Photocatalytic Oxidation of NO over Composites of Titanium Dioxide and Zeolite ZSM-5

Composites of TiO2 (Hombikat, P25, sol-gel synthesis) and zeolite ZSM-5 (nSi/nAl = 55) with mass fractions from 25/75 to 75/25 were prepared by mechanical mixing, solid-state dispersion and sol-gel synthesis. Characterization of the composites by X-ray diffraction (XRD), N2-sorption, scanning electron microscopy (SEM), and UV-Vis spectroscopy show that mechanical mixing and solid-state dispersion lead to comparable textural properties of the composites. A homogeneous distribution and intimate contact of small TiO2 particles on the crystal surface of zeolite ZSM-5 were achieved by sol-gel synthesis. The composites were studied in the photocatalytic oxidation (PCO) of NO in a flatbed reactor under continuous flow according to ISO 22197-1. The highest NO conversion of 41% at an NO2 selectivity as low as 19% stable for 24 h on-stream was reached over the TiO2/ZSM-5 composite from sol-gel synthesis with equal amounts of the two components after calcination at 523 K. The higher activity and stability for complete NO oxidation than for pure TiO2 from sol-gel synthesis, Hombikat, or P25 is attributed to the adsorptive properties of the zeolite ZSM-5 in the composite catalyst. Increasing the calcination temperature up to 823 K leads to larger TiO2 particles and a lower photocatalytic activity

The Mechanism of Pseudomorphic Transformation of Spherical Silica Gel into MCM-41 Studied by PFG NMR Diffusometry

The pseudomorphic transformation of spherical silica gel (LiChrospher® Si 60) into MCM-41 was achieved by treatment at 383 K for 24 h with an aqueous solution of cetyltrimethylammonium hydroxide (CTAOH) instead of hexadecyltrimethylammonium bromide (CTABr) and NaOH. The degree of transformation was varied via the ratio of CTAOH solution to initial silica gel rather than synthesis duration. The transformed samples were characterized by N2 sorption at 77 K, mercury intrusion porosimetry, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Thus, MCM-41 spheres with diameters of ca. 12 μm, surface areas >1000 m2 g−1, pore volumes >1 cm3 g−1 and a sharp pore width distribution, adjustable between 3.2 and 4.5 nm, were obtained. A thorough pulsed field gradient nuclear magnetic resonance (PFG NMR) study shows that the diffusivity of n-heptane confined in the pores of the solids passes through a minimum with progressing transformation. The final product of pseudomorphic transformation to MCM-41 does not exhibit improved transport properties compared to the initial silica gel. Moreover, the PFG NMR results support that the transformation occurs via formation and subsequent growth of domains of <1 μm containing MCM-41 homogeneously distributed over the volume of the silica spheres

Low-Cost Microwave-Assisted Partial Pseudomorphic Transformation of Biogenic Silica

This work introduces a cost and time efficient procedure to specifically increase mesopore volume and specific surface area of biogenic silica (specific surface area: 147 m2 g −1 and mesopore volume: 0.23 cm3 g −1 ) to make it suitable for applications in adsorption or as catalyst support. The target values were a specific surface area of ∼500 m2 g −1 and a mesopore volume of ∼0.40–0.50 cm3 g −1 as these values are industrially relevant and are reached by potential concurring products such as precipitated silica, silica gel, and fumed silica. The applied process of partial pseudomorphic transformation was carried out as a single reaction step in a microwave reactor instead of commonly used convective heating. In addition, the conventionally used surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) was substituted by the low-cost surfactant (Arquad® 16-29, cetyltrimethylammonium chloride (CTACl) aqueous solution). The influence of microwave heating, type of surfactant as well as the concentration of NaOH and CTACl on the textural and structural properties of the modified biogenic silica was investigated using nitrogen adsorption as well as scanning and transmission electron microscopy. The results show that the textural parameters of the modified biogenic silica can be exactly controlled by the amount of NaOH in the reaction solution. By variation of the NaOH concentration, specific surface areas in the range of 215–1,001 m2 g −1 and mesopore volumes of 0.25–0.56 cm3 g −1 were achieved after reaction at 393 K for 10 min. The presented microwave route using the low-cost surfactant solution decreases the reaction time by 99% and as shown in an example for German prices, lowers the costs for the surfactant by 76–99%

Entwicklung, Untersuchung und Einsatz neuartiger katalytisch wirksamer Baugruppen zur Darstellung eines besonders emissionsarmen Kaminofens: nach dem Abschlussbericht (DBU-AZ 28412)

Im Projekt wurden für eine neuartige Feuerungsstätte eine Steigerung des Wirkungsgrades und eine Verringerung der Emissionen von gesundheitsrelevanten Schadstoffen aus Verbrennungsprozessen untersucht. Dies geschah auf Basis des xeoos der Firma Specht. Die Zielstellung der Vorphase beinhaltete die Synthese geeigneter Spinelle, die anschließend einem Katalysator-Screening sowie einem Formgebungs-Prozess unterzogen wurden. Zur Zielstellung gehörte außerdem die Erzeugung einer porösen Fe3O4-Schicht auf der Oberfläche des Ofenrostes durch Brünieren, wobei die Fe3O4-Schicht durch Imprägnierung mit Salzlösungen zweiwertiger Metalle (Me(II)) und anschließender Kalzinierung in einen katalytisch aktiven Ferrit vom Typ Me(II)Fe2O4, umgewandelt wird. Die Auswahl der für die Modifizierung des Ofenrostes in Frage kommenden Ferrite erfolgte auf Basis des Katalysator-Screenings. Eine α-Al2O3-Schwammkeramik wurde mittels in-situ-Festkörperreaktion zu einem katalytisch aktiven Schwammkeramik-Wandkatalysator umgewandelt. Ebenso wurde ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung einer MnOx/Al2O3-Schwammkeramik und dessen Testung auf katalytische Aktivität zur Totaloxidation von Propan erarbeitet. Eine abschließende Testung des vielversprechendsten Systems auf katalytische Aktivität zur Minderung der Schadstoffe CO, VOC und Ruß sowie ein Langzeittest am handelsüblichen xeoos der Firma Specht bildeten den Abschluss der Vorphase

Entwicklung, Untersuchung und Einsatz neuartiger katalytisch wirksamer Baugruppen zur Darstellung eines besonders emissionsarmen Kaminofens: nach dem Abschlussbericht (DBU-AZ 28412)

Im Projekt wurden für eine neuartige Feuerungsstätte eine Steigerung des Wirkungsgrades und eine Verringerung der Emissionen von gesundheitsrelevanten Schadstoffen aus Verbrennungsprozessen untersucht. Dies geschah auf Basis des xeoos der Firma Specht. Die Zielstellung der Vorphase beinhaltete die Synthese geeigneter Spinelle, die anschließend einem Katalysator-Screening sowie einem Formgebungs-Prozess unterzogen wurden. Zur Zielstellung gehörte außerdem die Erzeugung einer porösen Fe3O4-Schicht auf der Oberfläche des Ofenrostes durch Brünieren, wobei die Fe3O4-Schicht durch Imprägnierung mit Salzlösungen zweiwertiger Metalle (Me(II)) und anschließender Kalzinierung in einen katalytisch aktiven Ferrit vom Typ Me(II)Fe2O4, umgewandelt wird. Die Auswahl der für die Modifizierung des Ofenrostes in Frage kommenden Ferrite erfolgte auf Basis des Katalysator-Screenings. Eine α-Al2O3-Schwammkeramik wurde mittels in-situ-Festkörperreaktion zu einem katalytisch aktiven Schwammkeramik-Wandkatalysator umgewandelt. Ebenso wurde ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung einer MnOx/Al2O3-Schwammkeramik und dessen Testung auf katalytische Aktivität zur Totaloxidation von Propan erarbeitet. Eine abschließende Testung des vielversprechendsten Systems auf katalytische Aktivität zur Minderung der Schadstoffe CO, VOC und Ruß sowie ein Langzeittest am handelsüblichen xeoos der Firma Specht bildeten den Abschluss der Vorphase

Entwicklung, Untersuchung und Einsatz neuartiger katalytisch wirksamer Baugruppen zur Darstellung eines besonders emissionsarmen Kaminofens: nach dem Abschlussbericht (DBU-AZ 28412)

Im Projekt wurden für eine neuartige Feuerungsstätte eine Steigerung des Wirkungsgrades und eine Verringerung der Emissionen von gesundheitsrelevanten Schadstoffen aus Verbrennungsprozessen untersucht. Dies geschah auf Basis des xeoos der Firma Specht. Die Zielstellung der Vorphase beinhaltete die Synthese geeigneter Spinelle, die anschließend einem Katalysator-Screening sowie einem Formgebungs-Prozess unterzogen wurden. Zur Zielstellung gehörte außerdem die Erzeugung einer porösen Fe3O4-Schicht auf der Oberfläche des Ofenrostes durch Brünieren, wobei die Fe3O4-Schicht durch Imprägnierung mit Salzlösungen zweiwertiger Metalle (Me(II)) und anschließender Kalzinierung in einen katalytisch aktiven Ferrit vom Typ Me(II)Fe2O4, umgewandelt wird. Die Auswahl der für die Modifizierung des Ofenrostes in Frage kommenden Ferrite erfolgte auf Basis des Katalysator-Screenings. Eine α-Al2O3-Schwammkeramik wurde mittels in-situ-Festkörperreaktion zu einem katalytisch aktiven Schwammkeramik-Wandkatalysator umgewandelt. Ebenso wurde ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung einer MnOx/Al2O3-Schwammkeramik und dessen Testung auf katalytische Aktivität zur Totaloxidation von Propan erarbeitet. Eine abschließende Testung des vielversprechendsten Systems auf katalytische Aktivität zur Minderung der Schadstoffe CO, VOC und Ruß sowie ein Langzeittest am handelsüblichen xeoos der Firma Specht bildeten den Abschluss der Vorphase