KR100491067B1 - Exhaust Gas Catalyst Comprising Multilayered Upstream Zones - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상류 촉매 구역 및 하나 이상의 하류 촉매 구역을 포함하는 배기 가스 처리 촉매 제품에 관한 것이다. 상류 촉매 구역은 제1 상류 지지체, 및 하나 이상의 재1 상류 팔라듐 성분을 포함하는 상류 조성물을 포함한다. 상류 구역은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 하류 촉매 구역은 제1 하류 지지체, 및 제1 하류 귀금속 성분을 포함하는 제1 하류 층을 포함한다. 제2 하류 층은 제2 하류 지지체 및 제2 하류 귀금속 성분을 포함한다.The present invention relates to an exhaust gas treating catalyst product comprising an upstream catalyst zone and one or more downstream catalyst zones. The upstream catalyst zone comprises an upstream composition comprising a first upstream support and at least one ash upstream palladium component. The upstream zone may comprise one or more layers. The downstream catalyst zone comprises a first downstream support and a first downstream layer comprising a first downstream precious metal component. The second downstream layer comprises a second downstream support and a second downstream precious metal component.

Description

다층 상류 구역을 포함하는 배기 가스 촉매{Exhaust Gas Catalyst Comprising Multilayered Upstream Zones}Exhaust Gas Catalyst Comprising Multilayered Upstream Zones

<발명의 배경>Background of the Invention

<발명의 분야>Field of invention

본 발명은 자동차 엔진 배기 가스를 포함하는 배기 가스를 처리하여 함유된 오염물을 감소시키는데 유용한 촉매 장치에 관한 것이다. 보다 특정적으로 본 발명은 "3 방향 전환 (three-way conversion)" 또는 "TWC" 촉매를 비롯하여 개선된 촉매를 갖는 상류 촉매 구역 및 하류 촉매 구역을 포함하는 촉매 장치에 관한 것이다. TWC 촉매는 탄화수소와 일산화탄소의 산화, 및 질소 산화물의 환원을 실질적으로 동시에 촉매화하는 성능을 갖는다는 점에서 다관능성이다.The present invention relates to a catalytic device useful for treating exhaust gases, including automotive engine exhaust gases, to reduce contaminants contained therein. More specifically, the present invention relates to a catalytic device comprising an upstream catalyst zone and a downstream catalyst zone with an improved catalyst, including "three-way conversion" or "TWC" catalysts. TWC catalysts are multifunctional in that they have the ability to catalyze the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide and the reduction of nitrogen oxides substantially simultaneously.

<발명의 배경>Background of the Invention

자동차 엔진 배기 가스를 포함하는 배기 가스를 처리하여 함유된 오염물을 감소시키는데 유용한, 상류 촉매 구역, 및 또한 구역이라 부르는 하류 촉매 단계를 포함하는 촉매 장치는 미국 특허 제5,010,051호; 동 제5,106,588호 및 동 제5,510,086호에 예시된 바와 같이 당업계에 개시되어 있다. Catalytic apparatus comprising an upstream catalytic zone, and also a downstream catalytic stage, also referred to as zone, useful for treating exhaust gases, including automotive engine exhaust gases, to reduce contaminants contained therein; US Pat. No. 5,010,051; It is disclosed in the art as illustrated in 5,106,588 and 5,510,086.

3 방향 전환 촉매는 자동차 및 기타 가솔린 연료 엔진과 같은 내부 연소 엔진으로부터 배기물의 처리를 비롯하여 다수의 분야에서 유용하다. 비연소 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물 오염물을 위한 배출 기준은 각국 정부에 의해 설정되어 있고, 예를 들면 신규 자동차에 의해 충족되어야 한다. 상기 기준을 충족하기 위하여 TWC 촉매 함유 촉매 전환기는 내부 연소 엔진의 배기 가스 라인에 위치한다. 촉매는 비연소 탄화수소와 일산화탄소의 배기 가스 중 산소에 의한 산화, 및 질소 산화물에서 질소로의 환원을 촉진한다. Three-way diverting catalysts are useful in a number of applications, including treatment of emissions from internal combustion engines such as automobiles and other gasoline fuel engines. Emission standards for unburned hydrocarbon, carbon monoxide and nitrogen oxide contaminants are set by national governments and must be met by new vehicles, for example. The TWC catalyst containing catalytic converter is located in the exhaust gas line of the internal combustion engine to meet the above criteria. The catalyst promotes oxidation of oxygen in the exhaust gas of unburned hydrocarbons and carbon monoxide and reduction of nitrogen oxides to nitrogen.

활성이 우수하고 수명이 긴 것으로 공지된 TWC 촉매는 표면적이 큰 내화성 산화물 지지체, 예를 들면 큰 표면적 알루미나 코팅 상에 위치하는 하나 이상의 백금족 금속 (예, 백금 또는 팔라듐, 로듐, 루테늄 및 이리듐)을 포함한다. 지지체는 내화성 세라믹 또는 금속 벌집상(honeycomb) 구조물 또는 적합한 내화성 물질의 구형 또는 짧은 압출 부분과 같은 내화성 입자를 포함하는 모노리스 캐리어와 같은 적합한 캐리어 또는 기재 상에 포함된다. TWC catalysts, known for their high activity and long life, include one or more platinum group metals (e.g. platinum or palladium, rhodium, ruthenium and iridium) located on a high surface area refractory oxide support, such as a large surface area alumina coating. do. The support is included on a suitable carrier or substrate, such as a monolithic carrier comprising refractory particles such as refractory ceramic or metal honeycomb structures or spherical or short extruded portions of suitable refractory materials.

미국 특허 제3,993,572호에는 선택적 산화 및 환원 반응을 촉진시키기 위한 촉매가 개시되어 있다. 촉매는 벌집체와 같이 상대적으로 불활성인 캐리어 상에 지지될 수 있는 백금족 금속, 희토류 금속 및 알루미나 성분을 함유한다. 유용한 희토류 금속은 세리아를 포함하는 것으로 개시되어 있다. U. S. Patent No. 3,993, 572 discloses a catalyst for promoting selective oxidation and reduction reactions. The catalyst contains platinum group metals, rare earth metals and alumina components that can be supported on relatively inert carriers such as honeycombs. Useful rare earth metals are disclosed to include ceria.

또한 "감마 알루미나" 또는 "활성화 알루미나"라 부르는 큰 표면적 알루미나 물질의 BET 표면적은 통상적으로 1 그램 당 60 미터제곱("㎡/g")을 초과하며, 종종 약 200 ㎡/g 이상이다. 상기 활성화 알루미나는 일반적으로 알루미나의 감마와 델타상의 혼합물이지만, 또한 실질적인 양의 에타, 카파 및 테타 알루미나상을 함유할 수 있다. 소정 촉매 중 촉매 성분의 적어도 일부분을 위한 지지체로서 활성화 알루미나 이외에 내화성 금속 산화물을 사용하는 것이 공지되어 있다. 예를 들면, 벌크 세리아, 지르코니아, 알파 알루미나 및 기타 물질들이 상기 용도를 위해 공지되어 있다. 다수의 상기 물질들은 BET 표면적이 활성화 알루미나에 비해 상당히 작다는 단점이 있지만, 이는 얻어진 촉매의 우수한 내구성에 의해 상쇄되는 경향이 있다. The BET surface area of large surface area alumina materials, also called “gamma alumina” or “activated alumina”, is typically greater than 60 square meters (“m 2 / g”) per gram, often at least about 200 m 2 / g. The activated alumina is generally a mixture of gamma and delta phases of alumina, but may also contain substantial amounts of eta, kappa and theta alumina phases. It is known to use refractory metal oxides in addition to activated alumina as a support for at least a portion of the catalyst component in certain catalysts. For example, bulk ceria, zirconia, alpha alumina and other materials are known for this use. Many of these materials have the disadvantage that the BET surface area is significantly smaller compared to activated alumina, but this tends to be counteracted by the good durability of the catalyst obtained.

이동 차량에서 배기 가스 온도는 1000 ℃에 도달할 수 있고, 이런 승온은 활성화 알루미나 또는 기타 지지체 물질에 부피 수축과 상 전이에 의한 열 분해를 유발하며, 특히 증기의 존재하에 촉매 금속은 노출된 촉매 표면적의 손실 및 상응하는 촉매 활성의 감소와 함께 수축 지지체 매질 중에 흡장된다. 지르코니아, 티타니아와 같은 물질, 바리아, 칼시아 또는 스트론티아와 같은 알칼리 토금속 산화물, 또는 세리아, 란타나와 같은 희토류 금속 산화물, 및 두 개 이상의 희토류 금속 산화물의 혼합물을 사용함으로써 상기 열 분해에 대해 알루미나 지지체를 안정화시키는 것이 당업계에 공지되어 있다. 예를 들면, 키이쓰 (C. D. Keith) 등의 미국 특허 제4,171,288호를 참고한다. In mobile vehicles the exhaust gas temperature can reach 1000 ° C., and such elevated temperatures cause thermal decomposition by volume shrinkage and phase transition in activated alumina or other support materials, in particular in the presence of steam the catalytic metal has an exposed catalyst surface area. Occluded in the shrinkage support medium with a loss of and a corresponding decrease in catalytic activity. Alumina for the thermal decomposition by using materials such as zirconia, titania, alkaline earth metal oxides such as baria, calcia or strontia, or rare earth metal oxides such as ceria, lantana, and mixtures of two or more rare earth metal oxides Stabilizing the support is known in the art. See, for example, US Pat. No. 4,171,288 to C. D. Keith et al.

벌크 산화세륨 (세리아)은 로듐 이외의 백금족 금속을 위하여 우수한 내화성 산화물 지지체를 제공한다는 것이 공지되어 있고, 세리아 입자 상에 상당히 분산된 백금의 미소결정을 얻을 수 있으며, 벌크 세리아는 알루미늄 화합물의 용액으로 함침시킨 후 하소시킴으로써 안정화될 수 있다. 왕 (C. Z. Wan) 등의 미국 특허 제4,714,694호에는 함침된 백금족 금속 성분용 내화성 산화물 지지체로서 작용하는, 임의적으로 활성화 알루미나와 한데 합쳐진 알루미늄 안정화 벌크 세리아가 개시되어 있다. 또한, 로듐 이외의 백금족 금속 촉매용 촉매 지지체로서의 벌크 세리아의 용도가 왕 등의 미국 특허 제4,727,052호, 및 오하타 (Ohata) 등의 동 제4,708,946호에 개시되어 있다. It is known that bulk cerium oxide (ceria) provides an excellent refractory oxide support for platinum group metals other than rhodium, and it is possible to obtain microcrystals of platinum dispersed significantly on ceria particles, which bulk ceria is a solution of an aluminum compound. It can be stabilized by calcination and after immersion. U.S. Patent 4,714,694 to C. Z. Wan et al. Discloses aluminum stabilized bulk ceria, optionally combined with activated alumina, that acts as a refractory oxide support for an impregnated platinum group metal component. In addition, the use of bulk ceria as a catalyst support for platinum group metal catalysts other than rhodium is disclosed in US Pat. No. 4,727,052 to Wang et al. And US Pat. No. 4,708,946 to Ohata et al.

미국 특허 제4,714,694호에는 알루미나 안정화 세리아 촉매 조성물이 개시되어 있다. 이 특허에는 알루미늄 화합물로 벌크 세리아 또는 벌크 세리아 전구체를 함침시키는 단계, 및 함침된 세리아를 하소시켜 알루미늄 안정화 세리아를 제공하는 단계를 포함하는 물질의 제조 방법이 개시되어 있다. 조성물은 하나 이상의 분산된 백금족 촉매 성분을 추가로 포함한다. US Pat. No. 4,714,694 discloses alumina stabilized ceria catalyst compositions. This patent discloses a method of making a material comprising impregnating a bulk ceria or bulk ceria precursor with an aluminum compound, and calcining the impregnated ceria to provide aluminum stabilized ceria. The composition further comprises one or more dispersed platinum group catalyst components.

미국 특허 제4,808,564호에는 지지체 기재, 지지체 기재 상에 형성된 촉매 캐리어층, 및 촉매 캐리어층 상에 보유된 촉매 성분을 포함하는 내구성이 개선된 배기 가스 정제용 촉매가 개시되어 있다. 촉매 캐리어층은 총 희토류 원자에 대한 란탄 원자의 몰분율이 0.05 내지 0.20이고, 알루미늄 원자수에 대한 총 희토류 원자수의 비가 0.05 내지 0.25인 란탄 및 세륨의 산화물을 포함한다. U. S. Patent No. 4,808, 564 discloses a catalyst for improving exhaust gas purification comprising a support substrate, a catalyst carrier layer formed on the support substrate, and a catalyst component retained on the catalyst carrier layer. The catalyst carrier layer comprises oxides of lanthanum and cerium having a mole fraction of lanthanum atoms to total rare earth atoms of 0.05 to 0.20 and a ratio of total rare earth atoms to aluminum atoms of 0.05 to 0.25.

미국 특허 제4,367,162호에는 벌집상 구조의 형태로 내화성 물질의 부구조, 및 산화지르코늄의 분말, 및 산화지르코늄 분말과 알루미나, 알루미나-마그네시아 스피넬 및 산화세륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 분말과의 혼합 분말로 이루어진 군으로부터 선택된, 표면 상에 형성된 분말의 다공층을 갖는 캐리어; 및 산화세륨, 및 백금, 팔라듐 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는, 캐리어 상에 지지되는 촉매 성분을 포함하는 3 방향 촉매계가 개시되어 있다. U.S. Patent No. 4,367,162 discloses a substructure of a refractory material in the form of a honeycomb structure, and a powder of zirconium oxide, and a mixture of zirconium oxide powder and one or more powders selected from the group consisting of alumina, alumina-magnesia spinel and cerium oxide. A carrier having a porous layer of powder formed on the surface, selected from the group consisting of; And a catalyst component supported on a carrier comprising cerium oxide and a metal selected from the group consisting of platinum, palladium and mixtures thereof.

미국 특허 제4,438,219호에는 기재 상에 사용하기 위한 알루미나 촉매가 개시되어 있다. 촉매는 고온에서 안정하다. 안정화 물질은 바륨, 규소, 희토류 금속, 알칼리 및 알칼리 토금속, 붕소, 토륨, 하프늄 및 지르코늄으로부터 유도된 것들을 포함하는 몇몇 화합물 중 하나인 것으로 개시되어 있다. 안정화 물질 중에서 산화바륨, 이산화규소, 및 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴 및 기타를 포함하는 희토류 산화물이 바람직한 것으로 제시된다. 이들을 하소된 알루미나 필름과 접촉시켜 하소된 알루미나 필름이 고온에서 큰 표면적을 보유하게 한다는 것이 개시되어 있다. US Pat. No. 4,438,219 discloses alumina catalysts for use on substrates. The catalyst is stable at high temperatures. Stabilizing materials are disclosed to be one of several compounds, including those derived from barium, silicon, rare earth metals, alkali and alkaline earth metals, boron, thorium, hafnium and zirconium. Among the stabilizing materials, barium oxide, silicon dioxide, and rare earth oxides including lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium and others are suggested to be preferred. It is disclosed that these are brought into contact with the calcined alumina film such that the calcined alumina film has a large surface area at high temperatures.

미국 특허 제4,476,246호, 동 제4,591,578호 및 동 제4,591,580호에는 알루미나, 세리아, 알칼리 금속 산화물 촉진제 및 귀금속을 포함하는 3 방향 촉매 조성물이 개시되어 있다. 미국 특허 제3,993,572호 및 동 제4,157,316호에는 다양한 금속 산화물, 예를 들면, 세리아와 같은 희토류 금속 산화물 및 산화니켈과 같은 비천 금속 산화물을 혼입시킴으로써 Pt/Rh 기재 TWC 계의 촉매 효능도를 개선하려는 시도가 나타나 있다. 미국 특허 제4,591,518호에는 알루미나 지지체와 그 위에 침착된 필수적으로 란타나 성분, 세리아, 알칼리 금속 산화물 및 백금족 금속을 포함하는 성분을 포함하는 촉매가 개시되어 있다. 미국 특허 제4,591,580호에는 알루미나 지지 백금족 금속 촉매가 개시되어 있다. 지지체는 란타나 또는 란타나 풍부 희토류 산화물에 의한 지지체 안정화, 세리아 및 알칼리 금속 산화물 및 임의로 산화니켈에 의한 이중 촉진을 포함하여 후속적으로 개질된다. U.S. Patent Nos. 4,476,246, 4,591,578 and 4,591,580 disclose three-way catalyst compositions comprising alumina, ceria, alkali metal oxide promoters and precious metals. U.S. Patent Nos. 3,993,572 and 4,157,316 attempt to improve the catalytic efficacy of Pt / Rh based TWC systems by incorporating various metal oxides, such as rare earth metal oxides such as ceria and base metal oxides such as nickel oxide. Is shown. U. S. Patent No. 4,591, 518 discloses a catalyst comprising an alumina support and components comprising essentially the lantana component, ceria, alkali metal oxide and platinum group metal deposited thereon. US Pat. No. 4,591,580 discloses an alumina supported platinum group metal catalyst. The support is subsequently modified including support stabilization with lantana or lantana rich rare earth oxides, dual promotion with ceria and alkali metal oxides and optionally nickel oxide.

예를 들면, 미국 특허 제4,624,940호에는 팔라듐 함유 촉매 조성물이 고온 적용에 유용하다는 것이 알려져 있다. 란탄과 바륨의 배합이 촉매 성분인 팔라듐을 지지하는 알루미나의 열수 안정화를 우수하게 한다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 고온 노출에서 격렬히 소결하는 상 변환으로 인하여 알루미나로부터 팔라듐 금속은 배제되지 않는다. 미립자 벌크 금속 산화물을 사용하는 것은 촉매 활성을 개선시킨다. 벌크 금속 산화물은 주로 세리아 함유 및(또는) 세리아-지르코니아 함유 입자를 포함한다. 미립자 벌크 금속 산화물은 안정화 알루미나 입자와 쉽게 반응하지 않으므로, 촉매상 촉진 효과를 제공한다. For example, US Pat. No. 4,624,940 discloses that palladium containing catalyst compositions are useful for high temperature applications. It has been found that the combination of lanthanum and barium makes the hydrothermal stabilization of alumina supporting the catalyst component palladium excellent. Thus, the palladium metal is not excluded from the alumina due to the vigorous phase transformation at high temperature exposure. Using particulate bulk metal oxides improves catalytic activity. Bulk metal oxides mainly comprise ceria containing and / or ceria-zirconia containing particles. Particulate bulk metal oxides do not readily react with stabilized alumina particles, thus providing a catalytic phase promoting effect.

미국 특허 제4,780,447호에는 촉매 전환기 장착 자동차의 배기관으로부터 방출되는 HC, CO 및 NOx, 및 H2S를 제어할 수 있는 촉매가 개시되어 있다. 니켈 및(또는) 철의 산화물을 사용하는 것이 화합물의 H2S 게터링 (gettering)으로서 공지되어 있다.U. S. Patent 4,780, 447 discloses a catalyst capable of controlling HC, CO and NO x , and H 2 S emitted from the exhaust pipe of an automobile equipped with a catalytic converter. The use of oxides of nickel and / or iron is known as H 2 S gettering of the compounds.

문헌 [Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1980, 19, 288-293]에 실린 표제 (Three Way Catalyst Response To Transients)의 논문에서 저자인 슈레터(Schlatter) 등은 3 방향 촉매의 작동 환경은 진동수 1 Hz로 일어나는 공급 스트림 조성물의 진동에 의해 특징지워진다는 것을 보고하였다. 촉매에 "산소 저장" 성분을 혼입시키는 것은 밀하고 소한 배기 화학양론의 사이에 빠른 변화의 효과를 완화시킨다고 제시하고 있다. 또한 저자는 "갓 제조된" 3 방향 촉매 중 로듐 함침 구 상에 세륨이 존재하면 산화로듐류의 양 또는 안정성을 증가시킴으로써 일시적 또는 진동 공급 스트림 조건하에 촉매의 성능을 개선한다는 것을 제시하였다. 동일한 문헌에 공개된 보다 최근의 논문 [Ceria Promoted Three-Way Catalysts for Auto Emission Control (Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1982, 21, 274-288)]에서 저자인 킴(Kim)은 세리아가 알루미나 촉매 상에 지지되는 통상적인 Pt-팔라듐-Rh TWC를 위한 최고 비귀금속 산화물 촉진제인 것은 주로 물-기체 이동 반응 (CO + H2O = CO2 + H2)을 개선시키기 때문이고, 부분적으로는 TWC에 제공하는 추가되는 산소 저장에 인할 수 있는 것으로 보고하였다.Ind. Eng. Chem. Prod. Res. In a paper by Three Way Catalyst Response To Transients, Schlatter et al., In Dev., 1980, 19, 288-293, reported that the operating environment of a three-way catalyst It is reported that it is characterized by vibration. The incorporation of "oxygen storage" components into the catalyst suggests that it mitigates the effects of rapid changes between dense and minor exhaust stoichiometry. The authors also suggested that the presence of cerium on the rhodium impregnation sphere in a "freshly prepared" three-way catalyst improves the performance of the catalyst under transient or vibratory feed stream conditions by increasing the amount or stability of rhodium oxides. Kim, author of a more recent paper published in the same document: Ceria Promoted Three-Way Catalysts for Auto Emission Control (Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1982, 21, 274-288). Silver ceria is the highest non-noble metal oxide promoter for conventional Pt-palladium-Rh TWC supported on alumina catalysts mainly because it improves the water-gas transfer reaction (CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ) In part, it was reported that this could be due to the additional oxygen storage provided to the TWC.

미국 특허 제4,539,311호에는 납에 대한 내성이 개선된다고 하는 자동차 배기 연기 처리용 촉매가 개시되어 있다. 표면적이 큰 알루미나는 400 ℃ 초과에서 발화될 때 분해하여 산화바륨을 생성하는 바륨 화합물 수용액과 같은 바륨 부분으로 먼저 함침되고, 발화된 후, 400 ℃ 초과에서 발화될 때 분해하여 백금족 금속 또는 촉매가 사용되는 경우 금속으로 전환하는 화합물을 남기는 금속 화합물 수용액 중에 알루미나를 침지시킴으로써 백금족 금속 부분의 분산액에 의해 후속적으로 함침된다. 촉매는 알루미나 혼입 세리아로 벌집상 지지체를 코팅시킴으로써 제조된다. 이어서 건조되고 하소된 알루미나 코팅이 질산바륨의 수용액에 침지되고, 건조되고, 발화된 후, 염화백금(IV)수소산의 수용액에 침지되고, 건조되고, 발화된다. 발화 단계는 550 ℃에서 수행된다. U. S. Patent No. 4,539, 311 discloses a catalyst for treating automotive exhaust fumes that is said to improve resistance to lead. Alumina having a large surface area is first impregnated with a barium portion, such as an aqueous solution of barium compound, which decomposes when ignited above 400 ° C. to produce barium oxide, and then decomposes when ignited above 400 ° C. to use a platinum group metal or catalyst. If so, it is subsequently impregnated with a dispersion of the platinum group metal moiety by immersing alumina in an aqueous metal compound solution that leaves the compound converted to metal. The catalyst is prepared by coating the honeycomb support with alumina incorporating ceria. The dried and calcined alumina coating is then immersed in an aqueous solution of barium nitrate, dried and ignited, then immersed in an aqueous solution of platinum (IV) hydrochloric acid, dried and fired. The ignition step is carried out at 550 ° C.

미국 특허 제4,294,726호에는 감마 알루미나 캐리어 물질을 세륨, 지르코늄 및 철염의 수용액으로 함침시키거나, 또는 알루미나를 세륨, 지르코늄 및 철 각각의 산화물과 혼합한 후, 공기 중 500 내지 700 ℃에서 물질을 하소시키고, 이어서 상기 물질을 건조되고 250-650 ℃의 온도에서 수소 함유 기체내에서 후속적으로 처리된 백금염 및 로듐염의 수용액으로 함침시킴으로써 얻은 백금 및 로듐 함유 TWC 촉매 조성물이 개시되어 있다. 알루미나는 칼슘, 스트론튬, 마그네슘 또는 바륨 화합물로 열적으로 안정화될 수 있다. 세리아-지르코니아-산화철 처리에 이어 처리된 캐리어 물질을 백금 및 로듐의 수성 염으로 함침시킨 후 함침된 물질을 하소시킨다. U.S. Patent No. 4,294,726 discloses that a gamma alumina carrier material is impregnated with an aqueous solution of cerium, zirconium and iron salts, or the alumina is mixed with oxides of cerium, zirconium and iron respectively, followed by calcination of the material at 500 to 700 ° C in air. Thereafter, platinum and rhodium containing TWC catalyst compositions obtained by drying the material with an aqueous solution of platinum and rhodium salts which have been dried and subsequently treated in a hydrogen containing gas at a temperature of 250-650 ° C. are disclosed. Alumina can be thermally stabilized with calcium, strontium, magnesium or barium compounds. The ceria-zirconia-iron oxide treatment is followed by impregnation of the treated carrier material with an aqueous salt of platinum and rhodium followed by calcination of the impregnated material.

미국 특허 제4,965,243호에는 바륨 화합물 및 지르코늄 화합물을 세리아 및 알루미나와 함께 혼입시킴으로써 귀금속 함유 TWC 촉매의 열안정화도를 개선하는 방법이 개시되어 있다. 이 특허에는 촉매 부분을 형성하여 고온에서 노출할 때 알루미나 워시코트(washcoat)의 안정화도를 개선한다는 것이 개시되어 있다. U.S. Patent 4,965,243 discloses a method for improving the thermal stability of precious metal containing TWC catalysts by incorporating barium compounds and zirconium compounds with ceria and alumina. This patent discloses that the formation of a catalytic moiety improves the stability of the alumina washcoat when exposed to high temperatures.

J01210032 및 AU 제615721호에는 팔라듐, 로듐, 활성 알루미나, 세륨 화합물, 스트론튬 화합물 및 지르코늄 화합물을 포함하는 촉매 조성물이 개시되어 있다. 상기 특허에는 열적으로 안정한 알루미나 지지 팔라듐 함유 워시코트를 형성하기 위한 세리아, 지르코니아와 알칼리 토금속의 용도가 개시되어 있다. J01210032 and AU 615721 disclose catalyst compositions comprising palladium, rhodium, activated alumina, cerium compounds, strontium compounds and zirconium compounds. The patent discloses the use of ceria, zirconia and alkaline earth metals to form thermally stable alumina supported palladium containing washcoats.

미국 특허 제4,624,940호 및 동 제5,057,483호에는 세리아-지르코니아 함유 입자가 개시되어 있다. 세리아는 세리아-지르코니아 복합체 총량의 30 중량% 이하로 지르코니아 매트릭스 전체에 균일하게 분산되어 고상 용액을 제조할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 코폼(co-formed) (예, 공침전) 세리아 산화물-지르코니아 미립자 복합체는 세리아-지르코니아 혼합물 함유 입자에서 세리아 이용도를 개선할 수 있다. 세리아는 지르코니아 안정성을 제공하고, 또한 산소 저장 성분으로서 작용한다. 상기 특허 '483호에는 네오디뮴 및(또는) 이트륨이 세리아-지르코니아 복합체에 첨가되어 목적하는 바와 같이 얻어진 산화물 특성을 개질할 수 있다는 것이 개시되어 있다. US Pat. Nos. 4,624,940 and 5,057,483 disclose ceria-zirconia containing particles. It has been found that ceria can be uniformly dispersed throughout the zirconia matrix at up to 30% by weight of the total amount of ceria-zirconia complex to produce a solid solution. Co-formed (eg, coprecipitation) ceria oxide-zirconia particulate composites can improve ceria availability in particles containing ceria-zirconia mixtures. Ceria provides zirconia stability and also acts as an oxygen storage component. Patent '483 discloses that neodymium and / or yttrium may be added to the ceria-zirconia composite to modify the oxide properties obtained as desired.

미국 특허 제4,504,598호에는 내고온성 TWC 촉매의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 감마 또는 활성화 알루미나 입자의 수성 슬러리를 제조하는 단계, 및 알루미나를 세륨, 지르코늄, 하나 이상의 철 및 니켈, 및 하나 이상의 백금, 팔라듐 및 로듐, 및 임의로 하나 이상의 네오디뮴, 란탄 및 프라세오디뮴을 포함하는 선택된 금속의 가용성 염으로 함침시키는 단계를 포함한다. 함침된 알루미나는 600 ℃에서 하소된 후, 물에 분산되어 벌집상 캐리어 상에서 코팅되는 슬러리를 제조하고, 건조되어 최종 촉매가 얻어진다. U.S. Patent No. 4,504,598 discloses a process for preparing high temperature resistant TWC catalysts. The method comprises the steps of preparing an aqueous slurry of gamma or activated alumina particles, and the alumina comprising cerium, zirconium, one or more iron and nickel, and one or more platinum, palladium and rhodium, and optionally one or more neodymium, lanthanum and praseodymium Impregnating with a soluble salt of the selected metal. The impregnated alumina is calcined at 600 ° C. and then dispersed in water to prepare a slurry which is coated on a honeycomb carrier and dried to obtain the final catalyst.

미국 특허 제3,787,560호, 동 제3,676,370호, 동 제3,552,913호, 동 제3,545,917호, 동 제3,524,721호 및 동 제3,899,444호에는 내부 연소 엔진의 배기 가스 중 질소 산화물을 환원시키는데 사용하기 위한 산화네오디뮴의 용도가 개시되어 있다. 미국 특허 제3,899,444호에는 특히 란탄족 계열의 희토류 금속이 승온에서 하소될 때 활성화 안정화 촉매 지지체를 형성하는데 알루미나와 함께 유용하다는 것이 개시되어 있다. 상기 희토류 금속으로는 란탄, 세리아, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴 및 기타가 있다는 것이 개시되어 있다. US Pat. Nos. 3,787,560, 3,676,370, 3,552,913, 3,545,917, 3,524,721 and 3,899,444 use of neodymium oxide for reducing nitrogen oxides in exhaust gases of internal combustion engines. Is disclosed. US Pat. No. 3,899,444 discloses that lanthanide series rare earth metals are useful in conjunction with alumina to form activation stabilizing catalyst supports, particularly when calcined at elevated temperatures. The rare earth metals are disclosed to include lanthanum, ceria, cerium, praseodymium, neodymium and others.

캐리어 및 2 층 이상의 내화성 산화물을 포함하는 TWC 촉매계가 개시되어 있다. A TWC catalyst system is disclosed that includes a carrier and two or more layers of refractory oxide.

예를 들면, 일본 특허 공고 제145381/1975호에는 단열 세라믹 캐리어, 및 2 층 이상의 알루미나 또는 지르코니아 함유 촉매를 포함하는 배기 가스 정제용 촉매 지지 구조물이 개시되어 있는데, 알루미나 또는 지르코니아 층 함유 촉매 중 촉매는 서로 상이하다.For example, Japanese Patent Publication No. 145281/1975 discloses a catalyst support structure for exhaust gas purification comprising an adiabatic ceramic carrier and two or more layers of alumina or zirconia containing catalyst, wherein the catalyst in the alumina or zirconia layer containing catalyst is Different from each other.

일본 특허 공고 제105240/1982호에는 2 종 이상의 백금족 금속을 함유하는 배기 가스 정제용 촉매가 개시되어 있다. 촉매는 상이한 백금족 금속 함유 내화성 금속 산화물의 2 이상의 캐리어층을 포함한다. 캐리어층 사이 및(또는) 캐리어층의 외부 상에 백금족 금속이 없는 내화성 금속 산화물 층이 있다. Japanese Patent Publication No. 105240/1982 discloses a catalyst for purifying exhaust gases containing two or more kinds of platinum group metals. The catalyst comprises two or more carrier layers of different platinum group metal containing refractory metal oxides. There is a refractory metal oxide layer free of platinum group metal between the carrier layers and / or on the outside of the carrier layer.

일본 특허 공고 제52530/1984호에는 무기 기재 및 기재의 표면 상에 침착된 내열성 귀금속형 촉매를 포함하는 제1 다공성 캐리어층, 및 귀금속형 촉매가 침착된 제2 내열성 비다공성 과립형 캐리어층을 갖는 촉매가 개시되어 있는데, 상기 제2 캐리어층은 제1 캐리어층의 표면 상에 형성되고 내촉매독성을 갖는다. Japanese Patent Publication No. 5530/1984 has an inorganic substrate and a first porous carrier layer comprising a heat-resistant noble metal catalyst deposited on the surface of the substrate, and a second heat resistant nonporous granular carrier layer on which the noble metal catalyst is deposited. A catalyst is disclosed wherein the second carrier layer is formed on the surface of the first carrier layer and has a catalyst resistance.

일본 특허 공고 제127649/1984호에는 코디어라이트(cordierite)와 같은 무기 캐리어 기재, 기재의 표면 상에 형성되고 란탄 및 세륨과 같은 하나 이상의 희토류 금속 및 하나 이상의 백금 및 팔라듐이 침착된 알루미나 층, 및 상기 제1 알루미나 기재 층 상에 형성되고 철 또는 니켈과 같은 비천 금속, 란탄 및 로듐과 같은 하나 이상의 희토류 금속이 침착된 제2 층을 포함하는 배기 가스 정제용 촉매가 개시되어 있다. Japanese Patent Publication 127649/1984 discloses an inorganic carrier substrate such as cordierite, an alumina layer formed on the surface of the substrate and deposited with one or more rare earth metals such as lanthanum and cerium and one or more platinum and palladium, and A catalyst for purifying exhaust gases is disclosed that includes a second layer formed on the first alumina base layer and on which one or more rare earth metals, such as lanthanum and rhodium, are deposited.

일본 특허 공고 제19036/1985호에는 저온에서 일산화탄소를 제거하는 성능이 개선된 배기 가스 정제용 촉매가 개시되어 있는데, 상기 촉매는 예를 들면 코디어라이트를 포함하는 기재, 및 기재의 표면에 적층된 2 층의 활성 알루미나를 포함하는데, 하부 알루미나 층은 침착된 백금 또는 바나듐을 함유하고, 상부 알루미나 층은 침착된 로듐 및 백금, 또는 로듐 및 팔라듐을 함유한다. Japanese Patent Publication No. 19036/1985 discloses a catalyst for purifying exhaust gases with improved performance of removing carbon monoxide at low temperatures, which catalyst is laminated to, for example, a substrate comprising cordierite, and a surface of the substrate. Two layers of active alumina, the lower alumina layer containing deposited platinum or vanadium and the upper alumina layer containing deposited rhodium and platinum, or rhodium and palladium.

일본 특허 공고 제31828/1985호에는 벌집상 캐리어 및 배기 가스 정제용 촉매 작용을 갖는 귀금속을 포함하는 배기 가스 정제용 촉매, 및 상기 촉매의 제조 방법이 개시되어 있는데, 상기 캐리어는 내부 및 외부 알루미나 층으로 피복되며, 내층은 외층보다 귀금속이 보다 많이 흡착된다. Japanese Patent Publication No. 3228/1985 discloses a catalyst for purifying exhaust gases comprising a honeycomb carrier and a noble metal having a catalytic action for purifying exhaust gases, and a method for preparing the catalyst, wherein the carrier is an inner and outer alumina layer. The inner layer is more adsorbed by the precious metal than the outer layer.

일본 특허 공고 제232253/1985호에는 기둥 형태이고 배기 가스 유입측에서 배기 가스 배출측으로 배치된 다수의 셀을 포함하는 배기 가스 정제용 모노리스 촉매가 개시되어 있다. 알루미나 층은 각 셀의 내벽 표면 상에 형성되고, 촉매 성분은 알루미나 층 상에 침착된다. 알루미나 층은 내부 상에 팔라듐 및 네오디뮴이 침착된 제1 알루미나 층 및 표면 상에 백금 및 로듐이 침착된 제2 알루미나 층을 포함한다. Japanese Patent Publication No. 232253/1985 discloses a monolith catalyst for exhaust gas purification comprising a plurality of cells in the form of a column and arranged from the exhaust gas inlet side to the exhaust gas outlet side. An alumina layer is formed on the inner wall surface of each cell, and the catalyst component is deposited on the alumina layer. The alumina layer comprises a first alumina layer having palladium and neodymium deposited thereon and a second alumina layer having platinum and rhodium deposited thereon.

일본 특허 공개 제71538/87호에는 촉매 캐리어 상에 지지되고 백금, 팔라듐 및 로듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 촉매 성분을 함유하는 촉매층이 개시되어 있다. 알루미나 코트 층이 촉매층 상에 제공된다. 코트 층은 산화세륨, 산화니켈, 산화몰리브덴, 산화철로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물, 및 란탄 및 네오디뮴의 하나 이상의 산화물 (1 내지 10 중량%)을 함유한다. Japanese Patent Laid-Open No. 7138/87 discloses a catalyst layer supported on a catalyst carrier and containing one catalyst component selected from the group consisting of platinum, palladium and rhodium. An alumina coat layer is provided on the catalyst layer. The coat layer contains one oxide selected from the group consisting of cerium oxide, nickel oxide, molybdenum oxide, iron oxide, and one or more oxides (1 to 10% by weight) of lanthanum and neodymium.

미국 특허 제3,956,188호 및 동 제4,021,185호에는 (a) 알루미나, 희토류 금속 산화물과 크롬, 텅스텐, IVB족 금속 및 이의 혼합물의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물과의 촉매적 활성 하소 복합체, 및 (b) 상기 복합체가 하소된 후에 첨가된 촉매적 유효량의 백금족 금속을 갖는 촉매 조성물이 개시되어 있다. U.S. Patent Nos. 3,956,188 and 4,021,185 disclose (a) catalytically active calcination complexes with metal oxides selected from the group consisting of alumina, rare earth metal oxides and oxides of chromium, tungsten, group IVB metals and mixtures thereof, and (b A catalyst composition having a catalytically effective amount of platinum group metal added after the composite is calcined is disclosed.

미국 특허 제4,806,519호에는 내층 상에 알루미나, 세리아 및 백금과 외층 상에 알루미늄, 지르코늄 및 로듐을 갖는 2 층 촉매 구조물이 개시되어 있다. US Pat. No. 4,806,519 discloses a two layer catalyst structure having alumina, ceria and platinum on the inner layer and aluminum, zirconium and rhodium on the outer layer.

일본 특허 제88-240947호에는 세리아, 세리아 도핑 알루미나, 및 백금, 팔라듐 및 로듐의 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 함유하는 알루미나 층을 포함하는 촉매 복합체가 개시되어 있다. 란탄 도핑 알루미나, 프라세오디뮴 안정화 지르코늄, 산화란탄, 및 팔라듐 및 로듐의 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 함유하는 제2 층이 있다. 두 개의 층들은 촉매 캐리어 상에 개별적으로 위치하여 배기 가스 정제용 촉매를 형성한다. Japanese Patent No. 88-240947 discloses a catalyst composite comprising ceria, ceria doped alumina, and an alumina layer containing at least one component selected from the group of platinum, palladium and rhodium. There is a second layer containing lanthanum doped alumina, praseodymium stabilized zirconium, lanthanum oxide, and one or more components selected from the group of palladium and rhodium. The two layers are individually placed on the catalyst carrier to form a catalyst for exhaust gas purification.

일본 특허 제J-63-205141-A호에는 바닥 층은 희토류 산화물 함유 알루미나 지지체 상에 분산된 백금, 또는 백금 및 로듐을 포함하고, 탑 코트는 알루미나, 지르코니아 및 희토류 산화물을 포함하는 지지체 상에 분산된 팔라듐 및 로듐을 포함하는 적층 자동차 촉매가 개시되어 있다. Japanese Patent No. J-63-205141-A discloses that the bottom layer comprises platinum dispersed on a rare earth oxide containing alumina support, or platinum and rhodium, and the top coat is dispersed on a support comprising alumina, zirconia and rare earth oxides. Laminated automotive catalysts comprising palladium and rhodium are disclosed.

일본 특허 제J-63-077544-A호에는 알루미나, 란타나 및 기타 희토류 산화물을 포함하는 지지체 상에 분산된 팔라듐을 포함하는 제1 층, 및 알루미나, 지르코니아, 란타나 및 희토류 산화물을 포함하는 지지체 상에 분산된 로듐을 포함하는 제2 코트를 갖는 적층 자동차 촉매가 개시되어 있다. Japanese Patent J-63-077544-A discloses a first layer comprising palladium dispersed on a support comprising alumina, lanthana and other rare earth oxides, and a support comprising alumina, zirconia, lanthana and rare earth oxides. Laminated automotive catalysts having a second coat comprising dispersed rhodium are disclosed.

일본 특허 제J-63-007895-A호에는 두 개의 촉매 성분을 포함하는 배기 가스 촉매가 개시되어 있는데, 하나는 내화성 무기 산화물 지지체 상에 분산된 백금을 포함하고, 다른 하나는 내화성 무기 산화물 지지체 상에 분산된 팔라듐 및 로듐을 포함한다. Japanese Patent J-63-007895-A discloses an exhaust gas catalyst comprising two catalyst components, one comprising platinum dispersed on a refractory inorganic oxide support, and the other on a refractory inorganic oxide support. Palladium and rhodium dispersed therein.

미국 특허 제4,587,231호에는 배기 가스 정제용 모노리스 3 방향 촉매의 제조 방법이 개시되어 있다. 먼저, 산화세륨 함유 활성 알루미나 분말을 세리아 분말과 함께 분산시킨 코팅 슬립으로 캐리어를 처리한 후, 처리된 캐리어를 베이킹함으로써 혼합 산화물 코팅을 모노리스 캐리어에 제공된다. 이어서, 백금, 로듐 및(또는) 팔라듐을 열 분해에 의해 산화물 코팅 상에 침착시킨다. 임의적으로, 지르코니아 분말이 코팅 슬립에 첨가될 수 있다. U.S. Patent No. 4,587,231 discloses a process for preparing a monolith three-way catalyst for exhaust gas purification. First, the mixed oxide coating is provided to the monolith carrier by treating the carrier with a coating slip in which the cerium oxide containing active alumina powder is dispersed together with the ceria powder, and then baking the treated carrier. Platinum, rhodium and / or palladium are then deposited on the oxide coating by thermal decomposition. Optionally, zirconia powder can be added to the coating slip.

미국 특허 제4,134,860호는 촉매 구조물의 제조 방법에 관한 것이다. 촉매 조성물은 백금족 금속, 비천 금속, 희토류 금속 및 알루미나와 같은 내화성 지지체를 함유할 수 있다. 조성물은 벌집상 구조물과 같이 상대적으로 불활성인 캐리어 상에 침착될 수 있다. US Pat. No. 4,134,860 relates to a method of making a catalyst structure. The catalyst composition may contain refractory supports such as platinum group metals, base metals, rare earth metals and alumina. The composition can be deposited on a relatively inert carrier such as a honeycomb structure.

미국 특허 제4,923,842호에는 하나 이상의 산소 저장 성분 및 하나 이상의 귀금속 성분이 분산되고, 산화란탄을 포함하는 상부층이 즉시 분산된 제1 지지체 및 임의적으로 제2 지지체를 포함하는 배기 가스 처리용 촉매 조성물이 개시되어 있다. 촉매층은 산화란탄으로부터 분리된다. 귀금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄 및 이리듐을 포함할 수 있다. 산소 저장 성분은 철, 니켈, 코발트 및 희토류로 이루어진 군으로부터의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 이들의 예로는 세륨, 란탄, 네오디뮴, 프라세오디뮴 등이 있다. U.S. Patent No. 4,923,842 discloses a catalyst composition for exhaust gas treatment comprising a first support and optionally a second support, wherein one or more oxygen storage components and one or more precious metal components are dispersed and the top layer comprising lanthanum oxide is immediately dispersed. It is. The catalyst layer is separated from lanthanum oxide. Precious metals may include platinum, palladium, rhodium, ruthenium and iridium. The oxygen storage component may comprise a metal oxide from the group consisting of iron, nickel, cobalt and rare earths. Examples thereof include cerium, lanthanum, neodymium, praseodymium and the like.

미국 특허 제5,057,483호에는 자동차 가솔린 엔진과 같은 내부 연소 엔진의 3 방향 전환에 적합한 촉매 조성물이 개시되어 있으며, 배기 가스는 캐리어 상에 두 개의 불연속 코트에 배치된 촉매 물질을 포함한다. 제1 코트는 제1 백금 촉매 성분이 분산되는 안정화 알루미나 지지체, 및 벌크 세리아를 포함하고, 또한 벌크 산화철, 황화수소 방출의 억제에 유효한 금속 산화물(예를 들면 벌크 산화니켈), 및 열안정화제로서 제1 코트 전체에 분산된 바리아 및 지르코니아 중 어느 하나이거나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 제1 코트 위에 놓인 탑 코트를 포함할 수 있는 제2 코트는 제1 로듐 촉매 성분이 분산되는 코폼 (예를 들면, 공침전) 희토류 산화물-지르코니아 지지체, 및 제2 백금 촉매 성분이 분산된 제2 활성화 알루미나 지지체를 함유한다. 또한, 제2 코트는 제2 로듐 촉매 성분, 및 임의적으로 활성화 알루미나 지지체로서 분산된 제3 백금 촉매 성분을 포함할 수 있다. U. S. Patent No. 5,057, 483 discloses a catalyst composition suitable for three-way conversion of an internal combustion engine, such as an automobile gasoline engine, wherein the exhaust gas comprises a catalytic material disposed in two discontinuous coats on a carrier. The first coat comprises a stabilized alumina support on which the first platinum catalyst component is dispersed, and bulk ceria, and is also effective as a bulk iron oxide, a metal oxide (eg bulk nickel oxide) effective for suppressing hydrogen sulfide release, and as a thermal stabilizer. It may comprise either or both of the varia and zirconia dispersed throughout one coat. A second coat, which may include a top coat overlying the first coat, comprises a coform (eg, coprecipitation) rare earth oxide-zirconia support on which the first rhodium catalyst component is dispersed, and a second on which the second platinum catalyst component is dispersed. It contains an activated alumina support. The second coat may also include a second rhodium catalyst component, and optionally a third platinum catalyst component dispersed as an activated alumina support.

저렴하고 안정한 3 방향 촉매계를 개발하는 것은 계속되는 목표이다. 또한, 상기 계는 질소 산화물을 질소로 환원시키면서 탄화수소 및 일산화탄소를 산화시키는 성능을 가져야 한다. Developing an inexpensive and stable three-way catalyst system is an ongoing goal. In addition, the system should have the ability to oxidize hydrocarbons and carbon monoxide while reducing nitrogen oxides to nitrogen.

<발명의 요약>Summary of the Invention

본 발명은 자동차 배기 가스의 처리에 특히 유용한 촉매 배기 가스 처리 제품에 관한 것이다. 배기 가스 처리 제품은 상류 촉매 구역 및 하나 이상의 하류 촉매 구역을 포함한다. 상류 촉매 구역은 상류 조성물을 포함하고, 하류 촉매 구역은 하류 스트림 조성물을 포함한다. 두 개의 촉매 구역은 개별적인 모노리스, 바람직하게는 벌집체와 같은 개별적인 기재 캐리어 상에 있을 수 있다. 별법으로, 두 개의 촉매 구역은 동일한 기재 캐리어 상에 있을 수 있다. 본 발명 제품의 기계적 고안의 목적은 상류 구역이 하류 구역에 비해 저온에서 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 배기 가스의 산화성 성분을 산화시키고(시키거나) 질소 산화물과 같은 배기 가스의 환원성 성분을 환원시키는 제품을 제조하고(하거나), 화학 조성물을 제공하는 것이다. The present invention relates to catalytic exhaust gas treatment products which are particularly useful for the treatment of automotive exhaust gases. The exhaust gas treatment product includes an upstream catalyst zone and one or more downstream catalyst zones. The upstream catalyst zone comprises an upstream composition and the downstream catalyst zone comprises a downstream stream composition. The two catalyst zones can be on separate monoliths, preferably on separate substrate carriers such as honeycombs. Alternatively, the two catalyst zones can be on the same substrate carrier. The object of the mechanical design of the product is to produce a product in which the upstream zone oxidizes the oxidative component of the exhaust gas, such as carbon monoxide and hydrocarbons, and / or reduces the reducing component of the exhaust gas, such as nitrogen oxides, at a lower temperature than the downstream region. And / or to provide a chemical composition.

이는 본 발명에 따라 상류 구역 조성물에 비해 저온에서 하류 구역내에 배기 가스의 산화 및(또는) 환원을 촉진하도록 디자인된 제1 구역의 촉매 조성물을 사용함으로써 달성될 수 있다. 하류 구역 조성물은 가스가 정적 상태 작동 온도에 도달되면 배기 가스 성분의 반응을 보다 효과적으로 촉진하도록 디자인한다. This can be achieved by using the catalyst composition of the first zone designed according to the invention to promote the oxidation and / or reduction of the exhaust gas in the downstream zone at low temperature compared to the upstream zone composition. The downstream zone composition is designed to more effectively promote the reaction of the exhaust gas components when the gas reaches a steady state operating temperature.

바람직한 상류 조성물은 제1 상류 지지체, 및 지지체 상에 위치한 하나 이상의 제1 상류 팔라듐 성분을 포함한다. 하류 촉매 구역은 제1 하류 지지체, 및 지지체 상에 위치한 하나 이상의 제1 하류 백금족 성분을 포함한다. 바람직하게는, 제1 하류 지지체 및 하나 이상의 제1 하류 백금족 성분을 포함하는 제1 하류 층, 및 제2 하류 지지체 및 하나 이상의 제2 하류 백금 성분을 포함하는 제2 하류 층이 있다. 제1 및 제2 백금족 금속 성분은 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 로듐, 백금 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 성분을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 하나 이상의 제1 및 제2 하류 백금족 성분은 팔라듐 성분을 포함한다. Preferred upstream compositions include a first upstream support and at least one first upstream palladium component located on the support. The downstream catalyst zone comprises a first downstream support and at least one first downstream platinum group component located on the support. Preferably, there is a first downstream layer comprising a first downstream support and at least one first downstream platinum group component, and a second downstream layer comprising a second downstream support and at least one second downstream platinum component. The first and second platinum group metal components may be the same or different and may comprise a component selected from the group consisting of rhodium, platinum and palladium. More preferably, the at least one first and second downstream platinum group component comprises a palladium component.

<상류 촉매><Upstream Catalyst>

바람직한 실시태양에서, 본 발명의 상류 구역은 900 ℃ 이상까지 열적으로 안정한 상류 촉매 제품을 포함한다. 바람직하게는 상류 촉매 제품은 일반적으로 3 방향 전환 촉매 또는 TWC 촉매라 부르는 유형의 단층 또는 다층 촉매 복합체일 수 있는 촉매를 포함한다. 상류 구역 촉매 제품은 팔라듐 금속 및(또는) 산화팔라듐과 같은 팔라듐 화합물을 포함할 수 있는 팔라듐 성분을 포함하는 하나 이상의 층을 포함한다. 단층이 사용되는 경우, 바람직하게는 상류 촉매 조성물에는 실질적으로 산소 저장 성분이 없다. 상류 단층 조성물은 팔라듐 성분과 치밀하게 접촉하지 않는 산소 저장 성분을 함유할 수 있다. In a preferred embodiment, the upstream zone of the present invention comprises an upstream catalyst product that is thermally stable up to 900 ° C or higher. Preferably the upstream catalyst product comprises a catalyst which may be a single layer or multilayer catalyst composite of the type generally referred to as a three-way conversion catalyst or a TWC catalyst. The upstream zone catalyst article comprises one or more layers comprising a palladium component, which may include a palladium compound, such as a palladium metal and / or palladium oxide. If a single layer is used, the upstream catalyst composition is preferably substantially free of oxygen storage components. The upstream monolayer composition may contain an oxygen storage component that is not in intimate contact with the palladium component.

바람직한 상류 촉매 복합체는 본원에 참고로 포함되고 통상적으로 양도된 미국 특허 출원 제08/265,076호에 개시되어 있다. TWC 촉매는 탄화수소와 일산화탄소의 산화, 및 질소 산화물의 환원을 실질적으로 동시에 촉진시킬 수 있다는 점에서 다관능성이다. 상류 촉매 복합체의 상대 층 및 이런 상류 층의 특정 조성물은 안정하며 경제적인 계를 제공한다. 이는 팔라듐이 복합체 중 유일한 백금 금속족 성분일지라도 탄화수소와 일산화탄소의 효과적인 산화, 및 질소 산화물 화합물의 개선된 전환을 유지시킨다. Preferred upstream catalyst composites are disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 265,076, incorporated herein by reference and commonly assigned. TWC catalysts are multifunctional in that they can promote the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide and the reduction of nitrogen oxides substantially simultaneously. The counter layer of the upstream catalyst composite and the specific composition of this upstream layer provide a stable and economical system. This maintains effective oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide, and improved conversion of nitrogen oxide compounds, even though palladium is the only platinum metal group component in the complex.

본 발명의 바람직한 상류 적층 촉매 복합체 구조물은 제1 상류 층 조성물을 갖는 제1 상류 층, 및 제2 상류 층 조성물을 갖는 제2 상류 층을 포함하도록 디자인된다. 또한, 제1 상류 층은 바닥 또는 내부 상류 층이라 부르고, 제2 상류 층은 탑 또는 외부 상류 층이라 부른다. 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물을 포함하는 배기 가스 방출물은 우선 제2 또는 탑 상류 층과 접촉한다. 탑 상류 층에서 백금족 금속은 질소 산화물에서 질소로의 환원 및 탄화수소의 산화를 촉진하는 작용을 한다. 탑 층은 세리아와 같은 산소 저장 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 세리아는 탑 층에서 백금족 금속과 치밀하게 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 이는 탑 층을 가용성 세리아염의 용액이 아닌 세리아-지르코니아 복합체로 제조함으로써 달성될 수 있다. 복합 산소 저장 조성물은 벌크 형태이다. 벌크 형태는 조성물이 고체, 바람직하게는 미립자 형태, 보다 바람직하게는 입자의 약 95 중량% 이상의 직경이 통상적으로 0.1 내지 5.0, 및 바람직하게는 0.5 내지 3 미크로미터인 입도 분포를 갖는 형태를 의미한다. 벌크 입자에 대한 논의는 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제5,057,483호를 참고한다. Preferred upstream laminate catalyst composite structures of the present invention are designed to include a first upstream layer with a first upstream layer composition, and a second upstream layer with a second upstream layer composition. The first upstream layer is also called the bottom or inner upstream layer, and the second upstream layer is called the top or outer upstream layer. Exhaust gas emissions comprising hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides are first contacted with a second or tower upstream layer. The platinum group metal in the tower upstream layer serves to promote the reduction of nitrogen oxides to nitrogen and the oxidation of hydrocarbons. The top layer may comprise an oxygen storage component such as ceria. However, ceria is preferably not in intimate contact with the platinum group metal in the top layer. This can be achieved by making the top layer with a ceria-zirconia complex that is not a solution of soluble ceria salt. The composite oxygen storage composition is in bulk form. By bulk form is meant that the composition has a particle size distribution in which the composition is in solid, preferably particulate form, more preferably at least about 95% by weight of the particles, typically from 0.1 to 5.0, and preferably from 0.5 to 3 micrometers. . For a discussion of bulk particles, see US Pat. No. 5,057,483, which is incorporated herein by reference.

탑 또는 제2 상류 층을 통과한 후 배기 가스는 제1 또는 바닥 상류 층과 접촉한다. 상기 층에서, 백금족 금속은 세리아와 같은 산소 저장 성분과 치밀하게 접촉한다. 이는 바닥 상류 층 조성물에 세륨 성분을 지지체 및 기타 미립자 물질을 함침하는 가용성 세륨 염 용액의 형태로 도입시킴으로써 달성될 수 있다. 세륨 염은 하소할 때 산화세륨 (세리아)으로 전환된다. 바람직하게는 백금족 금속과 치밀하게 접촉한 세리아가 산화 및 환원 반응을 개선시키는 것으로 여겨진다. 치밀하게 접촉하는 것은 상기 접촉에서 성분 (예, 바닥 층의 백금족 금속 성분 및 산소 저장 성분)의 유효량이 동일한 지지체 상에 있고(있거나) 직접 접촉하는 것을 의미한다. 치밀하게 접촉하지 않음(또는 물리적으로 분리됨)으로써 성분 (예, 탑 층의 세리아 및 백금족 성분)은 동일한 지지체 상에 있지 않거나 또는 동일한 입자에 포함되지 않는다. After passing through the top or second upstream layer, the exhaust gas contacts the first or bottom upstream layer. In this layer, the platinum group metal is in intimate contact with an oxygen storage component such as ceria. This can be accomplished by introducing the cerium component into the bottom upstream layer composition in the form of a soluble cerium salt solution impregnated with the support and other particulate material. Cerium salts are converted to cerium oxide (ceria) upon calcination. Preferably ceria in intimate contact with the platinum group metal is believed to improve the oxidation and reduction reactions. Close contact means that the effective amount of the component (eg, the platinum group metal component of the bottom layer and the oxygen storage component) is on the same support and / or is in direct contact. By not in close contact (or physically separated), the components (eg, the ceria and platinum group components of the top layer) are not on the same support or are not included in the same particles.

본 발명은 제1 상류 층 및 제2 상류 층을 포함하는 적층 상류 촉매 복합체를 포함한다. 제1 상류 층은 제1 상류 지지체를 포함한다. 제1 층은 제1 상류 팔라듐 성분 및 임의적으로 팔라듐 이외에 하나 이상의 제1 상류 백금족 금속 성분, 제1 상류 층의 백금족 금속 성분과 치밀하게 접촉한 상류 산소 저장 성분을 포함한다. 바람직하게는, 제1 상류 층은 제1 상류 지르코늄 성분, 하나 이상의 제1 상류 알칼리 토금속 성분, 및 란탄 금속 성분과 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제1 상류 희토류 금속 성분을 추가로 포함한다. The present invention includes a laminated upstream catalyst composite comprising a first upstream layer and a second upstream layer. The first upstream layer comprises a first upstream support. The first layer comprises a first upstream palladium component and optionally one or more first upstream platinum group metal components in addition to palladium, an upstream oxygen storage component in intimate contact with the platinum group metal component of the first upstream layer. Preferably, the first upstream layer further comprises one or more first upstream zirconium components, one or more first upstream alkaline earth metal components, and one or more first upstream rare earth metal components selected from the group consisting of lanthanum metal components and neodymium metal components. .

바람직하게는 제2 상류 층은 제2 상류 팔라듐 성분, 및 임의적으로 팔라듐 이외에 하나 이상의 제2 상류 백금족 금속 성분을 포함한다. 바람직하게는 제2 상류 층은 제2 상류 지르코늄 성분, 하나 이상의 제2 상류 알칼리 토금속 성분, 및 란탄 금속 성분과 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 상류 희토류 금속 성분을 추가로 포함한다. 바람직하게는, 각 상류 층은 지르코늄 성분, 하나 이상의 알칼리 토금속 성분 및 희토류 성분을 함유한다. 가장 바람직하게는, 각 상류 층은 하나 이상의 알칼리 토금속 성분 및 하나 이상의 희토류 성분을 모두 포함한다. 임의적으로 제1 상류 층은 제2 산소 저장 성분을 포함하는 제2 상류 산소 저장 조성물을 추가로 포함한다. 바람직하게는 제2 산소 저장 성분 및(또는) 제2 산소 저장 조성물은 벌크의 형태이고, 또한 제1 백금족 금속 성분과 치밀하게 접촉할 수 있다. 본 발명의 특정적이고 바람직한 실시태양에서 제1 상류 백금족 금속은 제1 상류 층에서 실질적으로 유일한 백금족 금속 성분인 제1 상류 팔라듐 성분을 필수적으로 포함한다. 상기 바람직한 실시태양에서 제2 상류 백금족 금속 성분은 제2 팔라듐 성분이 제2 상류 층에서 실질적으로 유일한 백금족 금속 성분인 제2 팔라듐 성분을 필수적으로 포함한다. Preferably the second upstream layer comprises a second upstream palladium component, and optionally at least one second upstream platinum group metal component in addition to palladium. Preferably the second upstream layer further comprises at least one second upstream rare earth metal component selected from the group consisting of a second upstream zirconium component, at least one second upstream alkaline earth metal component, and a lanthanum metal component and a neodymium metal component. Preferably, each upstream layer contains a zirconium component, at least one alkaline earth metal component and a rare earth component. Most preferably, each upstream layer comprises both at least one alkaline earth metal component and at least one rare earth component. Optionally, the first upstream layer further comprises a second upstream oxygen storage composition comprising a second oxygen storage component. Preferably the second oxygen storage component and / or the second oxygen storage composition is in the form of a bulk and may be in intimate contact with the first platinum group metal component. In a particular and preferred embodiment of the present invention the first upstream platinum group metal essentially comprises a first upstream palladium component which is a substantially unique platinum group metal component in the first upstream layer. In this preferred embodiment the second upstream platinum group metal component essentially comprises a second palladium component wherein the second palladium component is a substantially unique platinum group metal component in the second upstream layer.

임의적으로, 제1 및(또는) 제2 상류 층은 미립자 형태의 상류 산소 저장 복합체를 포함한다. 바람직하게는 상류 산소 저장 복합체가 세리아 및 지르코니아를 포함하고, 임의적으로 및 보다 바람직하게는 란탄 및 네오디뮴 성분 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 희토류 성분을 포함한다. 특히 바람직한 복합체는 세리아, 네오디미아 및 지르코니아를 포함한다. 바람직하게는 지르코니아 60 내지 90 중량%, 세리아 10 내지 30 중량%, 및 네오디미아 10 중량% 이하로 존재한다. 복합체에서 세리아는 일산화탄소의 산화 및 질소 산화물의 환원을 개선시키는 산소 저장 성분으로서 작용하고, 바람직하지 못한 상 변환을 방지함으로써 지르코니아의 안정화를 돕는다. 상기 제시된 바와 같이, 본 발명의 특정적이고 바람직한 조성물은 제1 및 제2 층이 각각 제1 팔라듐 성분 및 제2 팔라듐 성분을 필요로 하는 것이다. 임의적으로, 제1 상류 층은 백금, 로듐, 루테늄, 및 이리듐 성분으로 이루어진 군으로부터 바람직하게 선택된 하나 이상의 추가되는 백금족 금속 성분을 추가로 포함할 수 있는데, 바람직하게 추가되는 제1 층 백금족 금속 성분은 백금 및 로듐 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. Optionally, the first and / or second upstream layer comprises an upstream oxygen storage composite in particulate form. Preferably the upstream oxygen storage complex comprises ceria and zirconia and optionally and more preferably comprises a rare earth component selected from the group consisting of lanthanum and neodymium components and mixtures thereof. Particularly preferred complexes include ceria, neodymia and zirconia. Preferably from 60 to 90% by weight of zirconia, 10 to 30% by weight of ceria, and up to 10% by weight of neodymia. Ceria in the complex acts as an oxygen storage component that improves the oxidation of carbon monoxide and the reduction of nitrogen oxides and helps stabilize zirconia by preventing undesirable phase conversion. As set forth above, a particular and preferred composition of the present invention is that the first and second layers require a first palladium component and a second palladium component, respectively. Optionally, the first upstream layer may further comprise one or more additional platinum group metal components, preferably selected from the group consisting of platinum, rhodium, ruthenium, and iridium components, wherein preferably the first layer platinum group metal component added Platinum and rhodium and mixtures thereof.

유사하게, 제2 상류 층은 제2 팔라듐 성분 이외에, 바람직하게는 백금, 로듐, 루테늄 및 이리듐 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 백금족 금속 성분을 추가로 포함할 수 있는데, 백금 및 로듐 성분이 바람직하다. Similarly, the second upstream layer may further comprise, in addition to the second palladium component, one or more second platinum group metal components, preferably selected from the group consisting of platinum, rhodium, ruthenium and iridium components, wherein the platinum and rhodium components are desirable.

제시된 바와 같이, 본 발명에 따라 제1 상류 층은 팔라듐을 포함하고 바람직하게는 팔라듐만 실질적으로 포함하는 제1 백금족 금속과 바람직하게 치밀하게 접촉하는 제1 산소 저장 성분을 포함한다. 또한, 벌크 세리아, 벌크 프라세오디미아와 같은 제1 상류 벌크 산소 저장 성분, 및(또는) 세리아 지르코니아 미립자 복합체와 같은 산소 저장 복합체가 존재할 수 있다. As shown, according to the present invention the first upstream layer comprises a first oxygen storage component which is preferably in intimate contact with the first platinum group metal comprising palladium and preferably substantially only palladium. There may also be a first upstream bulk oxygen storage component, such as bulk ceria, bulk praseodymia, and / or an oxygen storage complex, such as a ceria zirconia particulate composite.

제2 상류 층은 팔라듐을 포함하고 가장 바람직하게는 팔라듐을 필수적으로 포함하는 제2 백금족 금속 성분을 포함한다. 제2 상류 층에서 산소 저장 성분이 존재하는 경우 바람직하게는 백금족 금속 성분과 치밀하게 접촉하지 않고, 바람직하게는 세리아, 지르코니아, 및 임의적으로 및 바람직하게는 네오디미아 또는 란타나와 같은 희토류 금속 산화물의 복합체를 포함할 수 있는 벌크 제2 산소 저장 복합체를 포함한다. The second upstream layer comprises a second platinum group metal component comprising palladium and most preferably essentially including palladium. The presence of an oxygen storage component in the second upstream layer is preferably not in intimate contact with the platinum group metal component, preferably of ceria, zirconia, and optionally and preferably of rare earth metal oxides such as neodymia or lanthana. A bulk second oxygen storage complex, which may include the complex.

특정적이고 바람직한 실시태양에서 제1 상류 층은 제1 상류 지지체; 상기 제1 상류 지지체 상에 분산된 제1 상류 팔라듐 성분을 포함하는 하나 이상의 제1 상류 백금족 금속 성분; 및 상기 상류 백금족 금속 성분과 치밀하게 접촉하는 상류 산소 저장 성분, 바람직하게는 세리아; 하나 이상의 상류 알칼리 토금속 성분, 하나 이상의 상류 지르코늄 성분, 및 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 상류 제1 희토류 토금속 성분을 포함한다. 제2 상류 층은 상기 제1 상류 지지체와 동일하거나 또는 상이할 수 있는 제2 상류 지지체; 제2 팔라듐 성분을 포함하는 상기 제2 지지체 상에 분산된 하나 이상의 제2 상류 백금족 금속; 상기 제1 알칼리 토금속 성분과 동일하거나 또는 상이할 수 있는 하나 이상의 제2 상류 알칼리 토금속 성분; 하나 이상의 제2 상류 지르코늄 성분; 및 상기 제1 희토류 금속 성분과 상이할 수 있는 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 상류 희토류 금속 성분을 포함한다. In a particular and preferred embodiment the first upstream layer comprises a first upstream support; At least one first upstream platinum group metal component comprising a first upstream palladium component dispersed on the first upstream support; And an upstream oxygen storage component, preferably ceria, in intimate contact with said upstream platinum group metal component; At least one upstream alkaline earth metal component, at least one upstream zirconium component, and at least one upstream first rare earth earth component selected from the group consisting of lanthanum metal components and neodymium metal components. The second upstream layer comprises a second upstream support, which may be the same as or different from the first upstream support; At least one second upstream platinum group metal dispersed on said second support comprising a second palladium component; At least one second upstream alkaline earth metal component, which may be the same as or different from the first alkaline earth metal component; At least one second upstream zirconium component; And at least one second upstream rare earth metal component selected from the group consisting of a lanthanum metal component and a neodymium metal component, which may be different from the first rare earth metal component.

바람직한 제1 및 제2 상류 지지체는 실리카, 알루미나, 및 티타니아 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 동일하거나 또는 상이한 화합물일 수 있다. 보다 바람직하게는 제1 및 제2 상류 지지체는 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 알루미노-실리케이트, 알루미나-지르코니아, 알루미나-크로미아, 및 알루미나-세리아로 이루어진 군으로부터 선택된 활성화 화합물이다. 가장 바람직하게는 제1 및 제2 상류 지지체는 활성화 알루미나이다. Preferred first and second upstream supports can be the same or different compounds selected from the group consisting of silica, alumina, and titania compounds. More preferably the first and second upstream supports are activating compounds selected from the group consisting of alumina, silica, silica-alumina, alumino-silicates, alumina-zirconia, alumina-chromia, and alumina-ceria. Most preferably the first and second upstream supports are activated alumina.

알칼리 토금속은 제1 및 제2 상류 층 조성물을 안정화시키는 것으로 여겨지고, 란탄 및 네오디뮴 성분으로부터 선택된 희토류 금속 성분은 제1 및 제2 상류 층 조성물의 촉매 활성을 촉진시키는 것으로 여겨진다. 두 개의 상류 층에서 지르코늄 성분은 워시코트 안정화제 및 촉진제로서 작용한다. The alkaline earth metal is believed to stabilize the first and second upstream layer compositions, and the rare earth metal component selected from the lanthanum and neodymium components is believed to promote the catalytic activity of the first and second upstream layer compositions. The zirconium component in both upstream layers acts as washcoat stabilizer and promoter.

제1 및 제2 상류 조성물을 갖는 상류 층의 특정 구조물은 각 층에서 유일한 백금족 금속으로서 팔라듐과 함께 사용되는 경우에도 유효한 3 방향 촉매가 되는 것으로 밝혀졌다. 복합체는 펠릿의 내부 상에 제1 층 및 외부 상에 제2 층이 있는 펠릿과 같은 자체 지지 제품의 형태일 수 있다. 별법으로, 및 보다 바람직하게 제1 층은 또한 기재, 바람직하게는 벌집상 기재라 부르는 캐리어 상에 지지되고, 제2 층은 기재에 도포된 제1 층 상에 지지된다. The particular structure of the upstream layers with the first and second upstream compositions has been found to be an effective three-way catalyst even when used with palladium as the only platinum group metal in each layer. The composite may be in the form of a self supporting product such as a pellet having a first layer on the inside of the pellet and a second layer on the outside. Alternatively, and more preferably the first layer is supported on a carrier, also called a honeycomb substrate, and the second layer is supported on a first layer applied to the substrate.

하나 이상의 제1 및 하나 이상의 제2 상류 알칼리 토금속은 마그네슘, 바륨, 칼슘 및 스트론튬, 바람직하게는 스트론튬 및 바륨으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 가장 바람직하게는 제1 알칼리 토금속 성분은 산화바륨을 포함하고, 제2 알칼리 토금속 성분은 산화스트론튬을 포함한다. 안정화는 각 층의 촉매 조성물의 전환 효능도가 승온에서 보다 긴 시간 동안 유지되는 것을 의미한다. 알루미나와 같은 안정화 지지체 및 귀금속과 같은 촉매 성분은 고온 노출에 대한 분해 저항성이 보다 크므로 총 전환 효능도를 우수하게 유지시킨다. The at least one first and at least one second upstream alkaline earth metal may be selected from the group consisting of magnesium, barium, calcium and strontium, preferably strontium and barium. Most preferably the first alkaline earth metal component comprises barium oxide and the second alkaline earth metal component comprises strontium oxide. Stabilization means that the conversion efficiency of the catalyst composition of each layer is maintained for longer time at elevated temperature. Stabilizing supports such as alumina and catalyst components such as noble metals have greater degradation resistance to high temperature exposure and thus maintain good total conversion efficacy.

또한, 개별적으로 및 바람직하게 제1 상류 층 조성물 및 제2 상류 층 조성물은 촉진제로서 작용하는 것으로 여겨지는 제1 및 제2 희토류 금속 성분을 포함한다. 희토류 금속 성분은 란탄 및 네오디뮴으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속으로부터 유도된다. 특정 실시태양에서, 제1 희토류 금속 성분은 실질적으로 란타나이고, 제2 희토류 금속 성분은 실질적으로 네오디미아이다. 촉진제는 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물에서 무해 화합물로의 전환을 개선한다. In addition and individually and preferably the first upstream layer composition and the second upstream layer composition comprise first and second rare earth metal components believed to act as accelerators. The rare earth metal component is derived from a metal selected from the group consisting of lanthanum and neodymium. In certain embodiments, the first rare earth metal component is substantially lantana and the second rare earth metal component is substantially neodymia. Accelerators improve the conversion of hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides into harmless compounds.

특정적이고 바람직한 실시태양에서 제1 및(또는) 제2 층은 황화수소 방출물과 같은 황화물을 제거하는데 유용한 니켈 또는 철 성분을 추가로 포함한다. 가장 바람직하게는 제1 층은 니켈 또는 철 화합물을 포함한다.In certain and preferred embodiments the first and / or second layer further comprises a nickel or iron component useful for removing sulfides, such as hydrogen sulfide emissions. Most preferably the first layer comprises a nickel or iron compound.

조성물이 모노리스 캐리어 기재에 얇은 코팅으로서 도포되는 경우, 성분의 비율은 통상적으로 촉매 및 기재의 세제곱 인치 당 물질의 그램으로서 표시된다. 이 측정은 상이한 모노리스 캐리어 기재에 상이한 가스 유동 통로 셀 크기를 조절한다. 백금족 금속 성분은 백금족 금속의 중량을 기준으로 한다. When the composition is applied as a thin coating to a monolith carrier substrate, the proportion of components is typically expressed as grams of material per cubic inch of catalyst and substrate. This measurement controls different gas flow passage cell sizes on different monolithic carrier substrates. The platinum group metal component is based on the weight of the platinum group metal.

유용하고 바람직한 제1 상류 층은;Useful and preferred first upstream layers are;

하나 이상의 팔라듐 성분을 약 0.003 내지 약 0.6 g/in3;From about 0.003 to about 0.6 g / in 3 of at least one palladium component;

하나 이상의 제1 백금 및(또는) 제1 로듐 성분을 약 0 내지 약 0.065 g/in3;From about 0 to about 0.065 g / in 3 of at least one first platinum and / or first rhodium component;

제1 지지체를 약 0.15 내지 약 2.0 g/in3;From about 0.15 to about 2.0 g / in 3 of the first support;

제1 층 중의 총 제1 산소 저장 성분을 약 0.05 내지 약 2.0 g/in3;From about 0.05 to about 2.0 g / in 3 of the total first oxygen storage component in the first layer;

하나 이상의 제1 알칼리 토금속 성분을 0.0 및 바람직하게는 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3;0.0 and preferably about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one first alkaline earth metal component;

제1 지르코늄 성분을 약 0.0 및 바람직하게는 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3; 및From about 0.0 and preferably from about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of the first zirconium component; And

세리아 금속 성분, 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제1 희토류 금속 성분을 0.0 및 바람직하게는 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 갖는다.0.0 and preferably about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one first rare earth metal component selected from the group consisting of ceria metal component, lanthanum metal component and neodymium metal component.

유용하고 바람직한 제2 상류 층은;Useful and preferred second upstream layers are;

하나 이상의 제2 팔라듐 성분을 약 0.003 내지 약 0.6 g/in3;From about 0.003 to about 0.6 g / in 3 of at least one second palladium component;

하나 이상의 제1 백금 및(또는) 로듐 성분을 0.0 내지 약 0.065 g/in3;0.0 to about 0.065 g / in 3 of at least one first platinum and / or rhodium component;

제2 지지체를 약 0.15 내지 약 2.0 g/in3;From about 0.15 to about 2.0 g / in 3 of the second support;

란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 희토류 금속 성분을 0.0 및 바람직하게는 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3;0.0 and preferably about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one second rare earth metal component selected from the group consisting of lanthanum metal components and neodymium metal components;

하나 이상의 제2 알칼리 토금속 성분을 0.0 및 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.5 g/in3; 및0.0 and preferably about 0.25 to about 0.5 g / in 3 of at least one second alkaline earth metal component; And

제2 지르코늄 성분을 0.0 및 바람직하게는 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 갖는다. 그러나, 제1 층은 알칼리 토금속 성분 및(또는) 희토류 성분을 필요로 하고, 제2 층은 알칼리 토금속 성분 및(또는) 희토류 금속 성분을 필요로 한다.From 0.0 and preferably from about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of the second zirconium component. However, the first layer requires an alkaline earth metal component and / or a rare earth component, and the second layer requires an alkaline earth metal component and / or a rare earth metal component.

제1 및(또는) 제2 층은 미립자 형태의 세리아-지르코니아 복합체를 포함하는 산소 저장 복합체를 0.0 내지 약 2.0 g/in3 가질 수 있다.The first and / or second layer may have from 0.0 to about 2.0 g / in 3 of an oxygen storage composite comprising a ceria-zirconia composite in particulate form.

적층 상류 촉매 복합체는 펠릿의 내부 상에 제1 층 및 외부 상에 제2 층이 있는 펠릿과 같은 자체 지지 제품의 형태일 수 있다. 별법으로 및 보다 바람직하게는 제1 상류 층은 기재, 바람직하게는 벌집상 캐리어 상에 지지될 수 있고, 제2 상류 층은 기재 상에 도포된 제1 상류 층 상에 지지된다. The laminated upstream catalyst composite may be in the form of a self supporting product such as a pellet having a first layer on the inside of the pellet and a second layer on the outside. Alternatively and more preferably the first upstream layer can be supported on a substrate, preferably a honeycomb carrier, and the second upstream layer is supported on a first upstream layer applied on the substrate.

<하류 촉매><Downstream catalyst>

바람직한 실시태양에서, 본 발명의 하류 구역은 900 ℃ 이상까지 열적으로 안정한 하류 촉매를 포함한다. 바람직하게는 하류 촉매 제품은 일반적으로 3 방향 전환 촉매 또는 TWC 촉매라 부르는 유형의 단층 또는 다층 촉매 복합체일 수 있는 촉매를 포함한다. 바람직하게는 하류 구역 촉매 제품은 팔라듐 성분 및 하나 이상의 추가되는 귀금속 성분을 포함하는 하나 이상의 층을 포함한다. 바람직하게 추가되는 귀금속 성분은 백금족 금속, 금 및 은으로부터 선택된 하나 이상의 추가되는 귀금속 성분일 수 있다. 바람직하게 추가되는 금속은 바람직하게는 백금 및(또는) 로듐으로부터 선택된 백금족 금속이다. 가장 바람직하게는, 백금족 금속은 로듐을 포함한다. 성분은 금속 및(또는) 산화팔라듐과 같은 화합물일 수 있다. In a preferred embodiment, the downstream zone of the present invention comprises a downstream catalyst that is thermally stable up to at least 900 ° C. Preferably the downstream catalyst product comprises a catalyst which may be a single layer or multilayer catalyst composite of the type generally referred to as a three-way conversion catalyst or a TWC catalyst. Preferably the downstream zone catalyst article comprises at least one layer comprising a palladium component and at least one additional precious metal component. Preferably the additional precious metal component may be one or more additional precious metal components selected from platinum group metals, gold and silver. Preferably the metal to be added is a platinum group metal, preferably selected from platinum and / or rhodium. Most preferably, the platinum group metal comprises rhodium. The component may be a compound such as a metal and / or palladium oxide.

바람직한 하류 촉매 복합체가 본원에 참고로 포함된 통상적으로 양도된 미국 특허 출원 제08/563,884호에 기재되어 있다. Preferred downstream catalyst composites are described in commonly assigned US patent application Ser. No. 08 / 563,884, which is incorporated herein by reference.

또한 바닥 또는 내부 하류 층이라 부르는 하류 제1 층, 및 또한 탑 또는 외부 하류 층이라 부르는 제2 하류 층이 있다. 제1 하류 층은 하나 이상의 제1 팔라듐 성분을 포함한다. 제1 하류 층은 임의적으로 제1 및 제2 층에 백금 성분의 총 백금 금속을 기재로 하는 소량의 백금 성분을 함유할 수 있다. 제2 하류 층은 두 개 이상의 제2 백금족 금속 성분을 포함하며, 백금족 금속 성분의 하나는 제2 백금 성분이고 다른 하나는 로듐 성분이다. 바람직하게는 제2 하류 층은 희석된 제2 산소 저장 성분을 포함하는 제2 하류 산소 저장 조성물을 포함한다. 제2 하류 산소 저장 조성물은 산소 저장 성분 이외에 희석제를 포함한다. 유용하고 바람직한 희석제는 내화성 산화물을 포함한다. 희석은 제2 하류 산소 저장 성분이 상대적으로 소량으로 산소 저장 조성물에 존재하는 것을 의미하는데 사용된다. 조성물은 고상 참용액일 수 있거나 또는 아닐 수 있는 복합체로서 특징지워질 수 있는 혼합물이다. 제2 하류 산소 저장 성분은 희석되어 로듐 성분과의 상호 작용을 최소화한다. 상기 상호 작용이 장기간 촉매 활성을 감소시킬 수 있다. There is also a downstream first layer called the bottom or inner downstream layer, and also a second downstream layer called the top or outer downstream layer. The first downstream layer comprises one or more first palladium components. The first downstream layer may optionally contain a small amount of platinum component based on the total platinum metal of the platinum component in the first and second layers. The second downstream layer comprises at least two second platinum group metal components, one of the platinum group metal components being the second platinum component and the other being the rhodium component. Preferably the second downstream layer comprises a second downstream oxygen storage composition comprising a diluted second oxygen storage component. The second downstream oxygen storage composition includes a diluent in addition to the oxygen storage component. Useful and preferred diluents include refractory oxides. Dilution is used to mean that the second downstream oxygen storage component is present in the oxygen storage composition in a relatively small amount. The composition is a mixture that can be characterized as a complex which may or may not be a solid true solution. The second downstream oxygen storage component is diluted to minimize interaction with the rhodium component. This interaction can reduce long term catalytic activity.

탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물을 포함하는 배기 가스 방출물은 우선 제2 하류 층과 접촉한다. 바람직한 층 조성물에서 제2 하류 층 중 제2 백금 성분 및 로듐 성분은 질소 산화물에서 질소로의 환원 및 탄화수소와 일산화탄소의 산화를 촉진하는 것으로 여겨진다. 탑 코트에서 제2 백금 성분은 로듐 성분을 촉진하여 로듐 촉매 활성을 증가시키는 것으로 여겨진다. 바람직하게는 제2 하류 층은 희토류 산화물, 바람직하게는 세리아와 같은 제2 산소 저장 성분을 포함하는 제2 하류 산소 저장 조성물을 포함한다. 제2 하류 산소 저장 성분은 내화성 금속 산화물, 바람직하게는 지르코니아와 같은 희석제로 희석된다. 특히 바람직한 제2 하류 산소 저장 조성물은 공침전 세리아/지르코니아 복합체이다. 바람직하게는 세리아가 30 중량% 이하로 있고, 지르코니아가 70 중량% 이상으로 있다. 바람직하게는, 산소 저장 조성물은 세리아, 및 세리아 이외에 하나 이상의 란타나, 네오디미아, 이트리아 또는 이의 혼합물을 포함한다. 특히 바람직한 미립자 복합체는 세리아, 네오디미아 및 지르코니아를 포함한다. 바람직하게는 지르코니아가 60 내지 90 중량%, 세리아가 10 내지 30 중량% 및 네오디미아가 10 중량% 이하로 존재한다. 세리아는 바람직하지 못한 상 변환을 방지함으로써 지르코니아를 안정화시키고, 일산화탄소의 산화 및 질소 산화물의 환원을 개선하는 산소 저장 성분으로서 작용한다. Exhaust gas emissions comprising hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides are first contacted with a second downstream layer. In a preferred layer composition the second platinum component and the rhodium component in the second downstream layer are believed to promote the reduction of nitrogen oxides to nitrogen and the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide. The second platinum component in the top coat is believed to promote the rhodium component to increase the rhodium catalytic activity. Preferably the second downstream layer comprises a second downstream oxygen storage composition comprising a second oxygen storage component such as a rare earth oxide, preferably ceria. The second downstream oxygen storage component is diluted with a diluent such as a refractory metal oxide, preferably zirconia. Particularly preferred second downstream oxygen storage composition is a coprecipitation ceria / zirconia complex. Preferably ceria is at most 30% by weight and zirconia is at least 70% by weight. Preferably, the oxygen storage composition comprises ceria and at least one lantana, neodymia, yttria or mixtures thereof in addition to ceria. Particularly preferred particulate composites include ceria, neodymia and zirconia. Preferably from 60 to 90% by weight of zirconia, 10 to 30% by weight of ceria and up to 10% by weight of neodymia. Ceria acts as an oxygen storage component that stabilizes zirconia by preventing undesirable phase conversion and improves oxidation of carbon monoxide and reduction of nitrogen oxides.

바람직하게는, 제2 하류 산소 저장 조성물은 벌크 형태이다. 벌크 형태는 조성물이 고상물, 바람직하게는 미립자 형태, 보다 바람직하게는 입자의 약 95 중량% 이상의 직경이 통상적으로 0.1 내지 5.0, 및 바람직하게는 0.5 내지 3 미크로미터인 입도 분포를 갖는 형태를 의미한다. 벌크 입자에 대한 논의는 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제4,714,694호 및 동 제5,057,483호를 참고로 한다. Preferably, the second downstream oxygen storage composition is in bulk form. By bulk form is meant a composition in which the composition has a particle size distribution of solids, preferably in particulate form, more preferably in diameter of at least about 95% by weight of the particles, typically from 0.1 to 5.0, and preferably from 0.5 to 3 micrometers. do. For a discussion of bulk particles, see US Pat. Nos. 4,714,694 and 5,057,483, incorporated herein by reference.

또한, 제2 하류 백금 성분 및 제2 하류 로듐 성분은 상호 작용하고 제2 산소 저장 조성물에서 제2 하류 산소 저장 성분의 효능도를 증가시키는 것으로 여겨진다. It is also believed that the second downstream platinum component and the second downstream rhodium component interact and increase the efficacy of the second downstream oxygen storage component in the second oxygen storage composition.

탑 또는 제2 층을 통과한 후, 배기 가스는 제1 또는 바닥 하류 층과 접촉한다. 바람직한 바닥 하류 층에서, 제1 하류 팔라듐 성분 및 임의의 제1 하류 백금 성분은 주로 산화 반응을 개선시키는 것으로 여겨진다. 상기 반응은 세리아족 화합물, 바람직하게는 탑 층에서 사용되는 바와 같은 벌크 제1 산소 저장 조성물 형태일 수 있거나, 또는 제1 백금족 금속 성분과 치밀하게 접촉하는 산소 저장 성분일 수 있는 산화세륨과 같은 제1 산소 저장 성분에 의해 촉진될 수 있다. 상기 치밀하게 접촉하는 것은 백금족 금속 성분 상에 산소 저장 성분을 용액 함침시킴으로써 달성될 수 있다. After passing through the top or second layer, the exhaust gas is in contact with the first or bottom downstream layer. In a preferred bottom downstream layer, the first downstream palladium component and any first downstream platinum component are believed to primarily improve the oxidation reaction. The reaction may be in the form of a ceria compound, preferably a bulk first oxygen storage composition as used in the top layer, or an agent such as cerium oxide, which may be an oxygen storage component in intimate contact with the first platinum group metal component. 1 by the oxygen storage component. The intimate contact can be accomplished by solution impregnation of the oxygen storage component on the platinum group metal component.

본 발명의 특정적이고 바람직한 실시태양은 하나 이상의 팔라듐 성분을 갖고 제1 및 제2 하류 층 중의 백금 금속 총량을 기준으로 하나 이상의 제1 층 백금 성분의 백금 금속을 0 내지 50 중량% 미만 갖는 제1 하류 지지체를 포함하는 제1 하류 층을 포함하는 하류 적층 촉매 복합체에 관한 것이다. Certain and preferred embodiments of the present invention provide a first downstream having at least one palladium component and having from 0 to 50% by weight of platinum metal of at least one first layer platinum component, based on the total amount of platinum metal in the first and second downstream layers. A downstream laminated catalyst composite comprising a first downstream layer comprising a support.

바람직하게는, 제1 하류 층은 제1 지지체, 제1 팔라듐 성분, 하나 이상의 제1 안정화제, 및 세리아, 네오디미아 및 란타나로부터 선택된 하나 이상의 제1 희토류 금속 성분을 포함한다. 또한, 제1 하류 층은 제1 하류 산소 저장 성분을 포함하는 제1 산소 저장 조성물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 제2 하류 층은 제2 하류 지지체, 하나 이상의 제2 하류 백금 성분, 하나 이상의 로듐 성분, 및 제2 하류 산소 저장 조성물을 포함한다. 제1 및 제2 하류 층 중의 백금 금속 총량을 기준으로 제2 층 백금 성분의 백금 금속은 50 내지 100 중량%일 수 있다. Preferably, the first downstream layer comprises a first support, a first palladium component, one or more first stabilizers, and one or more first rare earth metal components selected from ceria, neodymia and lanthana. The first downstream layer can also include a first oxygen storage composition comprising a first downstream oxygen storage component. Preferably the second downstream layer comprises a second downstream support, at least one second downstream platinum component, at least one rhodium component, and a second downstream oxygen storage composition. The platinum metal of the second layer platinum component may be from 50 to 100% by weight, based on the total amount of platinum metal in the first and second downstream layers.

제1 및 제2 하류 층에서 백금족 금속 성분 지지체 성분은 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 바람직하게는 실리카, 알루미나 및 티타니아 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이다. 바람직한 제1 및 제2 하류 지지체는 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 알루미노-실리케이트, 알루미나-지르코니아, 알루미나-크로미아, 및 알루미나-세리아로 이루어진 군으로부터 선택되는 활성화 화합물일 수 있다. The platinum group metal component support components in the first and second downstream layers may be the same or different and are preferably compounds selected from the group consisting of silica, alumina and titania compounds. Preferred first and second downstream supports can be activating compounds selected from the group consisting of alumina, silica, silica-alumina, alumino-silicate, alumina-zirconia, alumina-chromia, and alumina-ceria.

바람직하게는 제2 하류 산소 저장 성분 및 임의의 제1 하류 산소 저장 성분은 세륨 족으로부터 선택되고, 바람직하게는 세륨 화합물, 프라세오디뮴 및(또는) 네오디뮴 화합물을 포함한다. 세륨족 화합물을 사용할 때, 황이 배기 가스 스트림에 존재하는 경우 바람직하지 못한 황화수소가 형성될 수 있다는 것을 알게 되었다. 황화수소를 최소화하는 것이 바람직한 경우, IIA족 금속 산화물, 바람직하게는 산화스트론튬 및 산화칼슘을 추가로 사용하는 것이 바람직하다. 세륨, 프라세오디뮴 또는 네오디뮴 화합물을 사용하는 것이 바람직한 경우, 하나 이상의 제1 또는 제2 하류 층은 황화수소를 억제하기 위하여 니켈 또는 철 성분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제1 하류 층은 니켈 또는 철 성분을 더 포함한다. Preferably the second downstream oxygen storage component and any first downstream oxygen storage component are selected from the cerium group and preferably comprise a cerium compound, praseodymium and / or neodymium compound. When using cerium group compounds, it has been found that undesirable hydrogen sulfide can form when sulfur is present in the exhaust gas stream. If it is desired to minimize hydrogen sulfide, it is preferred to further use Group IIA metal oxides, preferably strontium oxide and calcium oxide. Where it is desired to use cerium, praseodymium or neodymium compounds, the one or more first or second downstream layers may comprise a nickel or iron component to inhibit hydrogen sulfide. Preferably, the first downstream layer further comprises a nickel or iron component.

안정화제는 제1 또는 제2 하류 층에 존재할 수 있고, 바람직하게는 제1 하류 층에 존재한다. 안정화제는 마그네슘, 바륨, 칼슘 및 스트론튬, 바람직하게는 스트론튬 및 바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속으로부터 유도된 하나 이상의 알칼리 토금속 성분으로부터 선택될 수 있다. The stabilizer may be present in the first or second downstream layer, preferably in the first downstream layer. The stabilizer may be selected from one or more alkaline earth metal components derived from metals selected from the group consisting of magnesium, barium, calcium and strontium, preferably strontium and barium.

제1 및(또는) 제2 하류 층에서는 지르코늄 성분이 바람직하고, 안정화제 및 촉진제로서 작용한다. 희토류 산화물은 제1 층 조성물의 촉매 활성을 촉진하는 작용을 한다. 바람직하게는 희토류 금속 성분은 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된다. The zirconium component is preferred in the first and / or second downstream layer and acts as a stabilizer and promoter. The rare earth oxide acts to promote the catalytic activity of the first layer composition. Preferably the rare earth metal component is selected from the group consisting of lanthanum metal components and neodymium metal components.

조성물이 모노리스 캐리어 기재에 얇은 코팅으로서 도포되는 경우, 성분의 비율은 통상적으로 촉매의 세제곱 인치 당 물질의 그램으로서 표시되며, 상기 측정은 상이한 모노리스 캐리어 기재내에 상이한 가스 유동 통로 셀 크기를 조절한다. 백금족 금속 성분은 백금족 금속의 중량을 기준으로 한다. When the composition is applied as a thin coating on a monolith carrier substrate, the proportion of components is typically expressed as grams of material per cubic inch of catalyst, and the measurement controls different gas flow passage cell sizes in different monolith carrier substrates. The platinum group metal component is based on the weight of the platinum group metal.

유용하고 바람직한 제1 하류 층은;Useful and preferred first downstream layers are;

팔라듐 성분을 약 0.0175 내지 약 0.3 g/in3;From about 0.0175 to about 0.3 g / in 3 of the palladium component;

제1 백금 성분을 약 0 내지 약 0.065 g/in3;From about 0 to about 0.065 g / in 3 of the first platinum component;

제1 지지체를 약 0.15 내지 약 2.0 g/in3;From about 0.15 to about 2.0 g / in 3 of the first support;

하나 이상의 제1 알칼리 토금속 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3;From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one first alkaline earth metal component;

제1 지르코늄 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3; 및From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of the first zirconium component; And

세리아 금속 성분, 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제1 희토류 금속 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 갖는다.And from about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one first rare earth metal component selected from the group consisting of ceria metal component, lanthanum metal component and neodymium metal component.

유용하고 바람직한 제2 하류 층은;Useful and preferred second downstream layers are;

로듐 성분을 약 0.001 내지 약 0.03 g/in3;From about 0.001 to about 0.03 g / in 3 of a rhodium component;

백금을 약 0.001 내지 약 0.15 g/in3;Platinum from about 0.001 to about 0.15 g / in 3 ;

제2 지지체를 약 0.15 내지 약 1.5 g/in3;From about 0.15 to about 1.5 g / in 3 of the second support;

제2 산소 저장 조성물을 약 0.1 내지 약 2.0 g/in3;From about 0.1 to about 2.0 g / in 3 of the second oxygen storage composition;

란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제2 희토류 금속 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3; 및From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one second rare earth metal component selected from the group consisting of a lanthanum metal component and a neodymium metal component; And

제2 지르코늄 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 갖는다.From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of the second zirconium component.

복합체는 내부 상에 제1 층 및 외부 상에 제2 층이 있는 펠릿과 같은 자체 지지 제품의 형태일 수 있다. 별법으로, 및 보다 바람직하게는 제1 하류 층은 기재, 바람직하게는 벌집상 캐리어 상에 지지될 수 있고, 제2 하류 층은 기재 상에 도포된 제1 층 상에 지지된다. The composite may be in the form of a self supporting product, such as a pellet, having a first layer on the inside and a second layer on the outside. Alternatively, and more preferably the first downstream layer can be supported on a substrate, preferably a honeycomb carrier, and the second downstream layer is supported on a first layer applied on the substrate.

별도의 실시태양에서, 상류 구역에 비해 하류 구역의 열질량이 보다 크도록 디자인한다. 본 발명의 목적상 열질량은 상류 또는 하류 구역의 질량에 각 구역의 열용량을 곱한 것으로서 정의된다. 상기 디자인은 개별적인 구역에서 사용하기 위하여 상기 열거된 바와 같은 촉매 조성물과 합쳐지는 경우에 특히 바람직하다. 상류 및 하류 벌집상 모노리스가 동일하거나 또는 유사한 물질로 제조되는 경우, 유용한 상류 모노리스의 축 길이는 0.5 내지 3.0, 0.5 내지 2.5, 0.5 내지 2.0, 1.0 내지 2.0 및 1.0 내지 3.0 인치이다. 바람직한 세라믹 상류 벌집상 모노리스의 길이는 2.0 내지 3.0 인치인데, 모노리스 길이가 2.5 인치인 것이 시판되고 있다. 상류 및 하류 구역의 열질량에 영향을 미치는 중요한 요인은 기재가 제조되는 물질이다. 유용한 실시태양은 금속으로 제조된 상류 벌집체, 및 세라믹으로 제조된 하류 모노리스를 포함한다. 세라믹 벌집체의 열용량이 보다 큰 경향이 있다. 열질량에 영향을 미치는 기타 요인으로는 제곱 인치 당 셀의 수 (cpsi), 촉매 부하량 및 0.001에서 0.008 인치로 변하는 벌집체 벽 두께가 있다. 통상적으로 세라믹 모노리스의 벽 두께는 0.002 내지 0.014 인치이고, 통상적으로 금속 모노리스의 벽 두께는 0.0015 내지 0.003 인치이다. 유용한 벌집상 유동 관통 모노리스의 cpsi는 300 내지 600이다. 벽 두께 등에 따라 좌우되며, 모노리스 cpsi가 클수록 열질량이 크다. 본 발명은 하류 모노리스에 비해 모노리스 중 cpsi가 적은 상류 모노리스를 사용할 수 있다. 상류 모노리스가 작을수록 보다 빠르게 가열될 것이다. In a separate embodiment, the thermal mass of the downstream zone is designed to be greater than the upstream zone. For the purposes of the present invention, thermal mass is defined as the mass of an upstream or downstream zone multiplied by the heat capacity of each zone. The design is particularly preferred when combined with a catalyst composition as listed above for use in separate zones. When upstream and downstream honeycomb monoliths are made of the same or similar materials, the useful axial lengths of the upstream monoliths are 0.5 to 3.0, 0.5 to 2.5, 0.5 to 2.0, 1.0 to 2.0 and 1.0 to 3.0 inches. Preferred ceramic upstream honeycomb monoliths are 2.0 to 3.0 inches in length, with monolith lengths of 2.5 inches being commercially available. An important factor influencing the thermal mass of the upstream and downstream zones is the material from which the substrate is made. Useful embodiments include upstream honeycombs made of metal, and downstream monoliths made of ceramic. The heat capacity of the ceramic honeycomb tends to be larger. Other factors affecting thermal mass include the number of cells per square inch (cpsi), catalyst loading, and honeycomb wall thicknesses varying from 0.001 to 0.008 inches. Typically the wall thickness of ceramic monoliths is from 0.002 to 0.014 inches and typically the wall thickness of metal monoliths is from 0.0015 to 0.003 inches. Useful honeycomb flow through monoliths have a cpsi of 300 to 600. It depends on the wall thickness, etc., the larger the monolith cpsi, the larger the thermal mass. The present invention allows the use of upstream monoliths with less cpsi in monoliths compared to downstream monoliths. The smaller upstream monolith will heat up faster.

바람직하게는, 보다 작은 상류 구역 조성물의 라이트-오프(light-off) 온도가 하류 구역보다 작도록 디자인한다. 따라서, 상류 구역이 반응물을 보다 빠르게 가열하고 촉매화한다. 또한, 정적 상태 수행 동안에 비해 지체 시간이 보다 길고, 공간 속도가 보다 작은 경우, 공전과 같은 조건 동안 수행하도록 디자인한다. 본 발명의 목적상 "라이트-오프"는 촉매가 활성이 되고 배기 가스 성분의 반응을 개시할 수 있는 온도를 의미할 것이다. 다른 식으로 언급하면 지체 시간은 공간 속도의 역수로 표시된다. 본 발명의 목적상 "공간 속도"는 소정 시간에 촉매 모노리스를 통과하는 가스의 부피를 촉매 모노리스의 총 부피로 나눈 것을 의미할 것이고, 시간의 역수와 같이 시간 단위 역수로 측정된다. 본 발명의 촉매 제품은 유리하게는 공간 속도 10 내지 500,000 시간의 역수로 사용될 수 있고, 보다 통상적으로는 50 내지 350,000 시간의 역수이다. Preferably, the light-off temperature of the smaller upstream zone composition is designed to be less than the downstream zone. Thus, the upstream zone heats up and catalyzes the reactants faster. In addition, when the delay time is longer and the space velocity is smaller than during the static state, it is designed to perform during the conditions such as idle. For the purposes of the present invention "light-off" shall mean a temperature at which the catalyst is active and can initiate the reaction of the exhaust gas component. Stated another way, lag time is expressed as the inverse of space velocity. For the purposes of the present invention "space velocity" will mean the volume of gas passing through the catalyst monolith at a given time divided by the total volume of the catalyst monolith, measured in reciprocal units of time, such as the reciprocal of time. The catalyst product of the present invention can advantageously be used at a reciprocal of space velocity of 10 to 500,000 hours, more typically reciprocal of 50 to 350,000 hours.

본 발명은 질소 산화물, 일산화탄소 및(또는) 탄화수소를 포함하는 가스를 상기 열거된 바와 같은 적층 촉매 복합체에 접촉시키는 것에 의한 처리 단계를 포함하는 방법을 포함한다.The present invention encompasses a process comprising the step of contacting a gas comprising nitrogen oxides, carbon monoxide, and / or hydrocarbons with a stacked catalyst composite as enumerated above.

또한, 본 발명은 본 발명의 촉매 제품 및 적층 촉매 복합체의 제조 방법을 포함한다. In addition, the present invention includes the catalyst product of the present invention and a process for producing a laminated catalyst composite.

<도면의 간단한 설명><Brief Description of Drawings>

도 1은 배기 스트림 내에 위치한 캐니스터 내에서 근접하는 상류 벌집체 및 하류 벌집체를 나타내는 계략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating upstream and downstream honeycombs in a canister located in an exhaust stream.

도 2는 자동차에서 아래에 놓여지는 도 1의 제품을 나타낸다. 2 shows the product of FIG. 1 lying underneath in an automobile.

도 3은 상류 및 하류 촉매 층을 나타내는 상류 벌집체 및 하류 벌집체의 계략 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view of an upstream honeycomb and a downstream honeycomb showing upstream and downstream catalyst layers.

<바람직한 실시태양의 상세한 설명><Detailed Description of the Preferred Embodiments>

본 발명은 도 1 내지 3을 참고로 하여 본 명세서에 의해 당업자들에게 이해될 것이다. The invention will be understood by those skilled in the art by the present specification with reference to FIGS.

본 발명은 배기 가스 처리 촉매 제품 (10)에 관한 것이다. 촉매 제품 (10)은 자동차 (14) 엔진 (16)으로부터 나가는 배기 가스 라인 (12)와 연결되도록 배치된다. 촉매 제품 (10)은 상류 촉매 구역 (18) 및 하나 이상의 하류 촉매 구역 (20)을 포함한다. 상류 촉매 구역 (18)은 제1 상류 지지체 및 하나 이상의 제1 상류 팔라듐 성분를 포함하는 상류 조성물을 포함한다. 팔라듐을 포함하는 상류 촉매 단층이 있는 경우, 조성물을 함유하는 팔라듐은 실질적으로 산소 저장 성분이 없는 것이 바람직하다. 하류 촉매 구역 (20)은 제1 하류 지지체 및 제1 하류 귀금속 성분을 포함하는 제1 하류 층 (22)를 포함한다. 하류 촉매 구역 (20)은 또한 제2 하류 지지체 및 제2 하류 귀금속 성분을 포함하는 제2 하류 층 (24)를 포함한다. 하나 이상의 제1 및 제2 하류 층은 팔라듐 성분을 포함한다. The present invention relates to an exhaust gas treating catalyst product 10. The catalyst product 10 is arranged to be connected with the exhaust gas line 12 exiting from the motor vehicle 14 engine 16. Catalyst product 10 includes an upstream catalyst zone 18 and one or more downstream catalyst zones 20. Upstream catalyst zone 18 comprises an upstream composition comprising a first upstream support and one or more first upstream palladium components. Where there is an upstream catalyst monolayer comprising palladium, the palladium containing the composition is preferably substantially free of oxygen storage components. The downstream catalyst zone 20 comprises a first downstream layer 22 comprising a first downstream support and a first downstream precious metal component. The downstream catalyst zone 20 also includes a second downstream layer 24 comprising a second downstream support and a second downstream precious metal component. At least one first and second downstream layer comprises a palladium component.

바람직한 실시태양에서, 상류 촉매 구역 (18)은 제1 상류 층 (26) 및 제2 상류 층 (28)을 포함한다. 제1 상류 층 (26)은 제1 상류 지지체 및 하나 이상의 제1 상류 귀금속 성분을 포함한다. 제2 상류 층 (28)은 제2 상류 지지체 및 하나 이상의 제2 상류 귀금속 성분을 포함한다. 하나 이상의 제1 및 제2 상류 층은 팔라듐 성분을 포함한다. 하류 촉매 구역 (18)은 제1 하류 지지체 및 제1 하류 귀금속 성분을 포함하는 제1 하류 층 (22)를 포함한다. 제2 하류 층 (24)는 제2 하류 지지체 및 제2 하류 귀금속 성분을 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 제1 및 제2 하류 층은 팔라듐 성분을 포함한다. In a preferred embodiment, the upstream catalyst zone 18 comprises a first upstream layer 26 and a second upstream layer 28. The first upstream layer 26 comprises a first upstream support and one or more first upstream precious metal components. The second upstream layer 28 comprises a second upstream support and one or more second upstream precious metal components. At least one first and second upstream layer comprises a palladium component. The downstream catalyst zone 18 comprises a first downstream layer 22 comprising a first downstream support and a first downstream precious metal component. The second downstream layer 24 comprises a second downstream support and a second downstream precious metal component. Preferably, the one or more first and second downstream layers comprise a palladium component.

촉매 제품 (10)은 캐니스터 (21)에 배치될 수 있다. 바람직하게는 촉매 제품 (10)은 머플러 (23)의 상류 하방으로 배치된다. 따라서, 본 발명은 저온 시동과 같은 저온 구동 동안 하방 배기 가스의 촉매 처리법을 제공한다.Catalyst product 10 may be disposed in canister 21. Preferably the catalyst product 10 is disposed upstream of the muffler 23. Accordingly, the present invention provides a method for catalyzing the downward exhaust gas during low temperature driving, such as cold start.

단층 함유 상류 구역 (18)에서 가장 바람직한 조성물은 본원에 참고로 포함되고 통상적으로 양도된 PCT 국제 특허 공개 제96/17671호의 실시예 1에 기재된 조성물이다. 2층 함유 상류 구역 (18)에서 가장 바람직한 조성물은 본원에 참고로 포함되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제5,597,771호의 실시예 1에 기재된 조성물이다. 2층 함유 하류 구역 (18)에서 가장 바람직한 조성물은 본원에 참고로 포함되고 통상적으로 양도된 PCT 국제 특허 공개 제95/35152호의 실시예 1에 기재된 조성물이다. 하기는 상류 및 하류 구역 내에서 사용된 바람직한 조성물에 관한 상세한 설명이다. The most preferred composition in the monolayer containing upstream zone 18 is the composition described in Example 1 of PCT International Publication No. 96/17671, incorporated herein by reference and commonly assigned. The most preferred composition in the two layer containing upstream zone 18 is the composition described in Example 1 of US Pat. No. 5,597,771, which is incorporated herein by reference and commonly assigned. The most preferred composition in the two-layer containing downstream zone 18 is the composition described in Example 1 of PCT International Publication No. 95/35152, incorporated herein by reference and commonly assigned. The following is a detailed description of the preferred compositions used in the upstream and downstream zones.

<단층 상류 촉매><Single layer upstream catalyst>

본 발명의 바람직한 상류 단층 촉매 조성물은 TWC 촉매 조성물에 사용된 유형의 팔라듐 성분을 포함하고, 바람직하게는 산소 저장 성분이 실질적으로 없는 것이다. 상류 단층 촉매 조성물의 목적상 산소 저장 및 방출 성능을 갖는 성분으로는 산화세륨 및 산화프라세오디뮴이 있다. 덜 중요한 산소 저장 성능을 갖는 동량의 기타 희토류는 실질적으로 산소 저장 및 방출 성능을 갖는 성분으로 간주되지 않는다. 또한, 백금족 금속 성분은 산소 저장 성분으로 간주되지 않는다. 특히, 촉매 조성물은 실질적으로 세리아가 없는 3 방향 촉매 조성물일 수 있다. 소량의 세리아 또는 프라세오디뮴이 불순물 또는 미량으로 존재할 수 있다. 산화세륨과 같은 산소 저장 성분은 산소를 저장하고, 추가되는 산소를 제공하는 풍부한 수행 조건 동안 이를 방출하여 탄화수소 및 일산화탄소를 보다 효율적으로 산화시킨다. 단층 함유 상류 구역 (18)에서 가장 바람직한 조성물은 본원에 참고로 포함되고 통상적으로 양도된 국제 특허 공개 제96/17671호에 기재된 조성물이다. Preferred upstream monolayer catalyst compositions of the present invention comprise a palladium component of the type used in the TWC catalyst composition, and is preferably substantially free of oxygen storage components. For the purposes of the upstream single layer catalyst composition, components having oxygen storage and release performance are cerium oxide and praseodymium oxide. Equal amounts of other rare earths with less important oxygen storage performance are not considered components with substantially oxygen storage and release performance. Also, platinum group metal components are not considered oxygen storage components. In particular, the catalyst composition may be a three-way catalyst composition that is substantially ceria free. Small amounts of ceria or praseodymium may be present in impurities or in trace amounts. Oxygen storage components, such as cerium oxide, store oxygen and release it during the rich performance conditions that provide additional oxygen to more efficiently oxidize hydrocarbons and carbon monoxide. The most preferred compositions in the monolayer containing upstream zone 18 are the compositions described in WO 96/17671, incorporated herein by reference and commonly assigned.

바람직하게는 본 상류 단층 촉매 조성물은 팔라듐 성분을 상대적으로 고농도로 포함한다. 따라서, 저온 시동 동안, 상대적으로 많은 양의 탄화수소가 산화되고, 모든 일산화탄소는 아니지만, 상당한 양의 일산화탄소가 산화된다. 또한, 상당한 양의 질소 산화물이 환원된다. 또한, 치밀하게 접촉하는 커플링된 촉매 중 산소 저장 성분, 특히 세륨 성분이 없는 것은 엔진 배기 가스가 고온이고 하류 (하방) 촉매가 수행 온도에 도달된 경우에도 치밀하게 접촉하는 커플링된 촉매 중 일산화탄소 산화량을 제한한다. 치밀하게 접촉하는 커플링된 촉매 중 미반응 일산화탄소는 촉매 산화되는 경우 하류 촉매 구역을 통과하고, 상기 산화가 하류 촉매의 온도를 증가시켜 보다 효율적으로 수행된다. 따라서, 본 발명의 상류 단층 촉매 조성물은 저온에서 상당한 양의 오염물을 제거하기에 충분히 효율적이며, 동시에 엔진 작동의 긴 기간에 걸쳐 안정하다. 하류 촉매 구역은 2 이상의 층을 포함할 수 있고 하기된 바와 동일한 유형일 수 있다. Preferably the upstream single layer catalyst composition comprises a relatively high concentration of palladium component. Thus, during cold start-up, relatively large amounts of hydrocarbons are oxidized and not all carbon monoxide, but significant amounts of carbon monoxide are oxidized. In addition, significant amounts of nitrogen oxides are reduced. In addition, the absence of oxygen storage components, especially cerium components, of the closely coupled coupled catalysts means that carbon monoxide in the closely coupled coupled catalysts even when the engine exhaust is hot and the downstream (downstream) catalyst has reached operating temperature. Limit the amount of oxidation The unreacted carbon monoxide in the tightly coupled coupled catalyst passes through the downstream catalyst zone when catalytically oxidized and the oxidation is performed more efficiently by increasing the temperature of the downstream catalyst. Thus, the upstream single layer catalyst composition of the present invention is efficient enough to remove a significant amount of contaminants at low temperatures while at the same time stable over a long period of engine operation. The downstream catalyst zone may comprise two or more layers and may be of the same type as described below.

본 발명의 상류 단층 촉매 조성물은 바람직하게는 세리아 및 프라세오디미아와 같이 산소 저장 성분이 실질적으로 없는 것이다. 상기 촉매 조성물은 바람직하게는 실리카, 알루미나, 티타니아 및 하기에서 제1 지르코니아 화합물이라 부르는 제1 지르코니아 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 지지체를 포함한다. 바람직하게는 조성물은 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고 질소 산화물을 환원시키기에 충분한 양의 팔라듐 성분을 포함하여 탄화수소의 산화에 대해 상대적으로 낮고 바람직하게는 200 내지 350 ℃에서 50 % 전환율로 각각의 라이트-오프 온도를 갖는다. 임의적으로, 조성물은 산화스트론튬, 산화칼슘 및 산화바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함하는데, 산화스트론튬이 가장 바람직하다. 또한, 임의적으로 조성물은 기타 귀금속 또는 백금족 금속 성분을 포함할 수 있는데, 바람직하게는 백금, 로듐, 루테늄 및 이리듐 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함한다. 백금족 금속이 추가로 포함되는 경우, 백금은 세제곱 피트 당 60 그램 미만의 양으로 사용된다. 기타 백금족 금속은 세제곱 피트 당 약 20 그램 이하의 양으로 사용된다. 또한, 임의적으로 조성물은 안정화제로서 제2 산화지르코늄 화합물, 및 임의로 산화네오디뮴 및 산화란탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 희토류 산화물을 포함할 수 있다. The upstream monolayer catalyst composition of the present invention is preferably substantially free of oxygen storage components such as ceria and praseodymia. The catalyst composition preferably comprises a support comprising at least one compound selected from the group consisting of silica, alumina, titania and a first zirconia compound, hereinafter referred to as a first zirconia compound. Preferably the composition comprises a palladium component in an amount sufficient to oxidize carbon monoxide and hydrocarbons and reduce nitrogen oxides, each light-off at a 50% conversion relative to the oxidation of hydrocarbons and preferably at 200 to 350 ° C. Has a temperature. Optionally, the composition comprises at least one alkali metal oxide selected from the group consisting of strontium oxide, calcium oxide and barium oxide, with strontium oxide being most preferred. In addition, the composition may optionally comprise other precious metal or platinum group metal components, preferably one or more metals selected from the group consisting of platinum, rhodium, ruthenium and iridium components. If additional platinum group metals are included, platinum is used in an amount of less than 60 grams per cubic foot. Other platinum group metals are used in amounts of up to about 20 grams per cubic foot. In addition, the composition may optionally include a second zirconium oxide compound as a stabilizer, and optionally one or more rare earth oxides selected from the group consisting of neodymium oxide and lanthanum oxide.

바람직하게는 상류 단층 촉매 조성물은 캐리어가 벌집체 유형 캐리어를 포함하는 경우, 캐리어 지지된 촉매의 형태이다. 바람직한 벌집체 유형 캐리어는 팔라듐 성분을 세제곱 피트 당 약 50 그램 이상, 활성화 알루미나를 0.5 내지 3.5 g/in3, 및 하나 이상의 알칼리 토금속 성분, 가장 바람직하게는 산화스트론튬을 0.05 내지 0.5 g/in3 갖는 조성물을 포함한다. 산화란탄 및(또는) 산화네오디뮴인 경우, 0.6 g/in3 이하의 양으로 존재한다.Preferably the upstream monolayer catalyst composition is in the form of a carrier supported catalyst when the carrier comprises a honeycomb type carrier. Preferred honeycomb type carriers have a palladium component of at least about 50 grams per cubic foot, activated alumina from 0.5 to 3.5 g / in 3 , and at least one alkaline earth metal component, most preferably from 0.05 to 0.5 g / in 3. Composition. For lanthanum oxide and / or neodymium oxide, it is present in an amount up to 0.6 g / in 3 .

<2층 상류 촉매><2-layer upstream catalyst>

본 발명은 상류 촉매 구역이 기재 및 2 이상의 층을 포함하는 실시태양을 포함한다. 촉매 구조물은 3 방향 전환 촉매 또는 TWC로서 유용한 유형의 적층 촉매 복합체에 관한 것이다. 본 발명의 TWC 촉매 복합체는 가스 스트림에서 탄화수소와 일산화탄소의 산화, 및 질소 산화물의 환원을 동시에 촉매화한다. 2층 함유 상류 구역 (18)에서 가장 바람직한 조성물은 본원에 참고로 포함되고 통상적으로 양도된 미국 특허 제5,597,771호에 기재된 조성물이다. The present invention includes embodiments in which the upstream catalyst zone comprises a substrate and two or more layers. The catalyst structure relates to a layered catalyst composite of the type useful as a three-way conversion catalyst or TWC. The TWC catalyst composite of the present invention simultaneously catalyzes the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide and the reduction of nitrogen oxides in the gas stream. The most preferred composition in the two-layer containing upstream zone 18 is the composition described in US Pat. No. 5,597,771, incorporated herein by reference and commonly assigned.

적층 촉매 복합체는 제1 상류 층 조성물을 포함하고, 제2 층은 제2 층 조성물을 포함한다. 상기된 바와 같이, 가스 스트림은 효율적으로 질소 산화물을 질소로 환원하고 일산화탄소의 산화를 유발하며 탄화수소를 산화시키도록 디자인된 제2 탑 또는 외층 조성물과 초기에 접촉한다. 이어서, 가스가 제1 층을 통과하여 나머지 오염물을 전환시킨다. The stacked catalyst composite comprises a first upstream layer composition and the second layer comprises a second layer composition. As noted above, the gas stream is initially in contact with a second tower or outer layer composition designed to efficiently reduce nitrogen oxides to nitrogen, cause oxidation of carbon monoxide and to oxidize hydrocarbons. The gas then passes through the first layer to convert the remaining contaminants.

탑 또는 제2 상류 층의 특정 디자인은 광범위한 온도에 걸쳐 효율적으로 질소 산화물을 환원시키고 탄화수소를 산화시킨다. 본 발명의 복합체에서, 경제적인 백금족 금속인 팔라듐이 상기 적용에 보다 효과적으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 물질의 성능은 안정화제로서 작용하는 것으로 여겨지는 알칼리 토금속, 촉진제로서 작용하는 것으로 여겨지는 란탄 및 네오디뮴으로부터 선택된 희토류 금속 성분, 및 지르코늄 성분의 사용에 의해 개선된다. The particular design of the tower or second upstream layer efficiently reduces nitrogen oxides and oxidizes hydrocarbons over a wide range of temperatures. In the composite of the present invention, palladium, an economical platinum group metal, can be used more effectively for such applications. In addition, the performance of these materials is improved by the use of alkaline earth metals, which are believed to act as stabilizers, rare earth metal components selected from lanthanum and neodymium, which are believed to act as promoters, and zirconium components.

제1 또는 바닥 상류 층에서, 제1 산소 저장 성분은 백금족 금속과 치밀하게 접촉하는 것이 바람직하다. 상기 제1 층에서, 산화 및 환원 반응은 약 500 ℃ 초과의 온도에서 효율적이다. In the first or bottom upstream layer, the first oxygen storage component is preferably in intimate contact with the platinum group metal. In the first layer, the oxidation and reduction reactions are efficient at temperatures above about 500 ° C.

제1 상류 층은 제2 층과 동일하거나 또는 상이할 수 있는 제1 팔라듐 성분을 포함하는 제1 백금족 금속 성분을 포함한다. 고온 전환 효능도를 얻는 제1 층을 위하여, 산소 저장 성분은 백금족 금속과 치밀하게 접촉되어 사용된다. 또한, 안정화제로서 작용하는 것으로 여겨지는 알칼리 토금속, 촉진제로서 작용하는 것으로 여겨지는 란탄 및 네오디뮴 금속 성분으로부터 선택된 희토류 금속, 및 지르코늄 성분을 사용하는 것이 바람직하다. The first upstream layer comprises a first platinum group metal component comprising a first palladium component, which may be the same or different than the second layer. For the first layer to achieve high temperature conversion efficiencies, the oxygen storage component is used in intimate contact with the platinum group metal. It is also preferable to use rare earth metals selected from alkaline earth metals believed to act as stabilizers, lanthanum and neodymium metal components believed to act as promoters, and zirconium components.

본 발명의 바람직한 촉매는 팔라듐 성분으로 인하여 촉매 활성이 상당히 개선된 조성물을 제공하기에 충분한 양의 촉매 활성 촉진 성분으로 제1 및 제2 상류 층에 존재하는 팔라듐 성분을 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 제1 팔라듐 성분은 제1 층에서 유일한 백금족 금속 성분이고, 제2 팔라듐 성분은 제2 층에서 유일한 백금족 금속 성분이다. 임의적으로 제1 및 제2 층의 둘 중 하나이거나 또는 모두는 예를 들면, 백금, 루테늄, 이리듐 및 로듐, 및 예를 들면 백금-로듐과 같은 상기 금속의 혼합물 또는 합금물을 포함하는 유용한 제1 및 제2 백금족 금속을 각각 추가로 포함할 수 있다. Preferred catalysts of the present invention comprise a palladium component present in the first and second upstream layers in an amount sufficient to provide a composition for significantly improving catalytic activity due to the palladium component. In a preferred embodiment, the first palladium component is the only platinum group metal component in the first layer and the second palladium component is the only platinum group metal component in the second layer. Optionally one or both of the first and second layers are useful firsts comprising a mixture or alloy of such metals, for example platinum, ruthenium, iridium and rhodium, and for example platinum-rhodium. And a second platinum group metal, respectively.

바람직한 실시태양에서 제1 상류 층은 제1 팔라듐 성분, 및 팔라듐 이외에 상대적으로 소량의 제1 백금족 금속을 포함할 수 있고(있거나), 제2 층은 제2 팔라듐 성분, 및 팔라듐 성분 이외에 상대적으로 소량의 제2 백금족 금속을 포함할 수 있다. 바람직한 제1 및 제2 백금족 성분은 백금, 로듐 및 이의 혼합물로부터 선택된다. 팔라듐 이외에 바람직한 제1 백금족 금속 성분은 백금이고, 팔라듐 이외에 가장 바람직한 제2 백금족 금속 성분은 로듐, 백금, 및 이의 혼합물로부터 선택된다. 통상적으로, 제1 층은 백금족 금속으로서 팔라듐을 100 중량% 이하 함유할 것이다. 팔라듐 이외의 제1 백금족 금속 성분이 사용되는 경우, 제1 층에서 제1 팔라듐 성분 및 팔라듐 이외의 백금족 금속 성분의 총량을 기준으로 통상적으로 40 중량% 이하이고, 바람직하게는 0.1 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 양으로 사용된다. 팔라듐 이외의 제2 백금족 금속 성분이 사용되는 경우, 제2 층에서 제2 팔라듐 성분 및 팔라듐 이외의 백금족 금속 성분의 총량을 기준으로 통상적으로 40 중량% 이하이고, 바람직하게는 0.1 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 양으로 사용된다. In a preferred embodiment the first upstream layer can comprise a relatively small amount of first platinum group metal in addition to the first palladium component, and palladium, and the second layer is relatively small in addition to the second palladium component, and the palladium component. Of the second platinum group metal. Preferred first and second platinum group components are selected from platinum, rhodium and mixtures thereof. A preferred first platinum group metal component other than palladium is platinum, and the most preferred second platinum group metal component other than palladium is selected from rhodium, platinum, and mixtures thereof. Typically, the first layer will contain up to 100% by weight of palladium as the platinum group metal. When a first platinum group metal component other than palladium is used, it is usually 40% by weight or less, preferably 0.1 to 40% by weight, based on the total amount of the first palladium component and the platinum group metal component other than palladium in the first layer, More preferably in an amount of from 5 to 25% by weight. When a second platinum group metal component other than palladium is used, it is usually 40% by weight or less, preferably 0.1 to 40% by weight, based on the total amount of the second palladium component and the platinum group metal component other than palladium in the second layer, More preferably in an amount of from 5 to 25% by weight.

따라서, 바람직하게는 본 계는 제2 (탑) 층에서 보다 낮은 온도 활성 (반응), 및 탑 층과 비교하여 제1 (바닥) 층에서 보다 높은 온도 활성 (반응)을 개선하기 위하여 팔라듐이 촉매로서 주로 작용하는 것으로 여겨지는 2 이상의 상류 층을 포함한다. 따라서, 바람직하게는 탑 층은 약 500 ℃ 미만의 온도에서 반응성이도록 디자인되며, 바닥 층은 약 500 ℃ 초과의 온도에서 보다 반응성이도록 디자인된다. 그러나, 층들이 반응성으로 되는 특정 온도 및 전환 백분율은 예를 들면, 공간 속도를 비롯한 특정 배기 가스 환경에 따라 좌우된다는 것을 알게 되었다. Thus, the present system preferably uses a palladium-catalyzed catalyst to improve the lower temperature activity (reaction) in the second (top) layer and higher temperature activity (reaction) in the first (bottom) layer compared to the top layer. And at least two upstream layers which are believed to act primarily. Thus, the top layer is preferably designed to be reactive at temperatures below about 500 ° C., and the bottom layer is designed to be more reactive at temperatures above about 500 ° C. However, it has been found that the specific temperature and conversion percentage at which the layers become reactive depend on the particular exhaust gas environment, including, for example, space velocity.

제1 상류 층 조성물 및 제2 상류 층 조성물은 동일하거나 또는 상이한 성분일 수 있는 제1 지지체 및 제2 지지체를 개별적으로 포함한다. 지지체는 큰 표면적 내화성 산화물 지지체로 제조된다. 유용한 큰 표면적 지지체는 하나 이상의 내화성 산화물을 포함한다. 예를 들면, 산화물로는 실리카, 및 혼합된 산화물 형태를 포함하는 알루미나와 같은 금속 산화물, 예를 들면 실리카-알루미나, 비결정질이거나 또는 결정질일 수 있는 알루미노실리케이트, 알루미나-지르코니아, 알루미나-크로미아, 알루미나-세리아 등이 있다. 실질적으로 지지체는 감마 및 에타 알루미나와 같은 감마 또는 활성화 알루미나계를 바람직하게 포함하는 알루미나, 및 존재하는 경우, 소량의 기타 내화성 산화물을 예를 들면 약 20 중량% 이하 포함한다. 바람직하게는, 활성화 알루미나의 비표면적은 60 내지 300 ㎡/g이다. The first upstream layer composition and the second upstream layer composition separately comprise a first support and a second support, which may be the same or different components. The support is made of a large surface area refractory oxide support. Useful large surface area supports include one or more refractory oxides. For example, the oxides include silica, and metal oxides such as alumina including mixed oxide forms, for example silica-alumina, aluminosilicates that can be amorphous or crystalline, alumina-zirconia, alumina-chromia, Alumina-ceria and the like. Substantially the support comprises, for example, up to about 20% by weight of alumina, preferably comprising a gamma or activated alumina system such as gamma and eta alumina, and small amounts of other refractory oxides. Preferably, the specific surface area of the activated alumina is 60 to 300 m 2 / g.

제1 상류 층 및 제2 상류 층 조성물은 알루미나, 촉매 성분, 안정화제, 반응 촉진제, 및 존재하는 경우 기타 개질제를 포함하고, 캐리어 또는 기재를 배제한다. 조성물이 모노리스 캐리어 기재에 얇은 코팅으로서 도포되는 경우, 성분의 비율은 통상적으로 촉매의 세제곱 인치 당 물질의 그램으로서 표시되며, 그 이유는 이 측정이 상이한 모노리스 캐리어 기재내에 상이한 가스 유동 통로 셀 크기를 포함하기 때문이다. 통상적인 자동차 배기 가스 촉매 전환기를 위하여, 모노리스 기재를 포함하는 촉매 복합체는 일반적으로 촉매 조성물 코팅을 약 0.50 내지 약 6.0 g/in3, 바람직하게는 약 1.0 내지 약 5.0 g/in3 포함할 수 있다.The first upstream layer and the second upstream layer composition include alumina, catalyst components, stabilizers, reaction promoters, and other modifiers, if present, and exclude carriers or substrates. When the composition is applied as a thin coating on a monolith carrier substrate, the proportion of components is usually expressed as grams of material per cubic inch of catalyst, because this measurement includes different gas flow passage cell sizes in different monolith carrier substrates. Because. For conventional automotive exhaust gas catalytic converters, catalyst composites comprising a monolith substrate may generally comprise from about 0.50 to about 6.0 g / in 3 , preferably from about 1.0 to about 5.0 g / in 3 coating of the catalyst composition. .

촉매 제조의 바람직한 방법에서 팔라듐, 및 임의적으로 팔라듐 및 백금족 금속의 적합한 화합물 및(또는) 착물과 같은 팔라듐 이외에 백금족 금속 성분은 활성화 알루미나 지지체 입자 상에 촉매 성분의 분산성을 얻기 위하여 사용될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "팔라듐 및 임의의 백금족 금속 성분"은 촉매를 하소하거나 또는 사용할 때 분해하거나 또는 이외에 촉매 활성 형태, 통상적으로 금속 또는 금속 산화물로 전환하는 임의의 팔라듐 및 백금 금속 화합물, 착물 등을 의미한다. 팔라듐의 수용성 화합물 또는 수분산성 화합물 또는 착물은 촉매 금속 화합물을 알루미나 지지체 입자 상에 함침시키거나 또는 침착시키는데 사용된 액체가 촉매 금속 또는 이의 화합물 또는 촉매 조성물의 착물 또는 기타 성분과 역반응 하지 않고, 가열 및(또는) 진공이 인가될 때 휘발 또는 분해에 의해 촉매로부터 제거될 수 있는 한 사용될 수 있다. 몇몇 경우, 액체 제거의 완결은 촉매가 사용되고 수행하는 동안 고온에 처리될 때까지 발생하지 않을 수 있다. 일반적으로, 경제적 및 환경적 관점에서 팔라듐 및 임의의 백금족 금속의 가용성 화합물 또는 착물의 수용액이 바람직하다. 예를 들면, 적합한 화합물로는 염화백금(IV)수소산, 아민 용해 수산화백금, 질산팔라듐 또는 염화팔라듐, 염화로듐, 질산로듐, 염화헥사민로듐 등이 있다. 하소 단계 동안, 또는 적어도 촉매 사용의 초기 상태 동안, 상기 화합물은 백금족 금속 또는 이의 화합물의 촉매 활성 형태로 전환된다. In a preferred method of catalyst preparation, in addition to palladium, and optionally palladium such as suitable compounds and / or complexes of palladium and platinum group metals, platinum group metal components can be used to obtain dispersibility of the catalyst component on activated alumina support particles. As used herein, “palladium and any platinum group metal component” is any palladium and platinum metal compound, complex that decomposes when calcining or using a catalyst or otherwise converts to a catalytically active form, typically a metal or metal oxide. And the like. Water-soluble or water-dispersible compounds or complexes of palladium may be prepared by heating and heating the liquid used to impregnate or deposit the catalyst metal compound on the alumina support particles without adversely reacting with the catalyst metal or its complex or complex or other components of the catalyst composition. (Or) as long as it can be removed from the catalyst by volatilization or decomposition when a vacuum is applied. In some cases, the completion of liquid removal may not occur until the catalyst is used and treated at high temperatures while performing. In general, aqueous and aqueous solutions of soluble compounds or complexes of palladium and any platinum group metals are preferred from an economic and environmental standpoint. For example, suitable compounds include platinum (IV) hydrochloric acid, amine dissolved platinum hydroxide, palladium nitrate or palladium chloride, rhodium chloride, rhodium nitrate, hexaminrhodium chloride and the like. During the calcination step, or at least during the initial state of catalyst use, the compound is converted to the catalytically active form of the platinum group metal or compound thereof.

본 발명의 촉매는 팔라듐 성분과 치밀하게 접촉하는 제1 또는 바닥 상류 층에 제1 상류 산소 저장 성분을 함유할 수 있다. 산소 저장 성분은 당업계에 공지된 임의의 상기 물질이고, 바람직하게는 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속의 하나 이상의 산화물이고, 보다 바람직하게는 세륨 또는 프라세오디뮴 화합물이며, 가장 바람직한 산소 저장 성분은 산화세륨 (세리아)이다. 산소 저장 성분은 제1 층 조성물의 5 중량% 이상, 및 바람직하게는 10 중량% 이상, 및 보다 바람직하게는 15 중량% 이상으로 존재할 수 있다. The catalyst of the present invention may contain a first upstream oxygen storage component in a first or bottom upstream layer in intimate contact with the palladium component. The oxygen storage component is any of the above known materials in the art, preferably at least one oxide of a metal selected from the group consisting of rare earth metals, more preferably cerium or praseodymium compounds, and the most preferred oxygen storage component is cerium oxide (Seria). The oxygen storage component may be present at least 5%, and preferably at least 10%, and more preferably at least 15% by weight of the first layer composition.

제1 또는 바닥 상류 층의 조성물에서, 산소 저장 성분은 당업계에 공지된 분산법에 의해 포함될 수 있다. 상기 방법은 산소 저장 성분을 수용액 형태의 팔라듐 함유 지지체 상에 함침시키고, 얻어진 혼합물을 공기 중에서 건조시키고 하소시킴으로써 제1 조성물 상에 함침시키는 단계를 포함하여 팔라듐 성분과 치밀하게 접촉하는 산소 저장 성분의 산화물을 함유하는 제1 층을 얻을 수 있다. 통상적으로, 함침이란 함침시키고자 하는 물질의 기공을 충전하기에 실질적으로 충분한 액체가 있는 것을 의미한다. 사용될 수 있는 수용성 또는 수분산성 분해 산소 저장 성분의 예로는 세륨 아세테이트, 프라세오디뮴 아세테이트, 질산세륨, 질산프라세오디뮴 등이 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 미국 특허 제4,189,404호에는 질산세륨으로 알루미나 기재 지지체 조성물을 함침시키는 단계가 기재되어 있다. In the composition of the first or bottom upstream layer, the oxygen storage component can be included by dispersion methods known in the art. The method comprises impregnating an oxygen storage component on a palladium-containing support in the form of an aqueous solution and impregnating the resulting mixture on the first composition by drying and calcining in air to obtain an oxide of the oxygen storage component in intimate contact with the palladium component. The 1st layer containing these can be obtained. Typically, impregnation means that there is substantially enough liquid to fill the pores of the material to be impregnated. Examples of water soluble or water dispersible decomposed oxygen storage components that may be used include, but are not limited to, cerium acetate, praseodymium acetate, cerium nitrate, praseodymium nitrate, and the like. US Pat. No. 4,189,404 describes the impregnation of an alumina based support composition with cerium nitrate.

임의적으로 제1 또는 바닥 상류 층에는 바람직하게는 벌크 형태의 세리아 및(또는) 프라세오디미아인 산소 저장 성분을 포함하는 제1 벌크 산소 저장 조성물이 존재한다. 세리아가 가장 바람직하다. 벌크 형태는 제1 층에서와 같이 용액에 분산된 것과는 반대로 세리아 및(또는) 프라세오디미아가 직경 1 내지 15 미크론 정도이거나 또는 보다 작을 수 있는 불연속 입자로서 존재함을 의미한다. 상기 벌크 성분의 사용 및 설명은 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제4,714,694호에 기재되어 있다. 또한 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제4,727,052호에 기재된 바와 같이 벌크 형태는 예를 들면, 하소될 때 알루미나 입자내에 배치된 세리아로 전환되는 세리아 화합물의 용액으로 알루미나 입자를 함침시키는 것과 반대로 활성화 알루미나의 입자와 세리아 입자가 혼합되어 세리아가 고체 또는 벌크 형태로 존재하는 것을 의미한다. Optionally in the first or bottom upstream layer is a first bulk oxygen storage composition comprising an oxygen storage component, preferably in bulk form ceria and / or praseodymia. Ceria is most preferred. Bulk form means that ceria and / or praseodymia exist as discrete particles, which may be on the order of 1 to 15 microns in diameter or smaller, as opposed to dispersed in solution as in the first layer. The use and description of such bulk components is described in US Pat. No. 4,714,694, which is incorporated herein by reference. As described in US Pat. No. 4,727,052, which is also incorporated herein by reference, the bulk form of the activated alumina, as opposed to, for example, impregnating the alumina particles with a solution of a ceria compound that is converted to ceria disposed in the alumina particles when calcined. The particles and ceria particles are mixed to mean that ceria is present in solid or bulk form.

제1 상류 층 조성물 및 제2 층 조성물의 상기 열거된 성분 뿐만 아니라, 각 층은 지르코니아와 하나 이상의 세리아 함유 희토류 산화물의 특정 복합체를 함유할 수 있다. 상기 물질은 예를 들면, 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제4,624,940호 및 동 제5,057,483호에 기재되어 있다. 지르코니아 기재 화합물을 50 % 초과하는 입자가 특히 바람직하고, 바람직하게는 지르코니아 60 내지 90 %, 세리아 10 내지 30 중량% 및 임의적으로 10 중량% 이하, 및 사용되는 경우 비세리아 희토류 산화물 0.1 중량% 이상이 란타나, 네오디미아 및 이트리아로 이루어진 군으로부터 선택된 지르코니아를 안정화시키는데 유용하다. In addition to the components listed above of the first upstream layer composition and the second layer composition, each layer may contain a specific composite of zirconia and one or more ceria containing rare earth oxides. Such materials are described, for example, in US Pat. Nos. 4,624,940 and 5,057,483, which are incorporated herein by reference. Particular preference is given to particles in excess of 50% of the zirconia based compound, preferably from 60 to 90% of zirconia, from 10 to 30% by weight of ceria, and optionally up to 10% by weight, and at least 0.1% by weight of ceria rare earth oxide, if used. It is useful for stabilizing zirconia selected from the group consisting of lantana, neodymia and yttria.

제1 상류 층 조성물 및 제2 상류 층 조성물은 안정화 부여 성분을 포함하는데, 제1 층의 제1 안정화제 및 제2 층의 제2 안정화제가 바람직하다. 안정화제는 알칼리 토금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직한 화합물로는 마그네슘, 바륨, 칼슘 및 스트론튬으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속으로부터 유도된 화합물이 있다. 미국 특허 제4,727,052호에는 활성화 알루미나와 같은 지지체 물질은 안정화제 또는 안정화제의 배합물을 사용함으로써 승온에서 바람직하지 못한 감마에서 알파로의 알루미나 상 변환을 지연시키도록 열적으로 안정화될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 다양한 안정화제가 개시되어 있으며, 본 발명의 제1 층 및 제2 층 조성물은 알칼리 토금속 성분을 사용한다. 알칼리 토금속 성분은 바람직하게는 알칼리 토금속 산화물이다. 특히 바람직한 조성물에서, 제1 및(또는) 제2 층 조성물에 화합물로서 바륨 및 스트론튬을 사용하는 것이 바람직하다. 알칼리 토금속은 하소될 때 산화물이 되는 가용성 형태로 적용될 수 있다. 가용성 바륨은 질산바륨, 바륨 아세테이트 또는 수산화바륨으로서 제공되는 것이 바람직하고, 가용성 스트론튬은 질산스트론튬 또는 스트론튬 아세테이트로서 제공되는 것이 바람직한데, 이들 모두 하소될 때 산화물이 된다. The first upstream layer composition and the second upstream layer composition include a stabilization imparting component, with the first stabilizer of the first layer and the second stabilizer of the second layer being preferred. The stabilizer is selected from the group consisting of alkaline earth metal compounds. Preferred compounds include compounds derived from metals selected from the group consisting of magnesium, barium, calcium and strontium. US Pat. No. 4,727,052 discloses that support materials, such as activated alumina, can be thermally stabilized to retard alumina phase conversion from undesirable gamma to alpha at elevated temperatures by the use of stabilizers or combinations of stabilizers. Various stabilizers are disclosed and the first and second layer compositions of the present invention employ alkaline earth metal components. The alkaline earth metal component is preferably an alkaline earth metal oxide. In a particularly preferred composition, preference is given to using barium and strontium as compounds in the first and / or second layer compositions. Alkaline earth metals can be applied in soluble form, which becomes an oxide when calcined. Soluble barium is preferably provided as barium nitrate, barium acetate or barium hydroxide, and soluble strontium is preferably provided as strontium nitrate or strontium acetate, both of which become oxides when calcined.

본 발명의 일면은 하나 이상의 열안정화제 및(또는) 촉매 촉진제를 캐리어 기재 상의 미리 하소된 활성화 알루미나 및 촉매 성분의 코팅에 적용하는 것을 제공한다. 본 발명의 다른 일면에서, 하나 이상의 첨가제는 알루미나 입자가 캐리어 기재 상에 접착되는 하소된 코팅에 형성되기 전 또는 후에 활성화 알루미나에 적용될 수 있다. (본원에서 사용된 바와 같이, 열안정화제 또는 기타 개질제 또는 기타 성분의 "전구체"는 화합물, 착물 등이며, 하소되거나 또는 촉매를 사용할 때 분해하거나 또는 각각 열안정화제, 기타 개질제 또는 기타 성분으로 전환될 것이다). 하나 이상의 금속 산화물 열안정화제의 존재는 감마 및 에타 알루미나와 같은 큰 표면적 알루미나에서 작은 표면적 알루미나인 알파 알루미나로 상 변환되는 것을 지연시키는 경향이 있다. 상기 상 변환의 지연은 결과적으로 촉매 활성을 감소시키는 알루미나에 의한 촉매 금속 성분의 폐색을 방지하거나 또는 감소시키는 경향이 있다. One aspect of the present invention provides the application of one or more thermal stabilizers and / or catalyst promoters to the coating of precalcined activated alumina and catalyst components on a carrier substrate. In another aspect of the invention, one or more additives may be applied to the activated alumina before or after the alumina particles are formed in the calcined coating that is adhered to the carrier substrate. (As used herein, a “precursor” of a heat stabilizer or other modifier or other component is a compound, complex, etc., calcined or degraded when using a catalyst or converted to a heat stabilizer, other modifier or other component, respectively. Will be). The presence of one or more metal oxide thermal stabilizers tends to delay the phase conversion from large surface area aluminas such as gamma and eta alumina to alpha alumina, which is a small surface area alumina. This delay in phase conversion tends to prevent or reduce the blockage of catalytic metal components by alumina, which in turn reduces catalyst activity.

각 제1 층 및 제2 상류 층 조성물에서, 알루미나와 한데 합쳐진 금속 산화물 열안정화제의 양은 한데 합쳐진 알루미나, 안정화제 및 촉매 금속 성분의 총량을 기준으로 약 0.05 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 25 중량%일 수 있다. In each of the first and second upstream layer compositions, the amount of metal oxide thermal stabilizer combined with alumina is about 0.05 to 30% by weight, preferably about 0.1, based on the total amount of alumina, stabilizer and catalytic metal components combined together. To 25% by weight.

또한, 제1 상류 층 조성물 및 제2 층 조성물은 모두 지르코늄으로부터 유도된 화합물, 바람직하게는 산화지르코늄을 함유한다. 지르코늄 화합물은 지르코늄 아세테이트와 같은 수용성 화합물 또는 수산화지르코늄과 같은 상대적으로 불용성 화합물로서 제공될 수 있다. 개별적인 조성물의 안정화 및 촉진을 개선하기에 충분한 양이 있어야 한다. In addition, both the first upstream layer composition and the second layer composition contain a compound derived from zirconium, preferably zirconium oxide. Zirconium compounds may be provided as water-soluble compounds such as zirconium acetate or relatively insoluble compounds such as zirconium hydroxide. There should be sufficient amount to improve the stabilization and promotion of the individual compositions.

제1 상류 층 조성물 및 제2 상류 층 조성물은 모두 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제1 촉진제를 함유하는데, 바람직한 성분은 산화란탄 (란타나) 및 산화네오디뮴 (네오디미아)이다. 특히 바람직한 조성물에서는 바닥 층에 란타나 및 임의적으로 소량의 네오디미아가 존재하고, 탑 코트에 네오디미아 및 임의적으로 란타나가 존재한다. 상기 화합물은 알루미나 지지체를 위한 안정화제로서 작용하는 것으로 공지되어 있으나, 본 발명의 조성물에서 주요 목적은 각각 제1 및 제2 층 조성물을 위한 반응 촉진제로서 작용하는 것이다. 촉진제는 목적하는 화학 물질을 다른 것으로 전환시키는 것을 개선하는 물질로서 여겨진다. TWC에서 촉진제는 일산화탄소 및 탄화수소를 물 및 이산화탄소로 촉매 전환시키고, 질소 산화물을 질소 및 산소로 촉매 전환시키는 것을 개선한다. Both the first upstream layer composition and the second upstream layer composition contain at least one first promoter selected from the group consisting of lanthanum metal components and neodymium metal components, with preferred components being lanthanum oxide (lantana) and neodymium oxide (neodymia). to be. In a particularly preferred composition, lanthana and optionally a small amount of neodymia are present in the bottom layer and neodymia and optionally lanthana are present in the top coat. The compounds are known to act as stabilizers for alumina supports, but the main purpose in the compositions of the present invention is to act as reaction promoters for the first and second layer compositions, respectively. Accelerators are considered as substances that improve the conversion of the desired chemical to another. Accelerators in TWC improve the catalytic conversion of carbon monoxide and hydrocarbons to water and carbon dioxide, and the catalytic conversion of nitrogen oxides to nitrogen and oxygen.

바람직하게는 제1 및 제2 상류 층은 란탄 및(또는) 네오디뮴을 산화물의 형태로 함유한다. 그러나, 바람직하게는 산화물로 전환시키기 위한 고체 성분을 함침시키기 위하여 화합물이 아세테이트, 할로겐화물, 질산염, 황산염 등과 같이 가용성 형태로 초기에 제공된다. 탑 코트 및 바닥 코트에서 촉진제가 특히 백금족 금속을 포함하는 조성물 중의 기타 성분과 치밀하게 접촉하는 것이 바람직하다. Preferably the first and second upstream layers contain lanthanum and / or neodymium in the form of oxides. However, preferably the compound is initially provided in soluble form, such as acetates, halides, nitrates, sulfates, etc., to impregnate the solid components for conversion to oxides. It is preferred that in the top coat and the bottom coat the promoter is in intimate contact with the other components in the composition, in particular comprising the platinum group metal.

본 발명의 제1 상류 층 조성물 및(또는) 제2 상류 층 조성물은 황화물 억제제와 같은 기타 통상적인 첨가제, 예를 들면 니켈 또는 철 성분을 함유할 수 있다. 산화니켈이 사용되는 경우, 제1 코트 약 1 내지 25 중량%가 효율적일 수 있다. 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제5,057,483호에 기재된 바와 같다. The first upstream layer composition and / or the second upstream layer composition of the present invention may contain other conventional additives such as sulfide inhibitors, for example nickel or iron components. If nickel oxide is used, about 1 to 25 weight percent of the first coat may be efficient. As described in US Pat. No. 5,057,483, which is incorporated herein by reference.

특히 유용한 본 발명의 상류 적층 촉매 복합체는 제1 층에 제1 팔라듐 성분을 약 0.003 내지 0.3 g/in3; 팔라듐 이외의 제1 백금족 금속 성분을 약 0 내지 0.065 g/in3; 알루미나와 같은 제1 지지체를 약 0.15 내지 약 2.0 g/in3; 팔라듐 성분과 치밀하게 접촉하는 총 제1 산소 저장 성분을 약 0.05 g/in3 이상; 하나 이상의 제1 알칼리 토금속 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3; 제1 지르코늄 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3; 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제1 희토류 금속 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 포함하고; 제2 층에 제2 팔라듐 성분을 약 0.003 내지 0.3 g/in3, 및 제2 로듐 성분 또는 제2 백금 성분 또는 이의 혼합물을 약 0 내지 0.065 g/in3; 알루미나와 같은 제2 지지체를 약 0.15 내지 약 2.0 g/in3; 및 제2 지르코늄 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 포함한다. 제1 및(또는) 제2 층은 니켈 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 추가로 포함할 수 있다. 또한, 제1 및(또는) 제2 층은 지르코니아를 60 내지 90 중량%, 세리아를 10 내지 30 중량%, 및 란타나, 네오디미아 및 이의 혼합물을 포함하는 희토류 산화물을 0 내지 10 중량% 포함하는 지르코니아 및 세리아의 미립자 복합체를 0.0 내지 2.0 g/in3의 양으로 포함할 수 있다. 팔라듐 성분 및 기타 백금족 금속 성분의 양은 금속의 중량을 기준으로 한다.Particularly useful upstream laminate catalyst composites of the invention comprise from about 0.003 to 0.3 g / in 3 of the first palladium component in the first layer; About 0 to 0.065 g / in 3 of a first platinum group metal component other than palladium; From about 0.15 to about 2.0 g / in 3 of a first support such as alumina; At least about 0.05 g / in 3 of the total first oxygen storage component in intimate contact with the palladium component; From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one first alkaline earth metal component; From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of the first zirconium component; From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one first rare earth metal component selected from the group consisting of lanthanum metal components and neodymium metal components; From about 0.003 to 0.3 g / in 3 of the second palladium component and from about 0 to 0.065 g / in 3 of the second rhodium component or the second platinum component or mixture thereof in the second layer; From about 0.15 to about 2.0 g / in 3 of a second support, such as alumina; And from about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of the second zirconium component. The first and / or second layer may further comprise from about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of nickel component. The first and / or second layer may also comprise 60 to 90% by weight of zirconia, 10 to 30% by weight of ceria, and 0 to 10% by weight of rare earth oxides comprising Lantana, neodymia and mixtures thereof. The particulate composite of zirconia and ceria may be included in an amount of 0.0 to 2.0 g / in 3 . The amount of palladium component and other platinum group metal components is based on the weight of the metal.

촉매 복합체는 일반적으로 모노리스 부피 당 조성물 그램을 기준으로 촉매 조성물을 약 0.5 내지 약 6.0, 바람직하게는 약 1.0 내지 약 5.0 g/in3 포함할 수 있는 모노리스 기재 상에 있는 층에 코팅될 수 있다.The catalyst composite may generally be coated on a layer on a monolith substrate that may comprise from about 0.5 to about 6.0, preferably from about 1.0 to about 5.0 g / in 3 of the catalyst composition, based on grams of composition per volume of monolith.

본 발명의 촉매 복합체는 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 바람직한 방법은 하나 이상의 수용성 또는 수분산성 제1 팔라듐 성분의 용액과 실질적으로 모든 용액을 흡수하기에 충분히 건조된 미분된 큰 표면적의 내화성 산화물과의 제1 혼합물을 혼합시키는 단계를 포함한다. 팔라듐 이외의 제1 백금족 금속 성분은 사용되는 경우, 팔라듐 성분과 동일하거나 또는 상이한 내화성 산화물 입자 상에 지지될 수 있다. The catalyst composite of the present invention may be prepared by any suitable method. Preferred methods include mixing a solution of at least one water soluble or water dispersible first palladium component with a first mixture of finely divided, large surface area refractory oxide sufficiently dry to absorb substantially all of the solution. The first platinum group metal component other than palladium, if used, may be supported on the same or different refractory oxide particles as the palladium component.

이어서 지지되는 제1 팔라듐 및 기타 성분을 물에 첨가하고 바람직하게는 분쇄시켜 제1 코트 (층) 슬러리를 형성한다. 팔라듐 이외의 지지되는 제1 백금족 성분은 제1 지지체 팔라듐 성분과 함께 또는 개별적으로 분쇄될 수 있고, 기타 성분과 한데 합쳐져 제1 코트 슬러리를 형성한다. 바람직하게는, 슬러리는 pH가 7 미만이고 바람직하게는 3 내지 7인 산성이다. 바람직하게는 pH는 슬러리에 산, 바람직하게는 아세트산을 첨가하여 낮춘다. 특히 바람직한 실시태양에서 제1 코트 슬러리는 분쇄되어 실질적으로 모든 고상물의 입도는 평균 직경 10 미크로미터 미만이 된다. 제1 코트 슬러리를 제1 층에 형성하고 건조시킬 수 있다. 제1 층에 얻어진 제1 혼합물 중 제1 팔라듐 성분 및 팔라듐 성분 이외의 임의의 백금 성분은 화학적으로 또는 하소시킴으로써 수불용성 형태로 전환시킨다. 바람직하게는 제1 층을 250 ℃ 이상에서 하소시킨다. The supported first palladium and other components are then added to the water and preferably milled to form a first coat (layer) slurry. The supported first platinum group component other than palladium may be comminuted together or separately with the first support palladium component and combined with the other components to form a first coat slurry. Preferably, the slurry is acidic with a pH of less than 7 and preferably from 3 to 7. Preferably the pH is lowered by the addition of acid, preferably acetic acid, to the slurry. In a particularly preferred embodiment the first coat slurry is milled such that substantially all of the solids have a particle size of less than 10 micrometers in average diameter. The first coat slurry can be formed in the first layer and dried. Any platinum component other than the first palladium component and palladium component in the first mixture obtained in the first layer is converted into a water insoluble form chemically or by calcining. Preferably the first layer is calcined at 250 ° C. or higher.

하나 이상의 수용성 제2 팔라듐 성분의 용액과 실질적으로 모든 용액을 흡수하기에 충분히 건조된 미분된 큰 표면적의 내화성 산화물과의 제2 혼합물을 혼합한다. 제2 백금족 금속 성분이 사용되는 경우, 팔라듐 성분과 동일하거나 또는 상이한 내화성 산화물 입자 상에 지지될 수 있다. 바람직하게는, 로듐 성분은 팔라듐 성분 이외의 상이한 내화성 산화물 입자 상에 지지된다. 지지되는 제2 팔라듐 성분 및 기타 성분을 물에 첨가하고 바람직하게는 분쇄하여 제2 코트 슬러리를 형성한다. 팔라듐 이외의 지지되는 제2 백금족 금속 성분은 팔라듐 성분과 함께 또는 개별적으로 분쇄한 후, 지지되는 팔라듐 성분 및 기타 성분과 한데 합하여 제2 코트 슬러리를 형성한다. 바람직하게는, 제2 슬러리는 pH가 7 미만이고 바람직하게는 3 내지 7인 산성이다. 바람직하게는, pH는 슬러리에 산, 바람직하게는 질산을 첨가하여 낮춘다. 특히 바람직한 실시태양에서 제2 코트 슬러리는 분쇄되어 실질적으로 모든 고상물의 입도가 평균 직경 10 미크로미터 미만이 된다. 제2 슬러리는 제1 층 상에 있는 제2 층에 형성하고 건조시킬 수 있다. 얻어진 제2 코트 혼합물 중 제2 팔라듐족 성분 및 팔라듐 이외의 임의의 제2 백금족 금속 성분은 화학적으로 또는 하소시킴으로써 불용성 형태로 전환시킬 수 있다. 이어서 바람직하게는 제2 층은 250 ℃ 이상에서 하소된다. A second mixture of a solution of at least one water soluble second palladium component and a finely divided large surface area refractory oxide sufficiently dry to absorb substantially all of the solution. If a second platinum group metal component is used, it can be supported on the same or different refractory oxide particles as the palladium component. Preferably, the rhodium component is supported on different refractory oxide particles other than the palladium component. The supported second palladium component and other components are added to water and preferably milled to form a second coat slurry. The supported second platinum group metal component other than palladium is ground together or separately with the palladium component and then combined together with the supported palladium component and other components to form a second coat slurry. Preferably, the second slurry is acidic with a pH of less than 7 and preferably from 3 to 7. Preferably, the pH is lowered by adding acid, preferably nitric acid, to the slurry. In a particularly preferred embodiment the second coat slurry is milled such that substantially all of the solids have a particle size of less than 10 micrometers in average diameter. The second slurry can be formed and dried in a second layer on the first layer. The second palladium group component and any second platinum group metal component other than palladium in the second coat mixture obtained can be converted to insoluble form chemically or by calcining. The second layer is then preferably calcined at 250 ° C. or higher.

별법으로, 본 복합체의 각 상류 층은 미국 특허 제4,134,860호 (참고로 포함됨)에 기재된 방법에 의해 또한 제조될 수 있다. Alternatively, each upstream layer of the composite may also be prepared by the method described in US Pat. No. 4,134,860 (incorporated by reference).

제1 및 제2 코트 슬러리를 대형 크기 캐리어 상에 침착시키기 위하여, 하나 이상의 분쇄 슬러리를 임의의 바람직한 방식으로 캐리어에 도포한다. 따라서 캐리어는 슬러리에 1회 이상 침지하며, 필요한 경우 적당량의 슬러리가 캐리어 상에 존재할 때까지 중간 건조시킨다. 캐리어 상에 촉매 촉진 금속 성분-큰 면적 지지체 복합체를 침착시키는데 사용된 슬러리는 종종 미분된 고상물을 약 20 내지 60 중량%, 바람직하게는 약 25 내지 55 중량% 함유할 것이다. In order to deposit the first and second coat slurry onto the large size carrier, one or more ground slurry is applied to the carrier in any desired manner. The carrier is thus immersed one or more times in the slurry and, if necessary, intermediately dried until an appropriate amount of slurry is present on the carrier. The slurry used to deposit the catalyst promoting metal component-large area support composite onto the carrier will often contain about 20 to 60% by weight, preferably about 25 to 55% by weight, of finely divided solids.

본 발명의 제1 상류 층 조성물 및 본 발명의 제2 층 조성물을 제조하고 적합한 기재, 바람직하게는 금속 또는 세라믹 벌집상 캐리어에 도포될 수 있다. 분쇄된 촉매 촉진 금속 성분-큰 표면적 지지체 복합체는 캐리어 상에 바람직한 양으로 침착시킬 수 있는데, 예를 들면 복합체는 코팅된 캐리어를 약 2 내지 40 중량% 포함할 수 있고, 바람직하게는 통상적인 세라믹 벌집상 구조물에 대하여 약 5 내지 30 중량%이다. 캐리어 상에 침착된 복합체는 일반적으로 접촉된 캐리어 표면의 전부는 아닐지라도 대부분에 걸쳐 코팅으로서 형성된다. 한데 합쳐진 구조물은 바람직하게는 약 250 ℃ 이상의 온도이지만, 소정 상태에서 요구되지 않는 한 내화성 산화물 지지체의 큰 면적을 부당하게 파괴하지 않는 온도에서 건조하고 하소시킬 수 있다. The first upstream layer composition of the present invention and the second layer composition of the present invention may be prepared and applied to a suitable substrate, preferably a metal or ceramic honeycomb carrier. The ground catalyst-complementary metal component-large surface area support composite can be deposited on the carrier in a desired amount, for example the composite can comprise about 2 to 40% by weight of the coated carrier, preferably a conventional ceramic honeycomb About 5 to 30% by weight relative to the phase structure. The composite deposited on the carrier is generally formed as a coating over most, if not all, of the carrier surface in contact. The combined structure is preferably at a temperature of about 250 ° C. or more, but can be dried and calcined at a temperature that does not unreasonably destroy a large area of the refractory oxide support, unless required in certain conditions.

본 발명에 의해 제조된 촉매에 유용한 캐리어는 본래 금속성이고 하나 이상의 금속 또는 금속 합금으로 이루어질 수 있다. 금속성 캐리어는 골진 시트와 같은 다양한 형상 또는 모노리스 형태일 수 있다. 바람직한 금속성 지지체는 특히 철이 실질적 또는 주요 성분인 내열성의 비천 금속 혼합물을 포함한다. 상기 합금물은 하나 이상의 니켈, 크롬, 및 알루미늄을 포함할 수 있고, 유리하게는 이 금속들은 총 합금을 약 15 중량% 이상, 예를 들면 크롬을 약 10 내지 25 중량%, 알루미늄을 약 3 내지 8 중량% 및 니켈을 약 20 중량% 이하, 예를 들면 미량으로 존재하는 경우 니켈을 약 1 중량% 이상 포함할 수 있다. 바람직한 합금은 망간, 구리, 바나듐, 티타늄 등과 같은 하나 이상의 기타 금속을 소량 또는 미량으로 함유할 수 있다. 금속 캐리어의 표면은 상당한 승온, 예를 들면 약 1000 ℃ 이상에서 산화되어 주위 온도 산화에서 얻은 것보다 두께 및 표면적이 큰 캐리어의 표면 상에 산화물 층을 형성시킴으로써 합금의 내부식성을 개선시킬 수 있다. 고온 산화에 의해 합금 캐리어 상에 표면을 산화 또는 신장시키는 것은 내화성 산화물 지지체 및 촉매 촉진 금속 성분의 캐리어에 대한 접착성을 개선할 수 있다. Carriers useful in the catalysts produced by the present invention are inherently metallic and may consist of one or more metals or metal alloys. The metallic carrier can be in various shapes or monolithic form, such as corrugated sheet. Preferred metallic supports in particular comprise heat resistant base metal mixtures in which iron is a substantial or major component. The alloy may comprise one or more nickel, chromium, and aluminum, advantageously the metals comprise at least about 15% by weight of the total alloy, for example about 10-25% by weight of chromium and about 3 to about aluminum. 8 wt% and about 20 wt% or less of nickel, for example, when present in trace amounts, may comprise about 1 wt% or more of nickel. Preferred alloys may contain small or minor amounts of one or more other metals such as manganese, copper, vanadium, titanium, and the like. The surface of the metal carrier can be oxidized at significant elevated temperatures, for example at least about 1000 ° C., to improve the corrosion resistance of the alloy by forming an oxide layer on the surface of the carrier having a greater thickness and surface area than that obtained at ambient temperature oxidation. Oxidizing or stretching the surface on the alloy carrier by high temperature oxidation can improve the adhesion of the refractory oxide support and the catalyst promoting metal component to the carrier.

캐리어의 주입 또는 배출면으로부터 신장하는 다수의 미세한 병렬 가스 유동 통로를 갖는 유형의 모노리스 캐리어와 같은 임의의 적합한 캐리어가 사용될 수 있으며, 통로는 유체 유동에 개방된다. 유체 유입구로부터 유체 배출구까지 필수적으로 곧은 통로는 벽에 의해 한정되며, 그 위에 촉매 물질이 "워시코트"로서 코팅되어 통로를 통해 유동하는 가스는 촉매 물질과 접촉한다. 모노리스 캐리어의 유동 통로는 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인 곡선형, 육각형, 타원, 원과 같은 임의의 적합한 단면 형상 및 크기일 수 있는 얇은 벽 채널이다. 상기 구조물은 가스 유입 개구 ("셀")를 단면의 제곱 인치 당 약 60 내지 약 1200 이상 함유할 수 있다. 세라믹 캐리어는 임의의 적합한 내화성 물질, 예를 들면, 코디어라이트, 코디어라이트-알파 알루미나, 질화규소, 지르콘 물라이트, 스포두멘, 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 실리케이트, 실리마나이트, 마그네슘 실리케이트, 지르콘, 페탈라이트, 알파 알루미나 및 알루미노실리케이트로 제조될 수 있다. 금속성 벌집체는 스테인레스강 또는 기타 적합한 철 기재 또는 니켈 기재 내부식성 합금으로 제조될 수 있다. Any suitable carrier may be used, such as a monolithic carrier of the type having multiple fine parallel gas flow passages extending from the inlet or outlet side of the carrier, which passages open to fluid flow. The essentially straight passage from the fluid inlet to the fluid outlet is defined by the wall, on which the catalytic material is coated as a "washcoat" and the gas flowing through the passage is in contact with the catalytic material. The flow passage of the monolithic carrier is a thin wall channel that can be any suitable cross-sectional shape and size, such as trapezoidal, rectangular, square, sinusoidal, hexagonal, ellipse, circle. The structure may contain about 60 to about 1200 or more gas inlet openings (“cells”) per square inch of cross section. The ceramic carrier may be any suitable refractory material, such as cordierite, cordierite-alpha alumina, silicon nitride, zircon mullite, spodumene, alumina-silica magnesia, zircon silicate, silimite, magnesium silicate, zircon, It can be made of petalite, alpha alumina and aluminosilicate. The metallic honeycomb can be made of stainless steel or other suitable iron based or nickel based corrosion resistant alloy.

상기 모노리스 캐리어는 유동 채널("셀")을 단면의 제곱 인치 당 약 700 이상 함유할 수 있지만, 훨씬 적게 사용될 수 있다. 예를 들면, 캐리어는 셀("cpsi")을 제곱 인치 당 약 60 내지 600, 보다 일반적으로는 약 200 내지 400 가질 수 있다. The monolithic carrier may contain at least about 700 flow channels (“cells”) per square inch of cross section, but much less may be used. For example, the carrier may have a cell (“cpsi”) of about 60 to 600, more typically about 200 to 400 per square inch.

통상적으로 "워시코트"라 부르는 촉매 물질의 불연속 형태 및 제2 코트는 적합한 캐리어 상에 코팅되며, 바람직하게는 제1 코트가 캐리어에 접착되고 제2 코트가 제1 코트의 위에 놓이고 접착한다. 상기 배치에 의해, 촉매와 접착되며, 예를 들면 촉매 물질-코팅된 캐리어의 통로를 통해 유동되는 가스가 아래에 놓인 바닥 또는 제1 코트와 접촉하기 위하여 우선 제2 또는 탑 코트에 접촉하고 통과할 것이다. 그러나, 별도의 배치에서 제2 코트는 제1 코트 위에 놓일 필요는 없으나, 캐리어의 상류(촉매 조성물을 통한 가스 유동 방향으로 감지된 바와 같음) 부분 상에 제공되며, 제1 코트는 캐리어의 하류 부분에 제공된다. 따라서, 상기 배치에서 워시코트를 도포하기 위하여 캐리어의 상류 세로 부분만 제2 코트 촉매 물질의 슬러리에 침지하고 건조시킨 후, 캐리어의 침지되지 않은 하류 세로 부분은 제1 코트 촉매 물질의 슬러리에 침지되고 건조된다. 별법으로, 제1 상류 코트가 침착되는 하나의 캐리어 및 제2 상류 코트가 침착되는 제2 캐리어인 개별적인 상류 캐리어가 사용될 수 있으며, 두 개별적인 캐리어는 캐니스터 또는 기타 보유 장치내에 놓여지고, 처리하고자 하는 배기 가스는 제2 코트 함유 촉매에 통하며 연속하여 유동한 후, 제1 코트 함유 촉매를 통해 유동되도록 배치될 수 있다. 그러나, 상기 기재된 바와 같이 제2 코트가 제1 코트의 위에 놓여지고 접착되는 촉매 조성물을 이용하는 것이 바람직한데, 이는 상기 배열이 촉매 조성물의 제조를 간편하게 하고 효능도를 개선시키는 것으로 여겨지기 때문이다. The discontinuous form of catalyst material, commonly referred to as "washcoat" and the second coat are coated onto a suitable carrier, preferably the first coat is adhered to the carrier and the second coat overlies and adheres to the first coat. By this arrangement, the gas, which is adhered to the catalyst and flows through, for example, a passage of the catalyst material-coated carrier, will first contact and pass through the second or top coat in order to contact the underlying bottom or first coat. will be. However, in a separate arrangement, the second coat need not be placed on the first coat, but provided on an upstream portion of the carrier (as sensed in the direction of gas flow through the catalyst composition), the first coat being downstream of the carrier. Is provided. Thus, after immersing and drying only the upstream longitudinal portion of the carrier in the slurry of the second coat catalyst material to apply the washcoat in the batch, the immersed downstream longitudinal portion of the carrier is immersed in the slurry of the first coat catalyst material and To dry. Alternatively, separate upstream carriers may be used, one carrier on which the first upstream coat is deposited and a second carrier on which the second upstream coat is deposited, the two individual carriers being placed in a canister or other holding device, and the exhaust to be treated. The gas may be arranged to flow through the first coat containing catalyst after being continuously flowed through the second coat containing catalyst. However, it is preferable to use a catalyst composition in which the second coat is placed on top of the first coat and adhered as described above, since the arrangement is believed to simplify the preparation of the catalyst composition and improve its efficacy.

<2층 하류 촉매><2 layers downstream catalyst>

본 발명은 하류 촉매 구역이 기재 및 2 이상의 층을 포함하는 실시태양을 포함한다. 촉매 구조물은 3 방향 전환 촉매 또는 TWC로서 유용한 유형의 적층 촉매 복합체에 관한 것이다. 본 발명의 TWC 촉매 복합체는 가스 스트림에서 탄화수소와 일산화탄소의 산화, 및 질소 산화물의 환원을 동시에 촉매화한다. 2층 함유 하류 구역 (18)에서 가장 바람직한 조성물은 본원에 참고로 포함되고 통상적으로 양도된 미국 특허 출원 제08/563,884호에 기재된 조성물이다. The present invention includes embodiments in which the downstream catalyst zone comprises a substrate and two or more layers. The catalyst structure relates to a layered catalyst composite of the type useful as a three-way conversion catalyst or TWC. The TWC catalyst composite of the present invention simultaneously catalyzes the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide and the reduction of nitrogen oxides in the gas stream. The most preferred composition in the two-layer containing downstream zone 18 is the composition described in US patent application Ser. No. 08 / 563,884, incorporated herein by reference and commonly assigned.

적층 촉매 복합체는 제1 하류 층 조성물을 포함하는 제1 하류 층, 및 제2 층 조성물을 포함하는 제2 층을 포함한다. 상기된 바와 같이, 가스 스트림은 효율적으로 질소 산화물을 질소로 환원시키고 일부의 일산화탄소의 산화를 유발하며 탄화수소를 산화시키도록 디자인된 제2, 탑 또는 외부 하류 층 조성물과 초기에 접촉한다. 이어서, 가스는 제1 하류 층으로 통과하여 오염물의 나머지를 전환시킨다. The laminated catalyst composite includes a first downstream layer comprising a first downstream layer composition and a second layer comprising a second layer composition. As noted above, the gas stream is initially in contact with a second, tower, or outer downstream layer composition designed to efficiently reduce nitrogen oxides to nitrogen, cause oxidation of some carbon monoxide, and oxidize hydrocarbons. The gas then passes to the first downstream layer to divert the remainder of the contaminants.

적층 촉매 복합체는 제1 층 조성물을 포함하는 제1 하류 층, 및 제2 층 조성물을 포함하는 제2 하류 층을 포함한다. 또한, 제1 하류 층은 바닥 또는 내층이라 부르고, 또한 제2 하류 층은 탑 또는 외층이라 부른다. The laminated catalyst composite includes a first downstream layer comprising a first layer composition and a second downstream layer comprising a second layer composition. The first downstream layer is also called the bottom or the inner layer and the second downstream layer is called the top or the outer layer.

상기된 바와 같이, 가스 스트림은 효율적으로 질소 산화물을 질소로 환원시키고 일부의 일산화탄소의 산화를 유발하며 탄화수소를 산화시키도록 디자인된 제2 하류 조성물과 초기에 접촉한다. 이어서 가스는 탄화수소 및 나머지 일산화탄소를 산화시키는 것을 포함하여 오염물을 전환하도록 디자인된 제1 하류 층으로 통과한다. As noted above, the gas stream is initially in contact with a second downstream composition designed to efficiently reduce nitrogen oxides to nitrogen, cause oxidation of some carbon monoxide and oxidize hydrocarbons. The gas then passes to a first downstream layer designed to convert contaminants, including oxidizing hydrocarbons and remaining carbon monoxide.

제1 하류 층의 특정 디자인은 긴 기간 동안 광범위한 온도에 걸쳐 탄화수소를 효율적으로 산화시킨다. 바람직한 복합체에서 제1 하류 층은 촉매적 유효량의 팔라듐 성분을 포함한다. 임의적으로, 제1 및 제2 층에 사용된 총 백금 성분을 기준으로 백금 금속은 소량, 0 내지 50 중량% 이하, 바람직하게는 0 내지 20 중량% 및 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량%로 존재할 수 있다. 백금이 사용되는 경우, 통상적인 소량은 제1 및 제2 층 중의 백금 금속을 기준으로 백금 성분이 약 1 중량%, 바람직하게는 3 중량% 및 가장 바람직하게는 5 중량%인 것이다. 제1 층 백금족 귀금속 성분의 성능은 안정화제, 바람직하게는 알칼리 토금속, 바람직하게는 란탄 및 네오디뮴으로부터 선택된 촉진제, 및 지르코늄의 성분의 사용에 의해 개선될 수 있다. 바람직하게는 산소 저장 성분이 또한 포함된다. 산소 저장 성분은 벌크 형태를 비롯하여 임의의 형태로 산소 저장 성분 및 제1 층 백금족 금속 성분 사이에 치밀하게 접촉할 수 있는 용액으로서 또는 용액내에 함침된 제1 산소 저장 조성물의 일부분일 수 있다. 산소 저장 성분은 바닥 층에서의 산화를 개선시킨다. 산소 저장 성분이 지지체 및 기타 미랍자 물질을 함침하는 가용성 염 용액의 형태로 도입된 후, 하소될 때 산화물 형태로 전환될 수 있는 경우에 치밀하게 접촉한다. The specific design of the first downstream layer efficiently oxidizes the hydrocarbon over a wide range of temperatures. In a preferred composite the first downstream layer comprises a catalytically effective amount of palladium component. Optionally, based on the total platinum component used in the first and second layers, the platinum metal is present in small amounts, 0-50 wt% or less, preferably 0-20 wt% and most preferably 0-10 wt%. Can be. When platinum is used, a typical small amount is about 1% by weight, preferably 3% by weight and most preferably 5% by weight of the platinum component, based on the platinum metals in the first and second layers. The performance of the first layer platinum group noble metal component can be improved by the use of a stabilizer, an accelerator selected from alkaline earth metals, preferably lanthanum and neodymium, and a component of zirconium. Preferably an oxygen storage component is also included. The oxygen storage component may be a portion of the first oxygen storage composition impregnated in the solution or as a solution capable of intimate contact between the oxygen storage component and the first layer platinum group metal component in any form, including bulk form. The oxygen storage component improves oxidation in the bottom layer. The oxygen storage component is introduced in the form of a soluble salt solution that impregnates the support and other particulate material, and then comes in intimate contact where it can be converted to the oxide form when calcined.

제2 하류 층은 제2 백금 성분 및 로듐 성분을 포함한다. 제2 또는 탑 하류 층은 제1 및 제2 층내에 총 백금 금속을 기준으로 백금 성분을 50 내지 100 중량% 함유한다. 제2 하류 층이 고온 전환 효능도를 얻기 위하여, 희석 산소 저장 성분을 포함하는 산소 저장 조성물이 사용된다. 바람직한 산소 저장 조성물은 세리아 및 지르코니아를 포함하는 복합체이다. 이에 따라 백금족 금속 성분이 벌크 산소 저장 조성물 입자 상에 지지되는 경우에도 백금족 금속 성분 (즉, 로듐 및 백금 성분)과 최소한으로 치밀하게 접촉하는 제2 산소 저장 성분이 얻어진다. 제2 층에 제2 지르코늄 성분을 포함하는 것이 바람직하다. The second downstream layer comprises a second platinum component and a rhodium component. The second or top downstream layer contains 50 to 100% by weight of the platinum component based on the total platinum metal in the first and second layers. In order for the second downstream layer to obtain high temperature conversion efficiencies, an oxygen storage composition is used that includes a dilute oxygen storage component. Preferred oxygen storage compositions are complexes comprising ceria and zirconia. This results in a second oxygen storage component that is in minimally intimate contact with the platinum group metal component (ie, rhodium and platinum component) even when the platinum group metal component is supported on the bulk oxygen storage composition particles. It is preferred to include a second zirconium component in the second layer.

제1 하류 층 조성물 및 제2 하류 층 조성물은 각각 동일하거나 또는 상이한 지지체 성분일 수 있는 제1 지지체 및 제2 지지체를 포함한다. 바람직하게는 지지체는 큰 표면적 내화성 산화물 지지체를 포함한다. 유용한 큰 표면적 지지체는 하나 이상의 내화성 산화물을 포함한다. 산화물은 예를 들면, 실리카 및 알루미나를 포함하고, 실리카-알루미나, 비결정형 또는 결정질일 수 있는 알루미노실리케이트, 알루미나-지르코니아, 알루미나-크로미아, 알루미나-세리아 등과 같은 혼합된 산화물 형태를 포함한다. 바람직하게는 지지체는 실질적으로 감마 및 에타 알루미나와 같은 감마 또는 전이 알루미나류, 및 존재하는 경우, 소량의 기타 내화성 산화물을 예를 들면 약 20 중량% 이하 포함하는 알루미나를 포함한다. 바람직하게는, 활성 알루미나의 비표면적은 60 내지 300 ㎡/g이다. The first downstream layer composition and the second downstream layer composition each comprise a first support and a second support, which can be the same or different support components. Preferably the support comprises a large surface area refractory oxide support. Useful large surface area supports include one or more refractory oxides. Oxides include, for example, silica and alumina, and include mixed oxide forms such as aluminosilicate, which may be amorphous or crystalline, alumina-zirconia, alumina-chromia, alumina-ceria, and the like. Preferably the support comprises substantially gamma or transitional aluminas, such as gamma and eta alumina, and, if present, alumina comprising, for example, up to about 20% by weight of other refractory oxides. Preferably, the specific surface area of activated alumina is 60 to 300 m 2 / g.

본 발명의 바람직한 촉매는 탄화수소 및 일산화탄소의 산화, 및 질소 산화물의 환원에 대한 촉매 활성이 현저하게 개선된 조성물을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는 백금족 금속 성분을 포함한다. 백금족 금속 성분, 특히 로듐 성분 및 팔라듐 성분의 위치, 및 각각 제1 및 제2 층 중의 백금 성분의 상대적인 양이 촉매 활성의 지속성에 영향을 미치는 것을 알게 되었다. 또한, 대부분의 백금 성분 및 로듐 성분과 치밀하게 접촉하지 않는 희석 제2 산소 저장 성분의 사용이 또한 장기간의 촉매 활성을 개선한다. Preferred catalysts of the present invention comprise a platinum group metal component present in an amount sufficient to provide a composition with significantly improved catalytic activity against oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide, and reduction of nitrogen oxides. It has been found that the position of the platinum group metal component, in particular the rhodium component and the palladium component, and the relative amounts of the platinum component in the first and second layers, respectively, affect the persistence of the catalytic activity. In addition, the use of a dilute second oxygen storage component that is not in intimate contact with most platinum components and rhodium components also improves long term catalytic activity.

촉매를 제조할 때, 임의의 백금족 금속의 적합한 화합물 및(또는) 착물과 같은 백금족 금속 촉매 성분이 지지체, 바람직하게는 활성화 알루미나 지지체 입자 상에 촉매 성분의 분산성을 얻기 위하여 사용될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "백금족 금속 성분"은 열거된 백금, 로듐 및 백금 성분을 포함하고, 촉매를 하소 또는 사용할 때 분해하거나 또는 그렇지 않으면 일반적으로 금속 또는 금속 산화물의 촉매 활성 형태로 전환되는 임의의 백금족 금속 화합물, 착물 등을 의미한다. 촉매 금속 화합물을 알루미나 지지체 입자 상에 함침시키거나 또는 침착시키는데 사용된 액체가 촉매 금속 또는 그의 화합물 또는 착물 또는 슬러리의 기타 성분과 역반응하지 않는 한, 하나 이상의 백금족 금속 성분의 수용성 화합물 또는 수분산성 화합물 또는 착물이 사용될 수 있고, 이는 가열 및(또는) 진공을 인가할 때 휘발 또는 분해에 의해 촉매로부터 제거될 수 있다. 몇몇 경우, 수행하는 동안 촉매가 사용되고 고온에 처리될 때까지 액체를 제거하는 것은 완결되지 않을 수 있다. 일반적으로, 경제적 및 환경적 관점에서, 백금족 금속의 가용성 화합물 또는 착물의 수용액이 바람직하다. 예를 들면, 적합한 화합물로는 염화백금(IV)수소산, 백금의 헥사히드록시모노에탄올아민 착물과 같은 아민 용해 수산화백금, 염화로듐, 질산로듐, 염화헥사민로듐, 질산팔라듐 또는 염화팔라듐 등이 있다. 하소 단계 동안, 또는 적어도 촉매 사용의 초기 상태 동안, 상기 화합물은 백금족 금속, 또는 이의 화합물의 촉매 활성 형태, 통상적으로 산화물로 전환된다. When preparing the catalyst, platinum group metal catalyst components such as suitable compounds and / or complexes of any platinum group metal can be used to obtain dispersibility of the catalyst component on the support, preferably on activated alumina support particles. As used herein, a "platinum group metal component" includes any of the platinum, rhodium and platinum components listed and is decomposed when calcining or using a catalyst or otherwise generally converted to a catalytically active form of a metal or metal oxide. Means a platinum group metal compound, a complex, and the like. Water-soluble or water-dispersible compounds of at least one platinum group metal component, so long as the liquid used to impregnate or deposit the catalyst metal compound on the alumina support particles does not react back with the catalyst metal or its compounds or other components of the complex or slurry, or Complexes may be used, which may be removed from the catalyst by volatilization or decomposition when heating and / or vacuum is applied. In some cases, removing the liquid may not be complete until the catalyst is used during the run and treated at high temperatures. In general, from an economic and environmental standpoint, aqueous solutions of soluble compounds or complexes of platinum group metals are preferred. For example, suitable compounds include platinum (IV) hydrochloric acid, amine-soluble platinum hydroxides such as hexahydroxymonoethanolamine complexes of platinum, rhodium chloride, rhodium nitrate, hexaminlodium chloride, palladium nitrate or palladium chloride. . During the calcination step, or at least during the initial state of catalyst use, the compound is converted to the catalytically active form of the platinum group metal, or a compound thereof, typically an oxide.

본 발명의 촉매는 벌크 형태이거나 또는 백금족 금속 성분, 즉 팔라듐과 치밀하게 접촉할 수 있는 제1 층 중의 제1 하류 산소 저장 성분을 함유할 수 있다. 산소 저장 성분은 당업계에 공지된 임의의 상기 물질이고, 바람직하게는 희토류 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 산화물, 보다 바람직하게는 세륨, 프라세오디뮴 또는 네오디뮴 화합물이며, 가장 바람직한 산소 저장 성분은 산화세륨 (세리아)이다. The catalyst of the present invention may be in bulk form or contain a first downstream oxygen storage component in the first layer which may be in intimate contact with the platinum group metal component, ie palladium. The oxygen storage component is any of the foregoing materials known in the art, preferably at least one metal oxide selected from the group consisting of rare earth metals, more preferably cerium, praseodymium or neodymium compounds, the most preferred oxygen storage component being cerium oxide (Seria).

제1 하류 층 조성물에서 산소 저장 성분은 당업계에 공지된 분산법에 의해 포함될 수 있다. 상기 방법은 제1 지지체 조성물 상에 함침시키는 단계를 포함한다. 산소 저장 성분은 수용액 형태일 수 있다. 얻어진 혼합물을 공기 중 건조시키고 하소시켜 백금족 금속 성분과 치밀하게 접촉하는 산소 저장 성분의 산화물을 함유하는 제1 층을 얻는다. 통상적으로, 함침이란 함침시키고자 하는 물질의 기공을 충전시키기에 실질적으로 충분한 액체가 존재하는 것을 의미한다. 사용될 수 있는 수용성 분해성 산소 저장 성분의 예로는 이에 제한되지는 않는 세륨 아세테이트, 프라세오디뮴 아세테이트, 질산세륨, 질산프라세오디뮴 등이 있다. 미국 특허 제4,189,414호에는 질산세륨으로 알루미나 기재 지지체 조성물을 함침시키는 단계가 개시되어 있다. The oxygen storage component in the first downstream layer composition can be included by dispersion methods known in the art. The method includes impregnating onto a first support composition. The oxygen storage component may be in the form of an aqueous solution. The resulting mixture is dried in air and calcined to obtain a first layer containing an oxide of an oxygen storage component in intimate contact with the platinum group metal component. Typically, impregnation means that there is substantially enough liquid present to fill the pores of the material to be impregnated. Examples of water soluble degradable oxygen storage components that can be used include, but are not limited to, cerium acetate, praseodymium acetate, cerium nitrate, praseodymium nitrate, and the like. US Pat. No. 4,189,414 discloses impregnating an alumina based support composition with cerium nitrate.

임의적으로 및 바람직하게 제2 하류 층에는 벌크 형태의 제2 산소 저장 조성물이 존재한다. 제2 산소 저장 조성물은 바람직하게는 세륨족 성분인 제2 산소 저장 성분, 바람직하게는 세리아, 프라세오디미아 및(또는) 네오디미아이고, 가장 바람직하게는 세리아를 포함한다. 벌크 형태는 세리아 및(또는) 프라세오디미아를 포함하는 조성물이 제1 층에서와 같이 용액에 분산되는 것과 반대로 직경이 0.1 내지 15 미크론 또는 그 이하로 작을 수 있는 불연속 입자로서 존재하는 것을 의미한다. 상기 벌크 성분의 설명 및 사용은 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제4,714,694호에 기재되어 있다. 또한, 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제4,727,052호에 기재된 바와 같이, 벌크 형태는 지르코니아 또는 지르코니아 활성화 알루미나의 입자와 혼합된 세리아의 산소 저장 조성물 입자를 포함한다. 산소 저장 성분을 산소 저장 성분 조성물의 일부분으로서 희석하는 것이 특히 바람직하다. Optionally and preferably there is a second oxygen storage composition in bulk form in the second downstream layer. The second oxygen storage composition is a second oxygen storage component, preferably ceria, praseodymia and / or neodymia, preferably ceria, most preferably comprising ceria. Bulk form means that the composition comprising ceria and / or praseodymia is present as discrete particles that can be as small as 0.1 to 15 microns or less in diameter as opposed to being dispersed in solution as in the first layer. . The description and use of such bulk components are described in US Pat. No. 4,714,694, which is incorporated herein by reference. In addition, as described in US Pat. No. 4,727,052, incorporated herein by reference, the bulk form includes particles of ceria oxygen storage composition mixed with particles of zirconia or zirconia activated alumina. Particular preference is given to diluting the oxygen storage component as part of the oxygen storage component composition.

제1 하류 층 및 제2 하류 층에 사용된 산소 저장 성분 조성물은 산소 저장 성분, 바람직하게는 세리아 및 희석제 성분을 포함할 수 있다. 희석제 성분은 촉매 활성에 역효과를 내지 않도록 백금족 금속 성분과의 상호 반응에 대해 불활성인 임의의 적합한 충전제일 수 있다. 유용한 희석제 물질은 내화성 산화물이며, 바람직한 내화성 산화물은 촉매 지지체로서의 용도를 위해 하기 열거된 물질과 동일한 유형이다. 보다 바람직한 것은 지르코늄 화합물이며, 지르코니아가 가장 바람직하다. 따라서, 바람직한 산소 저장 성분은 세리아-지르코니아 복합체이다. 세리아 및 지르코니아를 기준으로 세리아는 1 내지 99 중량%, 바람직하게는 1 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 30 중량%, 가장 바람직하게는 10 내지 25 중량% 존재한다. 제2 층 조성물, 및 임의적으로 제1 층 조성물에 사용하기에 바람직한 산소 저장 조성물은 지르코니아, 세리아 및 하나 이상의 희토류 산화물을 포함하는 복합체를 포함할 수 있다. 상기 물질은 예를 들면, 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제4,624,940호 및 동 제5,057,483호에 기재되어 있다. 지르코니아 기재 화합물을 50 % 초과 포함하는 입자가 특히 바람직하고, 바람직하게는 지르코니아가 60 내지 90 %, 세리아가 10 내지 30 중량% 및 임의로 10 중량% 이하 존재하고, 사용되는 경우 0.1 중량% 이상의 비세리아 희토류 산화물은 란타나, 네오디미아 및 이트리아로 이루어진 군으로부터 선택된 지르코니아를 안정화시키는데 유용하다. The oxygen storage component composition used in the first downstream layer and the second downstream layer may comprise an oxygen storage component, preferably a ceria and a diluent component. The diluent component can be any suitable filler that is inert to interaction with the platinum group metal component so as not to adversely affect the catalytic activity. Useful diluent materials are refractory oxides, and preferred refractory oxides are of the same type as those listed below for use as catalyst supports. More preferred are zirconium compounds, with zirconia being most preferred. Thus, the preferred oxygen storage component is the ceria-zirconia complex. Ceria is present in the range of 1 to 99% by weight, preferably 1 to 50% by weight, more preferably 5 to 30% by weight and most preferably 10 to 25% by weight, based on ceria and zirconia. Preferred oxygen storage compositions for use in the second layer composition, and optionally in the first layer composition, may comprise a composite comprising zirconia, ceria and one or more rare earth oxides. Such materials are described, for example, in US Pat. Nos. 4,624,940 and 5,057,483, which are incorporated herein by reference. Particular preference is given to particles comprising more than 50% of a zirconia based compound, preferably from 60 to 90% of zirconia, from 10 to 30% by weight of ceria and optionally up to 10% by weight of at least 0.1% by weight of biseria Rare earth oxides are useful for stabilizing zirconia selected from the group consisting of lantana, neodymia and yttria.

임의적으로 및 바람직하게는 제1 하류 층 조성물은 안정화를 부여하는 성분을 포함한다. 안정화제는 알칼리 토금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 화합물로는 마그네슘, 바륨, 칼슘 및 스트론튬으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속으로부터 유도된 화합물이 있다. 미국 특허 제4,727,052호에는 활성화 알루미나와 같은 지지체 물질이 안정화제 또는 안정화제의 배합물의 사용에 의해 승온에서 감마에서 알파로의 바람직하지 못한 알루미나 상 변환을 지연시키기 위하여 열적으로 안정화될 수 있다는 것이 알려져 있다. 다양한 안정화제가 개시되어 있으며, 본 발명의 제1 층 조성물은 바람직하게는 알칼리 토금속 성분을 사용한다. 알칼리 토금속 성분은 바람직하게는 알칼리 토금속 산화물이다. 특히 바람직한 조성물에서 제1 층 조성물에 화합물로서 산화바륨 및(또는) 산화스트론튬을 사용하는 것이 바람직하다. 알칼리 토금속은 하소시킬 때 산화물이 되는 가용성 형태로 적용될 수 있다. 가용성 바륨은 질산바륨 또는 수산화바륨으로서 제공되고, 가용성 스트론튬은 질산스트론튬 또는 스트론튬 아세테이트로서 제공되는 것이 바람직하며, 모두 하소할 때 산화물이 된다. Optionally and preferably the first downstream layer composition comprises a component that imparts stabilization. Stabilizers may be selected from the group consisting of alkaline earth metal compounds. Preferred compounds include compounds derived from metals selected from the group consisting of magnesium, barium, calcium and strontium. It is known from US Pat. No. 4,727,052 that support materials such as activated alumina can be thermally stabilized to delay undesirable alumina phase conversion from gamma to alpha at elevated temperatures by the use of stabilizers or combinations of stabilizers. Various stabilizers are disclosed, and the first layer composition of the present invention preferably uses an alkaline earth metal component. The alkaline earth metal component is preferably an alkaline earth metal oxide. In particularly preferred compositions it is preferred to use barium oxide and / or strontium oxide as the compound in the first layer composition. Alkaline earth metals can be applied in soluble form, which becomes an oxide when calcined. Soluble barium is provided as barium nitrate or barium hydroxide, and soluble strontium is preferably provided as strontium nitrate or strontium acetate, all of which become oxides upon calcination.

본 발명의 일면은 하나 이상의 열안정화제를 캐리어 기재 상의 미리 하소된 활성화 알루미나 및 촉매 성분의 코팅에 도포하는 것을 제공한다. 본 발명의 다른 일면에서 하나 이상의 개질제는 알루미나 입자가 캐리어 기재 상의 접착성 하소 코팅에 형성되기 전 또는 후에 활성화 알루미나에 적용될 수 있다. (본원에 사용된 바와 같이 열안정화제, 또는 기타 개질제 또는 기타 성분의 "전구체"는 화합물, 착물 등이며, 촉매를 하소하거나 또는 사용할 때 분해되거나 또는 그 외에 각각 열안정화제, 기타 개질제 또는 기타 성분으로 전환된다). 통상적으로 하나 이상의 금속 산화물 열안정화제의 존재는 감마 및 에타 알루미나와 같은 큰 표면적 알루미나에서 적은 표면적 알루미나인 알파 알루미나로 상 전이하는 것을 지연시키는 경향이 있다. 상기 상 변환의 지연은 결과적으로 촉매 활성을 감소시키는 알루미나에 의한 촉매 금속 성분의 폐색을 방지하거나 또는 감소시키는 경향이 있다. One aspect of the present invention provides the application of one or more thermal stabilizers to a coating of precalcined activated alumina and catalyst components on a carrier substrate. In another aspect of the invention one or more modifiers may be applied to the activated alumina before or after the alumina particles are formed in the adhesive calcined coating on the carrier substrate. (As used herein, a "precursor" of a heat stabilizer, or other modifier or other component, is a compound, complex, or the like, decomposed when calcining or using a catalyst, or otherwise thermal stabilizer, other modifier or other component, respectively. Is converted to). Typically the presence of one or more metal oxide thermal stabilizers tends to delay the phase transition from large surface area aluminas such as gamma and eta alumina to alpha alumina, which is a low surface area alumina. This delay in phase conversion tends to prevent or reduce the blockage of catalytic metal components by alumina, which in turn reduces catalyst activity.

제1 하류 층 조성물에서, 알루미나와 한데 합쳐진 열안정화제의 양은 한데 합쳐진 알루미나, 안정화제 및 촉매 금속 성분의 총량을 기준으로 약 0.05 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 25 중량%일 수 있다. In the first downstream layer composition, the amount of heat stabilizer combined with alumina may be about 0.05-30% by weight, preferably about 0.1-25% by weight, based on the total amount of alumina, stabilizer, and catalyst metal components combined together. .

제1 하류 층 조성물 및 제2 하류 층 조성물은 모두 지르코늄으로부터 유도된 화합물, 바람직하게는 산화지르코늄을 함유할 수 있다. 지르코늄 화합물은 지르코늄 아세테이트와 같은 수용성 화합물 또는 수산화지르코늄과 같은 상대적인 불용성 화합물로서 제공될 수 있다. 개별적인 조성물의 안정화 및 촉진을 개선시키기에 충분한 양이 있어야 한다. Both the first downstream layer composition and the second downstream layer composition may contain a compound derived from zirconium, preferably zirconium oxide. Zirconium compounds may be provided as water-soluble compounds such as zirconium acetate or relative insoluble compounds such as zirconium hydroxide. There should be sufficient amount to improve the stabilization and promotion of the individual compositions.

바람직하게는 제1 하류 층 조성물은 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 촉진제를 함유하며, 바람직한 성분은 산화란탄 (란타나) 및 산화네오디뮴 (네오디미아)이다. 특히 바람직한 조성물에서 바닥 층에는 란타나 및 임의적으로 소량의 네오디미아가 존재하고, 탑 코트에는 네오디미아 또는 임의적으로 란타나가 존재한다. 상기 화합물은 안정화제로서 작용하는 것으로 개시되어 있으며, 또한 반응 촉진제로서 작용할 수 있다. 촉진제는 목적하는 화학 물질을 다른 것으로 전환시키는 것을 개선하는 물질로 여겨진다. TWC에서 촉진제는 일산화탄소 및 탄화수소를 물 및 이산화탄소로 촉매 전환시키고, 질소 산화물을 질소 및 산소로 촉매 전환시키는 것을 개선한다. Preferably the first downstream layer composition contains at least one promoter selected from the group consisting of lanthanum metal components and neodymium metal components, with preferred components being lanthanum oxide (lantana) and neodymium oxide (neodymia). In a particularly preferred composition there is lantana and optionally a small amount of neodymia in the bottom layer and neodymia or optionally lantana in the top coat. The compounds are disclosed to act as stabilizers and may also act as reaction promoters. Accelerators are considered to be substances that improve the conversion of the desired chemical to another. Accelerators in TWC improve the catalytic conversion of carbon monoxide and hydrocarbons to water and carbon dioxide, and the catalytic conversion of nitrogen oxides to nitrogen and oxygen.

바람직하게는 제1 하류 층은 란탄 및 네오디미아 및(또는) 산화물 형태의 네오디뮴을 함유한다. 바람직하게는, 산화물로 전환시키기 위한 고체 성분을 함침시키기 위하여 화합물이 초기에 아세테이트, 할로겐화물, 질산염, 황산염 등과 같은 가용성 형태로 제공된다. 제1 층에서 촉진제는 특히 백금족 금속을 포함하는 조성물 중의 기타 성분과 치밀하게 접촉하는 것이 바람직하다. Preferably the first downstream layer contains lanthanum and neodymium in the form of neodymia and / or oxide. Preferably, the compound is initially provided in soluble form, such as acetates, halides, nitrates, sulfates, etc., to impregnate the solid components for conversion to oxides. The accelerator in the first layer is preferably in intimate contact with the other components in the composition, in particular comprising the platinum group metal.

본 발명의 제1 하류 층 조성물 및(또는) 제2 하류 층 조성물은 황화물 억제제와 같은 기타 통상적인 첨가제, 예를 들면 니켈 또는 철 성분을 함유할 수 있다. 산화니켈이 사용되는 경우, 본원에 참고로 포함되고 통상적으로 소유된 미국 특허 출원 제07/787,192호에 기재된 바와 같이 제1 코트의 약 1 내지 25 중량%가 유효할 수 있다. The first downstream layer composition and / or the second downstream layer composition of the present invention may contain other conventional additives such as sulfide inhibitors, for example nickel or iron components. If nickel oxide is used, about 1 to 25% by weight of the first coat may be effective, as described in commonly-owned US patent application Ser. No. 07 / 787,192, which is incorporated herein by reference.

특히 유용한 본 발명의 하류 적층 촉매 복합체는 제1 층에 팔라듐 성분을 약 0.025 내지 0.10 g/in3; 제1 백금 성분을 약 0 내지 0.01 g/in3; 제1 지지체, 즉 알루미나를 약 0.15 내지 약 1.5 g/in3; 제1 산소 저장 성분을 약 0.05 g/in3이상; 하나 이상의 제1 알칼리 토금속 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3; 제1 지르코늄 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3; 란탄 금속 성분 및 네오디뮴 금속 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 제1 희토류 금속 성분을 약 0.0 내지 약 0.5 g/in3 포함하고; 제2 층에 제2 백금 성분을 약 0.001 내지 0.02 g/in3 및 로듐 성분을 약 0.001 내지 0.01 g/in3, 제2 지지체, 즉 알루미나를 약 0.15 내지 약 1.0 g/in3; 지르코니아 및 세리아의 미립자 복합체를 포함하는 제2 산소 저장 복합체를 약 0.1 내지 약 1.5 g/in3; 및 제2 지르코늄 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 포함한다. 상기 제1 및(또는) 제2 층은 니켈 성분을 약 0.025 내지 약 0.5 g/in3 추가로 포함할 수 있다. 지르코니아 및 세리아의 미립자 복합체는 지르코니아를 60 내지 90 중량%, 세리아를 10 내지 30 중량% 및 란타나, 네오디미아 및 이의 혼합물을 포함하는 희토류 산화물을 0 내지 10 중량% 포함할 수 있다.Particularly useful downstream layered catalyst composites of the present invention may comprise from about 0.025 to 0.10 g / in 3 of the palladium component in the first layer; From about 0 to 0.01 g / in 3 of the first platinum component; From about 0.15 to about 1.5 g / in 3 of a first support, ie alumina; At least about 0.05 g / in 3 of the first oxygen storage component; From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of at least one first alkaline earth metal component; From about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of the first zirconium component; From about 0.0 to about 0.5 g / in 3 of at least one first rare earth metal component selected from the group consisting of a lanthanum metal component and a neodymium metal component; The second platinum component in the second layer from about 0.001 to 0.02 g / in 3, and the rhodium component from about 0.001 to 0.01 g / in 3, the second support, i.e., alumina about 0.15 to about 1.0 g / in 3; From about 0.1 to about 1.5 g / in 3 of a second oxygen storage composite comprising a particulate composite of zirconia and ceria; And from about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of the second zirconium component. The first and / or second layer may further comprise from about 0.025 to about 0.5 g / in 3 of a nickel component. The particulate composite of zirconia and ceria may comprise 60 to 90% by weight of zirconia, 10 to 30% by weight of ceria and 0 to 10% by weight of rare earth oxides including Lantana, neodymia and mixtures thereof.

하류 촉매 복합체는 일반적으로 촉매 조성물을 모노리스 부피 당 조성물 그램을 기준으로 약 0.50 내지 약 6.0 g/in3, 바람직하게는 약 1.0 내지 약 5.0 g/in3 포함할 수 있는 모노리스 기재 상의 층에 코팅될 수 있다. 본 발명의 촉매 복합체는 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 바람직한 방법은 하나 이상의 수용성 제1 팔라듐 성분 및 임의적으로 제1 백금 성분의 용액과 실질적으로 모든 용액을 흡수하기에 충분히 건조된 미분된 큰 표면적 내화성 산화물의 제1 혼합물을 혼합하는 단계를 포함한다.The downstream catalyst composite is generally coated with a catalyst composition on a layer on a monolith substrate that may comprise from about 0.50 to about 6.0 g / in 3 , preferably from about 1.0 to about 5.0 g / in 3 , based on grams of composition per volume of monolith. Can be. The catalyst composite of the present invention may be prepared by any suitable method. Preferred methods include mixing a solution of at least one water soluble first palladium component and optionally a first platinum component with a first mixture of finely divided large surface area refractory oxide sufficiently dry to absorb substantially all of the solution.

제1 하류 백금 및 백금 성분을 물에 첨가하여 제1 슬러리를 형성하고 바람직하게는 제1 슬러리에 분쇄시킨다. 바람직하게는, 슬러리는 pH가 7 미만 및 바람직하게는 3 내지 7인 산성이다. 바람직하게는 pH는 슬러리에 산, 바람직하게는 아세트산을 첨가하여 낮춘다. 특히 바람직한 실시태양에서 제1 슬러리는 분쇄되어 실질적으로 모든 고상물의 입도가 평균 직경 10 미크로미터 미만이 된다. 제1 슬러리를 제1 층에 제조하여 건조시킬 수 있다. 제1 층에서 얻어진 제1 혼합물 중 제1 팔라듐 성분 및 임의로 백금 성분은 수불용성 형태로 전환시킨다. 팔라듐 및 백금 성분은 화학적으로 또는 하소시킴으로써 불용성 형태로 전환시킬 수 있다. 제1 층을 바람직하게는 250 ℃ 이상에서 하소시킨다. The first downstream platinum and platinum components are added to water to form a first slurry and preferably milled to the first slurry. Preferably, the slurry is acidic with a pH of less than 7 and preferably from 3 to 7. Preferably the pH is lowered by the addition of acid, preferably acetic acid, to the slurry. In a particularly preferred embodiment the first slurry is comminuted so that substantially all of the solids have a particle size of less than 10 micrometers in average diameter. The first slurry can be prepared in the first layer and dried. The first palladium component and optionally the platinum component in the first mixture obtained in the first layer convert to water insoluble form. The palladium and platinum components can be converted to insoluble form chemically or by calcining. The first layer is preferably calcined at 250 ° C. or higher.

하나 이상의 수용성 제2 백금 성분 및 하나 이상의 수용성 로듐 성분의 용액과 실질적으로 모든 용액을 흡수하기에 충분히 건조된 미분된 큰 표면적 내화성 산화물의 제2 혼합물을 혼합한다. 제2 백금 성분 및 제2 로듐 성분을 물에 첨가하여 제2 슬러리를 형성하고, 바람직하게는 제2 슬러리에 분쇄시킨다. 바람직하게는, 슬러리는 pH가 7 미만 및 바람직하게는 3 내지 7인 산성이다. 바람직하게는 pH는 슬러리에 산, 바람직하게는 아세트산을 첨가하여 낮춘다. 특히 바람직한 실시태양에서 제2 슬러리는 분쇄되어 실질적으로 모든 고상물의 입도가 평균 직경 10 미크로미터 미만이 된다. 제2 슬러리를 제1 층 상의 제2 층에 제조하여 건조시킬 수 있다. 얻어진 제2 혼합물 중 제2 백금족 성분 및 제2 로듐 성분을 수불용성 형태로 전환시킨다. 백금 및 로듐 성분은 화학적으로 또는 하소시킴으로써 불용성 형태로 전환시킬 수 있다. 이어서, 제2 층을 바람직하게는 250 ℃ 이상에서 하소시킨다. A solution of at least one water soluble second platinum component and at least one water soluble rhodium component is mixed with a second mixture of finely divided large surface area refractory oxide sufficiently dry to absorb substantially all of the solution. The second platinum component and the second rhodium component are added to water to form a second slurry, preferably milled to the second slurry. Preferably, the slurry is acidic with a pH of less than 7 and preferably from 3 to 7. Preferably the pH is lowered by the addition of acid, preferably acetic acid, to the slurry. In a particularly preferred embodiment the second slurry is comminuted so that substantially all of the solids have a particle size of less than 10 micrometers in average diameter. A second slurry can be prepared and dried in a second layer on the first layer. The second platinum group component and the second rhodium component in the second mixture obtained are converted to the water insoluble form. The platinum and rhodium components can be converted to insoluble form chemically or by calcining. The second layer is then calcined, preferably at 250 ° C. or higher.

또한, 본 복합체의 각 하류 층은 일반적으로 하기와 같이 열거된 미국 특허 제4,134,860호 (본원에 참고로 포함됨)에 개시된 방법에 의해 제조될 수 있다. In addition, each downstream layer of the present composites can be prepared by the methods disclosed in US Pat. No. 4,134,860, which is incorporated herein by reference in general.

미분된 큰 표면적 내화성 산화물 지지체는 바람직하게는 하나 이상의 백금족 금속 성분을 함유하는 수용성 촉매 촉진 금속 성분의 용액과 접촉하여 본질적으로 유리 또는 비흡수 액체가 없는 혼합물을 제공한다. 고상의 미분된 혼합물의 촉매 촉진 백금족 금속 성분은 단계 중 이 시점에서 본질적으로 수불용성 형태로 전환될 수 있으며, 혼합물에는 본질적으로 비흡수 액체가 없다. 상기 방법은 촉매 촉진 금속 성분 함유 용액을 실질적으로 모두 흡수하기에 충분히 건조된 내화성 산화물 지지체, 예를 들면 안정화 알루미나를 포함하는 알루미나를 사용함으로써 달성될 수 있으며, 용액 및 지지체의 양, 및 후자의 습윤 함량은 촉매 촉진 금속 성분의 첨가가 완결될 때 유리 또는 비흡수 용액이 본질적으로 없는 것이다. 지지체 상에 촉매 촉진 금속 성분의 후자 전환 또는 고정되는 동안 복합체는 본질적으로 건조되어 개별적 또는 유리 액상은 실질적으로 없다. The finely divided large surface area refractory oxide support is preferably in contact with a solution of a water soluble catalyst promoting metal component containing one or more platinum group metal components to provide a mixture that is essentially free of free or non-absorbing liquid. The catalytically promoted platinum group metal component of the solid, finely divided mixture can be converted to an essentially water insoluble form at this point in the step, and the mixture is essentially free of nonabsorbable liquid. The method can be achieved by using a refractory oxide support, for example alumina comprising stabilized alumina, which is sufficiently dry to absorb substantially all of the catalyst-promoting metal component containing solution, and the amount of solution and support, and the latter wetting The content is essentially free of free or nonabsorbent solutions when the addition of the catalyst promoting metal component is complete. During the latter conversion or fixation of the catalyst promoting metal component on the support, the composite is essentially dry so that there are substantially no individual or free liquid phases.

고정된 촉매 촉진 금속 성분 함유 혼합물은 바람직하게는 산성인 슬러리로서 분쇄될 수 있어 유리하게는 주로 크기가 약 5 내지 15 미크론인 고상 입자를 제공한다. 얻어진 슬러리는 바람직하게는 표면적이 적은 대형 크기 캐리어를 코팅하는데 바람직하게 사용되고, 복합체는 건조되고 하소될 수 있다. 상기 촉매 중 촉매 촉진 금속 성분과 큰 면적 지지체의 복합체는 예를 들면 금속성 캐리어일 경우와 같이 실질적으로 후자가 비다공성 일지라도 캐리어에 대하여 강한 접착성을 나타내고, 촉매는 격렬한 반응 조건 하에 사용될 때 촉매 활성 및 수명이 상당히 양호하다. 각각의 제1 및 제2 층은 본 발명의 복합체를 형성하기 위하여 연속으로 도포되고 하소될 수 있다. The immobilized catalyst-promoting metal component-containing mixture is preferably comminuted as an acidic slurry to advantageously provide solid particles, mainly of about 5 to 15 microns in size. The resulting slurry is preferably used to coat large size carriers with a low surface area, and the composite can be dried and calcined. The complex of the catalyst promoting metal component and the large area support in the catalyst exhibits strong adhesion to the carrier even if the latter is substantially nonporous, such as, for example, a metallic carrier, and the catalyst exhibits catalytic activity and activity when used under intense reaction conditions. The service life is quite good. Each of the first and second layers can be applied and calcined successively to form the composite of the present invention.

배합물계에 첨가된 본질적으로 모든 백금족 금속 성분은 촉매에 남아 있기 때문에, 상기 방법은 균일하고 특정적인 촉매 촉진 금속 성분의 조성물을 제공하고, 조성물은 본질적으로 단일 또는 다수의 활성 촉매-촉진 금속 성분은 계산된 양을 함유한다. 몇몇 경우 다수의 촉매 활성 금속 성분이 동시에 또는 순차적으로 소정 내화성 산화물 지지체 상에 침착될 수 있다. 상기 발명의 방법에 의해 제조된 상이한 조성물의 개별적으로 제조된 촉매-촉진 금속 성분 내화성 산화물 복합체를 치밀하게 혼합하여 금속 함량이 특정 촉매 효과를 위하여 엄밀하게 조절되고 선택되는 다양한 촉매를 제조할 수 있다. 상기 혼합 복합체는 필요한 경우 내화성 산화물 지지체 입자의 일부분 상에 하나 이상의 촉매 촉진 금속 성분, 및 내화성 산화물 지지체 입자의 다른 부분 상에 하나 이상의 상이한 촉매 촉진 금속 성분을 함유할 수 있다. 예를 들면, 복합체는 내화성 산화물 입자의 일부분 상에 백금족 금속 성분, 및 내화성 산화물 입자의 상이한 부분 상에 비천 금속 성분을 가질 수 있다. 별법으로, 상이한 백금족 금속 또는 상이한 비천 금속은 소정 복합체 중 내화성 산화물 지지체 입자의 개별적인 부분 상에 침착될 수 있다. 따라서, 상기 방법은 조성물에서 쉽게 변화되고 엄밀하게 조절될 수 있는 촉매를 제공한다는 점에서 상당히 유리하다는 것이 명백하다. Since essentially all platinum group metal components added to the formulation system remain in the catalyst, the method provides a composition of uniform and specific catalyst promoting metal components, wherein the composition consists essentially of single or multiple active catalyst-promoting metal components. It contains the calculated amount. In some cases multiple catalytically active metal components may be deposited on a given refractory oxide support simultaneously or sequentially. The individually prepared catalyst-promoting metal component refractory oxide composites of the different compositions produced by the process of the invention can be tightly mixed to produce a variety of catalysts whose metal content is tightly controlled and selected for a particular catalytic effect. The mixed composite may, if desired, contain one or more catalytically promoted metal components on a portion of the refractory oxide support particles, and one or more different catalytically accelerated metal components on another portion of the refractory oxide support particles. For example, the composite may have a platinum group metal component on a portion of the refractory oxide particles, and a base metal component on a different portion of the refractory oxide particles. Alternatively, different platinum group metals or different base metals may be deposited on individual portions of the refractory oxide support particles in a given composite. Thus, it is clear that the process is quite advantageous in that it provides a catalyst that can be easily changed and tightly controlled in the composition.

귀금속족 또는 비천 금속족 성분은 개별적인 제1 및 제2 층에 단독으로 또는 혼합물로 큰 표면적 내화성 산화물 상에 형성될 수 있고, 이어서, 대형 크기 캐리어 상에 침착될 수 있다. 이는 캐리어의 외표면 상에 침착시킴으로써 소량으로 존재하는 백금 금속 성분을 최대로 유용하게 한다. 고가의 촉매 성분을 최대로 사용하기 위하여, 또는 유입구 부분이 성분으로 코팅되어 상대적으로 저온에서 라이트 오프 또는 반응 출발 활성을 제공하는 것과 같은 특정 촉매 잇점을 달성하기 위하여 후자 방법은 큰 표면적 내화성 산화물 상에 다양한 금속 성분의 실질적인 불연속 층을 침착시킨다. 금속 성분이 캐리어 상에 선택적으로 침착되지 않고 내화성 산화물에 고정되지 않는 경우, 촉매의 한 층에서 다음 층으로 자유롭게 이동할 수 있다. The precious metal group or base metal group component may be formed on the large surface area refractory oxide alone or in a mixture in separate first and second layers, and then deposited on a large size carrier. This makes the platinum metal component present in small amounts maximally useful by depositing on the outer surface of the carrier. In order to maximize the use of expensive catalyst components, or to achieve certain catalyst benefits such as inlet portions coated with the components to provide light off or reaction starting activity at relatively low temperatures, the latter method can be applied to large surface area refractory oxides. Deposit a substantially discontinuous layer of various metal components. If the metal component is not selectively deposited on the carrier and is not fixed to the refractory oxide, it can move freely from one layer of catalyst to the next.

본 방법에 따라 촉매 촉진 금속 성분과 내화성 산화물 지지체와의 혼합물은 촉매 촉진 금속의 수용성 형태를 함유하는 수용액과 미분된 큰 표면적 지지체를 혼합함으로써 제조되어 필수적으로 완전하게 지지체내에 용액을 흡수할 수 있다. 용액은 귀금속 또는 비천 금속의 하나 이상의 수용성 화합물을 함유할 수 있다. 수용성 백금족 금속 성분은 수산화백금 또는 테트라민 착물과 같은 염기성 화합물, 또는 염화백금(IV)수소산 또는 질산로듐과 같은 산성 화합물의 형태인 것이 바람직하다. 유용한 비천 금속 화합물은 질산염, 포르메이트, 기타 산소 함유 화합물 등과 같은 수용성 염을 포함한다. 촉매 촉진 금속의 개별적인 화합물은 하나 이상의 수용액 중 지지체에 첨가되어 소정 지지체 입자 상에 2 이상의 금속을 제공할 수 있다. The mixture of the catalyst promoting metal component and the refractory oxide support in accordance with the present method can be prepared by mixing the finely divided large surface area support with an aqueous solution containing a water soluble form of the catalyst promoting metal to essentially completely absorb the solution into the support. . The solution may contain one or more water soluble compounds of precious or base metals. The water soluble platinum group metal component is preferably in the form of a basic compound such as platinum hydroxide or tetramine complex, or an acidic compound such as platinum (IV) hydrochloric acid or rhodium nitrate. Useful base metal compounds include water soluble salts such as nitrates, formate, other oxygen containing compounds and the like. Individual compounds of the catalyst promoting metal may be added to the support in one or more aqueous solutions to provide two or more metals on the desired support particles.

촉매 촉진 금속 용액 및 큰 표면적 산화물 지지체가 한데 합쳐진 후, 촉매 촉진 금속 성분은 지지체 상에 고정될 수 있는데, 필수적으로 수불용성 형태로 전환되며 복합체는 유리 또는 비흡수 수성 매질이 본질적으로 없다. 전환은 황화수소 또는 수소와 같은 기체, 또는 아세트산 또는 액상 형태일 수 있는 기타 시약, 특히 수용액, 예를 들면 히드라진과 같은 액체로 처리하여 화학적으로 실행될 수 있다. 그러나, 사용된 액체의 양은 지지체 상에 촉매 촉진 금속을 고정하는 동안 복합체가 유리 또는 비흡수 액체의 상당한 또는 실질적인 양을 함유하기에 충분하지 않다. 고정 처리는 반응성 기체 또는 필수적으로 불활성인 것에 의해 이루어질 수 있는데; 예를 들면 고정은 공기 또는 촉매 촉진 금속 성분과 반응성이거나 또는 필수적으로 불활성일 수 있는 기타 기체중에서 복합체를 하소시킴으로써 달성될 수 있다. 얻어진 불용성 또는 고정된 촉매 촉진 금속 성분은 황화물, 산화물, 원소 금속 또는 기타 형태로서 존재할 수 있다. 다수의 촉매 촉진 금속 성분이 지지체 상에 침착되는 경우, 고정은 각 금속 성분을 침착한 후 또는 다수의 상기 금속 성분을 침착한 후에 시행될 수 있다. After the catalyst promoted metal solution and the large surface area oxide support are combined together, the catalyst promoted metal component can be immobilized on the support, essentially converted to a water insoluble form and the composite is essentially free of free or nonabsorbable media. The conversion can be effected chemically by treatment with a gas such as hydrogen sulfide or hydrogen, or other reagents which may be in acetic or liquid form, in particular an aqueous solution, for example a liquid such as hydrazine. However, the amount of liquid used is not sufficient for the composite to contain a significant or substantial amount of free or nonabsorbable liquid while fixing the catalyst promoting metal on the support. The fixation treatment can be done by reactive gas or essentially inert; For example, fixation may be accomplished by calcining the complex in air or other gas that may be reactive or essentially inert with the catalytically promoted metal component. The insoluble or fixed catalyst promoting metal component obtained can be present as sulfides, oxides, elemental metals or in other forms. If a plurality of catalyst promoting metal components are deposited on the support, the fixation can be carried out after the deposition of each metal component or after the deposition of the plurality of said metal components.

미분된 큰 표면적 내화성 산화물 지지체의 입도는 일반적으로 약 10 또는 15 미크로미터 초과이다. 상기된 바와 같이 촉매 촉진 금속 함유 용액과 한데 합쳐지는 경우, 큰 표면적 지지체는 필수적으로 모든 용액을 흡수하기에 충분하도록 건조된다. The particle size of the finely divided large surface area refractory oxide support is generally greater than about 10 or 15 micrometers. When combined with a catalyst promoting metal containing solution as described above, the large surface area support is dried to be essentially sufficient to absorb all of the solution.

본 발명에 의한 촉매 제조에서 고정된 또는 수불용성 촉매 촉진 금속 성분과 큰 면적 지지체의 촉매 활성 복합체는 바람직하게는 총 표면적이 작은 대형 크기 캐리어와 한데 합쳐질 수 있다. 이는 먼저 촉매 활성 복합체, 또는 바람직하게는 산성인 수성 슬러리와 같은 다수의 복합체를 분쇄시킴으로써 달성될 수 있다. 일반적으로 상기 처리는 슬러리 중 고상 입자의 입도가 주로 약 10 또는 15 미크로미터 미만이 될 때까지 계속된다. 분쇄는 볼 분쇄 또는 기타 적합한 장치에서 이루어질 수 있고, 슬러리의 고체 함량은 예를 들면 약 20 내지 50 중량%, 바람직하게는 약 35 내지 45 중량%일 수 있다. 바람직하게는 슬러리의 pH는 약 5 미만이고, 산성은 소량의 수용성 유기 또는 무기 산, 또는 기타 수용성 산성 화합물을 사용함으로써 공급될 수 있다. 따라서, 사용된 산은 염산 또는 질산, 또는 보다 바람직하게는 아세트산과 같은 저급 지방산일 수 있는데, 예를 들면 트리클로로아세트산의 경우 염소와 치환될 수 있다. 지방산을 사용하여 지지체로부터 임의의 백금족 금속 손실을 최소화할 수 있다. In the preparation of the catalysts according to the invention the catalytically active complexes of fixed or water insoluble catalyst promoting metal components and large area supports can preferably be combined together with large size carriers with a small total surface area. This may be accomplished by first grinding a number of complexes, such as catalytically active complexes, or aqueous slurry, preferably acidic. Generally the treatment continues until the particle size of the solid particles in the slurry is predominantly less than about 10 or 15 micrometers. Grinding can take place in a ball mill or other suitable apparatus, and the solids content of the slurry can be, for example, about 20 to 50% by weight, preferably about 35 to 45% by weight. Preferably the pH of the slurry is less than about 5, and acidity can be supplied by using small amounts of water soluble organic or inorganic acids, or other water soluble acidic compounds. Thus, the acid used may be a lower fatty acid such as hydrochloric acid or nitric acid, or more preferably acetic acid, for example trichloroacetic acid may be substituted with chlorine. Fatty acids may be used to minimize any platinum group metal loss from the support.

대형 크기 캐리어 상에 촉매 촉진족 금속 지지체 복합체를 침착시키기 위하여 하나 이상의 분쇄된 슬러리가 캐리어와 개별적으로 또는 통상적으로 임의의 바람직한 방식으로 한데 합쳐질 수 있다. 따라서, 캐리어는 슬러리에 1회 이상 침지될 수 있으며, 슬러리의 적당량이 캐리어 상에 존재할 때까지 필요한 경우 중간 건조한다. 캐리어 상에 촉매 촉진 금속 성분-큰 표면적 복합체를 침착하는데 사용된 슬러리는 종종 미분된 고상물을 약 20 내지 50 중량%, 바람직하게는 약 35 내지 45 중량% 포함할 것이다. One or more milled slurries may be combined with the carrier individually or typically in any desired manner to deposit the catalyst promoter metal support complex on the large size carrier. Thus, the carrier may be immersed one or more times in the slurry and intermediately dried if necessary until the appropriate amount of slurry is present on the carrier. The slurry used to deposit the catalyst promoting metal component-large surface area composite on the carrier will often include from about 20 to 50% by weight, preferably from about 35 to 45% by weight of finely divided solids.

하류 적층 촉매 복합체는 펠릿과 같은 자체 지지 구조물의 형태, 또는 금속성 또는 세라믹 벌집체와 같은 적합한 캐리어 또는 기재 상에 사용될 수 있다. The downstream laminated catalyst composites can be used in the form of self supporting structures such as pellets, or on suitable carriers or substrates such as metallic or ceramic honeycombs.

본 발명의 제1 하류 층 조성물 및 본 발명의 제2 하류 층 조성물은 공지된 방법에 의해 제조되고 펠릿으로 형성되거나 또는 적합한 기재, 바람직하게는 금속 또는 세라믹 벌집상 캐리어에 도포될 수 있다. 분쇄된 촉매 촉진 금속 성분-큰 표면적 지지체 복합체가 바람직한 양으로 캐리어 상에 침착될 수 있는데, 예를 들면 복합체는 코팅된 캐리어를 약 2 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 20 중량% 포함할 수 있다. 캐리어 상에 침착된 복합체는 일반적으로 접촉된 캐리어 표면의 전부는 아닐지라도 대부분에 걸쳐 코팅으로서 형성된다. 한데 합쳐진 구조물은 소정 조건에서 요구되지 않는 한 내화성 산화물 지지체의 큰 면적을 부당하게 파괴하지 않는 온도, 바람직하게는 약 250 ℃ 이상에서 건조하고 하소시킬 수 있다. The first downstream layer composition of the present invention and the second downstream layer composition of the present invention can be prepared by known methods and formed into pellets or applied to a suitable substrate, preferably a metal or ceramic honeycomb carrier. Crushed catalyst promoting metal component-large surface area support composites may be deposited on the carrier in a desired amount, for example the composite may comprise from about 2 to 30%, preferably from about 5 to 20%, by weight of the coated carrier. Can be. The composite deposited on the carrier is generally formed as a coating over most, if not all, of the carrier surface in contact. The combined structures can be dried and calcined at a temperature that does not unreasonably destroy a large area of the refractory oxide support, preferably at least about 250 ° C., unless required under certain conditions.

본 발명에 의해 제조된 촉매를 위해 유용한 캐리어는 본질적으로 금속성일 수 있고, 하나 이상의 금속 또는 금속 합금으로 이루어질 수 있다. 금속성 캐리어는 펠릿과 같은 다양한 형상 또는 모노리스 형태일 수 있다. 바람직한 금속성 지지체는 내열성 비천 금속 합금, 특히 철이 실질적 또는 주요 성분인 것을 포함한다. 상기 합금은 하나 이상의 니켈, 크롬, 및 알루미늄을 함유할 수 있고, 유리하게는 이 금속들은 총 합금을 약 15 중량% 이상, 예를 들면 크롬을 약 10 내지 25 중량%, 알루미늄을 약 3 내지 8 중량% 및 니켈을 약 20 중량% 이하, 임의로 또는 미량이 존재하는 경우 니켈을 약 1 중량% 이상 포함할 수 있다. 바람직한 합금은 망간, 구리, 바나듐, 티타늄 등과 같은 하나 이상의 소량 또는 미량의 기타 금속을 함유할 수 있다. 금속 캐리어 표면은 상당한 승온에서 산화될 수 있으므로, 주위 온도에서 산화시켜 얻은 것보다 두께 및 표면적이 큰 캐리어 표면 상에 산화물 층을 형성함으로써 합금의 내부식성을 개선시킬 수 있다. 고온 산화에 의하여 합금 캐리어 상에 산화 또는 신장된 표면을 제공하는 것은 내화성 산화물 지지체 및 촉매 촉진 금속 성분의 캐리어에 대한 접착성을 개선할 수 있다. Carriers useful for the catalysts produced by the present invention may be metallic in nature and may consist of one or more metals or metal alloys. The metallic carrier may be in various shapes such as pellets or in monolithic form. Preferred metallic supports include heat resistant base metal alloys, especially those in which iron is a substantial or major component. The alloy may contain one or more nickel, chromium, and aluminum, advantageously the metals comprise at least about 15% by weight of the total alloy, for example about 10-25% by weight of chromium, about 3-8% by aluminum. It may comprise about 1% by weight or more of nickel by weight and up to about 20% by weight of nickel, optionally or when present in trace amounts. Preferred alloys may contain one or more small or trace amounts of other metals such as manganese, copper, vanadium, titanium, and the like. Since the metal carrier surface can be oxidized at significant elevated temperatures, it is possible to improve the corrosion resistance of the alloy by forming an oxide layer on the carrier surface having a larger thickness and surface area than that obtained by oxidizing at ambient temperature. Providing an oxidized or stretched surface on the alloy carrier by high temperature oxidation can improve the adhesion of the refractory oxide support and the catalyst promoting metal component to the carrier.

캐리어의 유입면 또는 배출면으로부터 신장하는 다수의 미세한 병렬 가스 유동 통로를 갖는 유형의 모노리스 캐리어와 같은 임의의 적합한 캐리어가 사용될 수 있으며, 통로는 유체 유동으로 개방된다. 유체 유입구로부터 유체 배출구까지 필수적으로 곧은 통로는 벽에 의해 한정되며, 그 위에 촉매 물질이 "워시코트"로서 코팅되어 통로를 통해 유동하는 가스는 촉매 물질과 접촉한다. 모노리스 캐리어의 유동 통로는 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인 곡선형, 육각형, 타원, 원과 같은 임의의 적합한 단면 형상 및 크기일 수 있는 얇은 벽 채널이다. 상기 구조물은 가스 유입 개구 ("셀")를 단면의 제곱 인치 당 약 60 내지 약 600 이상 함유할 수 있다. 세라믹 캐리어는 임의의 적합한 내화성 물질, 예를 들면, 코디어라이트, 코디어라이트-알파 알루미나, 질화규소, 지르콘 물라이트, 스포두멘, 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 실리케이트, 실리마나이트, 마그네슘 실리케이트, 지르콘, 페탈라이트, 알파 알루미나 및 알루미노실리케이트로 제조될 수 있다. 금속성 벌집체는 스테인레스강 또는 기타 적합한 철 기재 또는 니켈 기재 내부식성 합금과 같은 내화성 금속으로 제조될 수 있다. Any suitable carrier may be used, such as a monolithic carrier of the type having a plurality of fine parallel gas flow passages extending from the inlet or outlet side of the carrier, the passages opening to fluid flow. The essentially straight passage from the fluid inlet to the fluid outlet is defined by the wall, on which the catalytic material is coated as a "washcoat" and the gas flowing through the passage is in contact with the catalytic material. The flow passage of the monolithic carrier is a thin wall channel that can be any suitable cross-sectional shape and size, such as trapezoidal, rectangular, square, sinusoidal, hexagonal, ellipse, circle. The structure may contain from about 60 to about 600 or more gas inlet openings (“cells”) per square inch of cross section. The ceramic carrier may be any suitable refractory material, such as cordierite, cordierite-alpha alumina, silicon nitride, zircon mullite, spodumene, alumina-silica magnesia, zircon silicate, silimite, magnesium silicate, zircon, It can be made of petalite, alpha alumina and aluminosilicate. The metallic honeycomb can be made of refractory metals such as stainless steel or other suitable iron based or nickel based corrosion resistant alloys.

상기 금속 모노리스 캐리어는 유동 채널("셀")을 단면 1 제곱 인치 당 약 1200 이상까지 함유할 수 있지만, 훨씬 적게 사용될 수 있다. 예를 들면, 캐리어는 1 제곱 인치 당 셀("cpsi")을 약 60 내지 1200, 보다 일반적으로는 200 내지 800, 및 가장 일반적으로는 약 400 내지 600 가질 수 있다. The metal monolithic carrier may contain up to about 1200 or more flow channels (“cells”) per square inch of cross section, but much less may be used. For example, a carrier can have about 60 to 1200, more typically 200 to 800, and most typically about 400 to 600 cells per square inch.

별도의 실시태양에서, 하류 구역 (20)은 상류 구역 (18)에 비해 열질량이 크도록 디자인된다. 본 발명의 목적상, 열질량은 상류 또는 하류 구역 질량에 개별적인 구역의 열용량을 곱한 것으로서 표시된다. 특히 상기 디자인은 개별적인 구역에서 사용하기 위하여 상기 열거된 바와 같은 촉매 조성물과 한데 합쳐지는 경우에 바람직하다. 상류 및 하류 벌집상 모노리스가 동일 또는 유사한 물질로 제조되는 경우, 유용한 상류 모노리스의 벌집체 (30) 축 길이는 0.5 내지 3.0, 0.5 내지 2.5, 0.5 내지 2.0, 1.0 내지 2.0 및 1.0 내지 3.0 인치이다. 바람직한 세라믹 상류 벌집상 모노리스의 길이는 2.0 내지 3.0 인치이며, 2.5 인치 길이의 모노리스가 시판되고 있다. 상류 및 하류 구역의 열질량에 영향을 미치는 중요한 요인은 기재가 제조되는 물질이다. 유용한 실시태양은 금속으로 제조된 상류 벌집체 및 세라믹으로 제조된 하류 모노리스를 포함한다. 세라믹 벌집체의 열용량이 보다 큰 경향이 있다. 열질량에 영향을 미치는 기타 요인으로는 제곱 인치 당 셀의 수 (cpsi), 촉매 부하량 및 0.001에서 0.014 인치로 변하는 벌집체 벽 두께가 있다. 통상적으로 세라믹 모노리스의 벽 두께는 0.002 내지 0.008 인치이며, 통상적으로 금속 모노리스의 벽 두께는 0.0015 내지 0.003 인치이다. 유용한 벌집상 유동 관통 모노리스의 cpsi는 300 내지 600이다. 벽 두께 등에 따라 좌우되어 모노리스 cpsi가 클수록 열질량이 크다. 본 발명은 하류 모노리스에 비해 모노리스에 cpsi가 보다 작은 상류 모노리스를 사용할 수 있다. 따라서, 상류 모노리스가 작을수록 보다 빠르게 가열될 것이다. 유용하고 바람직한 벌집체는 상기 열거된 바와 같은 세라믹 물질 또는 금속성 물질로부터 제조될 수 있다. 바람직한 상류 세라믹 벌집체는 코디어라이트로 제조되고, 300 내지 600 cpsi를 갖고, 축 방향으로 2.0 내지 3.0 인치이다. 바람직한 하류 세라믹 벌집체는 코디어라이트로 제조되고, 300 내지 600 cpsi를 갖고, 축 방향으로 3.0 초과 내지 약 9.0 인치이다. 상류 및 하류 벌집체는 상기된 바와 같은 상류 구역 및 하류 구역의 촉매 조성물을 지지하는 기재로서 작용한다. In a separate embodiment, the downstream zone 20 is designed to have a higher thermal mass than the upstream zone 18. For the purposes of the present invention, thermal mass is expressed as the mass of an upstream or downstream zone multiplied by the heat capacity of the individual zones. This design is particularly desirable when combined with the catalyst composition as listed above for use in separate zones. When upstream and downstream honeycomb monoliths are made of the same or similar materials, the useful upstream monolith honeycomb 30 axis lengths are from 0.5 to 3.0, from 0.5 to 2.5, from 0.5 to 2.0, from 1.0 to 2.0 and from 1.0 to 3.0 inches. Preferred ceramic upstream honeycomb monoliths are from 2.0 to 3.0 inches in length and 2.5 inches of monolith are commercially available. An important factor influencing the thermal mass of the upstream and downstream zones is the material from which the substrate is made. Useful embodiments include upstream honeycombs made of metal and downstream monoliths made of ceramic. The heat capacity of the ceramic honeycomb tends to be larger. Other factors affecting thermal mass include the number of cells per square inch (cpsi), catalyst loading, and honeycomb wall thicknesses varying from 0.001 to 0.014 inches. Typically the wall thickness of ceramic monoliths is 0.002 to 0.008 inches, and typically the wall thickness of metal monoliths is 0.0015 to 0.003 inches. Useful honeycomb flow through monoliths have a cpsi of 300 to 600. The greater the monolith cpsi, the greater the thermal mass, depending on wall thickness and the like. The present invention allows the use of upstream monoliths with less cpsi in monoliths compared to downstream monoliths. Thus, the smaller the upstream monolith, the faster it will heat up. Useful and preferred honeycombs can be prepared from ceramic materials or metallic materials as listed above. Preferred upstream ceramic honeycombs are made of cordierite, have 300 to 600 cpsi and are 2.0 to 3.0 inches in the axial direction. Preferred downstream ceramic honeycombs are made of cordierite, have 300 to 600 cpsi and are greater than 3.0 to about 9.0 inches in the axial direction. The upstream and downstream honeycombs serve as substrates for supporting the catalyst compositions in the upstream and downstream zones as described above.

바람직하게는, 보다 작은 상류 구역 조성물의 라이트-오프 온도는 하류 구역보다 낮게 디자인된다. 따라서, 상류 구역이 반응물을 보다 빠르게 가열하고 촉매화한다. 또한, 정적 상태 수행 동안에 비해 지체 시간이 길고, 공간 속도가 작을 경우, 공전과 같은 조건 동안 수행하도록 디자인한다. 본 발명의 목적상 "라이트 오프"는 촉매가 활성이 되고 배기 가스 성분의 반응을 개시할 수 있는 온도를 의미할 것이다. 다른 식으로 언급하면 지체 시간은 공간 속도의 역수로 표시된다. 본 발명의 목적상, "공간 속도"는 소정 시간에 촉매 모노리스를 통과하는 기체 부피를 촉매 모노리스의 총 부피로 나눈 것을 의미할 것이고, 시간의 역수와 같이 시간 단위의 역수로 표시된다. 유리하게는 본 발명의 촉매 제품은 공간 속도 10 내지 500,000 시간의 역수로 사용될 수 있고, 통상적으로는 50 내지 350,000 시간의 역수이다. Preferably, the light-off temperature of the smaller upstream zone composition is designed to be lower than the downstream zone. Thus, the upstream zone heats up and catalyzes the reactants faster. In addition, when the delay time is longer and the space velocity is smaller than during the static state, it is designed to perform during the conditions such as idle. For the purposes of the present invention "light off" will mean a temperature at which the catalyst is active and can initiate the reaction of the exhaust gas component. Stated another way, lag time is expressed as the inverse of space velocity. For the purposes of the present invention, "space velocity" will mean the volume of gas passing through the catalyst monolith at a given time divided by the total volume of the catalyst monolith, expressed as the inverse of the time unit, such as the inverse of the time. Advantageously, the catalyst product of the present invention can be used at a reciprocal of space velocity of 10 to 500,000 hours and is usually an inverse of 50 to 350,000 hours.

본 발명에 의해 제조된 촉매 조성물은 환원, 메탄화, 및 특히 예를 들면 일산화탄소, 탄화수소, 산소 함유 유기 화합물 등인 탄소질 물질의 중간체 산화 생성물, 이산화탄소 및 물과 같이 분자 당 산소 중량%가 큰 생성물로의 산화와 같은 화학 반응을 촉진하는데 사용될 수 있는데, 후자의 두 물질은 공기 오염 기준으로부터 상대적으로 무해 물질이다. 유리하게는, 촉매 조성물은 일산화탄소, 탄화수소, 및 주로 탄소, 수소 및 산소를 포함하는 중간체 산화 생성물, 또는 질소 산화물과 같은 비연소 또는 부분적으로 연소된 탄소질 연료 성분을 기체 배기 방출물로부터 제거시키는데 사용될 수 있다. 몇몇 산화 또는 환원 반응은 상대적으로 저온에서 발생할 수 있으나, 종종 예를 들면 약 150 ℃ 이상, 바람직하게는 약 200 내지 900 ℃의 승온에서 및 일반적으로 기체 상의 공급 원료와 함께 수행된다. 산화 처리된 물질은 일반적으로 탄소를 함유하므로, 본질적으로 유기물 또는 무기물이든지 이들은 탄소질로 지정될 수 있다. 따라서, 촉매는 탄화수소, 산소 함유 유기 성분, 및 일산화탄소의 산화, 및 질소 산화물의 환원을 촉진하는데 유용하다. 상기 유형의 물질은 탄소질 연료의 연소로부터 배기 가스에 존재할 수 있고, 촉매는 상기 방출물 중의 물질의 산화 및 환원을 촉진하는데 유용하다. 탄화수소 연료 상에 작동하는 내부 연소 엔진으로부터의 배기 가스, 및 기타 폐가스는 방출물의 일부로서 가스 스트림에 존재할 수 있거나, 또는 공기 또는 산소 농도가 보다 크거나 또는 작은 기타 바람직한 형태로서 첨가될 수 있는 촉매 및 분자 산소와 접촉함으로써 산화될 수 있다. 산화로부터의 생성물은 산화 처리된 공급 물질에 비해 탄소에 대한 산소의 중량비가 보다 크다. 본 발명의 잇점은 본 발명의 촉매 제품이 도 2에 도시된 바와 같이 자동차의 "하방" 위치에 사용될 수 있다는 것이다. 이와 같은 많은 반응계는 당업계에 공지되어 있다. The catalyst composition prepared by the present invention can be reduced, methanated, and in particular a product having a large percentage by weight of oxygen per molecule, such as intermediate oxidation products of carbonaceous substances such as carbon monoxide, hydrocarbons, oxygen-containing organic compounds, carbon dioxide and water. The latter two are relatively harmless from air pollution standards. Advantageously, the catalyst composition is used to remove carbon monoxide, hydrocarbons, and intermediate oxidation products comprising primarily carbon, hydrogen, and oxygen, or unburned or partially burned carbonaceous fuel components, such as nitrogen oxides, from gaseous exhaust emissions. Can be. Some oxidation or reduction reactions may occur at relatively low temperatures, but are often performed at elevated temperatures, for example at least about 150 ° C., preferably at about 200 to 900 ° C., and generally with the gaseous feedstock. Oxidized materials generally contain carbon, so that they may be designated carbonaceous, whether organic or inorganic in nature. Thus, the catalyst is useful for promoting oxidation of hydrocarbons, oxygen-containing organic components, and carbon monoxide, and reduction of nitrogen oxides. Materials of this type can be present in the exhaust gases from the combustion of carbonaceous fuels, and catalysts are useful for promoting oxidation and reduction of materials in the emissions. Exhaust gases from internal combustion engines operating on hydrocarbon fuels, and other waste gases, may be present in the gas stream as part of the emissions, or may be added as other preferred forms with higher or lower air or oxygen concentrations and It can be oxidized by contact with molecular oxygen. The product from oxidation has a higher weight ratio of oxygen to carbon than the oxidized feed material. An advantage of the present invention is that the catalyst product of the present invention can be used in the "down" position of a motor vehicle as shown in FIG. Many such reaction systems are known in the art.

본 발명을 하기 실시예에 의해 추가로 예시하지만, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다. The invention is further illustrated by the following examples, but is not intended to limit the scope of the invention.

<실시예 1><Example 1>

셀 밀도 400 cpsi 및 단면적 약 15.5 in2인 대략 2.5 인치 길이의 코디어라이트 모노리스를 농도 200 g/ft3으로 팔라듐을 함유하는 큰 표면적 알루미나 워시코트로 함침시켰다. 이 워시코트는 제제가 안정화제 및 촉진제를 포함하는 통상적인 워시코트와는 상이한 것이다. 상류 촉매 코팅은 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,597,771호의 실시예 1에 열거된 바와 동일한 2 층 조성물을 포함한다. 코팅 슬러리를 제조하기 전에 귀금속을 워시코트 분말에 함침시키기 때문에, 상기 방법은 모노리스를 워시코트로 코팅한 후 귀금속을 첨가하는 통상적인 방법과는 상이한 것이다. 또한, 이 워시코트는 세륨 안정화 지르코늄을 함유하고, 적층 코팅으로서 코디어라이트 모노리스 상에 도포하였다. 예를 들면, 부하량 1.9 g/in3으로 제1 층(바닥 코트)으로서 모노리스 상에 코팅하고, 부하량 1.3 g/in3으로 제2 층(탑 코트)으로서 코팅하였다. 제2 벌집체의 길이는 약 6 인치이며 동일한 단면적을 갖는다. 상기 하류 촉매 코팅은 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 제08/563,884호의 실시예 1에 열거된 바와 동일한 2 층 조성물을 포함한다. 이 촉매는 바닥 코트 상에 Pd/Pt 및 탑 코트 상에 Pt/Rh를 갖는 적층 워시코트를 포함한다. 총 귀금속 부하량은 105 g/ft3이며, Pt/Pd/Rh의 비는 1/14/1이다. 워시코트 부하량은 바닥 코트에 대하여 2 g/in3이고, 탑 코트에 대하여 1.8 g/in3이다.Cordierite monolith, approximately 2.5 inches long, having a cell density of 400 cpsi and a cross-sectional area of about 15.5 in 2 , was impregnated with a large surface area alumina washcoat containing palladium at a concentration of 200 g / ft 3 . This washcoat is different from conventional washcoats in which the formulation includes stabilizers and accelerators. The upstream catalyst coating comprises the same two layer composition as listed in Example 1 of US Pat. No. 5,597,771, which is incorporated herein by reference. Since the noble metal is impregnated into the washcoat powder prior to preparing the coating slurry, the method is different from the conventional method of coating the monolith with the washcoat and then adding the noble metal. This washcoat also contains cerium stabilized zirconium and was applied on cordierite monolith as a lamination coating. For example, it was coated on a monolith as a first layer (bottom coat) at a load of 1.9 g / in 3 and coated as a second layer (top coat) at a load of 1.3 g / in 3 . The second honeycomb is about 6 inches long and has the same cross sectional area. The downstream catalyst coating comprises the same two layer composition as listed in Example 1 of US Patent Application No. 08 / 563,884, which is incorporated herein by reference. This catalyst comprises a laminated washcoat having Pd / Pt on the bottom coat and Pt / Rh on the top coat. The total precious metal loading is 105 g / ft 3 and the ratio of Pt / Pd / Rh is 1/14/1. Washcoat loading is 2 g / in 3 for the bottom coat and 1.8 g / in 3 for the top coat.

양쪽 브릭(bricks)을 총 모노리스 부피가 약 132 in3인 단일 캐니스터에 장착하였다. Pd 단독 브릭을 캐니스터의 상류에 놓았고, 두 개의 브릭 사이의 공간은 0.5"이다. 상기 캐니스터를 유입구 가스 온도 800 ℃에서 50 시간 동안 엔진 에이징(aging)하였다. 에이징 후, 캐니스터를 Bag2 FTP-75 평가를 위하여 혼다 시빅 2.2 L 자동차 하방 위치에 장착하였다. 결과를 하기에 열거하였다:Both bricks were mounted in a single canister with a total monolith volume of about 132 in 3 . The Pd alone brick was placed upstream of the canister and the space between the two bricks was 0.5 ". The canister was engine aged for 50 hours at the inlet gas temperature of 800 ° C. After aging, the canister was evaluated for Bag2 FTP-75 The Honda Civic 2.2 L car was mounted underneath.

전환율 %                    % Conversion 촉매계      Catalytic system HC       HC CO       CO NOx      NOx Pd 단독 + Pt/Pd/Rh Pd alone + Pt / Pd / Rh 99.50      99.50 96.90      96.90 98.50      98.50

<실시예 2><Example 2>

26.3 in3(직경 3.66" x 길이 2.5") 크기의 전면 브릭을 미국 특허 출원 제08/350,297호의 실시예 1에 열거된 바와 동일한 워시코트로, Pd 부하량 200 g/ft3, 및 총 워시코트 부하량 1.9 g/in3으로 코팅하였다. 약 47 in3(직경 3.66" x 길이 4.5") 크기의 후면 브릭을 제2 브릭을 위해 실시예 1에 사용된 것과 동일한 슬러리로 함침시켰다.A front brick of 26.3 in 3 (diameter 3.66 "x 2.5" long) was prepared with the same washcoat as listed in Example 1 of US patent application Ser. No. 08 / 350,297, with a Pd loading of 200 g / ft 3 , and a total washcoat loading. Coated with 1.9 g / in 3 . A back brick of about 47 in 3 (diameter 3.66 "x 4.5" long) was impregnated with the same slurry as used in Example 1 for the second brick.

두 개의 브릭을 실시예 1과 같이 에이징시켰다. 그러나, 실시예 1에 나타난 800 ℃의 온도 및 50 시간 대신에 유입구 온도는 820 ℃이고 에이징 시간은 100 시간이었다. 상기 촉매계를 실시예 1과 동일한 혼다 시빅 2.2 L를 사용하여 평가하였다. 결과를 하기에 제시하였다. Two bricks were aged as in Example 1. However, instead of the temperature of 800 ° C. and 50 hours shown in Example 1, the inlet temperature was 820 ° C. and the aging time was 100 hours. The catalyst system was evaluated using the same Honda Civic 2.2 L as in Example 1. The results are shown below.

전환율 %                   % Conversion 촉매계     Catalytic system HC      HC CO       CO NOx       NOx Pd 단독 + Pt/Pd/Rh Pd alone + Pt / Pd / Rh 98.90      98.90 95.90      95.90 98.50      98.50

전면 배치에 있는 Pd 단독 촉매, 및 후면 배치에 있는 2 금속 또는 3 금속 촉매는 하기 예시된 바와 같이 Pd 단독 촉매를 포함하는 계에 비해 유리하였다. Pd homocatalysts in the front batch, and bimetallic or trimetallic catalysts in the rearbatch were advantageous over systems comprising Pd monocatalysts as illustrated below.

전환율 %                    % Conversion 촉매계     Catalytic system HC       HC CO       CO NOx      NOx Pd 단독 + Pt/Pd/Rh Pd alone + Pt / Pd / Rh 98.90      98.90 95.90      95.90 98.50      98.50 Pd 단독 + Pd 단독 Pd alone + Pd alone 99.00      99.00 93.70      93.70 97.90      97.90

양쪽 계를 위한 브릭의 크기는 동일하지만, 촉매 조성물은 전면 브릭만 동일하다. 차이점은 후면 브릭에 있다. Pd 단독 촉매계를 위한 후면 브릭은 Pd 부하량이 200 g/ft3에서 100 g/ft3으로 감소된 것을 제외하고는 실시예 1의 계의 전면 브릭으로 사용된 것과 동일한 조성물을 갖는 촉매를 포함하였다.The size of the bricks for both systems is the same, but the catalyst composition is the same for the front brick only. The difference is in the rear brick. The back brick for the Pd alone catalyst system included a catalyst having the same composition as that used for the front brick of the system of Example 1 except that the Pd loading was reduced from 200 g / ft 3 to 100 g / ft 3 .

Claims (16)

제1 상류 지지체 및 하나 이상의 제1 상류 팔라듐 성분을 포함하고, 200 ℃ 내지 350 ℃에서 탄화수소의 산화 전환율이 50 %가 되기에 충분한 양의 상류 팔라듐 성분이 존재하며, 실질적으로 산소 저장 성분을 포함하지 않는 상류 조성물을 포함하는 상류 촉매 구역, 및An upstream palladium component comprising a first upstream support and at least one first upstream palladium component, an amount of the upstream palladium component present at an oxidation conversion rate of 50% at 200 ° C. to 350 ° C., substantially free of oxygen storage components An upstream catalyst zone comprising an upstream composition, and 제1 하류 지지체 및 제1 하류 귀금속 성분을 포함하는 제1 하류 층, 및 제2 하류 지지체 및 제2 하류 귀금속 성분을 포함하는 제2 하류 층을 포함하며, 이 때 하나 이상의 제1 및 제2 하류 층이 팔라듐 성분을 포함하는 것인 하나 이상의 하류 촉매 구역A first downstream layer comprising a first downstream support and a first downstream precious metal component, and a second downstream layer comprising a second downstream support and a second downstream precious metal component, wherein at least one first and second downstream At least one downstream catalyst zone wherein the layer comprises a palladium component 을 포함하고, 상기 상류 조성물이 하류 조성물보다 낮은 라이트-오프(light-off) 온도를 갖는 것인 배기 가스 처리 촉매 제품.Wherein the upstream composition has a light-off temperature lower than the downstream composition. 제1 상류 지지체 및 하나 이상의 제1 상류 팔라듐 성분을 포함하는 제1 상류 층, 및 제2 상류 지지체 및 하나 이상의 제2 상류 팔라듐 성분을 포함하는 제2 상류 층을 포함하는 상류 촉매 구역; 및 An upstream catalyst zone comprising a first upstream layer comprising a first upstream support and at least one first upstream palladium component, and a second upstream layer comprising a second upstream support and at least one second upstream palladium component; And 제1 하류 지지체 및 제1 하류 귀금속 성분을 포함하는 제1 하류 층, 및 제2 하류 지지체 및 제2 하류 귀금속 성분을 포함하는 제2 하류 층을 포함하며, 이 때 상기 제1 및 제2 하류 층 중 하나는 팔라듐 성분을 포함하고 다른 한 층은 로듐 성분을 포함하는 하나 이상의 하류 촉매 구역A first downstream layer comprising a first downstream support and a first downstream precious metal component, and a second downstream layer comprising a second downstream support and a second downstream precious metal component, wherein the first and second downstream layers One or more downstream catalytic zones, one of which comprises a palladium component and the other of which comprises a rhodium component 을 포함하는 배기 가스 처리 촉매 제품.Exhaust gas treatment catalyst product comprising a. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 상류 층 중에 제1 상류 산소 저장 성분을 추가로 포함하는 제품.The article of claim 1, further comprising a first upstream oxygen storage component in the first upstream layer. 제3항에 있어서, 상기 하류 촉매 구역이 The method of claim 3 wherein the downstream catalyst zone is 제1 층 중 제1 하류 백금 성분,A first downstream platinum component of the first layer, 제1 층 중 제1 하류 로듐 성분,A first downstream rhodium component in the first layer, 제2 층 중 제2 하류 백금 성분, 및A second downstream platinum component in the second layer, and 제2 층 중 제2 하류 로듐 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 귀금속을 추가로 포함하는 것인 제품. Further comprising at least one precious metal selected from the group consisting of a second downstream rhodium component in the second layer. 제3항에 있어서, 제1 층 중 제1 하류 팔라듐 성분, 제1 층 중 제1 하류 백금 성분 및 제1 층 중 제1 하류 로듐 성분으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 귀금속 성분을 추가로 포함하는 제품.4. The article of claim 3 further comprising at least one precious metal component selected from the group consisting of a first downstream palladium component of the first layer, a first downstream platinum component of the first layer and a first downstream rhodium component of the first layer. . 제3항에 있어서, 상기 제2 하류 층이 희석 제2 산소 저장 성분을 포함하는 제2 산소 저장 조성물을 추가로 포함하는 것인 제품.The article of claim 3, wherein the second downstream layer further comprises a second oxygen storage composition comprising a dilute second oxygen storage component. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 상류 지지체가 동일하거나 또는 상이하고, 실리카, 알루미나 및 티타니아 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물인 제품. The product of claim 1 or 2, wherein the first and second upstream supports are the same or different and are compounds selected from the group consisting of silica, alumina and titania compounds. 제1항 또는 제2항에 있어서, 세륨 및 프라세오디뮴 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 산소 저장 성분을 추가로 포함하는 제품.The article of claim 1, further comprising an oxygen storage component selected from the group consisting of cerium and praseodymium compounds. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 층 중 하나 이상이 니켈 또는 철 성분을 추가로 포함하는 것인 제품.The article of claim 1, wherein at least one of the first or second layers further comprises a nickel or iron component. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 제1 알칼리 토금속 성분을 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 제1 또는 제2 상류 또는 하류 알칼리 토금속 성분이 마그네슘, 바륨, 칼슘 및 스트론튬으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속으로부터 유도된 것인 제품.The method of claim 1 or 2, further comprising at least one first alkaline earth metal component, wherein the at least one first or second upstream or downstream alkaline earth metal component is selected from the group consisting of magnesium, barium, calcium and strontium. Products derived from metals. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 제1 또는 제2 상류 또는 하류 희토류 금속 성분을 추가로 포함하고, 상기 제2 희토류 금속이 란탄 및 네오디뮴으로부터 선택된 군으로부터 유도된 것인 제품.The article of claim 1, further comprising at least one first or second upstream or downstream rare earth metal component, wherein the second rare earth metal is derived from the group selected from lanthanum and neodymium. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 상기 제1 및 제2 층이 지르코니아 및 희토류 산화물의 미립자 복합체를 추가로 포함하는 것인 제품.The article of claim 1, wherein at least one of said first and second layers further comprises a particulate composite of zirconia and rare earth oxides. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상류 구역이 상류 기재 상에 지지되고, 상기 하류 구역이 하류 기재 상에 지지되는 것인 제품.The product of claim 1, wherein the upstream zone is supported on an upstream substrate and the downstream zone is supported on a downstream substrate. 제13항에 있어서, 상기 상류 및 하류 기재가 벌집상 캐리어를 포함하는 것인 제품.The article of claim 13, wherein the upstream and downstream substrates comprise a honeycomb carrier. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하류 구역이 상기 상류 구역보다 큰 열질량을 갖는 것인 제품.The article of claim 1, wherein said downstream zone has a greater thermal mass than said upstream zone. 제3항에 있어서, 제2 상류 층 중에 제2 상류 산소 저장 성분을 추가로 포함하는 제품.The article of claim 3, further comprising a second upstream oxygen storage component in the second upstream layer.
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