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1 Figura.-- Resumen de la Tesis doctoral presentada en 2014 para la obtención del grado de Doctor por la Universidad de Zaragoza., Air pollution poses a major environmental concern worldwide. In metropolitan areas, motor vehicle exhaust contributes a major source of contaminants. More restrictive legislations regarding automotive emissions resulting in a remarkable decrease in the amount of pollutants associated to new vehicles. With current three-way catalysts (TWC), a recognized challenge in preventing these emissions is the lack of treatment capacity of hydrocarbons (HC) and CO under cold-start conditions. Fresh catalysts start to operate at ca.170 ºC, but aged catalysts light-off at ca. 200-225 ºC. These catalysts need between 60 to 120 seconds to reach these temperatures and during this time, about 50 to 80% of unburned HCs and around 80% CO are emitted. To curb the HC emissions, the incorporation of an inorganic nanoporous material to act as a HC trap prior to the TWC, is one of the most promising solutions. Zeolites are often considered as HC trap materials due to their stability under a variety of conditions. Different zeolites and zeotypes, with varying pore dimensionality and pore network connectivity, have been studied as adsorbents for HC emission control during the cold-start period. However, none of the reported materials have demonstrated the necessary characteristics of a HC trap under very demanding operational conditions. In this sense, a priority goal is to find an adsorbent that fulfills this requirement.

El presente proyecto fin de carrera tiene como objetivo final la creación de zeolitas jerárquicas para aplicarlas en la reducción de la contaminación ambiental producida por los hidrocarburos emitidos por los coches, en particular el propeno y el tolueno. Para conseguirlo se probaron zeolitas ZSM-5 como trampas de hidrocarburos. Estas zeolitas habían sido jerarquizadas previamente y luego intercambiadas con Cu(NO3)2•3H2O. La jerarquización de la porosidad consiste en la creación de mesoporos en la estructura de la zeolita inicialmente microporosa mediante la realización de un tratamiento alcalino, en este caso utilizando como base NaOH. Con este tratamiento se consigue disolver el silicio y extraerlo así de la estructura dando lugar a poros de mayor tamaño, los mesoporos. Para optimizar esa parte del proceso se fijó la concentración de la base y se variaron la duración y la temperatura (parámetros de mayor influencia). El ratio Si/Al también es fundamental cuando se realiza un tratamiento alcalino ya que numerosos estudios demuestran que la presencia del Al en la estructura inhibe la extracción del Si, con lo cual si se reduce el número de aluminios por silicio se consigue una mayor formación de mesoporos. Para estar seguros del éxito en la creación de mesoporosidad se realizaron experimentos con distintos ratios (Si/Al 25 y Si/Al 40) cuyos resultados podíamos comparar para sacar conclusiones. Por otro lado, se quería optimizar el intercambio con Cu(NO3)2•3H2O para obtener mejores resultados durante las pruebas en el reactor, ya que trabajos previos del equipo habían demostrado que el cobre incluido en la zeolita mejoraba las prestaciones de las trampas de hidrocarburos (HC). Para ello se probaron intercambios con distintas concentraciones de Cu(NO3)2•3H2O para dos zeolitas ZSM-5 distintas, una con ratio Si/Al 25, la otra con Si/Al 40. El ratio Si/Al es fundamental en el intercambio de cationes porque limita la cantidad de éstos que se puede introducir en los espacios que se forman entre la estructura. Una vez optimizado el proceso de Desilicación y establecida la concentración ideal para el intercambio con cobre, se inició la síntesis de las muestras de la investigación principal con las distintas condiciones para el tratamiento alcalino, dejando la zeolita en su forma NaZSM-5. Después se realizó un ataque ácido para eliminar el aluminio extraído de la estructura durante el tratamiento alcalino y así recuperar el ratio Si/Al disminuido tras la disolución del silicio. Para devolver la zeolita a su forma ácida es necesario realizar un intercambio con NH4NO3 y calcinar para obtener la forma HZSM5 que permite realizar el intercambio para incluir el cobre. Con los tratamientos terminados se probaron las zeolitas en un reactor de lecho fijo que simulaba las condiciones de un motor durante el arranque enfrío, este test se denomina CST (Cold Start Test). Por último, se caracterizaron, cristalinidad, morfología, porosidad y acidez y se realizaron análisis de los resultados obtenidos en los CST. Con todos los análisis se concluye que las condiciones óptimas de producción de la zeolita CuHZSM-5 mediante desilicación e intercambio iónico para su uso en gases de motores durante el arranque en frío son: un tratamiento alcalino con NaOH 0,2 M, a 65 °C durante 15 min, seguido de un ataque ácido con HCl 0,1 M y un intercambio iónico con Cu(NO3)2•3H2O 100 mM. La zeolita producida en estas condiciones no sólo mejora la capacidad de adsorción de la zeolita ZSM-5 microporosa sino también la actividad catalítica y por lo tanto, la capacidad de tratamiento de propeno y tolueno en su aplicación como trampa de HC.

La presente invención se refiere a una trampa catalítica de hidrocarburos contenidos en gases de escape producidos por un motor de combustión interna, caracterizada porque está libre de metales nobles y comprende al menos una capa de un tamiz molecular de fórmula XH-ZSM-5, donde X representa uno o varios metales de transición y H-ZSM-5 representa una zeolita con una relación Si/Al comprendida entre 10 y 20, que presenta en su estructura interior un intercambio iónico de protones por cationes metálicos en un porcentaje comprendido entre el 20% y el 60% del total de protones presentes en la zeolita en su estado original. La invención también contempla el método de obtención de dicha trampa, su uso en un convertidor catalítico de un motor de combustión y en el propio motor, así como el método de eliminación de hidrocarburos mediante dicha trampa., Consejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Universidad de Alicante, A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnica