Screening DFT de zéolithes cationiques de type faujasite pour la capture sélective des NOx dans les gaz d'échappement

La limitation des émissions de NO et de NO2 (NOx) dans les gaz d'échappement des moteurs diesel dans des environnements confinés nécessite des adsorbants efficaces. Comme les espèces de NOx sont présentes à l'état de traces (50-1000 ppm) dans les gaz d'échappement, et qu'elles coexistent toujours avec une grande quantité de H2O (2 - 12wt%), les adsorbants doivent être hautement sélectifs pour piéger les NOx plutôt que le H2O. À cette fin, des calculs périodiques de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) combinés à des corrections de dispersion ont été utilisés pour un examen systématique des zéolithes faujasites à cations monovalents et divalents échangés. Le présent travail étudie l'effet de la nature des cations et des rapports Si/Al (1,4 ; 2,43 ; 23 ; 47) sur la sélectivité de l'adsorption de la faujasite sur le NO et le NO2 par rapport à H2O. Les métaux alcalins et alcalino-terreux Li(I), Na(I), K(I), Rb(I), Cs(I) et Ca(II), Ba(II), ainsi que les métaux de transition monovalents et divalents Cu(I), Ag(I), et Zn(II), Pt(II), Pd(II), Cu(II), Fe(II), Co(II), Ni(II) incorporés dans les faujasites ont été étudiées pour leur capacité à capturer le NO et le NO2. L'activation de la liaison des gaz adsorbés a également été vérifiée pour les matériaux les plus prometteurs afin d'évaluer la tendance de ces gaz à réagir davantage avec le site d'adsorption. Les charges de Bader et les calculs de différence de densité de charge ont été effectués pour les structures de faujasite les plus efficaces afin d'évaluer la formation de liaisons entre les matériaux et les gaz adsorbés. Des énergies d'interaction beaucoup plus faibles ont été prédites pour les faujasites Y par rapport aux faujasites X, ce qui est en faveur de la régénération du matériau. Les zéolithes Y à base de Cu(I) et de Fe (II) (Si/Al = 2,43) ont été identifiées comme les candidats les plus intéressants. Néanmoins, le fer active fortement les liaisons du NO2 lors de l'adsorption, ce qui soulève des doutes quant à sa mise en œuvre avec la faujasite. C'est la première fois qu'une sélection aussi large de zéolithes cationiques a été réalisée pour un sujet de séparation en utilisant des calculs DFT. Dans le cas spécifique de la séparation NOx / H2O, le présent travail a permis d'exclure la plupart des zéolithes explorées de futures études théoriques ou expérimentales, mettant en évidence le potentiel de Cu(I)Y et la sélectivité prometteuse que Fe(II) peut conférer à une zéolithe.