Hiukkasanturin katalyytit

Abstract

Insinöörityö tehtiin Pegasor Oy:lle. Yrityksen toiminta perustuu hiukkasanturien valmistamiseen ja myymiseen. Insinöörityö oli osa hiukkasanturin kehitysprojektia.

Opinnäytetyön tavoitteena oli määritellä tunnetuista diesel-noenpolttoon käytetyistä katalyyteista tehokkain. Katalyyttien toimivuutta testattiin lämmityskokeilla. Lisäksi katalyytteja tutkittiin konfokaalimikroskooppilla ja SEM/EDX-analyysilla. Koekappaleita valmistettiin kahdesta eri teräslajista tarkoituksena tutkia pohjamateriaalin vaikutusta katalyyttisen pinnoitteen toimintaan.

Työ aloitettiin tekemällä taustatutkimusta katalyyteista ja keräämällä tietoa olemassa olevien katalyyttitutkimuksien pohjalta sekä keskustelemalla suomalaisten noki- ja katalyyttitutkijoiden kanssa. Koekappaleiden materiaalien ja koemenetelmien varmistuttua aloitettiin koekappaleiden valmistus. Koekappaleet pinnoitettiin katalyyteilla atomikerroskasvatus (ALD) -menetelmää hyödyntäen ja noettiin tarkoitusta varten rakennetulla laitteella. Noettuja koekappaleita lämmitettiin tarkoitusta varten rakennetulla lämmityslevyllä. Lämmityskokeista otettujen seurantakuvien avulla luotiin katalyyttien toimivuutta kuvaavat taulukot. Konfokaalimikroskoopilla ja SEM/EDX-analyysilla tarkasteltiin koekappaleiden pintoja, ja näistä tutkimuksista saatiin kuvia ja tulokset taulukoituina.

Työn tuloksena saatiin määriteltyä katalyyttipinnoitteiden toimivuusjärjestys ja kaksi parhaiten toimivaa katalyyttipinnoitetta. Pintojen tarkastelu antoi tärkeää tietoa katalyyttipintojen ominaisuuksista. Lisäksi käytetyllä teräksellä havaittiin olevan vaikutusta katalyyttien toimivuuteen.

Työn tärkeimpänä tuloksena voidaan katsoa ceriumdioksidi (CeO2) -pinnoitteen ja ceriumdioksidi/zirkoniumdioksidi (CeO20,75/ZrO20,25) -pinnoitteen olevan kaksi toimivinta katalyyttia.

This thesis was made for Pegasor Oy (Ltd.). The company produces particle sensors. This thesis was a part of a product development project.

The aim of the thesis project was to determine the most effective catalyst from well-known catalysts which are used to burn diesel-soot. The functionality of catalysts was studied with heating experiments. Experiments with confocal microscope and SEM/EDX analyses were also conducted. Samples were manufactured from two types of steel to determine whether the substrate has any influence on the functionality of catalyst.

Background literature on catalysts was studied, Finnish catalyst and soot researchers were interviewed to gather information on catalyst reaction as well as soot burning reaction. Sample manufacturing started when the sample and sample materials were determined. Samples were coated with catalytic coating by using the atomic layer deposition (ALD) procedure and were later coated with soot with a specially build device. Soot coated samples were heated with a specially build heating plate. Heat experiments were photographed and a table of catalyst functionality was compiled from these tracking photos. Confocal microscope and SEM/EDX analyses were used to examine sample surfaces. Images and results in the form of a table were obtained from these experiments.

The results of the experiments helped to determine an order for the functionality of the catalysts and showed the two most effective catalysts. Surface examinations gave important information on the catalyst surface properties. The steel substrate used in the experiments was observed to have an influence on the functionality of catalytic coating.

The most important result found is that cerium dioxide (CeO2) and cerium dioxide zirconium dioxide (CeO20.75/ZrO20.25) coatings were the two most effective catalysts.