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Title
Dieselruß und seine Modelle - spektroskopische Untersuchungen zur Reaktion mit NO2 / Harald Muckenhuber
AuthorMuckenhuber, Harald
CensorKnözinger, Erich ; Puxbaum, Hans
Published2005
Description136 Bl. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Diss., 2005
Annotation
Zsfassung in engl. Sprache
LanguageGerman
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (GND)Dieselmotor / Rußemission / Ruß / Stickstoffdioxid / Heterogene Reaktion / Desorption / Temperaturprogrammierung / Massenspektrometrie / Diffuse Reflexion / FT-IR-Spektroskopie
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-21322 Persistent Identifier (URN)
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Dieselruß und seine Modelle - spektroskopische Untersuchungen zur Reaktion mit NO2 [6.64 mb]
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Abstract (German)

Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung der heterogenen Reaktion von Ruß mit NO2 mit den Methoden der Temperaturprogrammierten-Desorptions-Massenspektroskopie (TPD-MS) und der Diffusen-Reflexions-Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie (DRIFTS). Als Proben standen Modellruße und Modellsubstanzen, sowie verschiedene Dieselruße zur Verfügung. Folgende Fragestellungen wurden bearbeitet:

Nach welchem Mechanismus verläuft die Reaktion zwischen Ruß und NO2? Gibt es eine Modellsubstanz, um die mechanistischen und kinetischen Untersuchungen an verschiedenen Rußen auf eine gemeinsame Basis zu stellen? Für die Ermittlung der funktionellen Gruppen auf den untersuchten Proben wurde eine systematische TPD-MS Methode entwickelt. Carbonsäuren, Lactone, Carbonsäureanhydride, Phenole und Ether, Carbonyle bzw. Quinone wurden nachgewiesen.

Die heterogene Reaktion von Ruß mit NO2 führt zur Bildung einer sauren funktionellen Gruppe, die sich bei einer Temperatur von ca. 150C unter Abspaltung von CO2 und NO zersetzt. Dabei existieren jedoch Unterschiede zwischen den einzelnen Proben.

Auf den Modellrußen findet die Bildung der sauren funktionellen Gruppe bei allen Reaktionstemperaturen (bis 700C) statt.

Dieselruße zeigen eine starke Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur. Auf den Modellsubstanzen findet die Bildung der sauren funktionellen Gruppe nur als Nebenreaktion bzw. gar nicht statt. Die Reaktion verläuft bei den Modellrußen und bei den Dieselrußen nach dem gleichen Mechanismus, für den zwei Varianten in Frage kommen. A) In einer zweistufigen Reaktion erfolgt die Bildung einer Acetylnitrit-Gruppe als Intermediat. Diese wird bei einer Temperatur von ca. 150C in CO2 und NO gespalten.

B) Zwei NO2-Moleküle werden an ein Kohlenstoff-Atom gebunden. Bei Temperaturerhöhung auf ca. 150C wird diese funktionelle Gruppe in 2 NO-Moleküle und CO2 gespalten.

Abstract (English)

The heterogeneous reaction between soot and NO2 is the subject of this thesis. Research methods were the Temperature-Programmed-Desorption-Mass-Spectroscopy (TPD-MS) and the Diffuse-Reflection-Infrared-Fourier-Transform-Spectroscopy (DRIFTS). As samples model soots, model substances and several Diesel soots were at our disposal. The two central questions are:

What is the reaction mechanism between soot and NO2? Does a model substance exist, which allows to put the mechanistic and kinetic studies on different soot samples on a common base? For the determination of the functional groups on the samples a systematic TPD-MS method was developed. Carboxylic acids, lactones, carboxylic acid anhydrides, phenols and ethers, carbonyls and quinones respectively could be assigned.

The heterogeneous reaction with NO2 forms an acidic functional group, which decomposes at about 150C upon release of CO2 and NO. However, differences between the individual samples exist. The formation of the acidic functional group on the model soots occurs at all reaction temperatures (up to 700C).

The reaction on Diesel soot sensitively depends on the reaction temperature.

The formation of the acidic functional group on the model substances plays only a secondary role. The same reaction mechanism applies for the model- and the Diesel soots.

Two models are discussed.

A) In a two-step reaction the formation of an acetyl-nitrite group as an intermediate takes place. This group decomposes into CO2 and NO at about 150C. B) Two NO2-molecules are bound to a single carbon atom. At about 150C this adsorbate complex decomposes into two NO-molecules and CO2.