KR100426517B1 - 배기가스 정화용 촉매 - Google Patents

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다시로게이스케
이와치도기니치
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Abstract

탑재 자유도가 높은 단일의 촉매로서 구성한 위에, NOx 흡장 성능과 3원 성능을 고차원으로 양립할 수 있는 배기가스 정화용 촉매를 제공하기 위해, 코디라이트 담체(10)에, 칼륨 등의 흡장제 및 제올라이트 등의 산성질 재료(50)가 첨가된 흡장 촉매층(20), 제올라이트로 이루어지는 흡장제 블록층(30), 인 등의 산성질 재료(60)가 첨가된 3원 촉매층(40)을 중합하여 형성하고, 흡장 촉매층(20)중의 산성질 재료(20)와 흡장제 블록층(30)에 의해, 흡장제의 3원촉매층(40)으로의 이동을 억제하는 동시에, 만일, 3원촉매층(40)에 도달한 흡장제를 인과 반응시켜 안정한 인산 칼륨으로 변환하여 무해화한다.

Description

배기가스 정화용 촉매{Exhaust gas purifying catalyst}
본 발명은, 배기가스 정화용 촉매에 관한 것으로, 특히 NOx 흡장성능과 3원성능을 갖는 배기가스 정화용 촉매에 관한 것이다.
린번 엔진(lean combustion type engine)이나 통내분사식 엔진등의 희박연소식 엔진은, 연비 특성 및 배기가스 특성의 향상을 위해, 소정 운전 영역에서는 이론공연비보다 연료희박측의 린(lean) 공연비로 운전된다. 린 공연비 운전이 행해지는 동안은, 배기가스중의 질소 산화물(NOx)을 3원촉매에 의해 충분히 정화할 수 없으므로, 산화 분위기에서 배기가스중의 NOx 를 흡장하고, 이 흡장된 NOx 를 환원 분위기에서 질소(N2)로 환원시키므로써, 대기로의 NOx 배출량을 저감시키는 기술이 공지되어 있다.
이러한 NOx 흡장 작용을 얻기 위해, 예를 들면 특개평 9-85093호 공보에 기재한 바와 같이, 흡장제로서 칼륨(K), 바륨(Ba) 등의 초산염으로 될 수 있는 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속을 첨가하여, 촉매에 NOx 흡장성능을 부여하도록 한 것이 있다.
도 8 은, 촉매 조제시의 흡장제의 첨가량에 대한 NOx 정화율(린 변화율 15 sec 경과 시점의 값)과 THC(전체 HC) 정화율(공연비 30 의 값)을 도시하고 있고, 이 도면에서 명백하듯이, NOx 정화율을 향상시키기 위해 흡장제의 첨가량을 증가시키면 THC 정화율이 저하하고, NOx 흡장성능과 3원성능(산화·환원 성능)은 트레이드 오프(tradeoff)의 관계에 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 9 는 열내구(熱耐久)시험후의 NOx 정화율과 THC 정화율을 촉매로의 흡장제의 첨가량의 함수로서 도시하고 있지만, 이 열내구 시험중에, 고온하에서의 증발·비산 및 코디라이트(cordierite) 담체(擔體)와의 반응 소비 등에 의해 흡장제의 일부가 소실하므로, 열내구 시험 전에 비해 열내구 시험 후에 THC 정화율은 향상하지만, NOx 정화율이 저하되어 버리는, 여전히 트레이드 오프의 관계가 성립한다.
이 때문에, 단일의 촉매로 NOx 흡장성능과 3원성능을 고차원으로 양립시키는 것은 곤란해진다.
그러나, 운전자의 출력 요구를 린(lean) 운전만으로 충족시키는 것은 비현실적이므로, 촉매 시스템에는 화학양론적(stoichiometrical) 운전이나 리치(rich) 운전에서 발생하는 CO, HC 를 정화하는 3원성능은 필수이며, 또한 린 운전시에 흡장한 NOx 를 환원하는 의미에서도 3원 성능은 필수이다. 따라서, 일반적으로는, 흡장제의 첨가량을 제한하거나 하여, 고의로 NOx 흡장성능을 억제하여 3원성능을 확보할 수 밖에 없으며, 결과로서, 요구되는 NOx 흡장성능과 3원성능을 단일의 촉매상에서 충분히 만족할 수 없었다. 또한 양자를 보다 고차원으로 양립시키려면, NOx 흡장성능으로 특화한 (흡장제를 충분히 첨가한) NOx 촉매와 통상의 3원 촉매를 각각 별개로 설치할 수 밖에 없다.
따라서, 본 발명의 목적은, 단일의 촉매로서 구성한 위에, NOx 흡장성능과 3원성능을 고차원으로 양립시킬 수 있는 배기가스 정화용 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 제 1 실시예의 배기가스 정화용 촉매에 형성된 하나의 셀의 사반부를 도시하는 부분확대 단면도.
도 2 는 산성질 재료의 칼륨과의 친화성을 도시하는 설명도.
도 3 은 제올라이트의 양이온 교환능에 의한 칼륨 고정 작용을 도시하는 모식도.
도 4 는 공연비에 의한 NOx 와 THC 의 정화율을 도시하는 설명도.
도 5 는 제 2 실시예의 배기가스 정화용 촉매에 형성된 하나의 셀의 사반부를 도시하는 부분확대 단면도.
도 6 은 제 3 실시예의 배기가스 정화용 촉매에 형성된 하나의 셀의 사반부를 도시하는 부분확대 단면도.
도 7 은 제 4 실시예의 배기가스 정화용 촉매에 형성된 하나의 셀의 사반부를 도시하는 부분확대 단면도.
도 8 은 촉매 제조시의, 흡장제의 첨가량에 대한 NOx 정화율과 THC 정화율을 도시하는 설명도.
도 9 는 열내구후의, 흡장제의 첨가량에 대한 NOx 정화율과 THC 정화율을 도시하는 설명도.
도 10 은 제 5 실시예의 배기가스 정화용 촉매에 형성된 하나의 셀의 사반부를 도시하는 부분 확대 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 담체 20 : NOx 흡장 촉매층
30, 50, 60 : 영향 억지 재료
40 : 3원 촉매층
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 배기가스 정화촉매는, 담체와, NOx 흡장촉매층과, 3원촉매층을 포함하며, 상기 NOx 흡장촉매층에 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 흡장제로서 첨가하여 이루어지는 배기가스 정화용 촉매에 있어서,
상기 NOx 흡장촉매층 또는 3원촉매층의 적어도 한쪽에, 상기 흡장제의 3원촉매층에 대한 영향을 억지하는 영향억지재료를 첨가하여 이루어진다. 3원촉매에 도달한 흡장제는, 예를 들어 전자공여작용에 의해 3원촉매의 귀금속상으로의 CO 및 HC 의 흡착 작용을 약화시키거나, 귀금속 활성면상을 이동하여 표면을 덮어버리는 등의 영향을 주지만, 이들 영향이 영향억지재료에 의해 억지된다. 따라서, NOx 흡장촉매층과 3원촉매층을 공통의 담체상에 형성하여, 단일의 촉매로서 구성한 후에, NOx 흡장촉매층에 의한 NOx 흡장작용과 함께, 3원촉매층에 의한 3원작용을 얻을 수있게 된다.
제 1 실시예
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 배기가스 정화용 촉매를 설명한다.
본 실시예의 배기가스 정화용 촉매는, 다수의 셀로 이루어지는 하니콤 (honeycomb)(모놀리스(monolith))형의 코디라이트 담체를 갖는 촉매로서 구성되어 있다.
도 1 은 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매에 형성된 하나의 셀의 사반부(四半部)를 도시하며, 코디라이트 담체(10)의 셀은 예를 들어 사각형상으로 형성되어 있다. 코디라이트 담체(10)는 예를 들어 알루미나원(源)의 분말, 실리카원의 분말 및 마그네시아원의 분말을, 알루미나, 실리카, 마그네시아의 비율이 코디라이트 조성으로 되도록 혼합한 것을 물에 분산시키고, 그 고형분을 하니콤 형상으로 성형하여, 이 하니콤 성형체를 소성한 것이다.
코디라이트 담체(10)의 표면에는 NOx 흡장 촉매층을 이루는 흡장 촉매층(20)이 형성되고, 이 흡장 촉매층(20)의 표면에는 흡장제 블록층(30)이 형성되며, 또한 흡장제 블록층(30)의 표면에는 3원촉매층(40)이 형성되어 있다. 이하에 기술하는 바와 같이, 흡장 촉매층(20)은 주로 NOx 흡장 작용을 나타내며, 3원촉매층(40)은 주로 3원촉매 작용을 하고, 흡장제 블록층(30)은 흡장촉매층(20)중의 흡장제가 3원촉매층(40)측으로 이동하는 것을 억제하는 억제층으로서의 기능을 갖는다.
흡장촉매층(20)은, 예를 들어 이하와 같이 하여 형성된다. 우선, 백금(Pt)등의 귀금속, 칼륨(K)이나 바륨(Ba)등의 알칼리 금속, 알칼리토류 금속 등의 흡장체, 및 제올라이트 등의 산성질 재료 등을 포함하는 슬러리를 조제한다. 다음에, 코디라이트 담체(10)를 상기 슬러리중에 침지하고, 이것을 건조후에 소성한다. 이것에 의해, 귀금속과 흡장제를 함유한 흡장 촉매층(20)중에, 영향 억지재료로서 산성질 재료(50)가 혼합된다.
흡장제는, 칼륨 및 바륨이 대표적이지만, 이것에 한정되지 않고, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속이라면 어떠한 것이어도 좋다. 본 실시에에서는 양호한 NOx 흡장성능을 확보하기 위해, 도 8 의 특성에 기초하여 흡장촉매층(20)에 충분한 양의 흡장제가 첨가되어 있다.
또한, 흡장제의 고정을 목적으로 한 산성질 재료(50)로서는, 도 2 에 도시하는 IV, V, VI 족의 천이 원소 혹은 IV, V, VI 족의 전형(典型)원소(Si, P, S, V, Cr, As, Nb, Mo, W 등)가, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속과의 친화성이 큰 것이 바람직하다(도 2 는 예를 들어 칼륨과의 친화성을 나타낸다). 흡장제와의 반응성도 고려하면, 흡장제가 칼륨인 경우, 산성질 재료(50)는 규소(Si)나 텅스텐(W)이 바람직하고, 또한 NOx 와 흡장제의 반응성을 저해하지 않는 재료가 좋다.
특히, 산성질 재료(50)는 제올라이트나 이산화티탄(TiO2)의 적어도 한쪽을 포함하는 것이 바람직하며, 예를 들어 복합 산화물인 제올라이트는, 양이온 교환능에 의해 흡장제(본 실시예에서는 칼륨)를 고정하는 능력이 우수하다. 흡장 촉매층(20)내를 이동하는 흡장제는, 고온의 수증기 존재하에서 이온화된 상태로 되는 것이 있고, 도 3 에 모식적으로 도시하듯이, 흡장제, 예를 들어 칼륨은, 제올라이트의 산점(酸点)의 양이온 교환능에 의해 이온으로서 고정된다. 제올라이트의양이온 교환능은 SiO2/AlO2비에 반비례하고, 내열성은 이 비율에 비례한다. 즉, SiO2/AlO2비를 적게 한 경우, 알루미나 양의 증가에 따라 산점이 증가하므로 흡장제의 고정 작용을 강화할 수 있지만, 내열성이 낮은 알루미나의 분해를 초래하여 산성질 재료(50) 자체의 내열성이 손상되므로, 이들 흡장제의 고정 작용과 내열성을 감안하여, 상기 비를 설정하는 것이 바람직하다. 또한 산성질 재료(50)는 천연품 및 합성품의 어느 것이어도 좋지만, 물리적 흡착면적을 크게 취할 수 있는 높은 비표면적(比表面積)의 것이 바람직하다.
한편, 흡장제 블록층(30)은, 예를 들어 이하와 같이 하여, 흡장 촉매층(20)의 표면에 형성된다. 우선, 제올라이트 구성 성분을 포함하는 슬러리를 조제하고, 이 슬러리중에 흡장 촉매층(20)을 형성 완료한 코디라이트 담체(10)를 침지한다. 그 후, 코디라이트 담체(10)를 건조·소성하면, 흡장 촉매층(20)의 표면에 제올라이트로 이루어지는 흡장제 블록층(30)이 형성된다.
제올라이트의 흡장제 블록층(30)은 양이온 교환능을 구비하는 산점을 갖고, 상기 흡장 촉매층(20)에서도 기술했듯이, 제올라이트는 흡장제를 고정하는 능력이 우수하다. 흡장 촉매층(20)으로부터 흡장제 블록층(30)측으로 이동하는 흡장제는, 고온의 수증기 존재하에서 이온화되면, 제올라이트의 산점의 양이온 교환능에 의해 이온으로서 고정된다. 또한, 흡장제 블록층(30)은 3차원 메쉬(網目)상 구조를 가지며, 높은 비표면적을 갖는다. 칼륨은, 이러한 구조의 흡장제 블록층(30)상에서 고(高)분산되므로, 3원 촉매층(40)으로 침입하기 어려워진다.
흡장제 블록층(30)은, MFI형, Y형, X형, 모르디나이트(mordenite), 페라이트(ferrite) 등의 여러 타입의 제올라이트를 사용하여 구성할 수 있다. 이 때, 흡착 HC 종과의 구조 관련성을 고려하여, 배기 가스 조성에 적합한 타입의 제올라이트가 선택된다. 또한 상기 흡장 촉매층(20)에서도 기술했듯이, 제올라이트의 양이온 교환능은 SiO2/AlO2비에 반비례하고, 내열성은 이 비에 비례하므로, 흡장제의 고정 작용과 내열성을 감안하여 상기 비를 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 3원 촉매층(40)은, 예를 들어 이하와 같이 하여, 흡장제 블록층(30)의 표면에 형성된다. 우선, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등의 귀금속, 및 산성질 재료를 포함하는 슬러리를 조제하고, 이 슬러리중에, 흡장촉매층(20) 및 흡장제 블록층(30)을 형성 완료한 코디라이트 담체(10)를 침지한다. 그 후, 코디라이트 담체(10)를 건조·소성하면, 흡장제 블록층(30)의 표면에, 영향 억지 재료로서 산성질 재료(60)가 혼합된 3원촉매층(40)이 형성된다. 그리고, 본 실시예에서는 양호한 3원 성능을 확보하기 위해, 도 8 의 특성에 기초하여 3원촉매층(40)에는 흡장제는 일절 첨가되지 않는다.
또한, 산성질 재료(60)는, 알칼리 염인 흡장제가 갖는 대단히 높은 전자공여성을 억제하고 안정물질에 반응시키는 재료를 포함한다. 일반적으로는 실리카(SiO2)나 텅스텐(W)등이 거론되지만, 특히 인(P)과 같이 알칼리와 강한 반응을 일으키는 재료가 바람직하다.
그리고, 이렇게 구성된 촉매에 있어서, 흡장 촉매층(20)에 포함된 칼륨 및바륨 등의 흡장제는, 제올라이트 등의 산성질 재료(50)에 의해 나타나는 양이온 교환능에 의해 흡장 촉매층(20)중에 고정되고 있다. 이 고정 작용에 의해, 흡장제의 고온하에서의 증발·비산, 및 코디라이트 담체(10)측으로의 이동에 의한 반응 소비가 방지되는 동시에, 흡장제의 3원촉매층(40)측으로의 이동도 억제되고 있다.
또한, 이 흡장제의 3원 촉매층(40)측으로의 이동 억제에는 제올라이트로 이루어지는 흡장제 블록층(30)도 공헌하고, 임시로 흡장제가 흡장촉매층(20)으로부터 이탈했다 해도, 흡장제 블록층(30)중에서, 흡장제는 산점의 양이온 교환능에 의해 이온으로서 고정되는 동시에, 높은 비표면적을 갖는 흡장제 블록층(30)중에서 고분산되므로, 결과로서 3원 촉매층(40)에 도달하기 어려워진다.
한편, 이상의 흡장 촉매층(20)중의 산성질 재료, 및 흡장제 블록층(30)에 의한 이동 억제 작용에도 무관하게, 만일 흡장제가 3원촉매층(40)에 도달한 경우, 3원 촉매층(40)중의 산성질 재료와의 반응에 의해 흡장제는 안정한 물질로 교환되어 무해화된다. 예를 들어, 흡장 촉매층(20)중에 흡장제로서 칼륨이 첨가되고, 3원 촉매층(40)중에 산성질 재료로서 인이 첨가되는 경우, 3원 촉매층(40)으로 이동한 칼륨은 인과 반응하여 인산 칼륨으로 변환된다.
인산 칼륨은 상당히 안정한 물질이며, 전자 공여성은 전혀 갖지 않고, 또한 3원 촉매층의 귀금속 활성면상에서 이동하는 성질도 갖지 않는다. 따라서, 임시로 3원 촉매층(40)상에 흡장 촉매층(20)으로부터의 흡장제가 도달했다고 해도, 이 흡장제에 의한 악영향, 예를 들어 흡장제가 갖는 전자공여성에 의해 귀금속상으로의 CO, HC 의 흡착작용이 악화되거나, 흡장제가 귀금속 활성면상을 이동하여 표면을덮어 버리는 등의 악영향이 미연에 저지된다. 이상의 결과, 흡장제를 포함하는 흡장촉매층(20)과 이것을 포함하지 않는 3원 촉매층(40)을 공통의 담체(10)상에 형성하고, 단일의 촉매로서 구성할 수 있게 된다.
그리고, 이 촉매에서, 린 공연비에서의 운전중에 엔진으로부터 배출된 배기가스중의 NOx 는, 흡장 촉매층(30)에 분산된 흡장제의 작용하에서 초산염의 형태로 흡장된다. 또한, 리치 공연비에서의 기관 운전중에는 흡장제로부터 초산염이 방출되고, 3원촉매층(40)의 귀금속 상에서 CO 등과 반응하여 질소로 환원되고 촉매로부터 방출된다.
흡장 촉매층(20)은 충분한 흡장제가 첨가되어 있으므로 양호한 NOx 흡장성능을 가지며, 3원 촉매층(40)은 흡장제를 일절 첨가하지 않고, 또한 상기와 같이 흡장제의 악영향도 방지되어 있으므로 양호한 3원 성능을 가지며, NOx 의 정화가 확실하게 이루어지는 동시에, 화학양론적 운전이나 리치 운전에서 발생하는 CO, HC 도 3원촉매층(40)에 의해 확실히 정화된다. 따라서, 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매에 의하면, 제조 코스트가 저렴한 단일의 촉매로서 구성한 후에, NOx 흡장성능과 3원성능을 고차원으로 양립시킬 수 있다는 우수한 효과를 나타낸다.
도 4 는, 공연비에 대한 NOx 와 THC 의 정화율을 나타내고 있고, 도면중의 파선으로 도시하는 종래의 촉매에서는, NOx 흡장성능을 우선시킨 (흡장제의 첨가량을 증가시킨) 결과, NOx 정화율은 양호하지만 충분한 THC 정화율이 얻어지지 않는 것에 대하여, 실선으로 도시하는 본 실시예의 촉매에서는, THC 에 대해서도 충분한 정화율이 얻어지는 것이 확인되었다.
제 2 실시예
이하, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 배기가스 정화용 촉매를 설명한다.
도 5 에 도시하듯이, 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매는, 제 1 실시예의 것에 비해, 흡장촉매층(20)과 3원촉매층(40)의 배치를 바꿔넣은 점이 다르고, 쌍방 층의 구성 성분을 포함하고, 그 밖의 점에 대해서는 제 1 실시예와 동일 구성으로 되어 있다.
따라서, 그 제조 과정은, 우선 코디라이트 담체(10)상에 인 등의 산성질 재료(60)를 포함하는 3원 촉매층(40)을 형성하고, 다음으로 3원촉매층(40)상에 제올라이트로 이루어지는 흡장제 블록층(30)을 형성하며, 그 후에 알칼리 염인 흡장제 및 제올라이트 등의 산성질 재료(50)를 포함하는 흡장 촉매층(20)을 형성한다.
이렇게 구성된 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매에서도, 제 1 실시예의 것과 마찬가지로, 흡장 촉매층(20)중의 산성질 재료(50)와 흡장제 블록층(30)에 의해, 흡장 촉매층(20)의 흡장제가 3원 촉매층(40)으로 이동하는 것이 억제되는 동시에, 3원 촉매에 도달한 흡장제가 산성질 재료(60)에 의해 안정한 물질로 변환되므로, 3원 촉매층(40)에는 흡장제에 의한 악영향이 일절 미치지 않는다. 따라서, 흡장제를 포함하는 흡장 촉매층(20)과 이것을 포함하지 않는 3원 촉매층(40)을 공통의 담체(10)상에 형성하고, 제조 코스트가 저렴한 단일의 촉매로서 구성한 후에, NOx 흡장성능과 3원성능을 고차원으로 양립시킬 수 있다.
제 3 실시예
이하, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 배기가스 정화용 촉매를 설명한다.
도 6 에 도시하듯이, 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매는, 제 1 실시예의 것에 비해, 흡장제 블록층(30)을 생략한 점이 다르고, 그 밖의 점에서는 제 1 실시예와 동일 구성으로 되어 있다.
따라서, 그 제조 과정은, 우선, 코디라이트 담체(10)상에 알칼리 염인 흡장제 및 제올라이트 등의 산성질 재료(50)를 포함하는 흡장 촉매층(20)을 형성하고, 그 후에 인 등의 산성질 재료(60)를 포함하는 3원 촉매층(40)을 형성한다. 이와 같이 구성된 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매에서는, 제 1 실시예에서 기술한 흡장제 블록층(30)에 의한 흡장제의 이동 억제 작용은 얻어지지 않지만, 흡장 촉매층(20)중의 산성질 재료(50)에 의해 흡장제가 고정되어 있고, 또한 3원 촉매층(40)중의 산성질 재료(60)에 의한 흡장제 교환 작용도 나타내고 있으므로, 3원 촉매층(40)에는 흡장제에 의한 악영향이 일절 미치지 않는다. 따라서, 흡장제를 포함하는 흡장 촉매층(20)과 이것을 포함하지 않는 3원 촉매층(40)을 공통의 담체(10)상에 형성하고, 제조 코스트가 저렴한 단일의 촉매로서 구성한 후에, NOx 흡장성능과 3원성능을 고차원으로 양립시킬 수 있다.
제 4 실시예
이하, 본 발명의 제 4 실시예에 의한 배기가스 정화용 촉매를 설명한다.
도 7 에 도시하듯이, 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매는, 제 1 실시예의 것에 비해, 3원 촉매층(40)중의 산성질 재료(60)를 생략한 점이 다르고, 그 밖의 점에서는 제 1 실시예와 동일한 구성으로 되어 있다.
따라서, 그 제조 과정은, 우선 코디라이트 담체(10)상에 알칼리염인 흡장제및 제올라이트 등의 산성질 재료(50)를 포함하는 흡장 촉매층(20)을 형성하고, 다음으로, 흡장 촉매층(20)상에 제올라이트로 이루어지는 흡장제 블록층(30)을 형성하고, 그 후에 3원 촉매층(40)을 형성한다. 3원 촉매층(40)의 형성시에 적용하는 슬러리로서는, 제 1 실시예와 달리, 인 등의 산성질 재료(60)가 혼입되어 있지 않은 것을 사용한다.
이렇게 구성된 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매에서는, 제 1 실시예에서 기술한 3원촉매층(40)중의 산성질 재료(60)에 의한 흡장제의 변환작용은 얻어지지 않지만, 흡장촉매층(20)중의 산성질재료(50)와 흡장제 블록층(30)에 의해, 흡장 촉매층(20)의 흡장제가 3원촉매층(40)으로 이동하는 것이 억제되므로, 3원 촉매층(40)에는 흡장제에 의한 악영향이 일절 미치지 않는다. 따라서, 흡장제를 포함하는 흡장 촉매층(20)과 이를 포함하지 않는 3원 촉매층(40)을 공통의 담체(10)상에 형성하고, 제조 코스트가 저렴한 단일의 촉매로서 구성한 후에, NOx 흡장성능과 3원성능을 고차원으로 양립시킬 수 있다.
제 5 실시예
이하, 본 발명의 제 5 실시예에 의한 배기가스 정화용 촉매를 설명한다.
도 10 에 도시하듯이, 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매는, 제 1 실시예의 것에 비해, 흡장 촉매층(20) 및 3원 촉매층(40)중으로의 영향 억지 재료(산성질 재료 50, 60)의 첨가를 생략한 점이 다르고, 그 밖의 점에서는 제 1 실시예와 거의 동일 구성으로 되어 있다. 따라서, 그 제조 과정은, 우선 코디라이트 담체(10)상에 알칼리 염인 흡장제를 포함하는 흡장 촉매층(20)을 형성하고, 이어서 흡장 촉매층(20)상에 제올라이트로 이루어지는 흡장제 블록층(30)을 형성하며, 그 후에 3원 촉매층(40)을 형성한다. 제 1 실시예의 경우와 달리, 흡장 촉매층(20) 및 3원 촉매층의 형성에는 산성질 재료(50, 60)가 첨가되어 있지 않은 슬러리가 사용된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 배기가스 정화용 촉매에서는, 제 1 실시예에서 기술한 흡장 촉매층(20) 및 3원 촉매층(40)중의 산성질 재료(50, 60)에 의한 작용은 얻어지지 않지만, 흡장 촉매층(20)으로부터 3원 촉매층(40)으로의 흡장제 이동이 흡장제 블록층(30)에 의해 억제되므로, 3원 촉매층(40)에는 흡장제에 의한 악영향이 미치지 않는다. 본 실시예의 흡장제 블록층(30)은, 흡장 촉매층(20) 및 3원 촉매층의 어느 것에도 산성질 재료(50, 60)등의 영향 억지 재료를 첨가하지 않는 경우에도, 3원 촉매층(40)에 대한 흡장제의 영향을 충분히 억지할 수 있는 흡장제 이동 억지 작용을 나타내는 것으로 되어 있다. 예를 들어, 흡장제 블록층(30)은, 그러한 양태의 억제 작용을 나타내는 층 두께를 갖고 있다. 즉, 흡장제 블록층(30)은, 흡장제의 3원 촉매층으로의 영향을 억지하는 영향 억지 재료가 첨가된 영향 억지층을 구성하고 있다. 이 촉매는, 상술한 바와 같이 흡장 촉매층(20)과 3원 촉매층(40)을 공통의 담체(10)상에 형성한 것이며, NOx 흡장성능과 3원 성능의 쌍방에서 우수하고, 또한 배기 시스템으로의 탑재성이 우수하다.
이상에서 실시예의 설명을 마치지만, 본 발명은 상기 제 1 내지 제 5 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 실시예에 대해 흡장 촉매층(20)중의 산성질 재료(50)를 생략하거나, 제 2 실시예에 대해 흡장 촉매층(20)중의 산성질재료(50), 또는 3원 촉매층(40)중의 산성질 재료(60), 또는 흡장제 블록층(30)을 생략하거나, 제 3 실시예에 대해 흡장 촉매층(20)중의 산성질 재료(50), 또는 3원 촉매층(40)중의 산성질 재료(60)를 생략하여도 좋다. 또한, 제 5 실시예에서의 흡장 촉매층(20) 및 3원 촉매층(40)의 배치를 바꿔넣고, 3원 촉매층(40)을 담체(10)와 흡장제 블록층(30)의 사이에 형성하는 동시에 흡장 촉매층(20)을 흡장제 블록층(30)의 표면에 형성해도 좋다. 또한, 흡장제 블록층(30)을 대체하여, 흡장제의 3원 촉매층(40)으로의 영향을 억지하는 영향 억지 재료가 첨가된 영향 억지층을 형성해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 하니콤 형태의 코디라이트 담체(10)를 담체로 사용하였으나, 본 발명은 코디라이트 이외의 재료로 이루어지는 담체를 구비한 배기가스 정화용 촉매에도 적용할 수 있으며, 예를 들어 메탈 담체를 사용한 경우에도 마찬가지의 작용효과가 얻어진다. 또한, 하니콤형 코디라이트 담체를 사용하는 경우, 코디라이트 담체의 셀은 사각형상의 것에 한정되지 않고, 예를 들어 삼각형상 또는 육각형상의 것이어도 좋다.

Claims (21)

  1. 코디라이드 담체 또는 메탈 담체인 담체(10); 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 흡장제와 백금, 팔라듐, 로듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 귀금속을 함유하는 NOx 흡장 촉매층(20); 및 3원촉매층(40)을 포함하는 배기가스 정화용 촉매에 있어서,
    상기 NOx 흡장촉매층(20) 또는 3원촉매층(40)의 적어도 한쪽에, 상기 3원촉매층(40)에 대한 상기 흡장제의 영향을 억지하는 영향 억지 재료(30, 50, 60)를 첨가한 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료(50)는, 상기 NOx 흡장 촉매층(20)에 첨가되는 것으로서, 상기 흡장제의 3원촉매층으로의 이동을 억제하는 재료인 배기가스 정화용 촉매.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료는, IV 족, V 족, VI 족의 천이 원소 및 IV 족, V 족, VI 족의 전형 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 산성 물질을 포함하는 산성 산화물과, 상기 적어도 하나의 산성 물질을 포함하는 복합 산화물과, 질소 산화물과 상기 흡장제의 반응성을 저해하지 않는 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재료로 구성되는 배기가스 정화용 촉매.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료는 규소(Si) 및 텅스텐(W)중 적어도 하나의 산성 물질로 이루어지는 산성 산화물을 포함하는 배기가스 정화용 촉매.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료는 제올라이트 및 이산화티탄(TiO2)중 적어도 한쪽을 포함하는 배기가스 정화용 촉매
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료(60)는, 상기 3원촉매층(40)에 첨가되는 것으로서, 상기 흡장제와 반응하여 안정물질로 변환되는 재료인 배기가스 정화용 촉매.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료는 상기 흡장제와 반응하여 안정물질화하는 산성질 재료로 구성되는 배기가스 정화용 촉매.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료는 실리카(SiO2), 텅스텐(W), 인(P)중 적어도 하나를 포함하는 배기가스 정화용 촉매.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료(60)는, 상기 3원 촉매층(40)에 첨가되는 것으로, 상기 흡장제와 반응하여 안정물질로 변환되는 재료인 배기가스 정화용 촉매.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 영향 억지 재료는 실리카(SiO2), 텅스텐(W), 인(P)중 적어도 하나를 포함하는 배기가스 정화용 촉매.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 NOx 흡장 촉매층(20)과 상기 3원 촉매층(40)의 사이에, 상기 흡장제의 3원 촉매층(40)으로의 이동을 억제하는 흡장제 블록층(30)을 형성하는 배기가스 정화용 촉매.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 NOx 흡장 촉매층(20)과 상기 3원 촉매층(40)의 사이에, 상기 흡장제의 3원 촉매층(40)으로의 이동을 억제하는 흡장제 블록층(30)을 형성하는 배기가스 정화용 촉매.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 NOx 흡장 촉매층(20)과 상기 3원 촉매층(40)의 사이에, 상기 흡장제의 3원 촉매층(40)으로의 이동을 억제하는 흡장제 블록층(30)을 형성하는 배기가스 정화용 촉매.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 NOx 흡장 촉매층(20)과 상기 3원 촉매층(40)의 사이에, 상기 흡장제의 3원 촉매층(40)으로의 이동을 억제하는 흡장제 블록층(30)을 형성하는 배기가스 정화용 촉매.
  15. 코디라이드 담체 또는 메탈 담체인 담체(10); 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 흡장제와 백금, 팔라듐, 로듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 귀금속을 함유하는 NOx 흡장 촉매층(20); 및 3원촉매층(40)을 포함하는 배기가스 정화용 촉매에 있어서,
    상기 NOx 흡장촉매층(20)과 3원촉매층(40)의 사이에, 상기 흡장제의 상기 3원 촉매층(40)으로의 이동을 억제하는 영향 억지 재료가 첨가된 영향 억지층(30)을 형성한 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 영향 억지층(30)은, IV 족, V 족, VI 족의 천이원소 및 IV 족, V 족, VI 족의 전형 원소로부터 선택되는 적어도 하나의 산성 물질을 포함하는 산성산화물과, 상기 적어도 하나의 산성물질을 포함하는 복합 산화물과, 질소산화물과 상기 흡장제의 반응성을 저해하지 않는 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재료로 구성되는 배기가스 정화용 촉매.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 영향 억지층(30)은, 규소(Si) 및 텅스텐(W)의 적어도 하나의 산성 물질로 이루어지는 산성 산화물을 포함하는 배기가스 정화용 촉매.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 영향 억지층(30)은, 제올라이트 및 이산화티탄(TiO2)중 적어도 한쪽을 포함하는 배기가스 정화용 촉매.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 NOx 흡장 촉매층(20)에, 상기 흡장제의 3원 촉매층으로의 이동을 억제하는 영향 억지 재료(50)를 첨가하는 배기가스 정화용 촉매.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 3원 촉매층(40)에, 상기 흡장제와 반응하여 안정물질로 변환하는 영향 억지 재료(60)를 첨가하는 배기가스 정화용 촉매.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 3원 촉매층(40)에, 상기 흡장제와 반응하여 안정물질로 변환되는 영향 억지 재료(60)를 첨가하는 배기가스 정화용 촉매.
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