KR100235029B1 - 팔라듐(Pd) 삼원촉매의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 팔라듐(Pd) 삼원촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팔라듐 용액을 알루미나에 함침한 후 환원시키고 여기에 산화바륨 등으로 이루어진 혼합용액을 첨가하고 pH를 조절하여 반응시킨 후 밀링하고 촉매물질에 세라믹 모노리스(ceramic monolith)를 담가서 코팅한 다음 건조 및 소성함으로써 종래의 백금, 로듐 및 팔라듐으로 이루어진 삼원 촉매를 대신하여 팔라듐만으로 이루어져 비용을 절감시키고 우수하게 자동차 배기가스의 유해물질을 정화시킬 수 있는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법에 관한 것이다.

Description

팔라듐(Pd) 삼원촉매의 제조방법
본 발명은 팔라듐(Pd) 삼원촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팔라듐 용액을 알루미나에 함침한 후 환원시키고 여기에 산화바륨 등으로 이루어진 혼합용액을 첨가하고 pH를 조절하여 반응시킨 후 밀링하고 촉매물질에 세라믹 모노리스(ceramic monolith)를 담가서 코팅한 다음 건조 및 소성함으로써 종래의 백금, 로듐 및 팔라듐으로 이루어진 삼원 촉매를 대신하여 팔라듐만으로 이루어져 비용을 절감시키고 우수하게 자동차 배기가스의 유해물질을 정화시킬 수 있는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 삼원촉매(three way catalyst)란 배기가스의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소 및 질소산화물(NOx)과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거시키는 촉매로서, 종래에는 삼원 촉매로서 Pt/Rh나 Pd/Rh, Pt/Pd/Rh등으로 이루어진 촉매를 사용하여 왔다.
그런데, 상기와 같은 촉매는 배기가스 중 질소산화물을 환원시키는 원소로서 로듐(Rh)을 사용하고 있는데, 로듐(Rh)은 고가이며 내열성 측면에서 문제가 있었다.
본 발명자는 상기와 같은 종래 삼원촉매의 문제점을 해결하기 위하여 연구노력한 결과, 고가의 로듐을 사용하지 않고 팔라듐만을 사용하여 이를 알루미나에 함침시키고 기재금속산화물(base metal oxide)과 반응시킨 다음 밀링하고 코팅하여 건조 및 소성함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 삼원촉매의 제조에 있어서, 고가의 로듐을 사용하지 않고 팔라듐만으로도 경제적이면서도 배기가스 유해물질 정화효과가 우수한 삼원촉매를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 팔라듐 삼원촉매의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
본 발명은 팔라듐 용액을 알루미나에 함침시키고 이를 환원시킨 다음, 산화세륨(CeO2) 및 혼합용액을 첨가하고, 여기에 아세트산을 첨가하여 pH를 4.5 이상으로 조절한 다음 입도 7∼9 ㎛인 것이 90% 이상 되도록 밀링한 후, 이를 세라믹 모노리스 담체에 코팅한 후 건조하고 소성하는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법을 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 팔라듐만으로 이루어진 삼원촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제조방법을 개략적으로 나타내면 첨부도면과 같다.
먼저, 팔라듐 용액을 알루미나에 함침시킨 다음 이를 환원시킨다. 환원방법은 하이드라진 하이드레이트(hydrazine hydrate)를 팔라듐 1g당 1.66 ㎖ 되도록 적가하여 이루어진다.
그리고 나서, 벌크(Bulk)의 CeO2와 용해성의 CeO2로 구성된 산화세륨(CeO2)을 첨가한다. 이때, 산화세륨은 팔라듐과 알루미나와의 화합물 형성을 억제하여 내열성을 향상시키는 역할을 하며, 그 첨가량은 전체 담체의 겉보기 부피당 30∼40 g을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 여기에 혼합용액을 첨가하는 데, 혼합용액의 조성은 산화바륨, 산화란타늄(La2O3), 아세트산 및 물을 혼합하여 이루어진다. 이때, 첨가되는 산화바륨의 함량은 전체 담체의 겉보기 부피당 5∼6 g인 것이 알루미나의 내열성을 향상시키므로 바람직하고, 산화란타늄의 첨가량은 전체 담체의 겉보기 부피당 1∼2 g인 것이 알루미나 내열성, CeO2특성향상을 위하여 바람직하다. 그리고, 아세트산은 혼합용액내에 첨가되고 이와는 별도로 첨가되는 데 그 첨가량은 전체 담체의 겉보기 부피당 23.5∼33.5 g인 것이 수소이온농도의 조절에 있어서 바람직하다. 본 발명의 반응에 있어서 수소이온농도(pH)는 4.5 이하인 것이 코팅슬러리(Coating Slurry)제조에 있어서 점도의 조절을 위하여 바람직하다.
상기한 산화바륨이나 산화란타늄과 같은 기재 금속 산화물은 상기의 산화세륨에서와 같이 팔라듐과 알루미나의 화합을 억제하여 내열성을 향상시키는 역할을 한다.
이와같이 혼합용액을 첨가하여 볼밀(Ball mill)방법으로 슬러리반응 및 입도를 조절하며 밀링시 입자크기는 전체 입자중 입자크기 7∼9 ㎛인 것이 90% 이상이 되도록 하면 된다. 입자크기가 상기 범위를 벗어나도록 밀링하는 경우 초기활성이나 내구성에 문제가 있다.
밀링과정을 거쳐 미분화된 촉매물질을 코팅하는 데, 본 발명에서는 촉매물질 슬러리(slurry)에 세라믹 모노리스(ceramic monolith)담체를 담가서 코팅한다. 본 발명의 코팅은 세그레게이션 효과(segregation effect)를 이용한 단일코팅으로서, 이는 일반적으로 임의의 성분을 원하는 위치에 두기 위하여 주로 2중 코팅을 하고 있으나, 서로 뭉치는 특성을 갖는 화합물 상태를 이용하여 필요부분에 성분을 위치시킴으로써 단일코팅의 효율을 극대화시킬 수 있으며, 촉매성능을 향상시킬 수 있는 효과이다. 다시말해, 본 발명의 코팅시에 각 성분의 투입방식 및 성분의 적정한 출발물질의 선정으로 딥핑(Dipping)형태로도 가능한 원하는 성분을 원하는 위치에 코팅한다.
상기와 같은 방법으로 코팅이 된 촉매물질을 건조하고 소성하는 데, 건조는 건조로에서 150 ℃ 온도로 2 시간동안 수행되고, 소성시에는 전기로에서 450∼550 ℃온도로 4 시간 소성시킨다. 이때, 건조조건 및 소성시간이 상기 범위를 벗어나면 코팅층의 크랙발생 및 유해한 화합물이 형성되는 문제가 있다.
상기의 방법으로 제조된 팔라듐 삼원촉매는 자동차 배기가스 중 유해성분인 탄화수소계 물질, 일산화탄소 및 질소산화물을 동시에 정화시키는 삼원촉매로서 그 정화효율이 종래의 삼원촉매에 비교하여 탄화수소계 물질과 일산화탄소의 정화효율은 동등이상 수준이며 질소산화물의 정화효율이 70% 이상의 효울을 나타내었다.
뿐만 아니라, 종래의 삼원촉매에서와 같이 로듐을 첨가하지 않음으로써 비용을 절감할 수 있다.
이에따라 본 발명의 방법에 의해 제조된 팔라듐 삼원촉매는 자동차 배기가스 정화, 디젤촉매 및 산업용 촉매로까지 폭넓게 사용될 수 있는 유용한 물질이다.

Claims (6)

  1. 팔라듐 용액을 알루미나에 함침시키고 이를 환원시킨 다음, 산화세륨(CeO2) 및 혼합용액을 첨가하고, 여기에 아세트산을 첨가하여 pH를 4.5 이하로 조절한 다음 입도 7∼9 ㎛인 것이 90% 이상 되도록 밀링한 후, 이를 세라믹 모노리스 담체에 코팅한 후 건조하고 소성하는 것을 특징으로 하는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 환원은 하이드라진 하이드레이트(hydrazine hydrate)를 팔라듐 1g 당 1.5 ∼ 20이 되도록 적가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 산화세륨은 전체 담체 겉보기 부피당 30∼40 g으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합용액은 전체 담체 겉보기 부피당 산화바륨을 5∼6 g, 산화란타늄(La2O3) 1∼2 g, 아세트산 23.5∼33.5 g을 물에 녹인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 건조는 150 ℃에서 2 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 소성은 450∼550 ℃에서 4 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 팔라듐 삼원촉매의 제조방법.
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