KR100610424B1 - Multi function and multi layer catalyst for purifying automotive exhaust gas and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매와 그 제조방법에 관한 것으로서, 벌집 구조의 담체 표면에 배기가스 중 수분의 흡착/탈착을 수행하는 친수성의 워터 트랩층을 코팅 형성하고, 이 워터 트랩층의 상부에 HC 트랩층, 삼원촉매층 및 NOx 트랩층을 차례로 코팅시켜 제조된 다층 촉매와 그 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 의하면, 초기 시동시 삼원촉매층의 활성화 이전에 HC 트랩층이 배기가스 중 HC를 흡착하고, NOx 트랩층이 NOx를 흡장 제거하는 바, 초기 시동시의 유해물질 배출량을 크게 줄일 수 있고, 하나의 촉매에서 각 층의 기능에 의해 HC 트랩, NOx 트랩 및 트랩된 HC, NOx의 정화가 이루어지는 장점이 있으며, 또한 각각의 기능을 갖는 다층의 적층구조로 구성함으로써 촉매 자체의 상호 상승효과에 의한 흡착 및 탈착의 용이성, 그리고 촉매 시스템의 컴팩트화가 가능해지는 장점이 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-functional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification and a method of manufacturing the same, wherein a hydrophilic water trap layer for adsorption / desorption of moisture in exhaust gas is formed on a surface of a carrier of a honeycomb structure. The present invention relates to a multilayer catalyst prepared by coating an HC trap layer, a three-way catalyst layer, and a NOx trap layer on top, and a method of manufacturing the same. According to the present invention, since the HC trap layer adsorbs HC in the exhaust gas and the NOx trap layer occludes and removes NOx before activation of the three-way catalyst layer at the initial startup, it is possible to greatly reduce the amount of harmful substances at the initial startup. In this case, HC trap, NOx trap and trapped HC, NOx can be purified by the function of each layer in one catalyst. There is an advantage in that the adsorption and desorption by this, and compactness of the catalyst system is possible.

자동차, 배기가스, 촉매, 다기능, 다층, 워터 트랩층, HC 트랩층, 삼원촉매층, NOx 트랩층Automotive, Exhaust Gas, Catalyst, Multi-Function, Multi-Layer, Water Trap Layer, HC Trap Layer, Three-Way Catalyst Layer, NOx Trap Layer

Description

자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매와 그 제조방법{Multi function and multi layer catalyst for purifying automotive exhaust gas and method for manufacturing the same} Multi function and multi layer catalyst for purifying automotive exhaust gas and method for manufacturing the same             

도 1a와 도 1b는 종래 HC 흡착촉매와 NOx 흡장촉매의 정화특성을 개략적으로 나타낸 도면,1a and 1b schematically show the purification characteristics of the conventional HC adsorption catalyst and NOx storage catalyst,

도 2는 일반적인 촉매의 와시코트 구조를 나타낸 개략 단면도,2 is a schematic cross-sectional view showing a washcoat structure of a general catalyst,

도 3은 본 발명에 따른 다층 촉매의 와시코트 구조를 나타낸 단면도,3 is a cross-sectional view showing a washcoat structure of a multilayer catalyst according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 다층 촉매에서 와시코트 내 각 층의 역할을 나타낸 개략도,4 is a schematic view showing the role of each layer in the washcoat in the multilayer catalyst according to the present invention,

도 5는 NOx 트랩층의 NOx 흡장 및 NOx 제거 메커니즘을 나타낸 개략도,5 is a schematic diagram showing the NOx occlusion and NOx removal mechanism of the NOx trap layer;

도 6은 기존 시스템과 본 발명의 다층 촉매가 적용된 시스템을 대상으로 FTP 모드에서 평가를 실시한 결과 도면.Figure 6 is a result of the evaluation in the FTP mode for the existing system and a system to which the multilayer catalyst of the present invention is applied.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 담체 2 : 워터 트랩층1 carrier 2 water trap layer

3 : HC 트랩층 4 : 삼원촉매층3: HC trap layer 4: three-way catalyst layer

5 : NOx 트랩층5: NOx trap layer

본 발명은 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매와 그 제조방법에 관한 것으로서, 벌집 구조의 담체 표면에 배기가스 중 수분의 흡착/탈착을 수행하는 친수성의 워터 트랩층을 코팅 형성하고, 이 워터 트랩층의 상부에 HC 트랩층, 삼원촉매층 및 NOx 트랩층을 차례로 코팅시켜 제조된 다층 촉매와 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-functional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification and a method of manufacturing the same, wherein a hydrophilic water trap layer for adsorption / desorption of moisture in exhaust gas is formed on a surface of a carrier of a honeycomb structure. The present invention relates to a multilayer catalyst prepared by coating an HC trap layer, a three-way catalyst layer, and a NOx trap layer on top, and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 자동차 배기가스는 엔진에서 혼합기 연소에 의해 생성되어 배기 파이프를 통해 대기 중으로 방출되는 가스를 말하며, 이러한 배기가스에는 인체에 유해한 공해물질이 다량 포함되어 있다.In general, automobile exhaust gas refers to a gas produced by the combustion of a mixer in an engine and released into the atmosphere through an exhaust pipe, and the exhaust gas contains a large amount of pollutants harmful to the human body.

따라서, 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 방지하는 것이 환경위생상 중요한 문제로 대두되고 있으며, 자동차에서는 배기가스를 배출하기 전에 반드시 정화처리를 하도록 규제하고 있다.Therefore, preventing air pollution due to automobile exhaust gas has emerged as an important issue for environmental hygiene, and automobiles are regulated to be cleaned before exhaust gas is discharged.

LA의 법규상 운전모드 중 FTP 모드는 자동차의 배기가스를 저감시키기 위하여 촉매를 사용하도록 하고 있다. Among LA's legal driving modes, FTP mode requires the use of catalysts to reduce vehicle emissions.

즉, 자동차에서 발생되는 배기가스의 양이 일정량을 초과하지 않도록 촉매를 사용하여 배기가스를 정화시키도록 하고 있는 것이다.In other words, the catalyst is used to purify the exhaust gas so that the amount of exhaust gas generated in the automobile does not exceed a predetermined amount.

자동차 엔진으로 공급된 가솔린이 완전 연소되었을 경우 발생되는 배기가스 는 대부분이 인체에 무해한 이산화탄소와 수증기이며, 어떠한 이유에 의해 불완전 연소가 될 경우 인체에 해로운 공해물질이 발생된다.Most of the exhaust gases generated when the gasoline supplied to an automobile engine is completely burned are carbon dioxide and water vapor, which are harmless to the human body. If incomplete combustion is caused for some reason, harmful pollutants are generated.

엔진에서 발생하는 유해물질의 대부분은 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)로 구분되며, 그 중 일산화탄소와 탄화수소는 가솔린이 불완전 연소되었을 때 발생하고, 질소산화물은 엔진 내부의 온도가 1500℃ 이상이 되면 발생한다.Most of the harmful substances generated in the engine are divided into carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx). Among them, carbon monoxide and hydrocarbons are generated when gasoline is incompletely burned. Occurs when the temperature becomes 1500 ° C or higher.

배기가스 중 유해성분인 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물의 배출 경향은 서로 상반되는 바, 공연비가 이론 공연비보다 적을 때는 질소산화물의 발생량이 감소되지만 일산화탄소 및 탄화수소는 증가된다. Emission trends of carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides, which are harmful components in the exhaust gas, are opposite to each other.

또한, 이론 공연비보다 실제 공연비가 더 클 경우에는 질소산화물의 발생량이 증가되어 피크(peak)가 되고, 더 희박한 혼합기가 공급되면 질소산화물의 양은 감소되나 탄화수소의 양은 증가한다.In addition, when the actual air-fuel ratio is larger than the theoretical air-fuel ratio, the generation amount of nitrogen oxides is increased to become a peak, and when a thinner mixer is supplied, the amount of nitrogen oxides is decreased, but the amount of hydrocarbons is increased.

이와 같이 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물의 발생량이 서로 상반되므로 유해가스를 정화하기는 쉽지 않으며, 이렇게 발생된 유해가스를 무해한 가스로 만들어 대기 중으로 방출하기 위한 방법으로는 두 가지가 있다. As such, the generation amounts of carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides are opposite to each other, so it is not easy to purify the harmful gases, and there are two methods to release the generated harmful gases into the atmosphere.

하나는 엔진 자체에서 유해가스의 발생 자체를 줄이는 방법이고, 다른 하나는 발생된 유해가스가 대기중으로 방출되기 이전에 무해화 하는 방법이다.One is to reduce the generation of harmful gas itself in the engine itself, and the other is to harm the generated harmful gas before it is released into the atmosphere.

발생된 유해가스를 무해화하는 방법은 유해가스를 산화반응 또는 환원반응을 통해 무해가스로 정화하는 방법이며, 일산화탄소와 탄화수소는 산화반응을 통해 정화할 수 있고, 질소산화물은 환원반응을 통해 정화할 수 있다. The method of detoxifying the generated harmful gas is to purify the harmful gas into harmless gas through oxidation or reduction reaction, carbon monoxide and hydrocarbon can be purified through oxidation reaction, and nitrogen oxide can be purified through reduction reaction. Can be.

따라서, 산화촉매나 환원촉매를 단독으로 사용하지 않고, 산화반응 및 환원반응을 동시에 추구하는 삼원촉매(three way catalyst)를 사용하고 있다.Therefore, instead of using an oxidation catalyst or a reduction catalyst alone, a three way catalyst which simultaneously pursues an oxidation reaction and a reduction reaction is used.

삼원촉매는 엔진에서 발생한 유해가스를 정화하는데 있어서 매우 유효한 촉매라 할 수 있는데, 일정 온도 이상이 될 경우에만 활성화 되는 단점이 있으며, 냉시동시와 같이 촉매물질의 온도가 낮은 경우에는 활성화 되기까지의 시간이 오래 걸리므로, 냉시동 초기에 유해 배기가스의 배출량이 증대되어 FTP 모드를 만족하지 못하는 문제점이 있다.The three-way catalyst is a very effective catalyst for purifying harmful gas generated from the engine.It has a disadvantage that it is activated only when it is above a certain temperature, and it takes time to be activated when the temperature of the catalyst material is low, such as during cold start. Since this takes a long time, there is a problem in that the emission of harmful exhaust gas is increased at the initial stage of cold start so that the FTP mode is not satisfied.

한편, 배기가스의 규제가 점차 엄격해짐에 따라 초기 시동시 촉매의 성능이 점점 중요해지고 있다.On the other hand, as the regulation of exhaust gas becomes stricter, the performance of the catalyst at the initial start-up becomes more and more important.

최근에는 흡착 또는 흡장형 촉매들이 등장하고 있는 바, 이들은 자동차 초기 시동시에 배기가스 성분을 흡착 또는 흡장하여 삼원촉매가 워엄 업(warm-up) 되는 동안 배기가스의 배출을 억제하고 있다.In recent years, adsorption or occlusion catalysts have been introduced, which suppresses the emission of exhaust gas while the three-way catalyst is warmed up by adsorbing or occluding the exhaust gas component at the initial start of the vehicle.

그 예로 HC 흡착촉매와 NOx 흡장촉매를 들 수 있는데, 삼원촉매는 활성화 되기까지 다소 시간이 걸리며, 시동 후 활성화 시간 전까지 배가기스는 모드 전체의 배출량 대부분이 빠져 나가는 바, 이것을 보완하기 위해 설치되는 것이 HC 흡착촉매(HC trap) 및 NOx 흡장촉매(NOx trap)이다(초기 시동시에 발생하는 HC는 전체 배출가스의 약 70%를 차지:FTP 모드(SULEV 대응), 초기 시동시에 발생하는 NOx는 전체 배출가스의 약 60%를 차지:FTP 모드(SULEV 대응))For example, HC adsorption catalyst and NOx storage catalyst. Three-way catalyst takes some time to be activated, and it is installed to compensate for this. HC trap and NOx trap (NOx generated during initial start-up) account for about 70% of the total emissions: FTP mode (SULEV compatible), NOx generated during initial start-up Approximately 60% of all emissions: FTP mode (SULEV compatible)

첨부한 도 1a와 도 1b는 HC 흡착촉매와 NOx 흡장촉매의 정화특성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, HC 흡착촉매는 초기 시동시에 HC를 물리적으로 흡착하였다 가 특정 온도(예, 150 ~ 200℃)에 도달하면 HC를 탈착하기 시작하며, NOx 흡장촉매는 일정 온도(예, 150℃) 이상이 되면 NOx를 흡장하였다가 이후 고온의 환원 분위기가 되면서 배기가스 중 환원제 성분에 의해 저장되어 있던 NOx가 제거된다.1A and 1B are schematic views showing the purification characteristics of the HC adsorption catalyst and the NOx storage catalyst. The HC adsorption catalyst physically adsorbs HC at initial start-up, and then has a specific temperature (eg, 150 to 200 ° C.). When it reaches, the HC starts to be desorbed, and the NOx storage catalyst absorbs NOx when it reaches a certain temperature (eg, 150 ° C), and then the NOx stored in the exhaust gas is removed by the reducing agent component in the exhaust gas. do.

첨부한 도 2는 촉매의 와시코트 구조를 나타낸 것으로서, 촉매특성을 나타내는 와시코트가 코팅되어 있으며, 특히 이러한 성분들은 코디어라이트 담체에 지지되어 있는 상태이다.FIG. 2 shows a washcoat structure of the catalyst, in which a washcoat exhibiting catalytic properties is coated, and in particular, these components are supported on the cordierite carrier.

그러나, HC 흡착촉매와 NOx 흡장촉매 모두 각각의 기능을 수행하기 위해서는 상당한 부피를 필요로 하고 있고, 또한 서로의 흡착/흡착 및 배출/탈착을 하기 위한 조건을 만들기 위해서는 엔진 또는 또 다른 조건이 필요한 상태이다.However, both the HC adsorption catalyst and the NOx storage catalyst require a considerable volume to perform their respective functions, and an engine or another condition is required to create conditions for adsorption / adsorption and discharge / desorption of each other. to be.

그럼에도 불구하고, 최근까지 촉매 관련 기술의 개발을 보면 HC 흡착촉매와 NOx 흡장촉매의 개발이 개별적으로 진행되어 왔다.Nevertheless, in recent years, in view of the development of catalyst-related technology, the development of HC adsorption catalyst and NOx storage catalyst has been proceeded separately.

따라서, 각 시스템마다 온도, 배출가스 조성, 분위기 등을 별개로 조절해야 하고, 또한 HC 흡장촉매 및 NOx 흡장촉매가 개별적으로 부피를 차지하고 있으므로 엔진 시스템으로 보았을 때 점점 컴팩트화 되어 가는 엔진의 경우와 반대로 개발이 이루어지고 있는 것이 현실이다.Therefore, temperature, exhaust gas composition, atmosphere, etc. must be adjusted separately for each system, and since the HC storage catalyst and the NOx storage catalyst occupy volume individually, the engine system becomes more compact in view of the engine system. The reality is that development is taking place.

또한, 종래 관련 기술들은 HC 흡착촉매의 제조와 NOx 흡장촉매의 제조에 국한된 기술로, 피동적인(passive) 엔진 조건을 요구하고 있으며, 이 조건은 HC와 NOx 저감에는 상호 반대되는 조건이다.In addition, the related arts are limited to the production of the HC adsorption catalyst and the production of the NOx storage catalyst, and require passive engine conditions, which are opposite conditions for reducing HC and NOx.

따라서, HC 트랩(trap)의 효율을 극대화 함과 동시에 NOx 트랩의 작용이 원활하게 일어나도록 하는 촉매 기술이 요구되고 있으며, 초기 시동시에 HC, NOx를 흡착/흡장하고 촉매가 정상 작동할 수 있는 온도에서 HC, NOx를 방출시킬 수 있는 새로운 촉매 시스템이 필요한 실정이다. Therefore, there is a need for a catalyst technology that maximizes the efficiency of the HC trap and at the same time facilitates the operation of the NOx trap, and is capable of adsorbing / storing HC and NOx at initial startup and allowing the catalyst to operate normally. There is a need for a new catalyst system capable of releasing HC and NOx at temperatures.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 벌집 구조의 담체 표면에 배기가스 중 수분의 흡착/탈착을 수행하는 친수성의 워터 트랩층을 코팅 형성하고, 이 워터 트랩층의 상부에 HC 트랩층, 삼원촉매층 및 NOx 트랩층을 차례로 코팅시켜 제조됨으로써, 초기 시동시 삼원촉매층의 활성화 이전에 HC 트랩층이 배기가스 중 HC를 흡착하고, NOx 트랩층이 NOx를 흡장 제거하는 바, 초기 시동시의 유해물질 배출량을 크게 줄일 수 있고, 하나의 촉매에서 각 층의 기능에 의해 HC 트랩, NOx 트랩 및 트랩된 HC, NOx의 정화가 이루어지는 장점이 있으며, 또한 각각의 기능을 갖는 다층의 적층구조로 구성함으로써 촉매 자체의 상호 상승효과에 의한 흡착 및 탈착의 용이성, 그리고 촉매 시스템의 컴팩트화가 가능해지는 장점을 가지는 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매와 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, the coating of a hydrophilic water trap layer for performing the adsorption / desorption of moisture in the exhaust gas on the surface of the carrier of the honeycomb structure, the upper portion of the water trap layer By coating the HC trap layer, the three-way catalyst layer and the NOx trap layer in turn, the HC trap layer adsorbs HC in the exhaust gas and the NOx trap layer occludes and removes NOx prior to activation of the three-way catalyst layer at initial startup. Hazardous emissions during initial start-up can be greatly reduced, and HC trap, NOx trap and trapped HC, NOx can be purified by the function of each layer in one catalyst. Cars have the advantage of being easy to adsorb and desorption due to the synergistic effect of the catalysts themselves and the compactness of the catalyst system. An object of the present invention is to provide a multifunctional multilayer catalyst for exhaust gas purification and a method of manufacturing the same.

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 발명에 따른 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매는, Multifunctional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification according to the present invention,

벌집 구조의 담체와; 이 담체의 표면에 코팅된 최저층으로서 수분 흡착제가 함유되어 배기가스 중 수분의 흡착/탈착을 수행하는 워터 트랩층과; 이 워터 트랩층의 상부에 코팅되고 HC 흡착제가 함유되어 배기가스 중 HC의 물리적 흡착/탈착을 수행하는 HC 트랩층과; 이 HC 트랩층의 상부에 코팅되고 귀금속 촉매가 함유되어 배기가스 정화를 수행하는 삼원촉매층과; 이 삼원촉매층의 상부에 코팅되고 Pt 및 BaO가 함유되어 NOx의 흡장 및 분해 제거를 수행하는 NOx 트랩층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.A honeycomb carrier; A water trap layer containing a moisture adsorbent as the lowest layer coated on the surface of the carrier to perform adsorption / desorption of moisture in the exhaust gas; An HC trap layer coated on the water trap layer and containing an HC adsorbent to perform physical adsorption / desorption of HC in exhaust gas; A three-way catalyst layer coated on the HC trap layer and containing a noble metal catalyst to perform exhaust gas purification; And a NOx trap layer coated on the three-way catalyst layer and containing Pt and BaO to perform occlusion and decomposition removal of NOx.

바람직한 실시예로서, 상기 워터 트랩층은, Si/Al 비율이 24 ~ 100인 친수성의 제올라이트 산촉매 또는 실리카겔이 함유된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the water trap layer is characterized by containing a hydrophilic zeolite acid catalyst or silica gel having a Si / Al ratio of 24 to 100.

또한, 상기 HC 트랩층은, Si/Al 비율이 500 ~ 1000, 그리고 기공 입구를 이루는 산소원자의 수가 10 내지 12개, 기공 입구 직경이 5 ~ 8Å 범위의 제올라이트가 함유된 것을 특징으로 한다.In addition, the HC trap layer is characterized by containing a zeolite having a Si / Al ratio of 500 to 1000, the number of oxygen atoms forming a pore inlet 10 to 12, the pore inlet diameter is 5 ~ 8Å.

한편, 본 발명에 따른 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매의 제조방법은, On the other hand, the method for producing a multifunctional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification according to the present invention,

수분 흡착제를 함유한 슬러리를 제조한 다음 이 슬러리를 벌집 구조 담체의 표면에 코팅한 후 건조하여 워터 트랩층을 형성하는 단계와; 탄화수소 흡착제를 함유한 슬러리를 제조한 다음 이 슬러리를 상기 워터 트랩층 상부에 코팅한 후 건조하여 HC 트랩층을 형성하는 단계와; 귀금속 촉매를 함유한 삼원촉매용 슬러리를 제조한 다음 이 슬러리를 상기 HC 트랩층 상부에 코팅한 후 건조하여 삼원촉매층을 형성하는 단계와; Pt 및 BaO를 함유한 NOx 흡장용 슬러리를 제조한 다음 이 슬러리를 상기 삼원촉매층 상부에 코팅한 후 건조하여 NOx 트랩층을 형성하는 단계;를 포함한다.Preparing a slurry containing a moisture adsorbent and then coating the slurry on the surface of the honeycomb structural carrier and then drying to form a water trap layer; Preparing a slurry containing a hydrocarbon adsorbent and then coating the slurry on top of the water trap layer to dry to form an HC trap layer; Preparing a slurry for a three-way catalyst containing a noble metal catalyst and then coating the slurry on the HC trap layer and drying to form a three-way catalyst layer; And preparing a slurry for NOx occlusion containing Pt and BaO, and then coating the slurry on top of the three-way catalyst layer to dry to form a NOx trap layer.

바람직한 실시예로서, 상기 워터 트랩층을 형성하는 단계에서, 상기 슬러리는 Si/Al 비율이 24 ~ 100인 친수성의 제올라이트 산촉매 또는 실리카겔을 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음 습식 밀링하여 제조하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, in the forming of the water trap layer, the slurry is prepared by mixing hydrophilic zeolite acid catalyst or silica gel having a Si / Al ratio of 24 to 100 with colloidal silica as a binder and then wet milling. It is done.

또한, 상기 HC 트랩층을 형성하는 단계에서, 상기 슬러리는 Si/Al 비율이 500 ~ 1000, 그리고 기공 입구를 이루는 산소원자의 수가 10 내지 12개, 기공 입구 직경이 5 ~ 8Å 범위의 제올라이트를 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음 습식 밀링하여 제조하는 것을 특징으로 한다.In the step of forming the HC trap layer, the slurry is a binder containing a zeolite having a Si / Al ratio of 500 to 1000, the number of oxygen atoms forming a pore inlet 10 to 12, the pore inlet diameter of 5 ~ 8Å It is characterized in that it is prepared by mixing with wet colloidal silica and then wet milling.

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 다기능 다층 촉매와 그 제조방법에 관한 것으로서, 담체 위에 여러 층의 기능성 와시코트가 코팅되어, 각 층의 기능에 의해 HC 트랩, NOx 트랩 및 트랩된 HC, NOx의 정화가 이루어지고, HC 트랩의 효율을 극대화 할 수 있는 동시에 NOx 트랩이 원활하게 일어나도록 한 다기능 다층 촉매와 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-functional multilayer catalyst for exhaust gas purification of automobiles and a method of manufacturing the same, wherein several layers of functional washcoats are coated on a carrier to purify HC traps, NO x traps, and trapped HC and NO x by the function of each layer. The present invention relates to a multifunctional multilayer catalyst capable of maximizing the efficiency of the HC trap and at the same time allowing the NOx trap to occur smoothly and a method of manufacturing the same.

이러한 본 발명의 촉매는 초기 시동시에 발생하는 배기가스를 효과적으로 흡착/정화할 수 있고, 한 촉매에 다층을 구성함으로써 촉매 자체의 상호 상승효과로 흡착 및 탈착이 용이하며, 레이아웃면에서도 컴팩트화가 가능해지는 장점이 있다.The catalyst of the present invention can effectively adsorb / purify exhaust gas generated during initial startup, and by forming a multilayer in one catalyst, adsorption and desorption are easy due to mutual synergy of the catalysts themselves, and the layout can be compact. There is an advantage to being terminated.

이하, 본 발명에 따른 다층 촉매의 구성을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the multilayer catalyst according to the present invention will be described.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 다층 촉매의 와시코트 구조를 나타낸 단면도 로서, 미설명부호 6은 담체 내 배기가스 통로를 나타낸다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a washcoat structure of the multilayer catalyst according to the present invention, and reference numeral 6 denotes an exhaust gas passage in the carrier.

이에 도시한 바와 같이, 담체(1) 표면 위에 코팅된 와시코트가 총 4개의 다층으로 구성되어 있는 바, 담체(1) 표면 바로 위의 최저층으로는 워터 트랩(water trap)층(2)이, 그 위층으로는 HC 트랩층(3)이, 그리고 그 위층으로 삼원촉매층(4)과 NOx 트랩층(5)이 차례로 코팅된 구조로 되어 있다.As shown here, the washcoat coated on the surface of the carrier 1 is composed of a total of four multilayers. As the lowest layer directly on the surface of the carrier 1, a water trap layer 2 is provided. The upper layer has a structure in which the HC trap layer 3 is coated, and the upper layer has the ternary catalyst layer 4 and the NOx trap layer 5 coated in this order.

먼저, 워터 트랩층(2)은 친수성의 수분 흡착층으로서, 초기 시동시에 배기가스에 포함되어 있는 수증기를 포집하는 역할을 하는데, 이 워터 트랩층(2)이 수증기를 포집하게 되면 전체적으로 그 상층인 HC 트랩층(3)의 온도 상승이 억제될 수 있고, 이에 따라 워터 트랩층(2)이 없을 때보다 상대적으로 HC 트랩층(3)의 온도를 낮출 수 있게 된다.First, the water trap layer 2 is a hydrophilic water adsorption layer, which collects water vapor contained in the exhaust gas at the initial start-up. When the water trap layer 2 collects water vapor, the upper layer is formed as a whole. The rise in the temperature of the phosphorus HC trap layer 3 can be suppressed, thereby making it possible to lower the temperature of the HC trap layer 3 relatively than when there is no water trap layer 2.

즉, 상기 워터 트랩층(2)은 HC 트랩층(3)의 온도를 낮추는 역할을 하는 바, 이 워터 트랩층(2)에 의해 HC 트랩층(3)의 온도를 낮추게 되면, 온도가 낮아지는 만큼 HC를 초기 시동시에 트랩할 수 있는 시간이 길어지므로, HC 트랩 효과를 비교적 오랜 시간동안 발휘할 수 있게 된다.That is, the water trap layer 2 serves to lower the temperature of the HC trap layer 3, and when the temperature of the HC trap layer 3 is lowered by the water trap layer 2, the temperature is lowered. Since the time for trapping HC at initial start-up becomes longer, the HC trap effect can be exerted for a relatively long time.

워터 트랩층(2)은 일반적으로 제올라이트 또는 실리카겔 등의 흡수제를 사용할 수 있는데, 결정 구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있으므로, 다른 미립물질을 흡착할 수 있다.Generally, the water trap layer 2 may use an absorbent such as zeolite or silica gel, and although the bonds of the atoms in the crystal structure are loose, the skeleton remains intact even when the water that fills therein is released at a high temperature. It can adsorb.

이 워터 트랩층(2)은 실리카겔이나 Si/Al 비율이 100 이하인 친수성의 제올라이트 산촉매의 코팅층으로 실시 가능하며, 란탄(La)이나 세륨(Ce) 등이 포함된 화우자사이트(FAU), 린다A(LTA) 등이 수분 흡착용으로 사용될 수 있다.The water trap layer 2 can be implemented with a coating layer of silica gel or a hydrophilic zeolite acid catalyst having a Si / Al ratio of 100 or less, and includes fluorite (FAU), lanthanum (La), cerium (Ce), and the like. (LTA) and the like can be used for moisture adsorption.

다음으로, HC 트랩층(3)은 소수성의 탄화수소 흡착층으로서, 제올라이트 성분으로 탄소 번호가 3 이상인 HC를 제올라이트 시브에 물리 흡착하는 역할을 하므로, 초기 시동시에 촉매의 정화능이 없을 때 HC를 흡착하여 배출되지 않도록 하는 역할을 한다.Next, the HC trap layer 3 is a hydrophobic hydrocarbon adsorption layer, which physically adsorbs HC having a carbon number of 3 or more to the zeolite sheave as a zeolite component, and thus adsorbs HC when the catalyst has no purification ability at the initial startup. So that it does not discharge.

HC 트랩층(3)의 온도가 올라가게 되면(약 150 ~ 200℃), 가스 분자들의 움직임이 활발해져 제올라이트 시브를 빠져나가면서 HC의 탈착이 이루어진다.When the temperature of the HC trap layer 3 rises (about 150-200 ° C.), the movement of gas molecules becomes active, leaving the zeolite sieve and desorbing HC.

상기 HC 트랩층(3)은 Si/Al 비율이 500 ~ 1000인 제올라이트 또는 알루미늄을 거의 포함하지 않는 실리카라이트를 포함한다.The HC trap layer 3 includes a zeolite having a Si / Al ratio of 500 to 1000 or silicalite containing almost no aluminum.

다음으로, 삼원촉매층(4)에서는 HC 트랩층(3)에서 빠져 나간 HC가 반응하여 HC가 물과 이산화탄소로 되며, 이때 HC는 산화발열반응을 하기 때문에 삼원촉매층(4)의 온도는 올라가게 된다.Next, in the three-way catalyst layer 4, HC exiting from the HC trap layer 3 reacts, and the HC becomes water and carbon dioxide. At this time, the temperature of the three-way catalyst layer 4 increases because HC undergoes an oxidative exothermic reaction. .

이 삼원촉매층(4)은 상기 HC 트랩층(3) 상부에 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 귀금속을 담지한 슬러리를 코팅하여 형성한다.The three-way catalyst layer 4 is formed by coating a slurry carrying at least one precious metal selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, and mixtures thereof on the HC trap layer 3.

한편, NOx 트랩층(5)은 일반적인 Pt/BaO 촉매로서, 일정 온도 이상이면 NOx를 흡장하기 시작하고, 이후 고온의 환원 분위기(650℃ 이상)에서는 흡장된 NOx가 CO2와 N2로 분리된다.On the other hand, the NOx trap layer 5 is a general Pt / BaO catalyst, and when the temperature is above a certain temperature, the NOx begins to occlude, and then the NOx occluded is separated into CO 2 and N 2 in a high-temperature reducing atmosphere (650 ° C. or higher). .

이 NOx 트랩층(5)은 NOx를 150℃ 이상에서 저장하기 시작하며, 따라서 NOx 트랩층(5)의 온도가 빨리 올라가서 저장을 빨리 할수록 저감할 수 있는 NOx 량이 많아지는 바, 아래층의 삼원촉매층(4)에서 HC 정화시 산화발열반응열을 발생시키면 이 산화반응열이 위층으로 전달되어 NOx 트랩층(5)의 온도가 올라가게 되고, 결국 이에 의해 NOx 트랩층(5)은 짧은 시간 내에 NOx를 저장할 수 있는 온도에 도달하게 되어 있다.The NOx trap layer 5 starts to store NOx at 150 ° C. or higher. Therefore, the faster the temperature of the NOx trap layer 5 rises and the faster the storage, the greater the amount of NOx that can be reduced. In 4), when the heat of oxidative heating reaction is generated during HC purification, the heat of oxidation reaction is transferred to the upper layer so that the temperature of the NOx trap layer 5 is raised. As a result, the NOx trap layer 5 can store NOx within a short time. To reach a certain temperature.

첨부한 도 4는 위에서 설명한 와시코트 내 각 층의 역할을 나타낸 개략도이고, 도 5는 NOx 트랩층의 NOx 흡장 및 NOx 제거 메커니즘을 나타낸 개략도이다.FIG. 4 is a schematic diagram showing the role of each layer in the washcoat described above, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the NOx occlusion and NOx removal mechanism of the NOx trap layer.

초기 냉시동시에는 수분과 탄화수소가 함께 본 발명의 촉매를 지나가면서 친수성인 워터 트랩층(2)에 수분이 흡착되고, 소수성인 HC 트랩층(3)에는 탄화수소가 흡착된다.During initial cold start, water and hydrocarbon are adsorbed to the hydrophilic water trap layer 2 while passing through the catalyst of the present invention, and hydrocarbon is adsorbed to the hydrophobic HC trap layer 3.

점차로 배기가스의 온도가 올라가면(100℃ 이상) 삼원촉매층(4)이 활성화 되기 시작하고, 삼원촉매층(4)이 가열되는 동안 워터 트랩층(2)에서는 수분이 탈착되기 시작하며, 이때의 수분 탈착에 의해 HC 트랩층(3)이 냉각되므로 HC 탈착이 지연된다.Gradually, when the temperature of the exhaust gas rises (more than 100 ° C.), the three-way catalyst layer 4 starts to be activated, and the water trap layer 2 starts to desorb water while the three-way catalyst layer 4 is heated. As a result, the HC trap layer 3 is cooled, so that HC desorption is delayed.

HC 트랩층(3)의 HC가 탈착하기 시작하는 시점에서는 삼원촉매층(4)이 충분히 가열되어 활성화 된 후이고, 탈착된 HC가 이 삼원촉매층(4)에서 효과적으로 산화되어 제거된다.At the time when HC of the HC trap layer 3 starts to desorb, the three-way catalyst layer 4 is sufficiently heated and activated, and the desorbed HC is effectively oxidized and removed in the three-way catalyst layer 4.

이때, 산화되면서 발열을 하므로, 최상층인 NOx 트랩층(5)에 열을 전달하여 NOx 트랩층이 활성화 될 수 있게 돕게 된다.At this time, since it generates heat while being oxidized, heat is transferred to the uppermost NOx trap layer 5 to help the NOx trap layer be activated.

NOx 트랩층(5)은 초기 시동시에 NOx를 흡장하게 되어 있는데, 도 5에 나타낸 바와 같이 일정 온도 이상이면(예, 150℃) Pt는 NO를 NO2로 산화시키고, NO2는 BaO에 Ba(NO3)2 형태로 흡장된 후, 고온의 환원 분위기를 만들어 주면 Ba(NO3) 2가 N2와 CO2로 분해되어 흡장되어 있던 NOx를 제거하게 된다.The NOx trap layer 5 occludes NOx at initial start-up, but as shown in FIG. 5, if the temperature is above a certain temperature (eg, 150 ° C.), Pt oxidizes NO to NO 2 , and NO 2 to BaO to BaO. After occluding in the form of (NO 3 ) 2 , Ba (NO 3 ) 2 is decomposed into N 2 and CO 2 to remove the occluded NO x by creating a high-temperature reducing atmosphere.

이러한 본 발명의 구조에서는 HC 트랩층(3)으로부터 탈착된 HC의 산화열이 삼원촉매층(4)에서 그 상층인 NOx 트랩층(5)에 전달되고, 이에 NOx 트랩층(5)의 온도가 상승되는 바, 결국 기존의 배기가스 열전달과 함께 산화발열량을 이용해 빠른 시간 내에 NOx 트랩층(5)의 흡장조건을 만들어 줄 수가 있다. In the structure of the present invention, the heat of oxidation of HC desorbed from the HC trap layer 3 is transferred from the three-way catalyst layer 4 to the NOx trap layer 5, which is the upper layer, and the temperature of the NOx trap layer 5 is increased. As a result, it is possible to make the occlusion condition of the NOx trap layer 5 in a short time by using the amount of oxidation calorific value with the existing exhaust gas heat transfer.

한편, 상기한 구조의 다층 촉매를 제조하기 위한 과정을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the process for producing a multilayer catalyst of the above-described structure is as follows.

먼저, 벌집 구조의 세라믹 담체(1) 표면에 수분 흡착층인 워터 트랩층(2)을 코팅 형성한다.First, a water trap layer 2 serving as a moisture adsorption layer is formed on the surface of the ceramic carrier 1 having a honeycomb structure.

워터 트랩층(2)을 형성하기 위하여, 우선 Si/Al 비율이 24 ~ 100인 친수성의 제올라이트 산촉매 또는 실리카겔 등을 바인더와 함께 혼합한 다음, 습식 밀링하여 슬러리를 제조한다.In order to form the water trap layer 2, first, a hydrophilic zeolite acid catalyst or silica gel having a Si / Al ratio of 24 to 100 is mixed with a binder, and then wet milled to prepare a slurry.

그리고, 상기와 같이 제조한 슬러리를 담체 표면에 1차로 코팅한 후 150℃에서 3시간 동안 건조한다.Then, the slurry prepared as described above is first coated on the surface of the carrier and then dried at 150 ° C. for 3 hours.

다음으로, 상기 워터 트랩층(2)의 위로 HC 트랩층(3)을 코팅 형성한다.Next, the HC trap layer 3 is coated on the water trap layer 2.

HC 트랩층(3)을 형성하기 위하여, 탄화수소 흡착제로서 Si/Al 비율이 500 ~ 1000인 제올라이트 또는 실리카라이트를 바인더와 혼합한 다음(예, 제올라이트 60 ~ 80 중량%를 바인더인 콜로이달 실리카 20 ~ 40 중량%와 혼합), 습식 밀링하여 슬러리를 제조한다.In order to form the HC trap layer 3, a zeolite or silicalite having a Si / Al ratio of 500 to 1000 as a hydrocarbon adsorbent is mixed with a binder (e.g., 60 to 80 wt% of the zeolite 20 to colloidal silica as a binder). Mixed with 40 wt%), and wet milled to prepare a slurry.

상기와 같이 사용되는 제올라이트는 탄화수소 흡착강도가 적절하게 강하고 열적 안전성이 우수하여, 탄화수소가 저온에서 효과적으로 흡착 저장되고, 적절한 고온에서 탈착 정화되며, 장기적으로 안정적인 활성을 유지할 수 있다.The zeolite used as described above has a moderately strong hydrocarbon adsorption strength and excellent thermal safety, so that the hydrocarbon is effectively adsorbed and stored at a low temperature, desorbed and purified at an appropriate high temperature, and maintains stable activity in the long term.

제올라이트의 구조 및 종류는 수백종에 이르나, 본 발명에서의 목적에 부합되는 구조로는 일 예로 엠에프아이(MFI), 모데나이트(MOR) 및 베타(BEA) 등을 사용할 수 있다. Although the structure and type of zeolite reaches several hundred species, as an example of the structure meeting the object of the present invention, MFI, mordenite and beta may be used.

상기 제올라이트는 기공 입구를 이루는 산소원자의 수가 10 내지 12개, 기공 입구 직경이 5 ~ 8Å 범위를 특징으로 하는데, 이러한 구조는 탄화수소 흡착제로 매우 적합하다. The zeolite is characterized in that the number of oxygen atoms constituting the pore inlet range from 10 to 12, the pore inlet diameter is 5 ~ 8Å, this structure is very suitable as a hydrocarbon adsorbent.

뿐만 아니라, 이들은 합성 제올라이트이기 때문에 합성용 혼합물의 조성의 조절을 통해 Si/Al의 비율을 제어하는 것이 비교적 자유롭다.In addition, since these are synthetic zeolites, it is relatively free to control the ratio of Si / Al through adjustment of the composition of the synthesis mixture.

상기 Si/Al의 비율은 탄화수소의 흡착능력을 간접적으로 알 수 있는 것으로, 본 발명에서는 Si/Al의 비가 500 내지 1000이 되도록 하며, 만일 상기 비가 500 보다 적으면 촉매의 열적 안정성이 떨어져 장기적으로 탄화수소 흡착능력을 유지할 수 없고, 1000 보다 크면 이 탄화수소를 흡착하는 강도가 떨어져 삼원촉매층이 활성화 되기 전에 흡착된 탄화수소가 방출되는 문제가 발생되므로 바람직하지 못하게 된다.The ratio of Si / Al is indirectly able to know the adsorption capacity of the hydrocarbon, in the present invention, the ratio of Si / Al is 500 to 1000. If the ratio is less than 500, the thermal stability of the catalyst is low and the hydrocarbon is long-term. If the adsorption capacity cannot be maintained, and it is larger than 1000, the strength of adsorbing the hydrocarbon is lowered, which causes undesirable problems in that the adsorbed hydrocarbon is released before the three-way catalyst layer is activated.

상기와 같이 HC 트랩층(3)을 위한 슬러리를 제조한 후에는 슬러리에 담체를 담그는 방식으로 HC 트랩층용 슬러리를 상기 워터 트랩층(2)의 위로 코팅한 후 150℃에서 3시간 동안 건조한다.After the slurry for the HC trap layer 3 is prepared as described above, the slurry for the HC trap layer is coated on the water trap layer 2 by dipping the carrier in the slurry, and then dried at 150 ° C. for 3 hours.

다음으로, 상기 HC 트랩층(3)의 위로 삼원촉매층(4)을 코팅 형성한다.Next, the three-way catalyst layer 4 is coated on the HC trap layer 3.

이때, 알루미나(Al2O3), 산화세륨(CeO2) 및 귀금속 촉매(Pt, Pd, Rh 등)를 함께 습식 밀링하여 슬러리를 제조한 다음, 이 슬러리를 상기 HC 트랩층의 위로 코팅한 후 150℃에서 3시간 동안 건조한다.At this time, the slurry was prepared by wet milling together alumina (Al 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), and a noble metal catalyst (Pt, Pd, Rh, etc.), and then coating the slurry on the HC trap layer. Dry at 150 ° C. for 3 hours.

다음으로, 상기 삼원촉매층(4)의 위로 NOx 트랩층(5)을 코팅 형성한다.Next, the NOx trap layer 5 is coated on the three-way catalyst layer 4.

이때, 알루미나(Al2O3)와 산화바륨(BaO)과 백금(Pt)을 함께 습식 밀링하여 슬러리를 제조한 다음, 이 슬러리를 상기 삼원촉매층(4)의 위로 코팅한 후 150℃에서 3시간 동안 건조한다.At this time, the slurry was prepared by wet milling alumina (Al 2 O 3 ), barium oxide (BaO), and platinum (Pt) together, and then coating the slurry on the three-way catalyst layer 4 and then at 150 ° C. for 3 hours. To dry.

다음으로, 상기와 같이 건조 후 하소 과정을 거쳐 비로서 완성된 촉매를 얻을 수 있다.Next, through the calcination process after drying as described above it is possible to obtain a finished catalyst as a ratio.

이러한 하소 과정은 습십 밀링과 함께 이 분야에서 이미 그 기술이 공지되어 있는 것인 바, 일 예로 450 ~ 550℃ 온도의 전기로에서 10시간 동안 수행한다.This calcination process is already known in the art along with wet milling, for example, is carried out for 10 hours in an electric furnace of 450 ~ 550 ℃ temperature.

아울러, 상기 습식 밀링은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 채택할 수 있으며, 본 발명에서는 그 방법을 한정하지는 않는다.In addition, the wet milling may adopt a method commonly used in the art, and the present invention does not limit the method.

이와 같이 하여, 본 발명의 다기능 다층 촉매는, 벌집 구조의 담체(1)와, 제올라이트 또는 실리카겔 등의 수분 흡착제로 구성되어 상기 담체(1)의 상부에 적층된 워터 트랩층(2)과, 이 워터 트랩층(2) 상부에 적층된 제올라이트로 구성된 HC 트랩층(3)과, 이 HC 트랩층(3) 상부에 적층된 삼원촉매층(4)과, 이 삼원촉매층(4) 상부에 적층된 NOx 트랩층(5)으로 구성된다.Thus, the multifunctional multilayer catalyst of the present invention comprises a carrier 1 having a honeycomb structure, a water trap layer 2 composed of a water adsorbent such as zeolite or silica gel and laminated on the carrier 1, HC trap layer 3 composed of zeolite stacked on top of water trap layer 2, ternary catalyst layer 4 stacked on HC trap layer 3, and NOx laminated on this ternary catalyst layer 4 It consists of the trap layer 5.

한편, 위와 같이 제조된 본 발명에 따른 다층 촉매의 배기가스 저감 효과를 알아보고자, 기존 시스템과 본 발명의 다층 촉매가 적용된 시스템을 대상으로 FTP 모드에서 평가를 실시하였으며, 그 결과는 첨부한 도 6과 같다.On the other hand, to determine the exhaust gas reduction effect of the multilayer catalyst according to the present invention prepared as described above, the evaluation was carried out in the FTP mode with respect to the existing system and the system applied with the multilayer catalyst of the present invention, the results are attached to Figure 6 Same as

냉시동시인 Bag 1에서 도 6과 같은 결과를 얻을 수 있었는데, CO는 거의 동일하나, THC는 약 70%의 저감 효과를, NOx는 약 45%의 저감 효과를 나타내었다.The same result as in FIG. 6 was obtained in the cold startup Bag 1, but CO was almost the same, but THC showed about 70% reduction and NOx showed about 45% reduction.

단, 본 발명에 따른 다층 촉매에서는 냉시동시 린 스타트(lean start)를 하여야 하며, 이 린 스타트에 의해서 NOx 트랩층에 NOx가 흡장이되고, 촉매가 워엄 업 되었을 경우 리치 제어(rich control)되어 자연스럽게 NOx 트랩층에 저장되었던 NOx가 CO2와 N2로 분해된다. However, in the multilayer catalyst according to the present invention, a lean start should be performed during cold start, and NOx is occluded in the NOx trap layer by the lean start, and when the catalyst is warmed up, it is richly controlled (rich control) naturally. NOx stored in the NOx trap layer is decomposed into CO 2 and N 2 .

HC 트랩층은 분위기에 상관 없이 온도만 올라가면 물리 흡착되어 있던 HC가 자연스럽게 탈착된다. Regardless of the atmosphere, the HC trap layer naturally desorbs HC that has been physically adsorbed when the temperature is raised.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매와 그 제조방법에 의하면, 초기 시동시 삼원촉매층의 활성화 이전에 HC 트랩층이 배기가스 중 HC를 흡착하고, NOx 트랩층이 NOx를 흡장 제거하는 바, 초기 시동시의 유해물질 배출량을 크게 줄일 수 있고, 하나의 촉매에서 각 층의 기능에 의해 HC 트랩, NOx 트랩 및 트랩된 HC, NOx의 정화가 이루어지는 장점이 있으며, 또한 각각의 기능을 갖는 다층의 적층구조로 구성함으로써 촉매 자체의 상호 상승효과에 의한 흡착 및 탈착의 용이성, 그리고 촉매 시스템의 컴팩트화가 가능해지는 장점이 있다.As described above, according to the multi-functional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification according to the present invention and a method for manufacturing the same, the HC trap layer adsorbs HC in the exhaust gas before the activation of the three-way catalyst layer at initial startup, and the NOx trap layer is NOx. As a result, it is possible to significantly reduce the emission of harmful substances at the initial start-up, and to purify HC traps, NOx traps, and trapped HC and NOx by the function of each layer in one catalyst. By constructing a multi-layered laminated structure having a function of, the adsorption and desorption by the synergistic effect of the catalysts themselves and the compactness of the catalyst system are possible.

Claims (6)

벌집 구조의 담체;Honeycomb carriers; 상기 담체의 표면에 코팅된 최저층으로서 수분 흡착제가 함유되어 배기가스 중 수분의 흡착/탈착을 수행하는 워터 트랩층;A water trap layer containing a moisture adsorbent as the lowest layer coated on the surface of the carrier to perform adsorption / desorption of moisture in exhaust gas; 상기 워터 트랩층의 상부에 코팅되고 HC 흡착제가 함유되어 배기가스 중 HC의 물리적 흡착/탈착을 수행하는 HC 트랩층;An HC trap layer coated on the water trap layer and containing an HC adsorbent to perform physical adsorption / desorption of HC in exhaust gas; 상기 HC 트랩층의 상부에 코팅되고 귀금속 촉매가 함유되어 배기가스 정화를 수행하는 삼원촉매층;A three-way catalyst layer coated on the HC trap layer and containing a noble metal catalyst to perform exhaust gas purification; 상기 삼원촉매층의 상부에 코팅되고 Pt 및 BaO가 함유되어 NOx의 흡장 및 분해 제거를 수행하는 NOx 트랩층;A NOx trap layer coated on the three-way catalyst layer and containing Pt and BaO to occlude and decompose and remove NOx; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매. Multifunctional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification, comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 워터 트랩층은,The water trap layer, Si/Al 비율이 24 ~ 100인 친수성의 제올라이트 산촉매 또는 실리카겔이 함유된 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매.Multifunctional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification, characterized in that a hydrophilic zeolite acid catalyst having a Si / Al ratio of 24 to 100 or silica gel is contained. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 HC 트랩층은, The HC trap layer, Si/Al 비율이 500 ~ 1000, 그리고 기공 입구를 이루는 산소원자의 수가 10 내지 12개, 기공 입구 직경이 5 ~ 8Å 범위의 제올라이트가 함유된 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매.A multi-functional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification, comprising a zeolite having a Si / Al ratio of 500 to 1000, a pore inlet number of 10 to 12 oxygen atoms, and a pore inlet diameter of 5 to 8 kPa. 수분 흡착제를 함유한 슬러리를 제조한 다음, 상기 슬러리를 벌집 구조 담체의 표면에 코팅한 후, 건조하여 워터 트랩층을 형성하는 단계;Preparing a slurry containing a moisture adsorbent, coating the slurry on a surface of a honeycomb structural carrier, and then drying to form a water trap layer; 탄화수소 흡착제를 함유한 슬러리를 제조한 다음, 상기 슬러리를 워터 트랩층 상부에 코팅한 후, 건조하여 HC 트랩층을 형성하는 단계;Preparing a slurry containing a hydrocarbon adsorbent and then coating the slurry on top of the water trap layer, followed by drying to form an HC trap layer; 귀금속 촉매를 함유한 삼원촉매용 슬러리를 제조한 다음, 상기 슬러리를 HC 트랩층 상부에 코팅한 후, 건조하여 삼원촉매층을 형성하는 단계;Preparing a slurry for a three-way catalyst containing a noble metal catalyst, and then coating the slurry on the HC trap layer, followed by drying to form a three-way catalyst layer; Pt 및 BaO를 함유한 NOx 흡장용 슬러리를 제조한 다음, 상기 슬러리를 삼원촉매층 상부에 코팅한 후, 건조하여 NOx 트랩층을 형성하는 단계;Preparing a slurry for occluding NOx containing Pt and BaO, and then coating the slurry on top of the three-way catalyst layer, followed by drying to form a NOx trap layer; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매의 제조방법.Method for producing a multi-functional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification, comprising a. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 워터 트랩층을 형성하는 단계에서,In the forming of the water trap layer, 상기 슬러리는 Si/Al 비율이 24 ~ 100인 친수성의 제올라이트 산촉매 또는 실리카겔을 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음 습식 밀링하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매의 제조방법.The slurry is a method for producing a multi-functional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification, characterized in that the hydrophilic zeolite acid catalyst having a Si / Al ratio of 24 to 100 or silica gel is mixed with colloidal silica as a binder and then wet milled. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 HC 트랩층을 형성하는 단계에서,In the step of forming the HC trap layer, 상기 슬러리는 Si/Al 비율이 500 ~ 1000, 그리고 기공 입구를 이루는 산소원자의 수가 10 내지 12개, 기공 입구 직경이 5 ~ 8Å 범위의 제올라이트를 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음 습식 밀링하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 다기능 다층 촉매의 제조방법.The slurry is prepared by mixing a zeolite having a Si / Al ratio of 500 to 1000 and a pore inlet of 10 to 12 oxygen atoms and a pore inlet diameter of 5 to 8 kPa with colloidal silica as a binder and then wet milling. Method for producing a multi-functional multilayer catalyst for automobile exhaust gas purification, characterized in that.
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