KR100551792B1 - Preparation method of ceria for purifying automotive exhaust gas - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법에 관한 것으로서, 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액과, 이트륨 전구체에 란타늄, 네오디뮴 및 사마륨 전구체 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 전구체를 혼합하여 제조한 졸형태의 화합물을 혼합하여 제조함으로써, 산소의 흡/탈착이 용이한 고기공구조로 인해 산소의 흡/탈착속도가 향상되어진 세리아를 제공할 수 있게 되는 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing ceria for automobile exhaust gas purification, comprising a sol-type compound prepared by mixing an aqueous solution of cerium nitrate-zirconium nitrate with one or two or more precursors selected from lanthanum, neodymium, and samarium precursors. The present invention relates to a method of manufacturing ceria for automobile exhaust gas purification, which is capable of providing ceria having improved oxygen adsorption / desorption rate due to the high pore structure in which oxygen is easily adsorbed / desorbed.

이러한 본 발명의 제조방법은, 질산세륨염과 질산지르코늄염을 첨가시킨 수용액에 구연산 수용액을 첨가하여 pH 2 ~ 6의 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액을 제조하는 제1공정과; 이트륨 전구체에 란타늄, 네오디뮴 및 사마륨 전구체 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 전구체를 혼합하여 제조한 용액으로부터 침전 고형물을 생성시키고 이 침전 고형물을 졸화시켜 pH 2 ~ 4의 졸 화합물을 제조하는 제2공정과; 상기 제1공정의 수용액과 상기 제2공정의 졸 화합물을 혼합하여 현탁액을 얻고 이에 침전유도체를 첨가하여 1차 생성물을 생성시키는 제3공정과; 상기 제3공정의 1차 생성물을 건조 및 소성하는 제4공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Such a manufacturing method of the present invention includes a first step of preparing an aqueous solution of cerium nitrate-zirconium nitrate salt having a pH of 2 to 6 by adding an aqueous citric acid solution to an aqueous solution to which cerium nitrate salt and zirconium nitrate salt are added; A second step of producing a precipitated solid from a solution prepared by mixing a yttrium precursor with one or two or more selected ones of lanthanum, neodymium, and samarium precursors and solving the precipitated solids to prepare a sol compound having a pH of 2 to 4; A third step of mixing the aqueous solution of the first step with the sol compound of the second step to obtain a suspension, and adding a precipitation derivative thereto to produce a primary product; And a fourth step of drying and firing the primary product of the third step.

자동차, 배기가스 정화, 세리아, 촉매, 고기공성, 산소 흡/탈착속도 향상Car, exhaust gas purification, ceria, catalyst, high porosity, oxygen absorption / desorption speed improvement

Description

자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법{Preparation method of ceria for purifying automotive exhaust gas} Preparation method of ceria for automobile exhaust gas purification {Preparation method of ceria for purifying automotive exhaust gas}             

도 1은 본 발명에 따른 세리아의 제조방법을 나타낸 공정수순도이고,1 is a process flowchart showing a method of manufacturing ceria according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 실시예 1 ~ 3과 종래 기술에 따른 비교예의 기공분포를 비교하여 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the pore distribution of Examples 1 to 3 and Comparative Examples according to the prior art according to the present invention.

본 발명은 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법에 관한 것으로서, 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액과, 이트륨 전구체에 란타늄, 네오디뮴 및 사마륨 전구체 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 전구체를 혼합하여 제조한 졸형태의 화합물을 혼합하여 제조함으로써, 산소의 흡/탈착이 용이한 고기공구조로 인해 산소의 흡/탈착속도가 향상되어진 세리아를 제공할 수 있게 되는 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing ceria for automobile exhaust gas purification, comprising a sol-type compound prepared by mixing an aqueous solution of cerium nitrate-zirconium nitrate with one or two or more precursors selected from lanthanum, neodymium, and samarium precursors. The present invention relates to a method of manufacturing ceria for automobile exhaust gas purification, which is capable of providing ceria having improved oxygen adsorption / desorption rate due to the high pore structure in which oxygen is easily adsorbed / desorbed.

일반적으로, 자동차 배기가스 정화용 촉매는 배기가스와 반응하여 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx)과 같은 유해한 가스를 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 물(H2O) 등으로 전환시켜주는 역할을 한다.In general, the catalyst for the purification of automobile exhaust gases reacts with the exhaust gases to convert harmful gases such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) into nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and water (H 2). O) and converts to.

이러한 촉매는 보통 코오디어라이트 하니컴 기저체 위에 워시코트(wash coat)를 코팅한 구조로 되어 있고, 여기서 워시코트는 세라믹 성분으로 된 메탈 옥사이드 화합물의 조합이다.Such catalysts usually have a structure in which a wash coat is coated on a cordierite honeycomb base, where the wash coat is a combination of metal oxide compounds of ceramic components.

이러한 워시코트의 성분으로는 알루미나(Al2O3), 세리아(CeO2), 지르코니아(ZrO2), 란타니아(La2O3) 등이 있는데, 특히 세리아와 지르코니아는 산소흡장물질이라 하여 자동차의 공연비에 따라 산소를 흡/탈착하게 된다.The components of the washcoat include alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), and lanthanum (La 2 O 3 ). Especially, ceria and zirconia are oxygen absorbing materials. Oxygen is adsorbed / desorbed according to the air-fuel ratio.

즉, 상기 워시코트의 산소흡장물질은 산소가 부족할 때 산소를 배출하여 탄화수소, 일산화탄소의 산화작용을 돕게 되고, 산소가 과다할 때 산소를 흡장하여 질소산화물의 환원작용을 유지하는 역할을 하게 되는 것이다.That is, the oxygen storage material of the washcoat is to help the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide by releasing oxygen when oxygen is insufficient, and to maintain the reduction effect of nitrogen oxide by occluding oxygen when oxygen is excessive. .

최근에는 엔진 전자제어 기술의 향상으로 배출가스 조건을 항상 이론 공연비에 가깝게 유지시켜 촉매의 정화성능을 극대화시키고 있다.Recently, with the improvement of engine electronic control technology, the exhaust gas conditions are always kept close to the theoretical air-fuel ratio to maximize the purification performance of the catalyst.

그러나, 한편으로는 운전조건상 이론 공연비 부근을 벗어난 상태, 즉 촉매에서의 작동영역이 λ≒ 1이 아닌 상태에서의 조건은 배제되지 못하고 있다.However, on the other hand, conditions outside the theoretical air-fuel ratio near the operating conditions, i.e., when the operating region in the catalyst is not λ ≒ 1, are not excluded.

이러한 상황에서는 촉매가 성능을 유지하기 위해서 산소흡장량의 문제가 아니라 산소의 흡/탈착속도에 영향을 받게 된다.In this situation, the catalyst is affected by the oxygen adsorption / desorption rate, not the oxygen storage amount, in order to maintain performance.

예를 들어, 급감속의 상태에서 퓨얼 컷(fuel cut)될 때 공연비는 급격히 희박(lean)하게 되고, 촉매의 세리아는 산소를 급히 흡수하여 산화상태로 진전시키게 된다. For example, when the fuel is cut in the state of rapid deceleration, the air-fuel ratio is rapidly lean, and the ceria of the catalyst rapidly absorbs oxygen and moves to the oxidation state.

그러나, 다시 이론 공연비의 영역으로 진입하게 될 때 세리아가 흡장했던 산소를 재빨리 방출하지 못하면 촉매는 과산화상태로 질소산화물의 정화성능이 나빠지게 된다.However, if the ceria does not quickly release oxygen occupied when entering the theoretical air-fuel ratio range, the catalyst is deoxidized and the purification performance of nitrogen oxide deteriorates.

따라서, 이때는 세리아의 산소흡장량보다도 산소의 흡/탈착속도가 중요한 요인이 된다.Therefore, at this time, the oxygen adsorption / desorption rate becomes a more important factor than the oxygen storage amount of ceria.

하지만, 종래의 제조방법에 의한 세리아는 미세 기공의 구조가 통상 수십에서 100nm로 산소의 흡/탈착속도가 제한되어 있었고, 이로 인하여 자동차의 퓨얼 컷(fuel cut) 등과 같은 운전조건 변화에 대응하는데 한계가 있었으며, 결국 배출가스 정화성능이 악화되는 현상이 있었다. However, the ceria of the conventional manufacturing method has limited the adsorption / desorption speed of oxygen from the fine pore structure of several tens to 100 nm, and thus is limited in responding to changes in driving conditions such as fuel cuts of automobiles. There was a phenomenon that eventually, the exhaust gas purification performance deteriorated.

그럼에도 불구하고 세리아의 흡/탈착속도를 향상시키기 위한 연구가 현재까지 매우 미비한 실정이며, 이에 세리아의 산소 흡/탈착속도를 향상시키기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 형편이다. Nevertheless, studies to improve the rate of adsorption / desorption of ceria have been very insufficient until now, and thus, a method for improving the rate of oxygen adsorption / desorption of ceria is urgently needed.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액과, 이트륨 전구체에 란타늄, 네오디뮴 및 사마륨 전구체 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 전구체를 혼합하여 제조한 졸형태의 화합물을 혼합하여 제조함으로써, 산소의 흡/탈착이 용이한 고기공구조로 인해 산소의 흡/탈착속도가 향상되어진 세리아를 제공할 수 있게 되는 자동차 배기가스 정화 용 세리아의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, sol form prepared by mixing a cerium nitrate-zirconium nitrate aqueous solution with one or two or more precursors selected from lanthanum, neodymium and samarium precursors to the yttrium precursor The present invention provides a method for preparing ceria for automobile exhaust gas purification, which can provide ceria with improved oxygen adsorption / desorption rate due to the high pore structure of oxygen adsorption / desorption, which is prepared by mixing the compounds. There is this.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 자동차 배기가스 정화용 세리아를 제조하는 방법에 있어서, 질산세륨염과 질산지르코늄염을 첨가시킨 수용액에 구연산 수용액을 첨가하여 pH 2~6의 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액을 제조하는 제1공정과, 이트륨 전구체에 란타늄, 네오디뮴 및 사마륨 전구체 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 전구체를 혼합하고 여기에 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 첨가하여 생성된 침전 고형물에 폴리에틸렌글리콜을 가하여 pH 2~4의 졸 화합물을 제조하는 제2공정과, 상기 제1공정의 수용액과 상기 제2공정의 졸 화합물을 혼합하여 현탁액을 얻고 여기에 수산화칼륨을 첨가하여 1차 생성물을 생성시키는 제3공정과, 상기 제3공정의 1차 생성물을 70~95℃의 온도에서 1~5시간 동안 건조한 후 소성시에 수분 5%의 분위기에서 수분 함량을 줄여가면서 500℃까지 1차로 소성하고 이어 800℃까지 2차로 소성하는 제4공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for producing ceria for automobile exhaust gas purification, the method of producing a cerium nitrate-zirconium nitrate aqueous solution having a pH of 2 to 6 by adding an aqueous citric acid solution to an aqueous solution containing cerium nitrate and zirconium nitrate salts. A process for preparing a sol compound having a pH of 2-4 by adding polyethylene glycol to a precipitated solid produced by mixing one or two or more selected ones of lanthanum, neodymium and samarium precursors with yttrium precursor and adding sodium hydroxide or potassium hydroxide thereto And a third step of mixing the aqueous solution of the first step and the sol compound of the second step to obtain a suspension, and adding potassium hydroxide thereto to produce a primary product, and the first step of the third step. The tea product is dried at a temperature of 70-95 ℃ for 1-5 hours, and then fired at 500 ℃ while reducing the moisture content in an atmosphere of 5% moisture at firing. Followed by calcination and is characterized in that it comprises a fourth step of firing drive 2 to 800 ℃.

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특히, 상기 제2공정이, 이트륨 전구체와 란타늄 전구체를 각각 1:0.5~1의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액을 첨가하여 침전 고형물을 생성시키고 이후 졸화하여 졸 화합물을 제조하는 것임을 특징으로 한다.In particular, the second step is to produce a precipitate solid by adding an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide to a solution of 1 molar concentration prepared by using a yttrium precursor and a lanthanum precursor in a molar ratio of 1: 0.5 to 1, respectively, and then solvated. It is characterized in that to prepare a sol compound.

다른 실시예로서, 상기 제2공정이, 이트륨 전구체와 네오디뮴 전구체를 각각 1:0.5~1의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 수산화나트륨 또는 수산화 칼륨의 수용액을 첨가하여 침전 고형물을 생성시키고 이후 졸화하여 졸 화합물을 제조하는 것임을 특징으로 한다.In another embodiment, the second process may be performed by adding an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide to a solution of 1 molar concentration prepared by using a yttrium precursor and a neodymium precursor in a molar ratio of 1: 0.5 to 1, respectively to generate a precipitated solid. And then sollation to prepare a sol compound.

또 다른 실시예로서, 상기 제2공정이, 이트륨 전구체, 란타늄 전구체 및 사마륨 전구체를 각각 1:0.5~1:0.25~0.5의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액을 첨가하여 침전 고형물을 생성시키고 이후 졸화하여 졸 화합물을 제조하는 것임을 특징으로 한다.In another embodiment, the second process may include sodium hydroxide or potassium hydroxide in a solution of 1 molar concentration prepared by using a yttrium precursor, a lanthanum precursor, and a samarium precursor at a molar ratio of 1: 0.5 to 1: 0.25 to 0.5, respectively. It is characterized in that the addition of an aqueous solution to produce a precipitate solid and then sollation to prepare a sol compound.

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이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 자동차 배기가스 정화용 촉매의 제조에 사용되는 세리아의 제조방법에 관한 것으로, 특히 산소의 흡/탈착속도가 향상된 세리아를 제조할 수 있는 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing ceria used in the production of a catalyst for automobile exhaust gas purification, and more particularly, to a method for producing ceria having improved oxygen adsorption / desorption rate.

본 발명에 따른 세리아의 제조방법을 각 공정별로 구체화하여 설명하면 다음과 같다.The method for producing ceria according to the present invention is described in detail for each process as follows.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 세리아의 제조방법을 나타낸 공정수순도이다.1 is a process flowchart showing a method of manufacturing ceria according to the present invention.

먼저, 제1공정으로서, 질산세륨염과 질산지르코늄염을 용해시킨 수용액에 구 연산 수용액을 첨가하여 pH 2 ~ 6의 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액을 제조한다.First, as a first step, citric acid aqueous solution is added to an aqueous solution in which cerium nitrate salts and zirconium nitrate salts are dissolved, thereby preparing an aqueous solution of cerium nitrate-zirconium nitrate salt having a pH of 2 to 6.

여기서, 질산세륨염과 질산지르코늄염을 각각 25:75 ~ 75:25의 중량비로 첨가하고, 이들을 용해시킨 수용액에 구연산 1몰 농도의 수용액을 첨가하여 pH 2 ~ 6의 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액으로 제조한다.Here, the cerium nitrate salt and the zirconium nitrate salt are respectively added in a weight ratio of 25:75 to 75:25, and an aqueous solution of 1 mol of citric acid is added to the aqueous solution in which they are dissolved, thereby producing a cerium nitrate salt and zirconium nitrate salt having a pH of 2 to 6. Prepare in aqueous solution.

이때, 수용액의 pH가 상기 범위를 벗어날 경우, 구연산이 잘 분해되지 않고 침전물을 생성하는 문제가 있어 바람직하지 않다.At this time, when the pH of the aqueous solution is out of the above range, citric acid is not decomposed well, there is a problem to produce a precipitate is not preferred.

다음으로, 제2공정은 첨가제를 제조하는 공정으로, 상기 첨가제는, 이트륨(Y) 전구체에 란타늄(La), 네오디뮴(Nb) 및 사마륨(Sm) 전구체 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 전구체를 혼합하여 제조한 용액으로부터 침전법을 통해 침전 고형물을 생성시키고 이 고형물을 졸화시켜 제조한 졸 화합물이다.Next, the second step is to prepare an additive, the additive is prepared by mixing one or more precursors selected from the lanthanum (La), neodymium (Nb) and samarium (Sm) precursor to the yttrium (Y) precursor A sol compound prepared by producing a precipitated solid from a solution via precipitation and then solvating this solid.

바람직하게는, 상기 제2공정에서 이트륨(Y) 전구체와 란타늄(La) 전구체를 각각 1:0.5~1의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 침전제로 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)의 수용액을 적당량 적하하여 고형분을 얻고, 이에 폴리에틸렌글리콜과 같은 폴리에틸렌류의 음이온성 계면활성제를 첨가하는 졸 프로세스를 통해 pH 2 ~ 4의 졸 화합물을 얻는다.Preferably, sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide as a precipitant in a solution of 1 molar concentration prepared by using a yttrium (Y) precursor and a lanthanum (La) precursor in a molar ratio of 1: 0.5 to 1, respectively, in the second step. A suitable amount of an aqueous solution of (KOH) is added dropwise to obtain a solid, and a sol compound having a pH of 2 to 4 is obtained through a sol process in which an anionic surfactant of polyethylene such as polyethylene glycol is added thereto.

이때, 이트륨 전구체와 란타늄 전구체의 사용비가 상기 범위를 벗어날 경우, 촉매의 성능이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.At this time, when the use ratio of the yttrium precursor and the lanthanum precursor is out of the above range, there is a problem that the performance of the catalyst is lowered, which is not preferable.

또한, 졸 화합물의 pH가 상기 범위를 벗어날 경우, 졸 화합물을 형성하기 어렵고 화합물이 응집되는 문제가 있어 바람직하지 않다.In addition, when the pH of the sol compound is out of the above range, it is difficult to form the sol compound and there is a problem that the compound aggregates, which is not preferable.

또는 다른 실시예로, 상기 제2공정에서 이트륨(Y) 전구체와 네오디뮴(Nd) 전구체를 각각 1:0.5~1의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 침전제로 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액을 적당량 적하하여 고형분을 얻고, 이에 폴리에틸렌글리콜과 같은 폴리에틸렌류의 음이온성 계면활성제를 첨가하는 졸 프로세스를 통해 pH 2 ~ 4의 졸 화합물을 얻는다.Alternatively, in another embodiment, sodium hydroxide or potassium hydroxide may be used as a precipitant in a solution of 1 molar concentration prepared by using a yttrium (Y) precursor and a neodymium (Nd) precursor in a molar ratio of 1: 0.5 to 1, respectively. A suitable amount of the aqueous solution is added dropwise to obtain a solid, and a sol compound having a pH of 2 to 4 is obtained through a sol process in which an anionic surfactant of polyethylene such as polyethylene glycol is added thereto.

이때, 이트륨 전구체와 네오디뮴 전구체의 사용비가 상기 범위를 벗어날 경우, 촉매성능이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.At this time, when the use ratio of the yttrium precursor and the neodymium precursor is out of the above range, there is a problem that the catalytic performance is lowered, which is not preferable.

한편, 또 다른 실시예로, 상기 제2공정에서 이트륨(Y) 전구체, 란타늄(La) 전구체 및 사마륨(Sm) 전구체를 각각 1:0.5~1:0.25~0.5의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 침전제로 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액을 적당량 적하하여 고형분을 얻고, 이에 폴리에틸렌글리콜과 같은 폴리에틸렌류의 음이온성 계면활성제를 첨가하는 졸 프로세스를 통해 pH 2 ~ 4의 졸 화합물을 얻는다. On the other hand, in another embodiment, 1 mole prepared by using a yttrium (Y) precursor, a lanthanum (La) precursor and a samarium (Sm) precursor in a molar ratio of 1: 0.5 to 1: 0.25 to 0.5, respectively An appropriate amount of an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide is added dropwise to the solution of the concentration to obtain a solid content, and a sol compound having a pH of 2 to 4 is obtained through a sol process in which an anionic surfactant of polyethylene such as polyethylene glycol is added thereto.

이때, 이트륨 전구체, 란타늄 전구체 및 사마륨 전구체의 사용비가 상기 범위를 벗어날 경우, 균일한 조성의 화합물을 얻기 어려운 문제가 있어 바람직하지 않다.At this time, when the use ratio of the yttrium precursor, the lanthanum precursor and the samarium precursor is out of the above range, there is a problem that it is difficult to obtain a compound having a uniform composition, which is not preferable.

다음으로, 제3공정으로서, 상기 제1공정을 통해 얻은 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액과 상기 제2공정을 통해 얻은 졸 화합물을 혼합하여 현탁액을 얻고, 이 혼합 생성물에 수산화칼륨과 같은 침전유도체를 첨가하여 1차 생성물을 생성시킨다.Next, as a third step, a cerium nitrate salt-zirconium nitrate salt aqueous solution obtained through the first step and a sol compound obtained through the second step are mixed to obtain a suspension, and a precipitate derivative such as potassium hydroxide is added to the mixed product. Is added to produce the primary product.

여기서, 상기 졸 화합물 전구체가 기저가 되어 세륨 이온 및 지르코늄 이온 이 치환반응을 통해 복합화합물을 형성하는 바, 이 제3공정을 통해 세륨 이온 및 지르코늄 이온이 효과적으로 치환되어짐으로써 최종 완성된 촉매의 성능이 활성화될 수 있게 된다. Here, since the sol compound precursor is the base and cerium ions and zirconium ions form a complex compound through a substitution reaction, cerium ions and zirconium ions are effectively substituted through this third process, thereby improving the performance of the final catalyst. It can be activated.

다음으로, 제4공정은 최종 공정으로서, 상기 제3공정을 통해 얻은 1차 생성물을 적정 조건하에서 건조 및 소성(calcination)하여 현탁액속의 거대 입자 특성을 가지고 생성되는 최종의 세리아 복합산화물을 얻는 공정이다. Next, the fourth step is a final step, in which the primary product obtained through the third step is dried and calcined under appropriate conditions to obtain a final ceria composite oxide having large particle characteristics in the suspension. .

전체 공정을 통하여 각 첨가제 성분은 졸 화합물로서 최적의 조합상태로 최종 화합물에 혼합되게 되며, 최종적으로는 자체로서 세륨-지르코늄 산화물과 고용물질을 형성하거나 별도로 고착된 형태의 금속산화물로 존재한다.Through the whole process, each additive component is mixed with the final compound in an optimal combination state as a sol compound, and finally forms as a solid metal oxide or cerium-zirconium oxide and solid solution.

이는 1차 생성물의 하소과정에 있어서 열처리 조건에 따라 달라지는데, 제4공정의 건조과정에서 1차 생성물을 70~ 95℃의 온도에서 1~5시간 동안 건조하고, 이후 소성과정에서는 1차로 수분 5%의 분위기에서 0%까지 수분의 함량을 줄여가면서 500℃까지 천천히 하소한 후 이어 2차로 800℃까지 하소하여 최종의 생성물을 얻는다.This depends on the heat treatment conditions in the calcination process of the primary product, the primary product is dried for 1 to 5 hours at a temperature of 70 ~ 95 ℃ in the drying process of the fourth process, the first 5% moisture in the firing process After slowly calcining to 500 ° C. while reducing the water content to 0% in the atmosphere of 2 ° C., the final product was calcined to 800 ° C. in the second place.

제4공정의 건조 및 소성과정을 실시함에 있어서, 상기한 열처리 조건이 아닐 경우에는 제조물의 결정이 분리되어 촉매의 성능이 저하되는 문제가 있게 되므로 바람직하지 않다.In carrying out the drying and firing processes of the fourth process, if the heat treatment conditions are not described above, crystals of the product are separated and thus the performance of the catalyst is degraded.

이와 같이 하여, 상기한 본 발명의 제조방법에 따르면, 촉매의 제조과정에서 최종 생성물과 더불어 상기 1차 생성물이 지지체(supporter)에 더 용이하게 부착되어 이용될 수 있으며, 기존의 첨가물을 사용한 세륨 복합산화물에 비하여 내열성이 우수하면서도 산소의 흡/탈착이 용이한 고기공구조의 세리아를 제조할 수 있게 된다. In this way, according to the above-described manufacturing method of the present invention, in the preparation of the catalyst, the primary product together with the final product may be more easily attached to a supporter, and may be used. It is possible to manufacture a ceria having a high porosity structure that is excellent in heat resistance compared to oxides and easily adsorbs and desorbs oxygen.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세하게 설명하는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by Examples.

실시예 1 ~ 3Examples 1 to 3

각 실시예는 본 발명의 제조방법에 따른 것으로, 각각 첨가제를 달리하여 제조한 것이다.Each embodiment is prepared according to the production method of the present invention, each with different additives.

먼저, 질산세륨염 300g을 물 1ℓ에 완전히 용해시키고, 이어 질산지르코늄염 150g을 추가로 용해시킨 후, 이에 구연산 1몰 농도의 수용액 0.5ℓ를 첨가하여 pH 4의 수용액을 제조하였다.First, 300 g of cerium nitrate salt was completely dissolved in 1 L of water, and then 150 g of zirconium nitrate salt was further dissolved, and 0.5 L of an aqueous solution of 1 mol of citric acid was added thereto to prepare an aqueous solution of pH 4.

이후, 첨가제 제조를 위하여, 실시예 1의 경우 이트륨 전구체와 란타늄 전구체를 각각 1:0.7의 몰비로 사용하여 제조된 1모랄 농도의 용액을, 실시예 2의 경우 이트륨 전구체와 네오디뮴 전구체를 각각 1:0.7의 몰비로 사용하여 제조된 1모랄 농도의 용액을, 실시예 3의 경우 이트륨, 란타늄 및 사마륨 전구체를 각각 1:0.7:0.4의 몰비로 사용하여 제조된 1모랄 농도의 용액을 제조하였다.Then, in order to prepare the additive, a solution of 1-moral concentration prepared using a yttrium precursor and a lanthanum precursor in a molar ratio of 1: 0.7 for Example 1, and a yttrium precursor and a neodymium precursor for Example 2 were each 1: A 1 molar concentration solution prepared using a molar ratio of 0.7, and yttrium, lanthanum and samarium precursors in the case of Example 3 in a molar ratio of 1: 0.7: 0.4, respectively, was prepared.

이어, 상기 각 용액에 수산화칼륨을 적량씩 첨가하여 고형분을 얻고, 다시 폴리에틸렌글리콜을 첨가하여, 첨가제로서 최종 pH 2 ~ 4인 졸 화합물을 얻었다.Subsequently, potassium hydroxide was added to each of the above solutions in an appropriate amount to obtain a solid, and polyethylene glycol was further added to obtain a sol compound having a final pH of 2 to 4 as an additive.

이후, 상기 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액과 상기 졸 화합물을 혼합하여 현탁액을 얻고, 이에 0.1몰의 수산화칼륨을 첨가하여 1차 생성물을 얻었다.Thereafter, the aqueous solution of cerium nitrate-zirconium nitrate was mixed with the sol compound to obtain a suspension, and 0.1 mol of potassium hydroxide was added thereto to obtain a primary product.

이후, 1차 생성물을 90℃의 온도에서 4시간 동안 건조한 후, 수분 5%의 분위기에서 수분의 함량을 줄여가며 500℃까지 천천히 소성하고, 이어 800℃까지 소성하여, 최종 생성물(실시예 1 ~ 3)을 제조하였다.Thereafter, the primary product was dried at a temperature of 90 ° C. for 4 hours, and then slowly calcined to 500 ° C. while reducing the water content in an atmosphere of 5% moisture, and then calcined to 800 ° C. to obtain a final product (Example 1 to 1). 3) was prepared.

비교예Comparative example

종래의 제조방법(고상반응법에 의한 산화물 제조)에 따라 세리아를 제조하였으며, 질산세륨 및 질산지르코늄 용액을 사용하여 화학당량비에 맞는 비율로 혼합된 용액으로부터 세륨 복합산화물을 제조하였다. Ceria was prepared according to a conventional manufacturing method (oxide production by a solid-phase reaction method), and cerium composite oxide was prepared from a mixed solution at a ratio corresponding to a chemical equivalence ratio using a cerium nitrate and zirconium nitrate solution.

비교예는 소량의 이트륨, 스칸듐, 희토류 등의 금속화합물이 첨가되어 밀폐된 반응기에서 1bar 이상의 압력으로 800℃ 하소 후 생성된 Cex Zr(1-x-y) MyO2 구조의 금속산화물(단, M은 소량의 금속화합물)로서, 종래 제조공정의 산물 중 성능이 높다고 인정된 x=0.65, y=0.3의 화합물이다.Comparative Example is a metal oxide of Cex Zr (1-xy) MyO 2 structure formed after calcination at 800 ° C. at a pressure of 1 bar or more in a closed reactor by adding a small amount of metal compounds such as yttrium, scandium, and rare earth (where M is a small amount Is a compound of x = 0.65 and y = 0.3, which are recognized to have high performance in the product of the conventional manufacturing process.

첨부한 도 2는 상기 실시예 1 ~ 3과 비교예에 의한 생성물의 기공분포를 비교하여 나타낸 그래프로서, 이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 ~ 3의 생성물이 종래 기술에 따른 비교예의 생성물에 비해서 산소의 흡/탈착이 용이한 고기공구조로 구성되어 있음을 확인하였다.2 is a graph showing the pore distribution of the products according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples. As can be seen from this, the products of Examples 1 to 3 are products of Comparative Examples according to the prior art. Compared with the high pore structure, oxygen adsorption / desorption is easy.

한편, 실시예 1 ~ 3과 비교예에 대해서 산소의 흡/탈착속도를 확인하기 위하여 반응기에 5g의 반응물을 넣고 1%의 산소와 1.5%의 산소를 포함하는 가스를 1Hz 의 변환율로 산소의 탈착량을 측정하였으며, 다음의 표 1은 그 결과를 나타낸 것이다.On the other hand, to confirm the adsorption / desorption rate of oxygen in Examples 1 to 3 and Comparative Examples, 5g of reactant was put in the reactor and oxygen containing 1% oxygen and 1.5% oxygen at 1Hz conversion rate of oxygen desorption The amount was measured, and the following Table 1 shows the result.

Figure 112003038881106-pat00001
Figure 112003038881106-pat00001

측정 결과를 살펴보면, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 실시예 1 ~ 3의 세리아에서 흡탈착되는 산소량이 비교예에 비해 증가하였음을 알 수 있었다.Looking at the measurement results, as shown in Table 1, it can be seen that the amount of oxygen adsorbed and desorbed in the ceria of Examples 1 to 3 prepared according to the present invention compared to the comparative example.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법에 따르면, 적정 pH의 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액에 졸형태의 첨가물을 혼합하여 제조함으로써, 산소의 흡/탈착이 용이한 고기공구조로 인해 산소의 흡/탈착속도가 향상된 세리아를 제조할 수 있게 된다.In this way, according to the method for producing a vehicle exhaust gas purifying ceria according to the present invention, by admixing the sol-type additives with an aqueous solution of cerium nitrate-zirconium nitrate salt at an appropriate pH, it is easy to adsorption / desorption of oxygen The tool bath makes it possible to produce ceria with improved oxygen adsorption / desorption rate.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액과, 이트륨 전구체에 란타늄, 네오디뮴 및 사마륨(Sm) 전구체 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 전구체를 혼합하여 제조한 졸형태의 화합물을 혼합하여 제조함 으로써, 산소의 흡/탈착이 용이한 고기공구조로 인해 산소의 흡/탈착속도가 향상되어진 세리아를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a sol-type compound prepared by mixing a cerium nitrate salt-zirconium nitrate aqueous solution with one or two or more precursors selected from lanthanum, neodymium, and samarium (Sm) precursors By producing by mixing, there is an effect that it is possible to provide a ceria with improved oxygen adsorption / desorption rate due to the high pore structure of oxygen adsorption / desorption easy.

Claims (6)

자동차 배기가스 정화용 세리아를 제조하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing a ceria for automobile exhaust purification, 질산세륨염과 질산지르코늄염을 첨가시킨 수용액에 구연산 수용액을 첨가하여 pH 2~6의 질산세륨염-질산지르코늄염 수용액을 제조하는 제1공정;A first step of preparing an aqueous solution of cerium nitrate-zirconium nitrate salt having a pH of 2 to 6 by adding an aqueous citric acid solution to an aqueous solution to which the cerium nitrate salt and the zirconium nitrate salt are added; 이트륨 전구체에 란타늄, 네오디뮴 및 사마륨 전구체 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 전구체를 혼합하고, 여기에 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 첨가하여 생성된 침전 고형물에 폴리에틸렌글리콜을 가하여 pH 2~4의 졸 화합물을 제조하는 제2공정;A compound for preparing a sol compound having a pH of 2 to 4 by mixing polyethylene precursor to a precipitated solid produced by mixing one or two or more selected ones of lanthanum, neodymium and samarium precursors with yttrium precursor and adding sodium hydroxide or potassium hydroxide thereto 2 step; 상기 제1공정의 수용액과 상기 제2공정의 졸 화합물을 혼합하여 현탁액을 얻고, 여기에 수산화칼륨을 첨가하여 1차 생성물을 생성시키는 제3공정;A third step of mixing the aqueous solution of the first step with the sol compound of the second step to obtain a suspension, and adding potassium hydroxide thereto to produce a primary product; 상기 제3공정의 1차 생성물을 70~95℃의 온도에서 1~5시간 동안 건조한 후, 소성시에 수분 5%의 분위기에서 수분 함량을 줄여가면서 500℃까지 1차로 소성하고 이어 800℃까지 2차로 소성하는 제4공정;After drying the primary product of the third process for 1 to 5 hours at a temperature of 70 ~ 95 ℃, the first firing up to 500 ℃ while reducing the water content in the atmosphere of 5% moisture at the time of firing and then up to 800 ℃ 2 A fourth step of firing into a car; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법. Method for producing a vehicle exhaust gas purification ceria comprising a. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 제2공정이, 이트륨 전구체와 란타늄 전구체를 각각 1:0.5~1의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액을 첨가하여 침전 고형물을 생성시키고 이후 졸화하여 졸 화합물을 제조하는 것임을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법.In the second step, a solution of sodium or potassium hydroxide is added to a solution of 1 molar concentration prepared by using a yttrium precursor and a lanthanum precursor in a molar ratio of 1: 0.5 to 1, respectively, to generate a precipitated solid, which is then solated by sol Method for producing ceria for automobile exhaust gas purification, characterized in that to prepare a compound. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제2공정이, 이트륨 전구체와 네오디뮴 전구체를 각각 1:0.5~1의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액을 첨가하여 침전 고형물을 생성시키고 이후 졸화하여 졸 화합물을 제조하는 것임을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법.In the second step, an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide is added to a solution of 1 molar concentration prepared by using a yttrium precursor and a neodymium precursor in a molar ratio of 1: 0.5 to 1, respectively, to generate a precipitate solid, and then sol Method for producing ceria for automobile exhaust gas purification, characterized in that to prepare a compound. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제2공정이, 이트륨 전구체, 란타늄 전구체 및 사마륨 전구체를 각각 1:0.5~1:0.25~0.5의 몰비로 사용하여 제조한 1모랄 농도의 용액에 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액을 첨가하여 침전 고형물을 생성시키고 이후 졸화하여 졸 화합물을 제조하는 것임을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 세리아의 제조방법.In the second step, the solids precipitated by adding an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide to a solution of 1 molar concentration prepared by using a yttrium precursor, a lanthanum precursor, and a samarium precursor in a molar ratio of 1: 0.5 to 1: 0.25 to 0.5, respectively. The method for producing ceria for automobile exhaust gas purification, characterized in that to produce a sol compound by producing a sol compound after. 삭제delete 삭제delete
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