hrvatski

Napredna metoda pripreme monolitnih nosača katalizatora tehnologijom 3D-ispisa

Monolitni nosači katalizatora u praksi nalaze široku primjenu u obradi otpadnih plinova, pri čemu su najpoznatiji primjer monolitni nosači koji se koriste za obradu automobilskih ispušnih plinova. Kada se govori o sastavu monolitnih nosača možemo definirati dvije glavne skupine. Prvu skupinu čine monoliti koji su u cijelosti izgrađeni od katalitički aktivne komponente, dok drugu skupinu, koja je i u praksi češća, čine monoliti koji se sastoje od inertnog nosača koji služi kao podloga za katalitički aktivnu komponentu ili mješavinu aktivnih komponenata. Kordijeritna keramika je materijal od kojeg se najčešće izrađuju inertni nosači konvencionalnim postupcima (uglavnom ekstruzijom). Međutim, ubrzanim razvitkom tehnologije 3D-ispisa, kao i materijala koji se mogu koristiti za takav način proizvodnje otvaraju se nove mogućnosti pripreme takvih složenih struktura, posebice zbog veće slobode prilikom definiranja pogodnih geometrija nosača koje bi konvencionalnim postupcima bilo vrlo teško, a u nekim slučajevima i nemoguće izraditi. Za proizvodnju monolitnih nosača katalizatora (slika 1) u ovom su radu korištena dva postupka aditivne proizvodnje (ili 3D-ispisa) ; stereolitografija (SLA, engl. stereolithography) i proizvodnja rastaljenim filamentom (FFF, engl. fused filament fabrication). Pri korištenju postupka SLA korištena je komercijalna fotopolimerna smola Ceramic resin proizvođača Formlabs, dok su u drugom postupku, FFF korišteni komercijalni materijali Z-PCABS i Z-GLASS proizvođača Zortrax. Na izrađene monolitne nosače nanesene su katalitički aktivne komponente pogodne za oksidaciju smjese benzena, toluena, etilbenzena i orto-ksilena (BTEX). S obzirom da se reakcija provodi pri povišenoj temperaturi ( >200 °C) od izuzetne je važnosti utvrditi jesu li svi materijali koji su u ovom radu korišteni za tu svrhu stabilni pri povišenim temperaturama ili dolazi do pogoršanja njihovih uporabnih svojstava, kao što su deformacija i blokiranje kanala što bi značajno smanjilo mehaničke značajke katalizatora i učinkovitost katalitičke razgradnje. Od ranije je poznato da modeli izrađeni postupkom SLA primjenom smole Ceramic resin nakon pečenja (engl. firing) mogu podnijeti temperature i do 1000 °C. Kod polimera korištenih postupkom FFF provedena je termogravimetrijska analiza (TGA) kako bi se ustvrdilo pri kojoj temperaturi dolazi do razgradnje materijala. TGA je poslužila za provedbu preliminarnih ispitivanja, nakon kojih su se kao temperaturno najstabilnijim materijalima pokazali Z-PCABS i Z-GLASS. Uzevši u obzir da TGA ne pokazuje dolazi li do deformacije materijala prilikom njegova zagrijavanja, od navedena dva materijala izrađeni su modeli nosača na 3D-pisaču M200 proizvođača Zortrax te su izloženi povišenoj temperaturi u peći. Kako bi se povećala njihova otpornost pri povišenim temperaturama, na jednu seriju nosača nanesen je tanak sloj tetraetoksisilana (TEOS) tzv. tehnikom uranjanja (engl. dip-coating). Rezultati ispitivanja pokazali su da se keramička smola može pouzdano koristiti za katalitičku oksidaciju BTEX-a. Treba naglasiti da kod primjene polimera Z-PCABS i Z-GLASS nakon 45 minuta izlaganja temperaturama višim od 150 °C dolazi do vidljivih deformacija kanala. Nakon oblaganja nosača slojem TEOS-a do vidljivih je deformacija kanala došlo tek pri temperaturama višim od 170 °C. Uzevši u obzir da je u prethodnim ispitivanjima na nosačima od kordijerita pri navedenoj temperaturi uočena značajna konverzija BTEX-a u nastavku istraživanja će i ti materijali biti korišteni za izradu nosača katalizatora za navedeno područje primjene.

monoliti, BTEX, tehnika 3D-ispisa

nije evidentirano