The katalisis heterogen memiliki peran yang sangat penting dalam memerangi polusi dan pencemaran kota. The polusi udara adalah salah satu masalah lingkungan utama yang kita hadapi saat ini, dan salah satu yang paling mengkhawatirkan masyarakat kita, terutama untuk kota-kota besar. Setiap hari, sejumlah besar polutan yang berasal dari kehidupan kita sehari-hari, serta dari industri, dibuang ke atmosfer, dengan sebagian besar pembuangan ini berasal dari mobil yang beredar di jalan-jalan kita.
The catalytic converter adalah jawaban bahwa industri otomotif telah memberikan untuk menaruh beberapa rem pada emisi polutan bahwa sektor ini menghasilkan. Ini adalah katalis heterogen di mana ace buang dilewatkan untuk mengubahnya menjadi zat yang tidak mencemari.
Lalu lintas mobil bertanggung jawab atas sebagian besar polusi udara, lebih khusus lagi, sekitar tiga perempat timbal yang ditemukan di udara, serta lebih dari setengah nitrogen oksida, sekitar 65% Co, dan 3,5% SO2. Selain itu, juga dikeluarkan hidrokarbon yang berasal dari pembakaran bensin secara tidak sempurna. Ini termasuk campuran senyawa mulai dari metana hingga molekul yang lebih kompleks, yang diyakini bersifat karsinogenik. Oksida nitrogen, bersama dengan belerang dioksida, bertanggung jawab dan menyebabkan hujan asam, dan bahkan, ketika dikombinasikan dengan hidrokarbon yang terbakar parah, mereka menghasilkan kabut fotokimia , jadi semuanya adalah hal negatif untuk emisi ini.
Katalis yang paling umum digunakan adalah katalis efek tiga , umumnya dikenal sebagai katalis tiga arah , di mana transformasi katalitik dari tiga zat yang paling berbahaya terjadi, seperti NO, CO dan berbagai hidrokarbon. Ini terjadi melalui aliran gas buang melalui single bed. Dengan katalis, emisi yang akan terjadi CO, dikurangi menjadi 85%, NO menjadi 70% dan dalam kasus hidrokarbon, ini dikurangi menjadi total 80%, yang merupakan kemajuan besar.
Reaksi kimia utama yang terjadi adalah:
2 CO (g) + O2 (g) → 2CO2 (g)
2NO (g) + 2 CO (g) → N2 (g) + 2 CO2 (g)
2 C2H6 (g) + 7 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 6 H2O (g)
Melalui reaksi katalitik oksidasi dan reduksi , zat pencemar (produk) diubah menjadi zat yang tidak berbahaya bagi kesehatan, seperti karbon dioksida, uap air atau nitrogen.
Katalis tipe tiga arah terdiri dari penyangga logam atau, dalam kasus lain, keramik (magnesium dan aluminium silikat), sangat tahan terhadap suhu tinggi, yang mengandung banyak saluran yang disusun secara paralel dengan arah keluar gas dari knalpot. Dinding katalis ditutupi dengan alumina , yang merupakan zat yang memiliki luas permukaan spesifik yang besar, untuk meningkatkan luas permukaan di mana reaksi akan dilakukan.
Lapisan tersebut mendukung bahan aktif katalitik, yang dalam katalis tiga arah merupakan campuran dari logam mulia yang berbeda, di mana platina dan rhodium adalah yang paling melimpah. Reaksi oksidasi berlangsung di platinum, dan reaksi reduksi NO di rhodium.
Untuk menjamin pengoperasian unit yang benar, rasio udara-bahan bakar harus diperhitungkan. Hubungan yang baik antara keduanya dicapai dengan bantuan sirkuit yang secara permanen mengatur dan mengukur komposisi gas buang, dan tergantung pada hasilnya, jumlah bahan bakar yang dimasukkan ke dalam mesin akan diperbaiki.
Persyaratan untuk pemasangan katalis sangat penting, dan itu adalah penggunaan bahan bakar tanpa timbal, karena halida gas timbal terbentuk dalam pembakaran, dan melekat pada pori-pori katalis, yang menyebabkan penonaktifannya. Timbal ditambahkan sebagai aditif ke bensin dalam bentuk timbal tetraalkil, memenuhi fungsi terutama meningkatkan perilaku anti-ketukan mesin, yang berarti mendapatkan daya yang lebih besar, yang meningkatkan efisiensi, mengurangi konsumsi bahan bakar.
Variabel mendasar untuk berfungsinya dan masa manfaat sistem katalitik adalah suhu. Sampai suhu sekitar 300ºC, katalis tidak bekerja secara maksimal, sedang zona optimal untuk bekerja adalah antara 400 dan 800ºC; ketika suhu lebih tinggi, itu memburuk secara perlahan, yang dapat menyebabkan sistem menjadi tidak dapat digunakan karena penuaan termal.
Penambahan catalytic converter dikaitkan dengan masalah teknis, seperti perlunya aditif untuk menggantikan timbal dalam rangka meningkatkan kapasitas anti-knock dari campuran yang dibentuk oleh bahan bakar dan udara, menyebabkan sedikit peningkatan konsumsi bahan bakar.. Juga pemasangan katalis memerlukan perubahan teknologi beberapa bagian mobil, yang meningkatkan biaya ini, tetapi tanpa ragu, itu sepadan.