Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont créé un nouveau catalyseur d'oxyde de vanadium substitué par du tungstène pour décomposer les oxydes d'azote nocifs dans les gaz d'échappement industriels. Leur nouveau matériau catalytique fonctionne à des températures plus basses et ne subit pas de baisses de performances importantes lors du traitement des gaz d'échappement « humides », résoudre un inconvénient majeur des catalyseurs à l'oxyde de vanadium classiques. Ils ont découvert que la dispersion non agrégée du tungstène atomique dans la structure cristalline d'origine joue un rôle clé dans son fonctionnement.

La réduction catalytique sélective (SCR) est une technologie essentielle pour garder l'air propre. Les gaz d'échappement industriels passent à travers des unités catalytiques et réagissent avec un réducteur pour convertir les oxydes d'azote nocifs en azote et en eau. Des niveaux élevés d'oxydes d'azote nuisent non seulement aux cultures et à la végétation, mais peut nuire directement aux gens, exacerbant l'asthme et d'autres problèmes respiratoires. Cela rend le large, déploiement efficace de la technologie SCR particulièrement importante pour la société.

Mais les catalyseurs SCR conventionnels présentent de nombreux problèmes qui ont un impact sur les performances et l'efficacité. Pour les catalyseurs à l'oxyde de vanadium qui utilisent l'ammoniac comme réducteur, un grand facteur limitant est la performance à différentes températures. Les catalyseurs conventionnels à base d'oxyde de vanadium fonctionnent mieux entre 200 et 400 degrés Celsius. Dans un système de chaudière, cela signifie que les unités doivent être placées à proximité de la chambre de combustion, les rendant plus sensibles aux dommages causés par les cendres. Dans des travaux antérieurs, une équipe dirigée par le professeur Toru Murayama de l'Université métropolitaine de Tokyo a créé un nouveau catalyseur d'oxyde de vanadium en vrac qui fonctionne efficacement à 100 à 150 degrés Celsius. Cependant, des températures plus basses ont conduit à un autre problème :la vapeur d'eau. A des températures plus basses, les gaz d'échappement industriels contiennent généralement 10 à 20 % de vapeur d'eau en volume. Étant donné que les catalyseurs à l'oxyde de vanadium souffrent d'une grave baisse de performance lorsque le gaz est humide, d'autres percées étaient nécessaires pour tirer le meilleur parti de ce nouveau matériau catalytique.

Maintenant, la même équipe a résolu ce problème en créant un nouveau, catalyseur d'oxyde de vanadium en vrac substitué par du tungstène. En remplaçant une partie du vanadium dans la structure cristalline du catalyseur par du tungstène, ils ont découvert qu'il n'était plus sensible à de fortes baisses de performances. À 150 degrés Celsius, tandis que le précédent catalyseur d'oxyde de vanadium en vrac de l'équipe a subi une baisse du taux de conversion de 82 à 47% lorsque le gaz était humide, les performances du nouveau catalyseur substitué au tungstène n'ont baissé que de> 99% de conversion à 94%. Cela rend le matériau idéal pour le traitement de véritables gaz d'échappement industriels.

Cependant, plus de tungstène ne signifie pas nécessairement de meilleures performances. L'équipe a découvert que la dispersion atomique non agrégée de la bonne quantité de tungstène était vitale. Le tungstène et le vanadium doivent travailler ensemble :dans des conditions humides, le matériau substitué au tungstène a rendu plus de sites disponibles pour la production d'ions ammonium qui pourraient ensuite réagir avec les oxydes d'azote à proximité des ions vanadium voisins. L'équipe espère que leurs connaissances sur le mécanisme et les performances supérieures de leur catalyseur dans des conditions réalistes conduiront à de nouveaux produits SCR industriels et à un air plus pur dans un avenir pas si lointain.