemisorbed on the surface of new facets of the mechanically activated COAI2O4 sample, and above this temperature the chemisorbed NOx species are released.

Se han analizado los argumentos mecanicistas para explicar la alta actividad catalítica del catalizador C0AI2O4 activado mecánicamente de la presente invención y se obtiene información relevante de los experimentos realizados en ausencia de NO, utilizando solo O2 como oxidante, en condiciones de contacto flojo y apretado, como se muestra en la Figura 9. La actividad tanto de C0AI2O4 recibido como activado mecánicamente disminuye drásticamente, a valores de T50 similares a los de la reacción no catalizada (5700C). Sin embargo, para la muestra de C0AI2O4 activada mecánicamente se aprecia una ligera actividad catalítica. En el modo de contacto estrecho, los puntos/superficies de contacto hollín-catalizador, que son clave para la combustión de hollín mediante el mecanismo de oxígeno activo, se maximizan y, por lo tanto, se observa cierta mejora, con T50 = 5160C, un valor 430C más bajo que en modo de contacto flojo. Este resultado implica que la actividad de la muestra de C0AI2O4 recibida solo se produce en presencia de NOx, el mecanismo de oxígeno activo en despreciable, pero el O2 en fase gaseosa puede activarse por vacantes de oxígeno y/o por los defectos generados durante la molienda y convertidos en especies superficie activos de oxígeno (O2-, O") para que la combustión del hollín pueda tener lugar sin aporte continuo de NO. Sin embargo, la alta actividad catalítica de la muestra de C0AI2O4 activada mecánicamente en presencia de NO debe atribuirse principalmente a la reacción entre NO2 y el hollín. Esta capacidad de activación de oxígeno también contribuirá a promover la oxidación de NO, ya que las especies de NOx adsorbidas pueden ser oxidadas por las especies de oxígeno de superficie generadas (02_, O") y por el O2 gaseoso. Además, la mayor cantidad de sitios ácidos del catalizador C0AI2O4 activado mecánicamente puede promover la adsorción preferencial de especies de NOx ácido en la superficie del hollín, lo que aumenta las posibilidades de que la reacción del hollín NO2 forme complejos oxigenados de superficie altamente activos. En este sentido, el número creciente de sitios ácidos generados en el C0AI2O4 activado mecánicamente convierte partículas de hollín más eficientemente en radicales de cationes de carbono activo. Estos intermedios en forma de radicales catiónicos son altamente activos y pueden ser oxidados por oxígeno molecular a temperaturas más bajas.The mechanistic arguments have been analyzed to explain the high catalytic activity of the mechanically activated C0AI2O4 catalyst of the present invention and relevant information is obtained from the experiments carried out in the absence of NO, using only O2 as oxidant, under loose and tight contact conditions, such as it is shown in Figure 9. The activity of both received and mechanically activated COAI2O4 decreases dramatically, at T50 values similar to those of the uncatalyzed reaction (5700C). However, for the mechanically activated C0AI2O4 sample a slight catalytic activity is observed. In the narrow contact mode, the soot-catalyst contact points / surfaces, which are key to combustion of soot by the active oxygen mechanism, are maximized and therefore some improvement is observed, with T50 = 5160C, a value 430C lower than in loose contact mode. This result implies that the activity of the received C0AI2O4 sample only occurs in the presence of NOx, the active oxygen mechanism is negligible, but the O2 in the gas phase can be activated by oxygen vacancies and / or by the defects generated during the grinding and converted into surface active oxygen species (O2-, O ") so that soot combustion can take place without continuous NO input. However, the high catalytic activity of the C0AI2O4 sample mechanically activated in the presence of NO must This can be attributed mainly to the reaction between NO2 and soot. This oxygen activation capacity will also contribute to promoting NO oxidation, since the adsorbed NOx species can be oxidized by the generated surface oxygen species (02_, O ") and by the gaseous O2. Furthermore, the increased amount of acidic sites of the mechanically activated C0AI2O4 catalyst can promote preferential adsorption of acidic NOx species on the soot surface, increasing the chances that the NO2 soot reaction will form highly active surface oxygenated complexes. In this sense, the increasing number of acidic sites generated in mechanically activated COAI2O4 converts soot particles more efficiently into radicals of activated carbon cations. These intermediates in the form of cationic radicals are highly active and can be oxidized by molecular oxygen at lower temperatures.

La Figura 10 muestra dos vías de reacción catalítica para la oxidación del hollín usando el catalizador de C0AI2O4 molido de la presente invención, a saber, la oxidación directa por oxígeno a través de las vacantes de oxígeno (Figura 10b) y la oxidación de hollín asistida por NO2 (Figura 10a). En el mecanismo directo, habilitado por los defectos extendidos y las nuevas facetas del cristal, el catalizador de la presente invención actúa como un centro redox, transfiriendo O2 en fase gaseosa al hollín a través de un proceso de intercambio de oxígeno. El hollín en contacto con el catalizador de la presente invención o con las especies de NOx adsorbidas toma el oxígeno activo de la superficie para la oxidación y crean nuevas vacantes, que se llenan rápidamente con la fase gaseosa o el oxígeno subsuperficial. Mientras tanto, para la oxidación de hollín asistida por NO2, el catalizador de la presente invención captura el NO en primer lugar y luego se oxida con O2 gaseoso o las especies de oxígeno tensioactivas en los sitios ácidos con alta capacidad de oxidación; entonces el NO se regenera por reacción con hollín para producir CO2. Además, en algunos centros la reducción puede proceder a formar N2 y, por lo tanto, se lleva a cabo una eliminación clara de NOx. Estas dos rutas de reacción catalítica explican el comportamiento de trabajo del catalizador C0AI2O4 activado mecánicamente de la presente invención. Estas vías de reacción evitan la deposición carbonosa y, por lo tanto, la desactivación de los catalizadores de hollín.Figure 10 shows two catalytic reaction pathways for soot oxidation using the ground C0AI2O4 catalyst of the present invention, namely direct oxidation by oxygen through oxygen vacancies (Figure 10b) and assisted soot oxidation. by NO2 (Figure 10a). In the direct mechanism, enabled by the extended defects and the new facets of the crystal, the catalyst of the present invention acts as a redox center, transferring O2 in the gas phase to the soot through an oxygen exchange process. The soot in contact with the catalyst of the present invention or with the adsorbed NOx species takes the active oxygen from the surface for oxidation and creates new vacancies, which are quickly filled with the gas phase or the subsurface oxygen. Meanwhile, for NO2 assisted oxidation of soot, the catalyst of the present invention captures NO first and then oxidizes with O2 gas or surfactant oxygen species at the acid sites with high oxidation capacity; then NO is regenerated by reaction with soot to produce CO2. In addition, in some centers the reduction may proceed to form N2 and therefore a clear removal of NOx takes place. These two catalytic reaction routes explain the working behavior of the mechanically activated C0AI2O4 catalyst of the present invention. These reaction pathways prevent carbonaceous deposition and thus deactivation of soot catalysts.

ESTABILIDAD DEL CATALIZADOR: CATALYST STABILITY:

La estabilidad es crítica para la aplicación práctica de catalizadores. Por lo tanto, las muestras utilizadas se reciclaron para una segunda prueba en condiciones de reacción idénticas y recargando la carga de hollín. Se siguió el mismo procedimiento para evaluar la estabilidad de un catalizador utilizado como referencia (Pt(1%)/Al203). Después de dos ensayos a una temperatura máxima de 750°C, la muestra de C0AI2O4 activada mecánicamente mostró una conversión de hollín desplazada a temperaturas más elevadas con un AT50 que fue > 800C. Al mismo tiempo, el área de superficie específica se redujo significativamente, lo que indica que se había producido una pérdida de sitios activos durante el primer ciclo catalítico. Prestando atención al catalizador Pt(1%)/Al203, los resultados después de los dos ensayos a 750°C mostraron un desplazamiento a temperatura mayores. AT50 fue > 300C, lo que indica que posee una buena estabilidad térmica en ensayos consecutivos para la oxidación del hollín; aunque también se observa una ligera reducción de la actividad catalítica. Estas diferencias en la estabilidad entre ambos catalizadores se atribuyeron a la alta temperatura alcanzada durante el ensayo de combustión del hollín (7500C); que genera la desactivación de la estructura de C0AI2O4 con la consiguiente pérdida de área superficial debido al crecimiento de su tamaño de cristalito. Se realizó un experimento adicional para la muestra de C0AI2O4 activada mecánicamente utilizando como temperatura máxima de ensayo la temperatura de 500 0C. En este caso, la reacción del catalizador muestra que el incremento de AT50 fue de 310C, esto es desde 411a 4420C. Dado que la temperatura máxima de los gases de escape de los motores diésel se encuentra en el rango de 260 a 5400C, este hecho todavía hace que el catalizador de la presente invención C0AI2O4 activado mecánicamente sea muy Stability is critical to the practical application of catalysts. Therefore, the samples used were recycled for a second test under identical reaction conditions and recharging the soot load. The same procedure was followed to evaluate the stability of a catalyst used as a reference (Pt (1%) / Al203). After two tests at a maximum temperature of 750 ° C, the mechanically activated COAI2O4 sample showed displaced soot conversion at higher temperatures with an AT50 that was> 800 ° C. At the same time, the specific surface area was significantly reduced, indicating that a loss of active sites had occurred during the first catalytic cycle. Paying attention to the Pt (1%) / Al203 catalyst, the results after the two tests at 750 ° C showed a shift at higher temperatures. AT50 was> 300C, which indicates that it has good thermal stability in consecutive tests for soot oxidation; although a slight reduction in catalytic activity is also observed. These differences in stability between both catalysts were attributed to the high temperature reached during the soot burning test (7500C); that generates the deactivation of the C0AI2O4 structure with the consequent loss of surface area due to the growth of its crystallite size. A further experiment was performed for the mechanically activated COAI2O4 sample using 500 ° C as the maximum test temperature. In this case, the catalyst reaction shows that the AT50 increase was 310C, that is from 411 to 4420C. Since the maximum temperature of the exhaust gases of diesel engines is in the range of 260 to 5400C, this fact still makes the mechanically activated catalyst of the present invention C0AI2O4 very

Claims (7)

REIVINDICACIONES 1. Un catalizador para la combustión de hollín caracterizado porque comprende un óxido de fórmula C0AI2O4 en forma de partículas que tienen fase espinela y defectos extendidos a lo largo de las siguientes facetas cristalinas (111), (220), (400) y (311), en donde las partículas tienen una distribución de tamaño de entre 20 nm y 250 nm.1. A catalyst for the combustion of soot characterized in that it comprises an oxide of formula C0AI2O4 in the form of particles having spinel phase and defects extended along the following crystalline facets (111), (220), (400) and (311 ), where the particles have a size distribution between 20 nm and 250 nm. 2. Un proceso para obtener el catalizador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa de activación mecánica de CoAI204 en forma de partículas de tamaños entre 1 pm y 3 pm mediante molienda de bolas, en donde el tamaño de las bolas utilizadas varía entre 0,1 mm y 2 mm y en el que dicha molienda de bolas se realiza a una velocidad de agitación que oscila entre 50 cpm y 875 cpm.2. A process to obtain the catalyst according to claim 1, characterized in that it comprises a stage of mechanical activation of CoAI204 in the form of particles of sizes between 1 pm and 3 pm by means of ball milling, where the size of the balls used ranges from 0.1mm to 2mm and wherein said ball milling is carried out at a stirring speed ranging from 50 cpm to 875 cpm. 3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la molienda de bolas se realiza con bolas seleccionadas de circonio estabilizado con cerio, circonio estabilizado con itrio, circonio estabilizado con magnesio o circonio.The process according to claim 2, wherein the ball milling is performed with balls selected from cerium stabilized zirconium, yttrium stabilized zirconium, magnesium stabilized zirconium or zirconium. 4. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en el que la molienda de bolas se realiza en presencia de un disolvente.4. The process according to any of claims 2 or 3, wherein the ball milling is carried out in the presence of a solvent. 5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la molienda con bolas en presencia de líquido se realiza en presencia de etanol.The process according to claim 4, wherein the ball milling in the presence of liquid is carried out in the presence of ethanol. 6. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que la relación masaboias/masaSói¡do durante la molienda de atricción en presencia de líquido está entre 1:1 y 3:1 y la relación volumenSói¡do/volumend¡soivente durante la molienda con bolas en presencia de líquido está entre 1:2 y 1:5.6. The process according to any of claims 2 to 4, wherein the mass / mass ratio during the attriction milling in the presence of liquid is between 1: 1 and 3: 1 and the ratio volume / mass is solid. volumend¡soivente during ball milling in the presence of liquid is between 1: 2 and 1: 5. 7. Uso del catalizador según la reivindicación 1 para la combustión de hollín. 7. Use of the catalyst according to claim 1 for the combustion of soot.
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