Combinatorial development of novel catalysts for soot oxidation

Abstract

Dieselruß ist einer der Hauptumweltschadstoffe, besonders in ökonomisch weit entwickelten Ländern, da dort die Zahl der Automobile mit Dieselmotor in den letzten Jahren ungemein zunimmt. Zwar waren Motorenveränderungen ausreichend um vorherige Verordnungen wie Euro 3 zu erfüllen, allerdings ist vorhersehbar, dass solche Veränderungen nicht ausreichend sein werden, um Zulassungen zukünftiger Dieselautos zu erlauben. Die Autoindustrie konzentriert ihre Anstrengungen nun auf die Entwicklung von Nachbehandlungssystemen. Der vielversprechendste Ansatz zur Entfernung von Dieselruß aus Dieselabgasen ist die Verwendung von Partikelfiltern zum Einfangen von Ruß aus Abgasen. Obwohl die Partikelfilter einen Durchbruch in Dieselrußentfernung mit sich brachten, musste dies mit einem Preis bezahlt werden, da der aufgefangene Ruß zur Erhöhung des Filterrückdruckes führt und als begleitender Nebeneffekt zu einem erhöhten Treibstoffverbrauch nachsichzieht. Ein raffinierter Weg um Filterverstopfung zu verhindern ist die Anwendung von Oxidationskatalysatoren im Filtersystem, die es erlauben werden den Filter zu regenerieren, bei im Abgas erreichbaren Temperaturen. Unser Ziel war die Suche nach edelmetallfreien Dieselruß-Oxidationskatalysatoren mit etablierten Methoden der kombinatorischen heterogenen Katalyse. Insgesamt wurden 1400 Materialien in 16 Bibliotheken auf die Oxidation von Ruß mittels Hochdurchsatzexperimenten untersucht.

Diesel soot is one of the major environmental pollutants especially in the developed world where the number of cars running on diesel engine is tremendously on the raise. While engine modification was enough to allow diesel cars pass the previous legislation such as Euro 3, it is clear that such modifications are not enough to allow the certification of future diesel cars. The automobile industries are now concentrating their efforts in developing after-treatment systems. The most promising approach in eradicating diesel soot from diesel exhaust emission is the application of particulate filters that trap the soot from the exhaust. Though the particulate filter have offered a break-through in trapping diesel soot, it comes at a price because the trapped soot increases the filter back pressure which concomitantly leads to an increase in fuel consumption. A clever way of preventing filter plugging is to apply oxidation catalyst on the filter system that will allow the regeneration of the filter at temperatures attainable in the exhaust. Our objective was to search for noble metal free diesel soot oxidation catalyst by established technologies of combinatorial heterogeneous catalysis. All in all about 1400 materials were tested for soot oxidation in 16 libraries in a high-throughput fashion.