KR100692166B1

KR100692166B1 - 허니콤 구조, 허니콤 구조 조립체 및 허니콤 촉매

Info

Publication number: KR100692166B1
Application number: KR1020057012259A
Authority: KR
Inventors: 가즈시게 오노; 마사후미 구니에다; 가즈타케 오규
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2007-03-12
Also published as: KR20060008279A; US20050227869A1; WO2005075075A1; JP2005218935A; US7790122B2; CN101027130A; JP4527412B2; EP1713584A1

Abstract

다수의 관통홀을 갖는 허니콤 구조가 적어도 세라믹 입자 및 무기질 바인더를 포함한다. 인접하는 관통홀 사이 촉매성분이 담지되는 각 벽의 두께는 0.25㎜ 이하가 되도록 설계된다. 허니콤 구조는 Y ≥ 250 × X + 22500 (50 ≤ X ≤ 80)의 관계를 만족하고, 여기서 X 는 다수의 관통홀에 대해 수직인 허니콤 구조의 허니콤면의 구경비 (%) 를 나타내고 Y는 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적(m²/L)을 나타낸다.

Description

허니콤 구조, 허니콤 구조 조립체 및 허니콤 촉매 {HONEYCOMB STRUCTURE, HONEYCOMB STRUCTURE ASSEMBLY, AND HONEYCOMB CATALYST}

본 발명은 허니콤 구조, 허니콤 구조 조립체 및 허니콤 촉매에 관한 것이다.

본 출원은 2004년 2월 4일자로 출원된 일본 특허출원 No.2004-028186에 대해 우선권을 주장하며, 상기 일본 특허출원의 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

촉매 성분이 담지되는 허니콤 구조를 포함하는 허니콤 촉매는 차량의 배기가스 정화용으로 사용된다. 전통적으로 허니콤 촉매는 높은 비표면적의 재료(예컨대, 활성 알루미나) 및 그 표면에 담지되는 촉매 금속(예컨대, 백금)을 열팽창특성이 낮은 완전체 코디어라이트(cordierite) 허니콤 구조로 만들어 제조하였다. 바륨(Ba) 같은 알칼리성 토류 금속(earth metal)은 산소과잉환경(예컨대, 희박연소 엔진 및 디젤 엔진)에서 NOx를 저장하는 NOx 저장제로서 허니콤 구조에 또한 담지된다. 정화 성능의 향상은 배기가스가 귀금속 촉매 및 NOx 저장제와 접촉하는 기회를 증가시킴으로써 얻어진다. 이러한 목적으로, 귀금속 입자 크기를 줄이고 귀금속 입자를 고도로 분산시키면서도 담체의 비표면적을 증가시킬 필요가 있다. 그러나 높은 비표면적을 갖는 재료(예컨대, 활성 알루미나)의 양을 단순 증가시키는 것은 접촉의 기회를 충분히 증가시키기는 커녕 압력손실을 바람직하지 못하게 높이면서 알루미나 층의 두께를 증가시키기만 할 뿐이다. 그래서 제안되는 한 기술은 접촉의 기회를 증가시키기 위해 셀 형상, 셀 밀도, 그리고 벽 두께를 적절히 규정한다(예로써, 일본 특허공개공보 No.10-263416 참조). 공지의 다른 허니콤 구조는 높은 비표면적의 재료를 무기질 섬유 및 무기질 바인더와 함께 압출성형하여 만들어진다(예로써, 일본 특허공개공보 No.5-213681 참조). 제안된 또 다른 기술은 높은 비표면적을 갖으며 촉매 성분을 담지하는 압출성형 허니콤 구조에서, 인접 관통홀 사이 각 벽의 두께(이후 벽 두께로 칭함), 가스 유동 방향의 길이, 각 관통홀의 길이, 그리고 구경비를 소정의 값으로 조절한다(예로써, 일본 특허공개공보 No.2003-245547 참조).

그러나 상기 종래 기술에 의한 허니콤 구조는 몇 가지 단점을 가진다. 일본 특허공개공보 No.10-263416에 개시된 코디어라이트 허니콤 구조는 높은 비표면적을 가지는 재료, 예컨대, 활성 알루미나 및 그 표면에 담지되는 촉매 성분(예컨대, 백금)을 가진다. 이 종래 기술은 촉매 담체의 비표면적을 증가시키기 위한 셀 형상, 셀 밀도 그리고 벽 두께를 규정함으로써 배기가스가 촉매 성분과 접촉하는 기회를 증가시킨다. 그러나 이 종래기술은 압력 손실의 문제가 있어, 촉매 담체의 비표면적을 충분하게 증가시키지 못한다. 촉매 담체의 비표면적이 충분하지 못하면 촉매 성분이 불충분하게 분산되고 열적 열화가 진행된 후 배기가스 정화 성능이 불량해진다. 촉매 성분의 양을 충분히 늘리고 촉매 담체의 크기를 키우는 것이 이러한 불충분함을 보상할 지도 모른다. 그러나 백금 및 기타 귀금속은 고가일 뿐만아니라 한정된 귀중한 자원이기도 하다. 촉매를 갖는 허니콤 구조가 차량 등의 한정된 공간에 장착될 경우에, 촉매 담체의 크기를 키우는 것은 바람직하지 못하다.

일본 특허공개공보 No. 5-213681에 개시된 허니콤 구조는 높은 비표면적을 갖는 재료를 무기질 섬유 및 무기질 바인더와 함께 압출성형하여 얻어진다. 이에 의해서 높은 비표면적의 촉매 담체 및 촉매 성분의 높은 분산도를 얻을 수가 있다. 그러나, 촉매 담체의 비표면적을 단순 증가시키는 것으로는 배기가스가 촉매 성분과 접촉하는 기회를 증가시킬 수가 없다. 그러므로 이 종래 기술로는 효율적인 배기가스의 정화를 얻을 수 없다.

일본 특허공개공보 No. 2003-245547에 개시된 기술은, 촉매 성능과 허니콤 구조의 몇 가지 파라미터 사이의 관계에 관하여 몇가지 제안을 하는데, 상기 파라미터는 벽 두께, 유동 방향의 길이, 각 관통홀의 길이 그리고 허니콤 구조의 구경비를 포함한다. 그러나 이들 파라미터의 단순 조절로는 배기가스를 효율적으로 정화할 수 없다.

이들 종래 기술의 단점을 감안하여, 본 발명의 목적은 배기가스가 촉매 성분과 충분히 접촉하게 함으로써 배기가스를 효율적으로 정화하는 허니콤 구조, 허니콤 구조 조립체, 그리고 허니콤 촉매를 제공하는 것이다.

최소한 상기 목적의 일부 그리고 다른 관련 목적을 이루기 위해, 본 발명은 다수의 관통홀을 갖는 허니콤 구조에 관심을 두었는데, 여기서 인접하는 관통홀 사이 각 벽의 두께는 0.25㎜ 이하이고 Y ≥ 250 × X + 22500 (50 ≤ X ≤ 80)의 관계가 만족되고, 여기서 X는 다수의 관통홀에 대해 수직인 허니콤 구조의 허니콤 면의 구경비를 나타내고 Y는 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적을 나타낸다.

본 발명의 허니콤 구조는, 위에 규정되는 바와 같은 벽 두께, 다수의 관통홀에 대해 수직인 허니콤 면의 구경비, 그리고 단위체적당 비표면적을 갖는다. 통상, 허니콤 구조는 배기가스가 허니콤 구조에 담지되는 촉매 성분과 접촉하는 기회를 증가시킬 필요가 있다. 이를 위한 효과적인 수단은, 분산도를 충분히 높이기 위해서 촉매 성분의 비표면적은 증가시키고 촉매 성분의 입자 직경은 줄이는 것이다. 심지어 촉매 성분의 양이 고정된다고 하더라도, 분산도가 높으면 촉매 성분의 비표면적을 높임으로써 배기가스가 촉매 성분과 접촉하는 기회를 증가시킨다. 허니콤 구조에 있어서, 배기가스는 관통홀 내에서 벽의 표면을 따라 유동한다. 배기가스는 점차 희석되어 벽의 내부로 들어간다. 그러나 배기가스는 촉매 성분과 접촉하는 벽의 표면으로부터 거리의 제한이 있다. 벽의 두께가 지나치게 두꺼우면 상대적으로 벽 깊숙한 내부에 담지되는 촉매 성분의 비율을 높여서 배기가스의 정화에 기여하지 않는다. 따라서 벽의 두께가 지나치게 두꺼우면 배기가스의 정화 효율이 불량하게 된다. 구경비가 지나치게 높으면 배기가스는 허니콤 구조의 촉매 성분과 접촉하지 않고 통과하게 된다. 이는 정화 성능을 바람직스럽지 못하게 떨어뜨린다. 또한 구경비가 지나치게 높으면 허니콤 구조의 강도를 떨어뜨린다. 이와는 달리, 구경비가 지나치게 낮으면 허니콤 구조의 관통홀을 지나는 배기가스 유량은 증가되면서 압력손실은 커진다. 증가된 유량은 촉매 성분과 배기가스가 접촉할 기회를 감소시키고 따라서 정화 성능을 바람직하지 못하게 떨어뜨린다. 구경비가 증가하면 정화를 위해 촉매 성분을 담지하는 허니콤 구조에 있어서의 총 벽면적을 감소시킨다. 따라서 촉매 성분으로의 배기가스의 상대흡수속도를 높이는 것이 필요하다. 이 목적에 효과적인 수단은 허니컴 구조의 단위체적당 비표면적을 증가시키는 것이다. 그러므로 벽 두께에 대한 사양, 구경비, 적정범위에 놓이는 단위체적당 비표면적은 허니콤 구조에 담지되는 촉매 성분과 배기가스의 접촉 기회를 증가시키고 배기가스를 효율적으로 정화하는데 있어서 필수적이다. 집중적인 연구의 결과로, 본 발명의 발명자들은 벽의 두께가 0.25mm 이하이고 아래 주어진 관계식 (1) 이 만족되면 배기가스가 충분히 촉매성분과 접촉하고 효율적으로 정화됨을 알아냈다.

Y ≥ 250 × X + 22500 (50 ≤ X ≤ 80) (1)

여기서 X는 구경비를 나타내고 Y는 단위체적당 비표면적을 나타낸다.

본 발명의 허니콤 구조는 바람직하게는 적어도 세라믹 입자와 무기질 바인더를 포함한다. 본 발명의 허니콤 구조는 더 바람직하게는 세라믹 입자, 무기질 강화제, 그리고 무기질 바인더를 포함한다. 촉매 담체의 원료로서의 세라믹 입자들은 무기질 바인더에 의해 고형화된다. 무기질 바인더는 형상을 유지하는데 충분한 강도를 적어도 주며 단위체적당 높은 비표면적을 갖는 허니콤 구조를 형성한다. 무기질 강화제는 구조를 강화시켜 더 높은 강도를 주며 단위체적당 높은 비표면적을 갖는 허니콤 구조를 형성한다. 촉매 성분은 전체 허니콤 구조에 걸쳐 널리 분산된다. 심지어 세라믹 입자들이 단위체적당 높은 비표면적을 유지할만큼 충분히 소결되지 않아도 이러한 높은 분산도는 열충격 또는 진동하에서도 형상을 유지할 수 있게한다.

본 발명은 또한 상기 적어도 두 개의 허니콤 구조를 적어도 하나의 시일층으로 서로 결합하여 얻어지는 허니콤 구조 조립체에 관한 것이다. 시일층은 다수의 관통홀에 대해 수직인 허니콤 구조의 각 허니콤 면이 아닌 허니콤 구조의 각 폐쇄된 외면을 통해 인접하는 허니콤 구조를 서로 결합한다. 본 발명의 허니콤 구조 조립체에 있어서, 상기 허니콤 구조는 시일층을 통해서 서로 결합된다. 이는 열충격과 진동에 대한 저항력을 향상시키면서 촉매 성분의 높은 분산도를 얻기 위한 단위체적당 높은 비표면적을 보장한다. 급격한 온도 변화가 허니콤 구조 조립체에 상당한 온도 분포를 가져오는 경우라도, 각 허니콤 구조는 비교적 작은 온도차를 가지며 시일층은 열충격 및 진동을 바람직하게 완화시킨다고 생각된다. 시일층은, 촉매 담체로서의 각 허니콤 구조의 성능을 보장하면서 전체 허니콤 구조 조립체의 형상을 유지하기위한 허니콤 구조의 프레임 역할을 함으로써, 열 응력(stress)때문에 발생하는 균열이 전체 허니콤 구조에 널리 퍼져나가는 것을 방지한다고 생각된다.

허니콤 구조에 포함되는 세라믹 입자에는 특별한 제한은 없으며 알루미나(alumina), 실리카(silica), 지르코니아(zirconia), 티타니아(titania), 세리아(ceria), 그리고 멀라이트(mullite) 입자 중에서 선택되는 한 종류 또는 여러 종류일 수 있다. 특히 바람직한 것은 알루미나이다. 허니콤 구조에 포함되는 세라믹 입자의 양은 바람직하게는 30~90중량%의 범위 내이고, 더 바람직하게는 40~80중량%의 범위 내이고, 그리고 최적으로는 50~75중량%의 범위 내에 놓이는 것이 좋다. 30중량% 미만의 세라믹 입자들의 함량은 상대적으로 세라믹 입자의 비율을 감소시켜서 불충분하리 만큼 낮은 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적과 허니콤 구조에 담지되는 촉매 성분의 불충분한 분산을 가져온다. 한편, 90중량% 보다 더 높은 세라믹 입자들의 함량은 상대적으로 무기질 강화제와 무기질 바인더의 비율을 감소시켜서 불충분하리 만큼 낮은 허니콤 구조의 강도를 가져온다.

허니콤 구조에 포함되는 무기질 강화제에는 특별한 제한은 없으며 무기질 섬유, 세선(whiskers), 또는 무기질 입자일 수 있다. 무기질 섬유는 알루미나 섬유, 실리카 섬유, 실리콘 카바이드 섬유, 실리카 알루미나 섬유, 유리 섬유, 그리고 칼륨 티탄산염(potassium titanate) 섬유 중에서 선택되는 한 종류 또는 여러 종류일 수 있다. 세선은 알루미나, 실리카 , 지르코니아, 티타니아, 세리아(ceria), 그리고 멀라이트(mullite) 세선 중에서 선택되는 한 종류 또는 여러 종류일 수 있다. 무기질 입자는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 실리콘 카바이드, 그리고 실리콘 질화물(silicon nitride) 입자 중에서 선택되는 한 종류 또는 여러 종류일 수 있다. 선택된 무기질 입자가 세라믹 입자와 동일해도 된다. 그러나, 무기질 강화제로는 상이한 물성(예컨대, 입자 직경 및 용융점)을 가지는 입자들을 선택하는 것이 바람직하다. 허니콤 구조에 포함되는 무기질 강화제의 양은 바람직하게는 3~50중량%, 더 바람직하게는 5~40중량%, 그리고 가장 바람직하게는 8~30중량%의 범위 내에 놓이는 것이 좋다. 3중량% 미만의 무기질 강화제의 함량은 허니콤 구조의 강도를 떨어뜨린다. 50중량% 보다 더 높은 무기질 강화제의 함량은 상대적으로 세라믹 입자의 비율을 감소시켜서 불충분하리 만큼 낮은 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적을 가져오고, 허니콤 구조에 담지되는 촉매 성분의 불충분한 분산을 가져온다. 무기질 섬유 및/또는 세선의 가로세로비(길이/폭)는 바람직하게는 2~1000의 범위 내이고, 더욱 바람직하게는 5~800의 범위 내이고, 최적으로는 10~500의 범위 내이다. 무기질 섬유 및/또는 세선의 가로세로비(길이/폭)가 2 미만이면 허니콤 구조의 강도를 바람직하지 못하게 떨어뜨리고, 무기질 섬유 및/또는 세선의 가로세로비(길이/폭)가 1000보다 크면 몰드를 막히게 하여 성형성을 악화시킨다.

허니콤 구조에 포함되는 무기질 바인더에는 특별한 제한은 없으며 알루미나 교질용액(sol), 실리카 교질용액, 티타니아(titania) 교질용액, 물유리 중에서 선택되는 한 종류 또는 여러 종류일 수 있다. 허니콤 구조에 고형분으로서 포함되는 무기질 바인더의 양은 바람직하게는 5~50중량%의 범위 내이고, 더욱 바람직하게는 10~40중량%의 범위 내이고, 최적으로는 15~35중량%의 범위 내이다. 무기질 바인더의 함량이 5중량% 미만이면 허니콤 구조의 강도를 바람직하지 못하게 떨어뜨리는 반면에 무기질 바인더의 함량이 50중량% 보다 높으면 성형성을 악화시킨다.

허니콤 구조의 형상에 특별한 제한은 없으나 결합되는 허니콤 구조와 쉽게 결합가능한 형상으로 하는 것이 바람직하다. 허니콤 구조는 관통홀에 대해 직각인, 예컨대, 정사각, 직사각, 또는 부채꼴 형상의 단면(이후 허니콤 단면으로 칭함)을 가질 수 있다. 도 1의 (a)는 일예로, 정사각형 허니콤 면을 가지는 정사각 기둥 허니콤 구조 (11) 를 도시하는 개념도이다. 정사각 기둥 허니콤 구조 (11) 는 길이 방향으로 신장한 다수의 관통홀 (12) 및 관통홀 (12) 이 없는 폐쇄된 외표면 (13) 을 갖는다. 허니콤 구조 (11) 는 관통홀에 대해 수직인 단면적(이후 허니콤 단면적이라고 칭함)을 가지는데 이 단면적은 바람직하게는 5~50㎠의 범위 내이고, 더욱 바람직하게는 6~40㎠의 범위 내이고, 최적으로는 8~30㎠의 범위 내이다. 허니콤 단면적이 5㎠ 미만이면 다수의 허니콤 구조를 서로 결합하기 위한 시일층의 총단면적이 증가하여서 촉매 담체를 위한 비표면적이 상대적으로 줄어든다. 이와는 달리, 허니콤 단면적이 50㎠보다 크면 허니콤 구조의 크기는 바람직하지 못하게 확대되고 각 허니콤 구조에서 발생하는 열응력의 잠재적 효과를 충분히 조절할 수 없게 된다. "구경비"라는 용어는 허니콤 단면에서의 허니콤 단면적에 대한 허니콤 구조에 있는 관통홀들의 면적 총합의 비를 나타낸다.

인접하는 관통홀 사이 벽의 벽 두께는 바람직하게는 0.25㎜ 보다 크지 않으며, 더욱 바람직하게는 0.22㎜ 보다 크지 않으며, 최적으로는 0.20㎜ 보다 크지 않다. 벽 두께가 0.22㎜ 보다 크지 않다면 담지되는 촉매 성분을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다. 벽 두께가 0.10㎜ 미만이면 허니콤 구조의 강도가 바람직하지 못하게 떨어지므로 벽 두께는 0.10㎜ 미만이어서는 안된다. 단위단면적당 관통홀의 수는 바람직하게는 15.5~186/㎠(100~1200 cpsi)의 범위 내이고, 더욱 바람직하게는 46.5~170.5/㎠(300~1100 cpsi)의 범위 내이고, 최적으로는 62.0~155/㎠(400~1000 cpsi)의 범위 내이다. 관통홀의 수가 15.5/㎠ 미만이면 배기가스와 접촉하는 허니콤 구조 내의 벽 면적을 바람직하지 못하게 감소시킨다. 이와는 달리, 관통홀의 수가 186/㎠ 보다 크면 압력손실을 바람직하지 못하게 높이고 허니콤 구조를 제조하기 곤란하게 만든다.

다음은 본 발명에 따른 허니콤 구조 제조방법의 일예를 설명한다. 우선은 주로 세라믹 입자와 무기질 바인더로 구성된 원료 페이스트를 압출성형하여 허니콤으로 성형된 물체를 마련한다. 원료 페이스트는 바람직하게는 강화제를 더 포함할 수 있다. 원료 페이스트는 유기질 바인더, 분산 매질 그리고 성형성에 따라서는 성형 보조제를 더 포함할 수 있다. 유기질 바인더에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 메틸셀룰로오스(methylcellulose), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose), 하이드록시에틸셀룰로오스(hydroxyethylcellulose),폴리에틸렌글리콜(Polyethyleneglycol), 페놀 수지, 그리고 에폭시 수지 중에서 선택되는 하나 또는 여러 종류가 될 수도 있다. 유기질 바인더의 함량은 세라믹 입자와 무기질 바인더의 무게를 총 100부로 하는 것에 대하여 바람직하게는 1~10중량%의 범위 내이다. 원료 페이스트가 무기질 강화제를 포함하는 경우, 유기질 바인더의 함량은 세라믹 입자, 무기질 강화제, 그리고 무기질 바인더의 무게를 총 100부로 하는 것에 대하여 바람직하게는 1~10중량%의 범위 내이다. 분산 매질에는 특별한 제한이 없으며 예를 들어, 물, 벤젠 같은 유기 용제, 또는 메탄올 같은 알콜이 될 수 있다. 성형 보조제에는 특별한 제한은 없으며 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 덱스트린(dextrin), 지방산비누(fatty acid soap) 또는 폴리알콜(polyalcohol)이 될 수 있다.

본 방법에 따르면 바람직하게는 원료 페이스트를 예를 들어, 믹서, 블렌더, 마멸분쇄기(attritor) 또는 반죽기(kneader)로 믹싱, 블렌딩, 또는 반죽한다. 그러나 상기 공정은 필수적인 것은 아니며 결코 제한되는 것도 아니다. 원료 페이스트는 어떤 적당한 방법,예컨대 압출 성형에 의하여 관통홀을 갖는 형상으로 성형될 수 있다.

본 방법에 따르면 바람직하게는 성형체를 건조시킨다. 이 건조 공정에 사용되는 건조기에 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 예컨대, 마이크로파 건조기(microwave dryer), 열풍 건조기(hot air dryer), 유전체 건조기(dielectric dryer), 감압 건조기(reduced pressure dryer), 진공 건조기 또는 동결 건조기 일 수 있다. 본 방법에 따르면 바람직하게는 성형체를 탈지(degreasing)한다. 탈지 조건에 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 성형체에 포함되는 유기질 성분의 종류와 함량에 따라 적절히 선택된다(예컨대, 400℃에서 2시간). 본 방법에 따르면 바람직하게는 성형체를 소성한다. 소성 조건에 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 바람직한 소성 온도는 600~1000℃의 범위 내이다. 소성 온도가 600℃보다 낮으면 세라믹 입자들이 실제적으로 소결되지 못하여 허니콤 구조의 강도가 바람직하지 못하게 저하된다. 이와는 달리, 소성 온도가 1000℃보다 높으면 세라믹 입자들이 지나치게 소결되어 단위체적당 비표면적이 바람직하지 못하게 줄어들고 담지되는 촉매 성분의 분산도가 불충분하게된다. 따라서 본 방법에 의해 다수의 관통홀을 가지는 허니콤 구조를 얻는다.

다수의 허니콤 구조가 시일링 페이스트로 만들어진 시일층에 의해 서로 연속적으로 결합, 건조 및 고정되어 소정 규격의 허니콤 구조 조립체를 형성 할 수 있다. 시일링 페이스트에는 특별한 제한은 없으며 무기질 바인더 및 세라믹 입자의 혼합물, 무기질 바인더 및 무기질 강화제의 혼합물, 또는 무기질 바인더, 세라믹 입자, 그리고 무기질 강화제의 혼합물이 될 수 있다. 시일링 페이스트는 유기질 바인더를 더 포함할 수 있다. 유기질 바인더에는 특별한 제한은 없으며 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 메틸셀룰로오스(methylcellulose), 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 그리고 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose) 중에서 선택되는 한 종류 또는 여러 종류일 수 있다.

인접하는 허니콤 구조를 서로 결합하기 위한 시일층의 두께는 바람직하게는 0.5~2㎜의 범위 내이다. 시일층의 두께가 0.5㎜ 미만이면 접합강도가 불충분하게 된다. 시일층은 촉매 담체로서의 기능을 하지 않는다. 그러므로 시일층의 두께가 2㎜보다 크면 불충분하게 낮은 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적 및 허니콤 구조에 담지되는 촉매 성분의 불충분 분산을 가져온다. 서로 결합되는 허니콤 구조의 수는, 촉매 성분이 담지되는 허니콤 구조 조립체의 소망하는 규격에 따라서 적절히 결정된다.

코팅층을 형성하기 위해, 관통홀이 없는 허니콤 구조 조립체의 외주면(측면) 상에 코팅제를 도포, 건조, 고정할 수 있다. 코팅층은 외주면을 바람직하게 보호하여 허니콤 구조 조립체의 강도를 향상시킨다. 코팅제에 특별한 제한이 있는 것은 아니며 시일링 페이스트와 동일하거나 다를 수 가 있다. 코팅제는 시일링 페이스트의 혼합비와 동일한 혼합비를 갖거나 또는 시일링 페이스트의 혼합비와 다른 혼합비를 갖을 수가 있다. 코팅층의 두께에는 특별한 제한은 없으며 바람직하게는 0.1~2㎜의 범위내이다. 코팅층의 두께가 0.1㎜ 미만이면 허니콤 구조 조립체의 강도를 향상시키기 위해 외주면을 효과적으로 보호할 수 없다. 이와는 달리, 코팅층의 두께가 2㎜보다 크면 불충분하게 낮은 허니콤 구조 조립체 단위체적당의 비표면적 및 허니콤 구조 조립체에 담지되는 촉매 성분의 불충분 분산을 가져온다. 허니콤 구조 조립체의 단면적에 대한 허니콤 구조의 총 단면적의 비는 바람직하게는 85% 이상이다(더 구체적으로는 90% 이상). 85% 미만의 비율은 허니콤 구조의 총 단면적은 감소시키면서 시일층의 총 단면적은 지나치게 증가시킨다. 이것은 상대적으로 촉매 담체를 위한 비표면적을 감소시킨다.

시일층에 의하여 서로 결합된 다수의 허니콤 구조의 조립체를 1차 소성하는 것이 바람직하다(만일 코팅층이 있다면, 코팅층의 형성 후). 이 1차 소성 공정에서는 시일링 페이스트와 코팅제에 포함될 수 있는 유기질 바인더를 탈지 및 제거한다. 1차 소성 조건은 포함되는 유기질 성분의 종류와 양에 따라 적절히 결정된다(예컨대, 700℃에서 2시간). 허니콤 구조 조립체의 1차 소성은 잔류하는 유기질 바인더로 인해 오염되는 배기가스의 방출을 효과적으로 방지한다. 도 1의 (b)는 정사각 단면을 가지는 정사각형 기둥 허니콤 구조 (11) (도 1의 (a)) 를 다수(多數) 결합하여 얻어지는 원통형 허니콤 구조 조립체 (10) 를 도시하는 개념도이다. 허니콤 구조 조립체 (10) 의 제조방법에서는 시일층 (14) 에 의해 허니콤 구조 (11) 를 다수 서로 결합하고, 결합된 조립체를 원통형상으로 절단 및 연마하고, 코팅층 (16) 을 형성하기 위해 원통형 조립체의 관통홀 (12) 이 없는 외주면을 코팅한다. 절단 및 연마 공정은 부채꼴 형상의 단면과 정사각형 단면을 갖는 상이한 형상의 허니콤 구조 (11) 를 성형하고, 이 상이한 형상의 허니콤 구조 (11) 를 서로 결합함으로써 소정 형상(예컨대, 도 1의 (b)에서 보는 바와 같은 원통형 허니콤 구조 조립체 (10))으로 허니콤 구조 조립체를 제조하는 공정에서는 생략될 수 있다.

허니콤 구조의 적용에 특별한 제한은 없으며, 허니콤 구조는 차량의 배기가스 정화용 촉매 담체로서 바람직하게 사용된다. 디젤 기관의 배기가스 정화용 촉매 담체로서의 적용에 있어서, 본 발명의 허니콤 구조는, 예컨대, 실리콘 카바이드의 세라믹 허니콤 구조를 가지며 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 여과 및 연소시키는 디젤 입자상 물질 여과기(Diesel Particulate filter; DPF)와 결합될 수 있다. 본 발명의 허니콤 구조는 DPF의 상류 또는 하류에 놓여질 수 있다. 본 발명의 허니콤 구조를 상류에 두는 구성에 있어서는, 상류의 허니콤 구조에서 발열반응에 의해 생성된 열은 하류의 DPF로 전달되어 DPF의 재생을 위한 온도 상승을 가속시킨다. 이와는 달리, 본 발명의 허니콤 구조를 하류에 두는 구성에 있어서는, 상류의 DPF는 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 여과하고 하류에 있는 본 발명의 허니콤 구조에서의 관통홀의 막힘을 방지한다. 하류에 있는 본 발명의 허니콤 구조는 상류의 DPF에서 입자상 물질의 불완전 연소에 의해 생성된 가스 성분들을 처리한다.

허니콤 구조상에 촉매 성분이 담지되면 허니콤 촉매가 된다. 촉매 성분에는 특별한 제한은 없으며, 귀금속, 알칼리 금속, 알칼리성 토류 금속, 그리고 산화물 중에서 선택되는 하나 또는 복수를 포함할 수 있다. 귀금속의 전형적인 예는 백금, 팔라듐, 그리고 로듐을 포함한다. 알칼리 금속의 전형적인 예는 칼륨(potassium)과 나트륨(sodium)을 포함한다. 토류 금속으로는 예를 들어 바륨이 있다. 산화물은 페로브스카이트(perovskite)(예컨대, La_0.75K_0.25MnO₃) 또는 이산화세슘(CeO₂)이 될 수 있다. 허니콤 촉매의 적용에는 특별한 제한은 없으며, 허니콤 촉매는, 예를 들어, 차량 배기가스 정화용의 3원 촉매 또는 NOx 저장 촉매로서 바람직하게 사용된다. 촉매 성분의 담지는 적당한 시기에 행해질 수 있다. 예를 들어, 촉매 성분은 허니콤 구조를 만든 후에 담지될 수 있거나 또는 원료 페이스트의 세라믹 입자에 담지될 수 있다. 촉매 성분은 다수의 허니콤 구조를 허니콤 구조 조립체로 조립하기 이전에 각 허니컴 구조에 담지 될 수 있다. 허니콤 촉매 성분은, 다르게는, 다수의 허니콤 구조를 허니콤 구조 조립체로 조립한 후에 담지 될 수도 있다. 촉매 성분을 담지하는 방법에는 특별한 제한은 없으며 함침(impregnation)을 예로 들 수 있다.

허니콤 구조의 단위체적당 비표면적은 바람직하게는 적어도 35,000㎡/L 이고 위에 주어진 등식 (1) 으로 규정되는 범위 내이다. 이 구성은 촉매 성분이 허니콤 구조 전체에 걸쳐 충분히 높은 분산도로 담지되는 것을 보장한다. 촉매 성분(예컨대, 백금)의 분산도의 한계를 감안하면, 단위체적당 비표면적은 바람직하게는 70,000㎡/L 이하이다. 도 2는 구경비에 대한 단위체적당 비표면적의 적정 범위를 보여준다. 허니콤 구조가 도 2의 적정 범위 내에 포함되는 것이 바람직하다. 단위제척당 비표면적은 아래 주어지는 등식 (2) 으로 계산된다.

단위체적당 비표면적을 더욱 구체적으로 규정하겠다. 우선 허니콤 구조의 관통홀의 체적을 제외한 허니콤 구조의 원료의 체적 (L) 을 결정하고 허니콤 구조 전체의 총체적(겉보기 체적)에 대한 허니콤 구조의 원료의 체적비 A (체적%) 를 계산한다. 그리고는 허니콤 구조의 단위중량당 BET 비표면적 B (㎡/g)를 측정한다. BET 비표면적은 일본공업규격 JIS-R-1626 (1996)에 따르는 1점식 BET법으로 측정한다. 이 측정을 위해 각 시편은 원통형상 (15㎜Ø×15㎜)으로 절단된다. 그리고는 허니콤 구조의 중량 및 겉보기 체적으로부터 허니콤 구조의 겉보기 밀도 C (g/L)를 계산하고 아래 주어지는 등식 (2) 에 따라서 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적 S (㎡/L) 을 계산한다. 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적은 허니콤 구조의 겉보기 체적당 비표면적을 나타낸다.

S (㎡/L) = A (체적%) / 100×B (㎡/g)×C(g/L) (2)

허니콤 구조의 단위체적당 비표면적은 허니콤 구조의 소성 온도 및 소성 시간을 조절함으로써 변경된다. 소성 온도가 더 낮으면 허니콤 구조의 원료의 소결화를 증진시키지 못함으로써, 허니콤 구조는 단위체적당 더 높은 비표면적을 가지게 된다. 소성 시간이 더 짧으면 이 효과를 향상시켜서 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적을 더욱 증가시킨다. 소성 온도가 더 높으면 허니콤 구조의 원료의 소결화를 증진시킴으로써 허니콤 구조는 단위체적당 더 낮은 비표면적을 가지게 된다. 소성 시간이 더 길면 이 효과를 향상시켜서 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적을 더욱 감소시킨다. 허니콤 구조의 원료 입상(粒狀)이 더 작으면 동일한 소성 온도에서 원료의 소결화를 증진시킨다. 그러므로 원료의 입상을 조절함으로써 단위체적당 비표면적을 또한 조절할 수 있다. 소결 보조제의 첨가는 단위체적당 비표면적을 조절하기 위한 상기 효과를 개선한다. 소결 보조제에는 특별한 제한은 없으나 허니콤 구조의 소성 온도보다 더 낮은 온도에서 용융되어야 한다.

도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는 본 발명의 허니콤 구조 및 허니콤 구조 조립체의 개략도이다.

도 2는 구경비에 대한 단위체적당 비표면적의 적정범위를 보여주는 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 예 및 비교예에 있어서의 준비 조건을 보여주는 표이다.

도 4는 촉매 반응 시스템의 개략도이다.

도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 반응 온도에 대한 일산화탄소 및 탄화수소의 촉매 정화 효율의 변동을 보여주는 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 예 및 비교예의 측정 결과를 보여주는 표이다.

도 7은 구경비에 대한 단위체적당 비표면적의 점철을 보여주는 그래프이다. 그리고

도 8은 다수의 허니콤 구조를 조립하여서 얻어진 허니콤 구조 조립체의 개략도이다.

[본 발명의 최적 실시형태]

본 발명의 몇가지 실시형태가 바람직한 예로서 다음에 설명된다.

다음 설명은 다양한 조건하에서 제조된 허니콤 구조에 촉매 성분을 담지시켜 얻는 허니콤 촉매의 예 및 비교예에 관한 것이다.

[예 1]

예 1 에 있어서는, γ-알루미나 입자(평균 입자 직경:2㎛) 40중량%, 실리카 알루미나 섬유 (평균 섬유 직경:10㎛ : 평균 섬유 길이:100㎛) 10중량%, 그리고 실리카 교질용액(sol) (고체함량:30중량%) 50중량% 을 혼합하여 혼합물을 만들었다. 혼합물을 100중량부로 하는 것에 대해서 유기질 바인더로서의 메틸셀룰로오스(methylcellulose) 6중량부, 그리고 소량의 가소제(plasticizer) 및 소량의 윤활제를 첨가하고 전체 혼합 조성물을 충분히 반죽하였다. 혼합된 조성물은 압출기에 의하여 생형체로 압출 성형된다. 생형체는 마이크로파 건조기 및 열풍 건조기로 충분히 건조되고 탈지를 위해 400℃에서 2시간동안 유지된다. 탈지된 생형체는 800℃에서 2시간동안 소성되어 62 셀/㎠(400 cpsi)의 셀밀도와 0.25㎜의 벽두께를 가지는 정사각 기둥 허니콤 구조(34.3㎜×34.3㎜×150㎜)가 된다.

이렇게 얻어진 허니콤 구조는, 촉매 성분으로서 2g/L의 허니콤 구조 단위체적당 중량으로 백금을 담지하기 위해 질산백금(platinum nitrate) 용액에 침지되고 600℃에서 1시간동안 유지된다. 이렇게해서 촉매 성분이 담지되는 허니콤 촉매가 주어진다(예 1). 도 3의 표는 예 1의 허니콤 촉매에 있어서 세라믹 입자 조성, 벽두께, 구경비, 치수, 셀 밀도, 소성 온도, 그리고 허니콤 구조의 소성 시간을 나타낸다. 또한 도 3의 표는 하기의 예 2~12 및 비교예 1~14의 사양을 나타 낸다.

[예 2~12]

도 3의 표에 나타낸 각각의 준비 조건하에서,예 1과 동일한 과정에 의해서, 예 1의 혼합비와 동일한 혼합비로 혼합되는 동일 원재료로부터 도 3의 표에 나타낸 벽두께, 구경비, 셀 밀도를 가지는 예 2~12 의 허니콤 구조가 얻어진다. 촉매 성분을 담지하기 위해서 이들 허니콤 구조는 예 1과 동일한 과정으로 처리되었다. 이렇게해서 예 2~12 의 허니콤 구조가 주어진다.

[비교예 1~7 및 비교예 9~14]

도 3의 표에 나타낸 각각의 준비조건하에서,예 1과 동일한 과정에 의해서, 예 1의 혼합비와 동일한 혼합비로 혼합되는 동일 원재료로부터 도 3의 표에 나타낸 벽두께, 구경비, 셀 밀도를 가지는 비교예 1~7 및 9~14의 허니콤 구조가 얻어진다. 촉매 성분을 담지하기 위해서 이들 허니콤 구조는 예 1과 동일한 과정으로 처리되었다. 이렇게해서 비교예 1~7 및 9~14의 허니콤 구조가 주어진다.

[비교예 8]

관통홀 내의 촉매 담체층으로서 알루미나를 가지며, 상업적으로 얻을 수 있는 원통형 코디어라이트 허니콤 구조(직경143.8㎜Ø×높이150㎜)를 정사각 기둥형상(34.3㎜×34.3㎜×150㎜)으로 절단하였다. 촉매 성분을 담지하기 위해서 이들 허니콤 구조는 예 1과 동일한 과정으로 처리되었다. 이렇게해서 비교예 8의 허니콤 구조가 주어진다. 얻어진 허니콤 촉매의 허니콤 구조는 62 셀/㎠(400 cpsi)의 셀밀도로 되는 육각형 셀, 0.25㎜의 벽두께, 그리고 56 %의 구경비를 가졌 다.

[비표면적의 측정]

예 1~12 및 비교예 1~14에 있어서, 각 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적을 촉매 성분을 담지하기 전에 측정하였다. 우선 허니콤 구조의 관통홀의 체적을 제외한 허니콤 구조의 성분 원료의 체적 (L) 을 결정하였고 허니콤 구조 전체의 총체적(겉보기 체적)에 대한 허니콤 구조의 성분 원료의 체적비 A (체적%) 를 계산하였다. 그리고는 허니콤 구조의 단위중량당 BET 비표면적 B (㎡/g)를 측정하였다. BET 비표면적은 일본공업규격 JIS-R-1626 (1996)에 따르는 1점식 BET법에따라 BET 측정 장비(Shimadzu Corporation에서 제조한 Micromeritics Flow Sorb Ⅱ-2300)를 가지고 측정하였다. 이 측정을 위해 각각의 원통형 시편(15㎜Ø×15㎜)이 사용되었다. 그리고는 허니콤 구조의 중량 및 겉보기 체적으로부터 허니콤 구조의 겉보기 밀도 C (g/L)를 계산하였고 위에 주어지는 등식 (2) 에 따라서 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적 S (㎡/L)을 계산하였다. 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적은 촉매 성분을 허니콤 구조에 담지되게 함으로써 얻어지는 허니콤 촉매의 단위체적당 비표면적과 거의 대등하였다.

[활성개시온도의 측정]

활성개시온도는 50%의 정화 효율을 주는 반응 온도를 나타낸다. 여기서 정화 효율은 촉매의 작용에 의한 배기가스에 포함된 특정 성분의 농도저감율을 나타낸다. 활성개시온도가 더 낮다는 것은 더 적은 에너지를 가지고 배기가스 조성이 성공적으로 정화됨을 의미한다. 따라서 더 낮은 활성개시온도를 갖는 허 니콤 촉매는 더 높은 촉매 성능을 가진다. 그러므로 활성개시온도는 허니콤 촉매의 촉매 성능을 나타내는 지표로서 유용하다. 활성개시온도는 도 4에 나타내는 촉매 반응 시스템 (20) 으로 측정된다. 촉매 반응 시스템 (20) 은 공기와 질소의 희석 가스를 공급하는 희석 가스 공급 장치 (21), 희석 가스가 허니콤 구조로 흘러가게 하는 유로 (22), 희석 가스를 가습하는 가습기 (23), 희석 가스를 가열하는 히터 (24), 반응성 가스를 준비하기 위해 배기가스 조성 성분을 가열된 희석 가스와 혼합하는 가스 블렌더 (25), 기밀을 유지하면서 허니콤 구조를 고정하는 샘플 홀더 (26), 허니콤 구조와 접촉하기 전의 반응성 가스를 채취하는 가스 샘플러 (27), 허니콤 구조와 접촉한 후의 반응성 가스를 채취하는 가스 샘플러 (28), 그리고 반응성 가스에 포함된 특정 가스 성분의 농도를 분석하는 가스 분석기 (29) 를 포함한다.

측정 과정에서 우선 허니콤 촉매를 샘플 홀더 (26) 에 장착하고 공기와 질소의 희석가스가 유로 (22) 를 소정 유량으로 흐르도록 희석가스 공급 장치 (21) 를 작동시켰다. 그리고는 희석 가스를 가습하기 위해 가습기 (23) 를 작동시키고 히터 (24)에 의해 희석가스의 온도를 소정 수준으로 조정했다. 결과적으로 배기가스 조성물을 가스 블렌더 (25) 의 상류에서 희석 가스의 유동으로 인도하고 소정 농도의 반응성 가스를 준비하기 위해서 가스 블렌더 (25) 에서 배기가스 조성물을 희석가스와 혼합하였다. 준비된 반응성 가스를 허니콤 구조와 접촉시켰다. 반응성 가스가 정화되는 동안 히터 (24) 의 설정을 변동시켰다. 각 히터 설정에 있어서의 허니콤 구조내의 반응성 가스의 온도가 열전대(도시되지 않음)로 측정 되었다. 가스 샘플러 (27) 및 (28) 에 의해 채취된 반응성 가스의 농도를 가스 분석기 (29) 로 측정하였다.

활성개시온도를 측정하기 위한 예 1~12 그리고 비교예 1~14 의 허니콤 촉매의 각 샘플은 34.3㎜×34.3㎜×150㎜의 치수를 갖었다. 촉매 반응을 위한 반응성 가스의 유량은 131 (L/min) 이었다. 배기가스 조성물은 산소, 일산화탄소, 이산화황, 탄화수소, 일산화질소, 수증기, 그리고 질소를 포함했다. 반응성 가스의 산소 농도는 13%, 일산화탄소의 농도는 300ppm, 이산화황의 농도는 8ppm, 탄화수소의 농도는 탄소 베이스로 200ppm-C, 그리고 일산화질소의 농도는 160ppm 이었다. 반응성 가스는 가습되어 약간 무게가 증가하였다. 반응 온도를 바꾸기 위해서 히터 (14) 의 온도를 50~400℃ 내에서 10℃씩 변화시켰다. 반응성 가스의 조성물 중에서 일산화탄소와 탄화수소의 농도를 가스 분석기 (29) 로 측정하였다. 아래 주어지는 등식 (3) 에 따라서 정화 효율을 계산하였다.

정화 효율 (%)=(C0-Ci)/C0×100 (3)

여기서 C0는 촉매와 접촉하기 전의 반응성 가스 조성물의 농도를 나타내고, Ci는 촉매와 접촉한 후의 반응성 가스 조성물의 농도를 나타낸다.

허니콤 촉매 내에서의 반응성 가스의 온도를 반응 온도로 설정하고 반응 온도에 대한 정화 효율의 변화를 얻었다. 정화 효율은 세로축으로 점철되었고, 반응 온도는 가로축으로 점철되었다. 그래프로부터 50%의 정화효율을 주는 온도를 읽어서 활성개시온도로 정하였다.

[측정 결과]

도 5의 (a)의 그래프는 예 1 및 비교예 8에 있어서, 반응온도에 대한 일산화탄소의 정화 효율 변화를 나타낸다. 도 5의 (b)의 그래프는 예 1 및 비교예 8에 있어서 반응온도에 대한 탄화수소의 정화 효율 변화를 나타낸다. 도 5의 (a)에서 보는 바와 같이, 예 1의 정화 효율은 어느 온도 수준 이후에 급격히 증가하여 140℃에서 100%에 도달하였다. 비교예 8의 정화 효율은 급격히 증가하지 않았고 예 1의 온도보다 더 높은 온도에서 100%에 도달하였다. 도 5의 (b)에서 보는 바와 같이, 탄화수소의 정화 효율에 있어서도 유사한 경향이 관찰되었다. 이러한 측정 결과는 예 1의 허니콤 촉매는 더 낮은 온도에서 일산화탄소와 탄화수소를 정화함을 보여준다. 즉, 예 1의 허니콤 구조는 더 높은 촉매 성능을 가진다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)의 각 그래프에서 점선의 화살표가 보여주는 바와 같이, 활성개시온도가 얻어졌다. 활성개시온도는 다른 샘플에 대해서도 유사하게 얻어졌다.

도 6의 표는 각 샘플의 측정 결과, 벽두께, 구경비 X, 단위체적당 비표면적 Y, 250×X+22500의 계산, 그리고 활성개시온도를 보여준다. 도 7의 그래프는 0.25㎜ 이하의 벽두께를 가지는 예 1~12 및 비교예 1~8의 구경비를 가로축에 점철하고 단위체적당 비표면적은 세로축에 점철한 것을 보여준다.

이 그래프로부터 분명히 알수 있듯이 본 발명의 모든 예들을 점철한 것은 도 2에 한정되는 적정 범위 내에 포함된다. 최소자승법(least square method)으로 예 2~4의 세 점들을 선형근사하여 등식 (4) 을 얻으며, 여기서 변수로는 구경비 X(%) 및 단위체적당 비표면적 Y(㎡/L) 이 있다.

Y=250×X+22500 (4)

도 6 및 도 7이 분명히 도시하는 바와 같이, 구경비 X 의 바람직한 범위는 50≤X≤80 이다. 구경비 X의 바람직한 범위를 등식 (4) 과 조합하면 다음과 같은 적정 범위가 한정될 수 있다.

Y≥250×X+22500 (50≤X≤80) (1)

0.25㎜ 이하의 벽두께를 가지며 상기 주어진 관계 (1) 를 만족시키는 허니콤 구조는 높은 정화 성능을 가진다.

[허니콤 구조 조립체]

γ-알루미나 입자(평균 입자 직경:2㎛) 29중량%, 실리카 알루미나 섬유 (평균 섬유 직경:10㎛, 평균 섬유 길이:100㎛) 7중량%, 그리고 실리카 교질용액(고체함량:30중량%) 34중량%, 카르복시메틸셀룰로오스 5중량%, 그리고 물 25중량% 를 혼합하여 내열성 시일링 페이스트를 준비하였다. 각각의 예 1~12에 있어서의 다수의 허니콤 구조는 촉매 성분이 담지되기 전에 시일링 페이스트에 의해 서로 결합되어서 각각의 허니콤 구조 조립체를 형성하였다.

도 8은 관통홀에 수직인 허니콤 면에서 바라본, 다수의 허니콤 구조 (11) 를 결합하여 얻어지는 허니콤 구조 조립체의 개념도이다. 시일링 페이스트는 각각의 허니콤 구조 (11) 의 외표면 (13) 에 도포되어서 두께 1㎜의 시일층 (14) 을 형성하였고 시일층 (14) 을 가지는 다수의 허니콤 구조 (11) 는 서로 결합되고 고정되어서 각각의 허니콤 조립체를 형성하였다. 다이아몬드 컷터로 각각의 허니콤 구조 조립체를 각 점에 대하여 실제적으로 대칭인 전면(前面)을 가지는 원통형상으 로 절단하였다. 관통홀 (12) 에 수직인 허니콤 면을 제외한 원통형 허니콤 구조 조립체의 원통형 외표면을 시일링 페이스트를 가지고 약 0.5㎜의 두께로 코팅하였다. 원통형 허니콤 구조 조립체는 120℃에서 건조되었고 시일층 및 코팅층의 탈지를 위해서 700℃에서 2시간동안 유지되었다. 이렇게해서 원통형 허니콤 구조 조립체 (10) (직경143.8㎜Ø×높이150㎜)가 주어진다(도 1의 (b) 참조). 촉매 성분을 담지하기 위해서 허니콤 구조조립체 (10) 는 예 1과 동일한 과정으로 처리되었다. 이렇게해서 촉매 성분이 담지되는 허니콤 구조 조립체가 완성되었다.

본 발명의 허니콤 촉매는 차량 배기가스 정화를 위한 촉매 담체로 활용된다. 또한 본 발명의 허니콤 촉매는 가스성분과 액체성분을 흡수하는 흡수제로도 사용된다.

Claims

다수의 관통홀을 갖는 허니콤 구조에 있어서,

인접하는 관통홀 사이의 각 벽의 두께는 0.25㎜ 이하이고,

X를 다수의 관통홀에 대해 수직인 상기 허니콤 구조의 허니콤 면의 구경비라 하고 Y를 상기 허니콤 구조의 단위체적당 비표면적이라고 할때, Y ≥ 250 × X + 22500 (50 ≤ X ≤ 80)의 관계가 만족되는 허니콤 구조.
제 1 항에 있어서, 벽의 두께가 0.10 mm 이상인 허니콤 구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 세라믹 입자 및 무기질 바인더를 포함하는 허니콤 구조.
제 3 항에 있어서, 30~90중량%의 세라믹 입자 및 고형분으로서 5~50중량%의 무기질 바인더를 포함하는 허니콤 구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단위체적당 비표면적이 35,000 ㎡/L 이상이고 70,000 ㎡/L 이하인 허니콤 구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 두 개의 허니콤 구조 및,

다수의 관통홀에 대해 수직인 상기 허니콤 구조의 각 허니콤 면이 아니라 상기 허니콤 구조의 각 폐쇄된 외면을 통해, 인접하는 허니콤 구조를 서로 결합시키는 적어도 하나의 시일층을 포함하는 허니콤 구조 조립체.
제 6 항에 있어서, 각 시일층은 0.5~2㎜ 범위 내의 두께를 갖는 허니콤 구조 조립체.
촉매 성분이 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 허니콤 구조에 담지되는 허니콤 촉매.
촉매 성분이 제 6 항에 따른 허니콤 구조 조립체에 담지되는 허니콤 촉매.
제 8 항에 있어서, 촉매성분은 귀금속, 알칼리 금속, 알칼리성 토류 금속, 그리고 산화물 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 허니콤 촉매.
제 9 항에 있어서, 촉매성분은 귀금속, 알칼리 금속, 알칼리성 토류 금속, 그리고 산화물 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 허니콤 촉매.
제 8 항에 있어서, 차량의 배기가스 정화용으로 사용되는 허니콤 촉매.
제 9 항에 있어서, 차량의 배기가스 정화용으로 사용되는 허니콤 촉매.