KR100547206B1 - 배기가스 정화용 촉매의 제조방법 - Google Patents

Abstract

용기 일체형 담체를 이용하여 담체 성분 상에 촉매활성성분을 집약적으로 담지한다. 활성성분을 담체에 담지하기 전에, 담체를 실리한 다음 활성성분을 담지한다.

Description

배기가스 정화용 촉매의 제조방법{Method for production of exhaust gas purifying catalyst}

도 1은 본 발명에서 사용되는 용기 일체형 담체의 일예를 도시한 단면도이다.

도 2는 용기 일체형 담체를 실링하는데 사용되는 실링 장치 및 그의 담체 부분의 배치를 나타내는 부분 단면도이다.

도 3a 내지 도 3c는 실링용 지그의 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도 4는 보지(保持)용 매트(retaining mat)를 세라믹 담체에 부착한 일예를 설명하는 도면이다.

도 5는 담체가 도 4에 도시한 바와 같은 갭(gap)을 가지고 있는 보지용 매트를 가지는 경우에 실링용 지그로 실링된 일예를 설명한 도면이다.

도 6은 여분의 활성성분을 흡인하여 제거하는 방법을 설명하는 단면도이다.

기술분야

본 발명은 용기 일체형 담체를 이용하여 자동차 등의 내연기관으로부터 배출 되는 배기가스에 포함된 유해 성분을 제거하는 배기가스 정화용 촉매를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 용기 일체형 담체를 이용하여 자동차 등의 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 포함되어 있는 일산화탄소 (CO), 탄화수소 (HC) 및 질소산화물 (NO_x)과 같은 유해 성분을 동시에 제거하는 배기가스 정화용 촉매를 제조하는 방법에 관한 것이다.

관련기술에 대한 설명

내연기관으로부터 배출되는 배기가스 중의 유해 성분을 제거하는 배기가스 정화용 촉매 여러가지가 제안된 바 있다.

최근 배기가스 제어에 대한 세계적 규제 방안에 대처하기 위하여 엔진의 개량에 관한 각종 연구가 진행되고 있다. 효과적인 방법의 하나로서 엔진 시동 직후의 촉매상 온도를 보다 빨리 상승시키고 촉매의 점화 속도를 가속시키기 위해 허니콤 담체의 벽 두께를 얇게 해서 열용량을 감소시키거나 그의 셀 밀도를 증가시켜서 기하학적 표면적을 증가시키는 방법이 검토되었다. 따라서, 이러한 능력을 갖는 담체를 이용하면 촉매의 정화능력은 개선되지만, 담체의 벽 두께가 얇기 때문에 담체 또는 담체의 강도가 약해져서 담체의 운반시에, 촉매활성성분을 담체에 피복할때, 또는 촉매를 컨버터로 캐닝할 때 담체 또는 촉매의 절단 또는 파손이 지속된다.

특개평 2-264,110, 08-42,333 및 11-76,837호에는, 촉매를 금속제 원통에 삽입한 다음 매트를 이용하여 삽입된 촉매를 고정시킴으로써 전술한 바와 같은 엣지 절단 (edge chipping) 등의 담체 파손을 줄일 수 있는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 공개공보는 촉매활성성분을 담체에 담지하는 방법에 대해서는 전혀 언급하고 있지 않다. 활성성분을 용기 일체형 담체에 담지하는 경우에는 촉매 슬러리가 용기의 일부에 부착하고, 용기를 차량의 배기관에 용접할 때 불량이 발생하며, 담체 보지재 (retainer)의 보지력(retaining force)이 약화되고 촉매 성능이 열화되는 등의 문제점을 일으킨다.

발명의 개요

본 발명은, 최근의 배기가스 규제 강화에 대처하기 위하여 벽 두께가 얇은 세라믹 담체를 이용하여 배기가스 정화용 촉매를 제조함에 있어서, 담체 상에서 엣지 절단과 같은 손상이 발생하지 않거나 촉매 슬러리가 용기의 용접부분, 보지재 등을 오염시키는 일 없이 고성능의 배기가스 정화용 촉매를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자는 촉매 제조에 앞서 허니콤 담체를 금속제 원통에 삽입한 다음, 매트와 같은 보지재를 이용하여 삽입된 담체를 고정시키고 촉매활성성분을 담체에 담지하는 용기 일체형 담체를 수득하는 방법을 조사하여 문제점을 극복하기 위하여 열심히 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은 벽 두께가 얇은 세라믹 담체를 사용하더라도 담체 상에 엣지 절단과 같은 손상을 일으키지 않고 용기의 용접부 또는 보지용 매트를 활성성분으로 오염시키지 않는 촉매를 제조하는 방법을 개발하였다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 보지용 매트를 통하여 세라믹 담체가 금속제 원통에 보지(保持)되어 있는 용기 일체형 담체를 준비하고, 금속제 원통과 담체 사이에 실링용 지그를 삽입하며, 상기 실링용 지그를 보지용 매트에 압박한 다음 촉매활성성분을 담체에 담지하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 정화용 촉매의 제조방법에 의하여 달성된다.

본 발명에 따르면, 담체 상에 엣지 절단과 같은 손상을 일으키지 않으면서 우수한 생산성과 낮은 생산단가로 촉매를 생산할 수 있다.

본 발명에 따르면, 실질적으로 담체 상에만 촉매활성성분을 담지하므로 활성성분의 관리가 용이할 것이다.

본 발명의 전술한 목적 및 기타 목적들, 특징 및 잇점은 하기에 개시한 바람직한 구현예를 통하여 보다 명백해질 것이다.

바람직한 구현예에 대한 상세한 설명

본 발명에 따른 방법은 통상,

(A) 용기 일체형 담체를 준비하는 단계,

(B) 전술한 용기 일체형 담체의 담체 부분을 실링하는 단계,

(C) 상기 실링된 담체 상에 촉매활성성분을 담지하는 단계,

(D) 전술한 대로 담지한 활성성분중 여분을 임의로 제거하는 단계,

(E) 전술한 대로 담지된 담체를 건조시키고, 필요에 따라서는 추가로 소성하는 단계를 포함한다.

전술한 각 단계들을 첨부한 도면을 들어 하기에 구체적으로 설명하기로 한다.

(A) 용기 일체형 담체를 준비하는 단계

본 발명에서 사용되는 용기 일체형 담체는, 내열성 무기물과 필요에 따라서는 배기가스 실링 물질로 만들어진 보지용 부재에 의해 세라믹 담체가 충진되어 있는 배기가스 정화용 촉매 컨버터 (용기)를 갖는다. 또한, 컨버터의 개구부중 적어도 한쪽은 반드시 담체의 외형보다는 커야 한다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 용기 일체형 담체의 일예를 설명하는 도면이다. 물론, 본 발명이 특정 담체로 한정되어서는 안된다. 별도의 언급이 없는한, 본 명세서에서 사용한 도면들에서 유사한 부재는 유사한 부재번호로 표시된다. 도 1에서, 용기 일체형 담체(1)는, 금속제 외각 원통(7)의 내부가 그의 외주면상이 보지용 또는 지지용 매트(5)와 내열성 네트(6)로 피복된 세라믹 담체(3)로 충진된 구조를 갖는다. 세라믹 담체(3)는 이로써 한정되는 것이 아니며 본 발명의 분야에서 지금까지 알려져 있는 담체를 포함할 것이다. 세라믹 담체의 예들로는, 단면이 원형, 타원형, 삼각형 및 기타 다른 형태로 되어 있으며 코르디에라이트, 뮬라이트, α-알루미나, 지르코니아, 티타니아, 티타늄 포스페이트, 알루미늄 티타네이트, 페탈라이트, 스폰튜멘(spondumene), 알루미노 실리케이트 및 마그네슘 실리케이트와 같은 재료로 만들어진 허니컴 담체를 포함할 수 있다. 가스를 이러한 담체에 통과시키는 통과구(셀)는 육각형, 사각형, 삼각형 또는 골진 형태 (corrugation)일 수 있으며, 어떤 형태라도 적합할 것이다. 셀 밀도 (단면적 6.45㎠당 셀 갯수)는 100 내지 1500개인 것이 적당하다. 이하에서는 별도의 언급이 없는한 원형 단면 형태를 갖는 허니콤 담체를 구체적인 예로서 개시할 것이다.

담체(3)의 상외주면 (upper external circumferential surface)은 금속 등의 공지의 내열성 네트(6)로 피복되어 있으며, 나머지 부분은 알루미나 또는 실리카로 된 공지의 내열성 보지용 매트(5)로 피복되어 있어서 담체(3)와 금속제 원통(7) 사이에서 배기가스가 누설되는 것을 방지한다. 또한, 피복된 담체는 금속제 원통(7) 내부에서 보지된다.

금속제 원통(7)의 개구부중 적어도 하나는 담체의 외경 (대개구부)보다 크다. 외주부가 보지용 매트(5)와 내열성 네트(6)로 피복된 담체(3)는 개구부의 한쪽에서 다른쪽으로 배기가스를 통과시킬 수 있도록 직접적으로 배치된 형태이다. 펀넬 모양처럼 좁아지는 구조처럼 양쪽 개구부 모두가 담체의 외경 (소개구부)보다 작은 구조로는 활성성분을 담체상에 균일하게 담지하기가 용이하지 않으며, 이러한 활성성분은 담체(3) 외의 다른 부분, 예를 들면 금속제 원통(7)의 내벽 표면 등에 부착하는 경우가 발생할 수 있다.

도 1에 도시된 금속제 원통(7)은 그의 개구부중 하나가 펀넬 형태로 수축되어 있어서 용접하거나 플랜지(미도시)를 이용하는 공지의 방법에 의해 자동차등의 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 유입관 또는 배출관에 연결되도록 되어있다. 다른쪽 개구부는, 외주면이 보지용 매트(5)와 내열성 네트(6)로 피복된 담체(3)가 개구부의 한쪽에서 다른쪽으로 배기가스를 통과시킬 수 있도록 직접적으로 배치된 형태이다. 따라서, 상기 대개구부를 통해 활성성분을 담체(3) 상에 담지할 수 있다.

용기 일체형 담체는 금속제 원통을 쪼개어 나눈 반원통 사이가 보지용 매트와 내열성 매트로 피복된 세라믹 담체를 협지(狹持)하는 방법, 보지용 매트와 내열성 네트로 피복된 담체를 금속제 원통 내에 삽입하는 방법 등에 의해 제조될 수 있다.

후속의 실링 단계 전에 용기 일체형 담체의 중량을 측정(W1)한다.

(B) 용기 일체형 담체의 담체 부분을 실링하는 단계

본 명세서에서 사용된 "실링"이라는 용어는 활성성분이 담지될 때 담체 이외의 다른 부분에 부착하지 않도록 하기 위하여 활성성분을 용기 일체형 담체에 담지하기 전에 취해지는 조치를 의미한다.

도 2는 용기 일체형 담체를 실링하는 장치와 용기 일체형 담체의 배치를 설명하는 도면이다. 도 2에서, 실링 장치(10)는 하부에 촉매활성성분 운반용 원통형 부품(11)이 구비되어 있으며, 상부에 외경이 금속제 원통(7)보다는 작고 내경이 담체(3)보다는 큰 원통형 실링용 지그(13), 내경이 금속제 원통(7)보다는 큰 가이드(15) 및 안쪽에서부터 바깥쪽으로 볼때 상기 가이드(15)의 외부에 배치된 실링 홀더(17)가 마련되어 있다.

먼저, 실링 홀더(17)를 위쪽으로 끌어당긴다. 하방쪽에 대개구부를 갖는 용기 일체형 담체(1)가 실링 장치(10) 위에 장착된다. 그러는 동안, 용기 일체형 담체(1)는 금속 또는 플라스틱 물질로 만들어진 가이드(15)의 내부에 도달될 때까지 가이드된다. 가이드(15)의 형태는 구체적으로 한정되지는 않지만 용기 일체형 담체(1)를 가이드할 수 있는 형태여야 한다. 일예로서 원통형이 제시될 수 있다. 본 발명에서는 플라스틱 또는 금속 물질과 같은 내부식성 물질로 만들어진 실링용 지그(13)가 사용될 수 있다. 이 지그는 소정의 높이를 가지고 있거나 신축이 자유로운 구조를 갖는다. 소정의 길이를 갖는 경우에는 실링용 지그(13)가 보지용 매트(5)와 접촉할 때까지 용기 일체형 담체(1)가 하강하고, 이어서 상기 보지용 매트(5)는 용기 일체형 담체(1)가 하강하는 만큼 수축된다. 한편, 자유롭게 신축하는 형태인 경우에는 실링용 지그를 미리 수축시킨 다음 용기 일체형 담체를 하강, 정지시키고 잡아늘려서 보지용 매트와 접촉시키는 방법 (강제삽입)으로 조작할 수 있다. 이 경우에는, 보지용 매트의 파손을 막고 활성성분의 내부 누설이 일어나지 않도록 실링용 지그(13)의 높이 및/또는 삽입 압력을 조절함으로써 실링용 지그(13)과 보지용 매트(5) 사이를 접촉시켜서 담체(3)를 실링할 수 있다. 이어서, 실링 홀더(17)를 낮추어서 금속제 원통(7)을 지지한다.

도 3a 내지 도 3c는 실링용 지그의 다른 예를 설명하는 종단면도이다. 도 3a 내지 도 3c에서, 왼쪽은 실링용 지그의 내측이고, 오른쪽은 실링용 지그의 외면이다. 도 3a는 고무와 같은 탄성 소재로 만들어진 배플판(baffle plate: 19)이 그의 상단면의 전체 또는 일부에 구비되어 있는 원통형 실링용 지그(13)를 도시한다. 도 3b는 금속, 플라스틱 또는 고무와 같은 탄성 소재로 만들어진 다모상의 실링성 개선부재(21)가 그의 상단면의 전체 또는 일부에 구비되어 있는 원통형 실링용 지그(13)를 도시한다. 그리고, 도 3c는 중공상의 고무조각으로 만들어진 환상의 탄성 부재(23)가 그의 상단면의 전체 또는 일부에 마련되어 있는 원통형 실링용 지그(13)를 도시한다. 배플판(19)의 두께는 보지용 매트의 두께와 동일한 것이 바람직하다. 배플판(19) 등이 마련됨으로써 실링시에 담체(3)의 외주면에 파손을 일으키지 않으면서도 배플판과 매트의 접촉면적을 증가시킬 수 있어서 활성성분의 담지시 기밀성이 향상된다.

도 4는 담체(3)에 보지용 매트(5)를 부착시킨 일 예를 설명하는 도면이다. 도 4에서, 보지용 매트(5)가 담체(3) 주변에 권취되면서 그 결합부에 갭(25)이 발생하는 것을 나타낸다. 도 4에서 설명한 바와 같이 보지용 매트(5)에서는 실링되더라도 누설이 일어날 위험성이 있다. 이러한 상황은 개선되어야 한다.

도 5는 보지용 매트(5)가 도 4에 도시된 바와 같은 갭을 가지고 있는 담체의 바닥면과 실링용 지그 사이를 실링한 일 예를 도시한 도면이다. 도 5에서, 실링면은 보지용 매트(5)가 구비된 담체(3)와 실링용 지그(13) 사이를 나타내며, 원통형 실링용 지그(13)는 매트(5)의 갭(25) 부분에서 담체(3)과 직접 접촉하여 촉매활성성분이 갭(25)를 통해 누설되는 것을 방지한다. 이 경우에, 실링용 지그(13)는 담체(3)와 접촉하기 때문에 이러한 접촉에 의해 담체(3)가 손상되지 않도록 접촉 압력을 제어하여야 한다.

이러한 실링 방법에 따르면, 활성성분은 담체와 실링용 지그(13) 사이에 개재된 보지용 매트(5)를 제외하고는 실질적으로 담체와 접촉하므로, 활성성분이 불필요한 부분에 부착하지 않으며 용접과 같은 공지의 방법에 의해 용기 일체형 담체의 대개구부(7)을 연결함으로써 촉매 컨버터를 용이하게 얻을 수 있다.

(C) 활성성분을 실링된 담체 상에 담지하는 단계

이 단계는, 다음과 같은 하부 단계들, 즉 (i) 실링용 지그의 하부에 위치한 촉매활성성분 운반용 원통을 통해 활성성분을 포함하는 촉매 슬러리를 담체에 도입하는 단계;

(ⅱ) 촉매 슬러리의 도입을 중단시켜서 촉매 슬러리가 담체의 상부 표면에 도달하도록 하거나 그 표면 위로 넘치지 않도록 하는 단계; 및

(ⅲ) 상기 촉매 슬러리를 담체로부터 개방하는 단계를 더 포함한다.

이제, 하기에서 각 하부 단계를 순서대로 설명하기로 한다.

(i) 실링용 지그의 하부에 위치한 촉매활성성분 운반용 원통을 통해 활성성분을 포함하는 촉매 슬러리를 담체에 도입하는 단계

활성성분의 예로는 백금, 팔라듐 및 로듐과 같은 귀금속; 란탄 및 세륨 (이들의 산화물)과 같은 희토류 원소; 바륨 (그의 산화물)과 같은 알칼리 토금속; 철, 코발트, 니켈, 티탄 및 이트륨 (이들의 산화물)과 같은 금속; 및 알루미나, 세리아, 제올라이트 및 지르코니아와 같은 내열성 무기물과 같이 통상의 배기가스 정화용 촉매의 제조에 사용될 수 있는 성분들을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 귀금속 및/또는 금속 (산화물) 및 내열성 무기 산화물을 포함하는 촉매 슬러리, 내열성 무기 산화물 및/또는 금속 (산화물)을 포함하는 산화물 슬러리, 및 귀금속을 포함하는 귀금속 용액이 있다. 본 하부 단계는 촉매 슬러리의 사용과 관련하여 후술하게 될 것이다. 그러나, 이러한 구체적인 예로서 한정되지는 않는다.

본 발명에 있어서, 촉매 슬러리의 점도는 구체적으로 한정되지는 않으나, 18℃에서 1 내지 100,000 cps, 바람직하게는 5 내지 50,000 cps, 보다 바람직하게는 5 내지 10,000 cps, 가장 바람직하게는 10 내지 5,000 cps, 특히 더 바람직하게는 10 내지 1,000 cps이다. 촉매 슬러리 중의 고형분 농도는 구체적으로 한정되지는 않으나, 1 내지 80중량%, 바람직하게는 3 내지 70중량%, 가장 바람직하게는 5 내지 60중량%이다. 상기 점도와 고형분 농도가 전술한 범위를 벗어나는 경우에는 불리할 수 있다. 만약, 점도와 고형분 농도가 너무 작으면, 담지를 반복하여야 하는데, 이로 인해 촉매의 단가가 상승하게 된다. 반대로, 점도와 고형분 농도가 너무 높으면, 촉매 슬러리가 셀로 완전히 투입되지 않을 것이다.

촉매 슬러리를 담체로 도입하는 방법은 담체와 촉매 슬러리의 접촉에 의해 수행되지만 촉매 슬러리가 담체 부분 외의 다른 부분에 부착하지 않도록 해야 한다. 즉, 촉매 슬러리의 도입은 압입하거나 감압 수단에 의해 실시될 수 있다. 압입법은 펌프와 같은 공지의 수단을 이용하여 촉매 슬러리를 가압하여 촉매 슬러리가 활성성분 운반용 원통(11)을 통해 담체(3)로 진행되도록 하는 것이다. 감압법은 진공 펌프와 같은 공지의 수단을 이용하여 용기 일체형 담체의 상부를 통해 촉매 슬러리를 흡인(吸引)하고 이것을 활성성분 운반용 원통(11)을 통해 담체(3)로 진행시키는 방법이다. 이들 방법에서, 압입법이 더 선호되는데, 그 이유는 담체의 상단면 부근에서 촉매 슬러리의 상태를 직접 확인할 수 있기 때문이다. 전술한 두가지 방법 모두를 동시에 적용할 수도 있다.

압입법에 따르면, 직경이 활성성분 운반용 원통(11)과 동일하거나 그보다 큰 원통형 촉매 슬러리 챔버 또는 촉매 슬러리 챔버가 원통 하부에 형성되며, 펌프 또는 피스톤과 같은 공지의 가압 수단을 이용하여 원통형 슬러리 챔버 내의 촉매 슬러리에 압력을 가하거나 촉매 슬러리 챔버 전체를 압축시켜서 촉매 슬러리를 원통(11) 내에서 상승시킬 수 있다.

촉매 슬리리의 도입 실시 속도는 특별히 제한되지는 않으나, 일정 속도 또는 간헐적으로 촉매 슬러리를 이동시키거나, 처음에는 고속으로 하고 담체의 상단면에 부근에서는 속도를 늦추는 방법이 예시될 수 있다.

(ⅱ) 촉매 슬러리의 도입을 중단시켜서 촉매 슬러리가 담체의 상단 표면에 도달하도록 하는 단계

촉매 슬러리가 담체 이외에는 실질적으로 부착되지 않도록 해야 하므로 담체의 상단면 위로 넘치지 않아야 한다. 즉, 늦어도 촉매 슬러리가 담체의 상단면에 도달하기 전에는 압력을 가해서 촉매 슬러리의 도입을 중단해야 할 필요가 있다. 촉매 슬러리 도입 중단 위치는 촉매 슬러리 중의 고형분 농도, 촉매 슬러리의 점도 및 담체의 셀 갯수와 같은 요인들에 따라서 달라지기 때문에 이들 조건들을 미리 고려하여 촉매 슬러리의 도입 중단 위치를 결정하는 것이 바람직하다.

이와는 달리, 담체의 상단면에 공지의 액면 제어 센서(24)를 설치하고 촉매 슬러리가 상단면 위로 넘치지 않을 정도의 압입 속도에 대응하도록 상기 센서의 눈금을 맞춤으로써 필요시 정지시킬 수 있다.

(ⅲ) 상기 촉매 슬러리를 담체로부터 개방하는 단계

촉매 슬러리를 담체로부터 개방하는 방법으로는, 촉매 슬러리의 도입이 중단되자마자 또는 중단후 소정시간이 경과한 다음에 압력을 개방하여 담체 중의 촉매 슬러리를 자연 낙하시키는 방법, 공기 또는 질소와 같은 기체를 담체의 상단면에 불어넣어서 촉매 슬러리를 배출하는 방법과, 펌프를 이용하여 촉매 슬러리를 담체의 바닥면을 통해 흡인하여 배출시키는 방법이 있다.

이와는 달리, 담체에 담지될 양에 상응하는 소정량의 촉매 슬러리만을 사용 하여 취입이나 흡인에 의해 여분의 촉매 슬러리를 제거할 필요가 없도록 한다. 촉매 슬러리의 양은 촉매 슬러리의 비중, 담체의 부피, 담체에 담지될 활성성분의 양을 근거로 하여 산출될 수 있다. 이 방법에서는 센서를 사용할 필요가 없다.

(D) 여분의 활성성분을 담체로부터 제거하는 단계

여분의 활성성분을 담체로부터 제거하는 방법은 담체의 상단면을 통해 공기 또는 질소와 같은 기체를 취입하여 촉매 슬러리를 제거하는 방법과, 담체의 바닥면을 통해 기체를 흡인하여 촉매 슬러리를 제거하는 방법이 있다.

도 6은 흡인 수단을 이용하여 여분의 활성성분을 제거하는 방법을 설명하는 도면이다. 도 6에서, 촉매 슬러리의 자연 낙하를 유도하여 촉매 슬러리를 담체로부터 개방한 다음, 진공 펌프와 같은 공지의 펌프로 원통을 감압하여 여분의 촉매 슬러리를 활성성분 운반용 원통(11)을 통해 방출한다. 촉매 슬러리가 실린더(11)를 통해 방출되기 때문에 이 단계에서조차도 촉매 슬러리가 담체 외의 용기 일체형 담체 부분 상에는 담지되지 않는다. 이 단계는 활성성분이 담지되는 것과 같은 위치 또는 다른 위치에서 실시될 수 있다.

부연하면, 이 단계는 촉매 슬러리를 담체로부터 개방하는 상기 단계 (ⅲ)을 생략하고 실시할 수 있다.

여분의 촉매 슬러리를 제거한 후에 용기 일체형 담체의 중량을 측정한다 (W2). 이로부터 담지에 의해 증가된 중량 (W2-W1)을 산출한다.

소정의 설정량 범위를 벗어나는 용기 일체형 담체 부분을 제조 라인으로부터 배제시킨다. 결과적으로, 활성성분이 소정량 담지된 배기가스 정화용 촉매가 수득 된다.

여분의 슬러리가 담체 상에 존재하지 않으면 이 단계를 생략할 수 있다.

(E) 담지된 담체를 건조 및 소성하는 단계

상기 단계 (D) 이후에 용기 일체형 담체를 공기 또는 질소와 같은 열풍에 통과시켜 건조시킨다. 슬러리가 담지된 담체를 건조시키는데 필요한 정도라면 열풍의 온도는 구체적으로 한정되지는 않지만, 통상은 100℃ 내지 200℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라서는 건조된 담체를 가열된 공기 또는 질소와 같은 고온의 기체에 통과시켜서 소성한다. 건조된 담체를 소성할 수 있는 정도라면 뜨거운 공기 또는 질소의 온도가 구체적으로 한정되지는 않지만, 바람직하기로는 200℃ 내지 800℃, 보다 바람직하게는 400℃ 내지 500℃의 범위이다.

상기 공정은 촉매 슬러리를 한번 담지시키는 단계와 관련된 공정을 개시한 것이다. 이 공정이 촉매 슬러리의 담지에만 국한되어서는 안된다. 촉매 슬러리를 수회 반복하여 담지할 수 있다. 반복된 공정에 따르면, 다층의 촉매가 얻어질 수 있다. 전술한 것 이외에도, 서로 다른 형태의 슬러리를 사용하는 경우에는 여러 종류의 촉매 활성층이 적층된 촉매를 제공할 수 있다.

이는 여러가지 조합으로 실시될 수 있다: 예를 들면, 산화물 슬러리를 담지한 다음 서로 다른 금속 용액을 담지하는 조합; 촉매 슬러리를 담지한 다음 귀금속 용액을 담지하는 조합; 및 귀금속 용액을 담지한 다음 산화물 슬러리를, 필요에 따라서는 수회 반복하여 담지하는 조합.

또한, 각 단계를 일부 또는 전부 자동화에 의해 실시하는 제조방법은 본 발 명의 범주에 포함된다.

실시예

이제, 하기의 실시예들을 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명은 이들 실시예들로서 한정되는 것이 아니며, 이들 실시예들은 본 발명의 정신을 벗어나지 않는한 변경 또는 수정되어 구현될 수 있다.

실시예 1

도 1에 도시된 바와 같은 구조를 가지며 내부에 0.9리터의 얇은벽 세라믹 담체 조각 (셀 밀도: 900, 셀 두께: 2밀리, 단면: 원형)이 충진된 용기 일체형 담체를 이용하여 다음과 같이 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.

용기 일체형 담체의 질량(W1)은 850g이었다 (단계 A).

도 2에 도시된 바와 같이, 실링 장치를 이용하여 용기 일체형 담체의 대개구부의 담체 부분을 실링하였다 (단계 B).

촉매 슬러리를 이용하여 촉매활성성분을 담체에 담지하였다. 이 촉매 슬러리는 고형분 농도가 46%였고 점도는 300 cps (액체 온도: 18℃)였다. 압입법에 따라서, 내경이 활성성분 운반용 원통의 내경과 실질적으로 동일한 원통형 촉매 슬러리 챔버를 활성성분 운반용 원통의 하부에 고정시키고, 펌프를 이용하여 하부에서부터 원통형 촉매 슬러리 챔버에 압력을 가해서 촉매 슬러리를 소정의 설정 속도로 활성성분 운반용 원통을 통해 담체내로 상승시켰다 (i). 촉매 슬러리 상승이 담체의 상단면 측으로부터 관찰되어 상승 정도가 확인될 때까지 촉매 슬러리를 담체의 상단면 인접 부근으로까지 상승시킨 다음 상승을 중단시켰다 (ⅱ).

담체의 상단면에 촉매 슬러리가 도달한 것이 확인되면 원통형 촉매 슬러리 챔버를 활성성분 운반용 원통으로부터 분리하고, 이어서 촉매 슬러리를 담체로부터 자연낙하시켰다 (ⅲ) (단계 C).

다음으로, 펌프를 이용하여 활성성분 운반용 원통을 통해 담체를 제거하여 여분의 활성성분을 촉매 슬러리를 가지고 있는 담체로부터 제거하였다. 용기 일체형 담체의 질량(W2)을 측정한 결과 그 질량은 1157g이었으며 이 값은 소정 범위 (W2-W1) 내에 있는 것으로 확인되었다 (단계 D).

이어서, 담지된 담체를 공기를 이용하여 150℃에서 60분 동안 건조시킨 다음, 다시 공기를 이용하여 500℃에서 60분 동안 더 소성하였다.

이 방법을 이용하면 용기와 보지용 매트를 오염시키지 않으면서 활성성분을 담지할 수 있었다. 실링 장치를 이용하면 금속제 원통의 대개구부가 활성성분으로 피복되는 것을 유사하게 방지하기 때문에 별도의 제거 작업을 하지 않고도 용접에 의해 대개구부를 용이하게 결합할 수 있다. 구체적으로는, 얇은벽의 담체를 이용하더라도 엣지 절단과 같은 파손을 입지 않은 촉매를 제조할 수 있었다.

실시예 2

도 4에 도시된 바와 같이 보지용 매트에 갭이 존재하는, 도 1에 도시된 바와 같은 용기 일체형 담체를 이용하고, 도 5에 도시된 바와 같이 원통형 실링용 지그를 보지용 매트에 존재하는 갭 부분에 있는 담체와 접촉시키는 단계를 새로이 도입한 방법에 기초하여 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.

본 실시예에서 사용된 다른 조건들은 실시예 1에서와 동일하다.

전술한 방법을 이용하여 만족스러운 실링 특성을 얻을 수 있었고 용기와 같은 장치를 오염시키지 않으면서 촉매 활성성분을 담체에 담지할 수 있었다.

실시예 2에서는, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 접촉 압력을 제어하여 담체가 파손되지 않도록 함으로써 엣지 절단과 같은 파손이 일어나지 않은 얇은막 세라믹 담체를 제조할 수 있었다.

실시예 3

도 1에 도시된 바와 같은 구조를 가지며 내부에 0.9리터의 얇은벽 세라믹 담체 조각 (셀 밀도: 900, 셀 두께: 2 밀리, 단면: 원형)이 충진되어 있는 용기 일체형 담체를 이용하여 다음과 같이 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.

용기 일체형 담체의 질량(W1)은 850g이었다 (단계A).

도 2에 도시된 바와 같이, 실링 장치를 이용하여 용기 일체형 담체의 대개구부의 담체 부분을 실링하였다 (단계 B).

촉매 슬러리를 이용하여 담체에 촉매활성성분을 담지하였다. 이 촉매 슬러리는 고형분 농도가 46%였고 점도는 300 cps (액체 온도: 18℃)였다. 압입법에 따라서 내경이 활성성분 운반용 원통의 내경과 실질적으로 동일한 원통형 촉매 슬러리 챔버를 활성성분 운반용 원통의 하부에 고정시키고, 펌프를 이용하여 하부에서부터 원통형 촉매 슬러리 챔버에 압력을 가해서 촉매 슬러리를 소정의 설정 속도로 활성성분 운반용 원통을 통해 담체내로 상승시켰다 (i). 촉매의 상승이 담체의 상단면 측으로부터 관찰되어 상승 정도가 확인될 때까지 촉매 슬러리를 담체의 상단면 인접 부근으로까지 상승시킨 다음 상승을 중단시켰다 (ⅱ).

담체의 상단면에 촉매 슬러리가 도달한 것이 확인되면 원통형 촉매 슬러리 챔버를 활성성분 운반용 원통으로부터 분리하고, 이어서 펌프를 이용하여 여분의 촉매 슬러리를 담체로부터 제거하였다 (ⅲ) (단계 C).

용기 일체형 담체의 질량(W2)를 측정한 결과 그 질량은 1160g이었으며 이 값은 소정 범위 (W2-W1) 내에 있는 것으로 확인되었다 (단계 D).

이어서, 담지된 담체를 공기를 이용하여 150℃에서 60분 동안 건조시킨 다음, 다시 공기를 이용하여 500℃에서 60분 동안 더 소성하였다.

이 방법을 이용하면 용기와 보지용 매트를 오염시키지 않으면서 활성성분을 담지할 수 있었다. 구체적으로는, 얇은벽의 담체를 이용하더라도 엣지 절단과 같은 파손을 입지 않은 촉매를 제조할 수 있었다.

실시예 4

도 1에 도시된 바와 같은 구조를 가지며 내부에 0.9리터의 얇은벽 세라믹 담체 조각 (셀 밀도: 900, 셀 두께: 2 밀리, 단면: 원형)이 충진되어 있는 용기 일체형 담체를 이용하여 다음과 같이 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.

용기 일체형 담체의 질량(W1)은 850g이었다 (단계A).

도 2에 도시된 바와 같이, 실링 장치를 이용하여 용기 일체형 담체의 대개구부의 담체 부분을 실링하였다 (단계 B).

촉매 슬러리를 이용하여 담체에 촉매활성성분을 담지하였다. 이 촉매 슬러리는 고형분 농도가 46%였고 점도는 300 cps (액체 온도: 18℃)였다. 압입법에 따라서, 내경이 활성성분 운반용 원통의 내경과 실질적으로 동일한 원통형 촉매 슬러리 챔버를 활성성분 운반용 원통의 하부에 고정시켰다. 담체 상에 담지하는데 사용된 소정량의 슬러리를 원통형 촉매 슬러리 챔버에 넣었다. 펌프를 이용하여 촉매 슬러리를 소정 설정 속도에서 활성성분 운반용 원통을 통해 원통형 촉매 슬러리 챔버로부터 담체 내로 이동시켰다.

용기 일체형 담체의 질량(W2)를 측정한 결과 그 질량은 1158g이었으며 이 값은 소정 범위 (W2-W1) 내에 있는 것으로 확인되었다 (단계 D).

이어서, 담지된 담체를 공기를 이용하여 150℃에서 60분 동안 건조시킨 다음, 다시 공기를 이용하여 500℃에서 60분 동안 더 소성하였다.

이 방법을 이용하면 용기와 보지용 매트를 오염시키지 않으면서 활성성분을 담지할 수 있었다. 구체적으로는, 얇은벽의 담체를 이용하더라도 엣지 절단과 같은 파손을 입지 않은 촉매를 제조할 수 있었다.

본 발명의 방법에 따르면 담체의 절연과 같은 파손이 발생하지 않으면서 촉매를 제조할 수 있으며, 생산성이 우수하고 제조 단가가 저렴하다.

Claims (4)

1. 세라믹 담체가 보지(保持)용 매트((retaining mat)의 매질을 통해 금속제 원통 상에 담지된 용기 일체형 담체를 이용하고 상기 담체를 실링한 다음 상기 담체 상에 촉매활성성분을 담지하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 실링하기 전에 실링용 지그를 상기 금속제 원통과 상기 담체 사이에 삽입한 다음 보지용 매트에 접촉시키고 압박하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 실링용 지그가 상기 금속제 원통과 담체 사이에 개재된 상기 매트에 존재하는 갭 부분에 있는 담체의 바닥면과 접촉하여 실링하도록 만들어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제2항 또는 3항에 있어서, 상기 실링용 지그가,

   (a) 그의 상단면에 상기 보지용 매트의 두께와 동일한 폭을 갖는 배플판(baffle plate)이 구비된 원통형 실링용 지그;

   (b) 상단면이 다모상인 원통형 실링용 지그; 및

   (c) 상단면에 중공상의 탄성체를 환상으로 배열한 원통형 실링용 지그

   중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.

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