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Erschienen in: Topics in Catalysis 13-20/2009

01.12.2009 | Original Paper

Decomposition of Urea in the SCR Process: Combination of DFT Calculations and Experimental Results on the Catalytic Hydrolysis of Isocyanic Acid on TiO2 and Al2O3

verfasst von: Izabela Czekaj, Oliver Kröcher

Erschienen in: Topics in Catalysis | Ausgabe 13-20/2009

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Abstract

In selective catalytic reduction (SCR) systems for diesel vehicles the injected urea solution decomposes to ammonia and isocyanic acid (HNCO), which reacts with water to another ammonia molecule and carbon dioxide over the SCR catalyst or a special urea decomposition catalyst. The second reaction step, i.e. the catalytic hydrolysis of HNCO was studied on the anatase TiO2(101) surface and Al2O3(100) surface with ab initio density functional theory (DFT) calculations using a cluster model as well as with in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectra (DRIFTS) investigations and kinetic experiments. The following mechanistic pathway has been identified to be most feasible: HNCO dissociatively adsorbs on the metal oxide surface as isocyanates, which are attacked by water, thereby forming carbamic acid at the surface. In a further step this intermediate is transformed to a carbamate complex, which leads to CO2 desorption and consequently NH3 formation. The comparison between the sum of the theoretical vibrational spectra of the reaction intermediates with the in situ DRIFT spectra also strongly supports the accuracy of the second reaction pathway. This mechanism holds also for the HNCO hydrolysis over γ-Al2O3 and the reactivity compared to TiO2 was found to be consistent with the heights of the barriers in the energy diagrams. Based on these promising preliminary results a computational screening has been started in order to predict the most active metal oxides and surfaces for this reaction.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Piazzesi G, Kröcher O, Elsener M, Wokaun A (2006) Appl Catal B 65:55CrossRef Piazzesi G, Kröcher O, Elsener M, Wokaun A (2006) Appl Catal B 65:55CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Kleemann M, Elsener M, Koebel M, Wokaun A (2000) Ind Eng Chem Res 39:4120CrossRef Kleemann M, Elsener M, Koebel M, Wokaun A (2000) Ind Eng Chem Res 39:4120CrossRef
4.
5.
6.
Zurück zum Zitat Piazzesi G, Nicosia D, Devadas M, Kröcher O, Elsener M, Wokaun A (2007) Catal Lett 115:33CrossRef Piazzesi G, Nicosia D, Devadas M, Kröcher O, Elsener M, Wokaun A (2007) Catal Lett 115:33CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Beltran A, Sambrano JR, Calatayud M, Sensato FR, Andres J (2001) Surf Sci 490:116CrossRef Beltran A, Sambrano JR, Calatayud M, Sensato FR, Andres J (2001) Surf Sci 490:116CrossRef
10.
11.
Zurück zum Zitat Ramis G, Busca G, Lorenzelli V (1987) J Chem Soc Faraday Trans I 83:1591CrossRef Ramis G, Busca G, Lorenzelli V (1987) J Chem Soc Faraday Trans I 83:1591CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Fernandez A, Leyrer J, Gonzales-Elipe AR, Munuera G, Knozinger H (1988) J Catal 112:489CrossRef Fernandez A, Leyrer J, Gonzales-Elipe AR, Munuera G, Knozinger H (1988) J Catal 112:489CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Busca G, Saussey H, Saur O, Lavalley J, Lorenzelli V (1995) Appl Catal 14:245 Busca G, Saussey H, Saur O, Lavalley J, Lorenzelli V (1995) Appl Catal 14:245
17.
Zurück zum Zitat Branda MM, Belelli PG, Ferullo RM, Castellani NJ (2003) Catal Today 85:153CrossRef Branda MM, Belelli PG, Ferullo RM, Castellani NJ (2003) Catal Today 85:153CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Piazzesi G (2006) The catalytic hydrolysis of isocyanic acid (HNCO) in the urea-SCR process, PhD thesis, Diss. ETH No. 16693, Zurich Piazzesi G (2006) The catalytic hydrolysis of isocyanic acid (HNCO) in the urea-SCR process, PhD thesis, Diss. ETH No. 16693, Zurich
20.
21.
23.
Zurück zum Zitat Handzlik J, Ogonowski J, Tokarz-Sobieraj R (2005) Catal Today 101:163–173CrossRef Handzlik J, Ogonowski J, Tokarz-Sobieraj R (2005) Catal Today 101:163–173CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Digne M, Sautet P, Raybaud P, Euzen P, Toulhoat H (2004) J Catal 226:54–68CrossRef Digne M, Sautet P, Raybaud P, Euzen P, Toulhoat H (2004) J Catal 226:54–68CrossRef
25.
Zurück zum Zitat Ionescu A, Allouche A, Aycard JP, Rajzmann M, Hutschka F (2002) J Phys Chem B 106:9359–9366CrossRef Ionescu A, Allouche A, Aycard JP, Rajzmann M, Hutschka F (2002) J Phys Chem B 106:9359–9366CrossRef
26.
27.
Zurück zum Zitat Verwey EJW (1935) Z Kristallographica 91:317–320 Verwey EJW (1935) Z Kristallographica 91:317–320
28.
Zurück zum Zitat The program package StoBe is a modified version of the DFT-LCGTO program package DeMon, originally developed by A. St.-Amant and D. Salahub (University of Montreal), with extensions by Pettersson LGM and Hermann K The program package StoBe is a modified version of the DFT-LCGTO program package DeMon, originally developed by A. St.-Amant and D. Salahub (University of Montreal), with extensions by Pettersson LGM and Hermann K
29.
30.
31.
Zurück zum Zitat Labanowski JK, Anzelm JW (eds) (1991) Density functional methods in chemistry. Springer, New York Labanowski JK, Anzelm JW (eds) (1991) Density functional methods in chemistry. Springer, New York
32.
Zurück zum Zitat Godbout N, Salahub DR, Andzelm J, Wimmer E (1992) Can J Phys 70:560 Godbout N, Salahub DR, Andzelm J, Wimmer E (1992) Can J Phys 70:560
33.
Zurück zum Zitat Mulliken RS (1955) J Chem Phys 23: 1833, 1841, 2388, 2343 Mulliken RS (1955) J Chem Phys 23: 1833, 1841, 2388, 2343
36.
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38.
Metadaten
Titel
Decomposition of Urea in the SCR Process: Combination of DFT Calculations and Experimental Results on the Catalytic Hydrolysis of Isocyanic Acid on TiO2 and Al2O3
verfasst von
Izabela Czekaj
Oliver Kröcher
Publikationsdatum
01.12.2009
Verlag
Springer US
Erschienen in
Topics in Catalysis / Ausgabe 13-20/2009
Print ISSN: 1022-5528
Elektronische ISSN: 1572-9028
DOI
https://doi.org/10.1007/s11244-009-9344-8

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