KR100747167B1 - 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법에 관한 것으로서, 담체의 전측부는 제1코팅층으로서 로듐 담지 촉매층을, 제2코팅층으로서 팔라듐/백금 담지 촉매층을 적층시킨 2중층 코팅구조로 구성하고, 담체의 후측부는 로듐 담지 촉매층만을 적층시킨 단일층 코팅구조로 구성하여 이루어진 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 귀금속의 활용도를 높여 그 사용량을 절감할 수 있으면서도 동등 이상의 정화성능을 보이는 삼원촉매를 제공할 수 있게 되고, 이와 동시에 촉매의 코팅 공정을 한 단계 줄일 수 있어 제작원가 및 공정수의 축소, 제작 사이클의 단축, 공정비용의 절감 등 여러 효과가 있게 된다.

자동차, 배기가스, 삼원촉매, 2중층, 불균일, 담체, 로듐, 팔라듐, 백금

Description

불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법{Method for manufacturing double layered three way catalyst with zone coating}

도 1은 종래기술에 따른 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조과정에서 코팅 과정의 블럭도,

도 2는 도 1에 나타낸 코팅 과정의 방법을 나타낸 공정도,

도 3은 종래기술에 따른 삼원촉매의 2중층 코팅구조를 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 삼원촉매의 코팅구조를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조과정에서 코팅 과정의 블럭도,

도 6은 도 5에 나타낸 코팅 과정의 방법을 나타낸 공정도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 담체 10a : 촉매

11 : 전측부 12 : 후측부

13 : 로듐 담지 촉매층 14 : 팔라듐/백금 담지 촉매층

16 : 로듐 담지 촉매 슬러리 19 : 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리

본 발명은 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 담체의 전측부는 제1코팅층으로서 로듐 담지 촉매층을, 제2코팅층으로서 팔라듐/백금 담지 촉매층을 적층시킨 2중층 코팅구조로 구성하고, 담체의 후측부는 로듐 담지 촉매층만을 적층시킨 단일층 코팅구조로 구성하여 이루어진 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 배기가스는 엔진에서 혼합기 연소에 의해 생성되어 배기 파이프를 통해 대기 중으로 방출되는 가스를 말한다.

이러한 배기가스에는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC) 등 인체에 유해한 물질이 다량 포함되어 있다.

따라서 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 방지하는 것이 환경위생상 중요한 문제로 대두되고 있으며, 자동차에서는 배기가스를 배출하기 전에 반드시 정화처리를 하도록 규제하고 있다.

자동차에서 배기가스를 정화하기 위하여 주로 쓰이는 장치가 삼원촉매(three way catalyst)를 사용한 촉매컨버터인데, 이는 배기 파이프 도중에 장착되며, 차량에 따라 배기가스 배출량이 다르기 때문에 촉매의 사양은 다르다.

통상 질소산화물 등의 오염물질을 제거하기 위하여 사용되는 삼원촉매는 배기가스의 유해성분인 일산화탄소, 질소산화물 및 탄화수소계 화합물과 동시에 반응 하여 이들 화합물을 제거하는 촉매를 의미하는데, 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계의 삼원촉매를 이용하여 왔다.

그러나, 상기와 같이 삼원촉매의 제조시에 사용되는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)은 모두 고가인 귀금속이다.

또한, 강화되는 배기가스 규제의 대응에 있어서, 최근에는 촉매의 고내구성 및 고성능화가 요구되고 있고, 이러한 촉매의 고내구성 및 고성능화가 요구되면서 촉매재료인 귀금속의 사용량이 많아지고 있는 바, 이로 인해 촉매의 가격이 계속적으로 상승하고 있는 실정이다.

따라서, 기존에 비해 내구성 및 정화성능이 우수하면서도 귀금속의 사용량을 줄일 수 있는 삼원촉매의 제조방법을 개발하여 효과적으로 실용화할 수 있도록 하는 것이 당면과제로 남아 있다.

한편, 종래의 2중층 코팅구조로 된 삼원촉매의 제조과정을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 따른 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조과정에서 코팅 과정의 블럭도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 코팅 과정의 방법을 나타낸 공정도이다.

종래의 코팅 과정은 세라믹 모노리스(ceramic monolith) 담체(1)에 각각 로듐(Rh)과 팔라듐(Pd)을 함유한 서로 다른 두 종류의 촉매층을 2중으로 적층하는 과정, 즉 1차 및 2차 코팅 과정을 포함한다.

즉, 2중층 코팅구조의 삼원촉매를 제조하기 위하여, 로듐을 사용하여 제조한 1차 촉매 슬러리(3)를 세라믹 모노리스 담체(1) 전체에 균일하게 1차 코팅하고, 이 후 팔라듐을 사용하여 제조한 2차 촉매 슬러리(6)를 상기 1차 코팅된 세라믹 모노리스 담체(1)에 2차 코팅하는 것이다.

여기서, 상기 1차 코팅 과정은 하기 제1, 2코팅 단계로, 상기 2차 코팅 과정은 하기 제3, 제4코팅 단계로 세분화하여 진행된다.

상기 제1코팅 단계의 경우, 로듐이 담지된 1차 촉매 슬러리(3)를 용기(2)에 채운 뒤, 담체(1)를 세워 일측 단부는 1차 촉매 슬러리(3)에 담그고, 이어 담체(1)의 반대측 단부 위에서 흡입기(4)를 이용하여 부압을 걸어줌으로써, 1차 촉매 슬러리(3)가 담체(1)의 절반만큼 코팅되도록 한다.

이어 상기 제2단계 코팅의 경우, 담체(1)를 180°거꾸로 세워 코팅되지 않은 나머지 절반쪽의 단부를 로듐이 담지된 상기 1차 촉매 슬러리(3)에 담그고, 이어 담체(1)의 반대측 단부 위에서 역시 흡입기(4)를 이용하여 부압을 걸어줌으로써, 담체(1)의 나머지 절반에 1차 촉매 슬러리(3)를 코팅한다.

이와 같이 담체(1) 전체에 로듐이 담지된 1차 촉매 슬러리(3)를 코팅한 후에는 팔라듐이 담지된 2차 촉매 슬러리(6)를 용기(5)에 채운 뒤, 담체(1)를 세워 일측 단부는 2차 촉매 슬러리(6)에 담그고, 이어 담체(1)의 반대측 단부 위에서 흡입기(4)를 이용하여 부압을 걸어줌으로써, 2차 촉매 슬러리(6)가 담체(1)의 절반만큼 코팅되도록 하는 3단계 코팅을 실시한다.

이어 4단계 코팅의 경우, 담체(1)를 다시 180°거꾸로 세워 2차 촉매 슬러리(6)가 코팅되지 않은 나머지 절반쪽의 단부를 팔라듐이 담지된 상기 2차 촉매 슬러리(6)에 담그고, 이어 담체(1)의 반대측 단부 위에서 흡입기(4)를 이용하여 부압을 걸어줌으로써, 담체(1)의 나머지 절반에 2차 촉매 슬러리(6)를 코팅한다.

이후 건조 및 소성 과정을 거쳐 촉매를 완성하게 된다.

상기한 과정을 통하여 제조되는 촉매는 도 3에 도시한 바와 같이 담체(1) 표면의 바로 위에 제1코팅층으로서 로듐 담지 촉매층(7)이 적층되고, 이 로듐 담지 촉매층(7) 위에 제2코팅층으로서 팔라듐 담지 촉매층(8)이 적층되어, 2중층 코팅구조의 촉매를 구성하게 된다.

이와 같은 종래의 2중층 삼원촉매는 로듐 담지 촉매층(7)이 담체(1) 전체 표면에 균일하게 적층되고, 로듐 담지 촉매층(7) 위로는 팔라듐 담지 촉매층(8)이 담체(1) 전체에 대해 균일하게 적층된 구조로 되어 있는 바, 담체(1) 전체가 모두 2중층 코팅구조로 되어 있다.

따라서, 종래에는 담체 전체에 2종의 귀금속을 사용한 2중층 코팅구조가 적용되어 귀금속의 불필요한 낭비가 있고, 귀금속의 사용량이 과도하여 촉매의 제작원가를 높이는 문제점이 있었다.

또한, 총 4단계의 코팅 과정을 필요로 하므로 공정수 및 공정비용의 과다가 문제로 지적되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 귀금속의 활용도를 높여 그 사용량을 절감할 수 있으면서도 동등 이상의 정화성능을 보이는 삼원촉매를 제공할 수 있게 되고, 이와 동시에 촉매의 코팅 공정을 한 단계 줄일 수 있어 제작원가 및 공정수의 축소, 제작 사이클의 단축, 공정비용의 절감 등 여러 장점을 가지는 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 담체 표면에 귀금속 담지 촉매층이 적층되어 구성되는 자동차용 삼원촉매에 있어서,

상기 담체에서 배기가스 진행방향을 기준으로 배기가스 유입구쪽에 해당하는 전측부는 담체 표면 위 제1코팅층으로서 로듐 담지 촉매층이, 상기 제1코팅층 위 제2코팅층으로서 팔라듐 및 백금 중 하나 이상의 귀금속이 담지된 팔라듐/백금 촉매층이 적층된 2중층 코팅구조로 구성되고, 배기가스 배출구쪽에 해당하는 담체의 나머지 후측부가 로듐 담지 촉매층만이 적층된 단일층 코팅구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 2중층 코팅구조를 가지는 담체 전측부 영역은 담체 전체 영역에 대해 40% ~ 95% 범위로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 담체 표면에 귀금속 담지 촉매 슬러리를 코팅하는 코팅 과정을 포함하는 자동차용 삼원촉매의 제조방법에 있어서,

상기 코팅 과정에서, 담체의 일측 단부를 로듐 담지 촉매 슬러리에 담근 후 반대측 단부에서 흡입기를 이용해 부압을 걸어주어 로듐 담지 촉매 슬러리를 담체 절반까지 코팅하는 제1코팅 단계와;

상기 담체를 180°회전시켜 코팅되지 않은 나머지 절반쪽 단부를 상기 로듐 담지 촉매 슬러리에 담근 후 반대측 단부에서 흡입기를 이용해 담체의 나머지 절반에 로듐 담지 촉매 슬러리를 코팅하는 제2코팅 단계와;

상기 제2코팅 단계를 거친 담체의 일측 단부를 팔라듐 및 백금 중 적어도 하나 이상의 귀금속이 담지된 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리에 담근 후 반대측 단부에서 흡입기를 이용해 담체 소정 영역까지 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리를 추가 코팅하는 제3코팅 단계;

의 순으로 진행하여, 담체 전측부는 로듐 담지 촉매층과 팔라듐/백금 담지 촉매층이 적층된 2중층 코팅구조로, 담체의 나머지 후측부는 로듐 담지 촉매층만이 적층된 단일층 코팅구조로 코팅하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 제3코팅 단계에서 상기 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리를 담체 전체 영역에 대해 40% ~ 95% 범위로 코팅하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 팔라듐 또는 백금의 양이 절감되면서도 촉매 활성은 유지되는 자동차용 삼원촉매 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 촉매 위치별 산화반응 및 환원반응의 특성을 고려하여 귀금속 촉매의 배치를 최적화한 불균일계 삼원촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 4 본 발명에 따른 삼원촉매의 코팅구조를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조과정에서 코팅 과정의 블럭도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 코팅 과정의 방법을 나타낸 공정도이다.

먼저, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 삼원촉매(10a)는 배기가스의 진행방향을 기준으로 배기가스 유입구쪽에 해당하는 담체(10)의 전측부(11)가 담체 표면 위 제1코팅층으로서 로듐 담지 촉매층(13)을, 상기 제1코팅층 위 제2코팅층으로서 팔라듐 및 백금 중 하나 이상의 귀금속이 담지된 팔라듐/백금 촉매층(14)을 적층시켜 구성되고, 배기가스 배출구쪽에 해당하는 담체(10)의 후측부(12)는 로듐 담지 촉매층(13)만을 적층시켜 구성되는 것이다.

즉, 전측부(11)는 담체(10) 표면에 바닥층으로서 로듐 담지 촉매층(13)이, 그 위로 팔라듐/백금 담지 촉매층(14)이 차례로 적층된 2중층 코팅구조를 가지며, 후측부(12)는 담체(10) 표면에 로듐 담지 촉매층(13)만이 적층된 단일층 코팅구조를 가진다.

이러한 본 발명은 비교적 반응속도가 빠른 일산화탄소 및 탄화수소의 산화반응은 촉매(10a)의 전측부(11)에서 이루어지고, 촉매의 후측부(12)에서는 비교적 반응속도가 느린 질소산화물의 환원반응이 추가적으로 이루어져야 함에 착안한 것이다.

이를 바탕으로 본 발명에서는 촉매(10a)의 전측부(11)에 로듐 담지 촉매층(13)에 산화반응을 촉매하는 팔라듐/백금 담지 촉매층(14)을 추가하여 빠른 속도로 산화반응이 이루어지는 것을 돕도록 하고, 후측부(12)에는 질소산화물의 환원반응에 필수적인 로듐 담지 촉매층(13)만을 계속적으로 제공하여 질소산화물을 완벽하 게 제거하고자 하였다.

여기서, 팔라듐/백금 담지 촉매층(14)을 제2코팅층으로 추가 적층시킨 2중층 코팅구조의 전측부(11) 영역(전측부 길이)을 담체(10) 전체 영역(담체 전체 길이)에 대해 40% ~ 95%의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명의 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매(10a)에서는 촉매 전측부(11) 영역에는 2중층 모두가 코팅되나, 촉매 후측부(12) 영역에서는 로듐 담지 촉매층(13)만 존재하고 팔라듐/백금 담지 촉매층이 제외되므로, 비교적 반응속도가 빠른 일산화탄소 및 탄화수소의 산화반응은 촉매(10a)의 전측부(11)에서 이루어지고, 후측부(12)에서는 비교적 반응속도가 느린 질소산화물의 환원반응만이 추가적으로 이루어진다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 도 4의 삼원촉매를 제조하는 과정에 대해 상술하기로 한다.

종래에는 담체의 절반씩을 코팅하는 과정이 반복적으로 실시되어 총 4회의 코팅 단계를 거쳐야 했으나, 본 발명에 따른 촉매의 코팅 과정은 팔라듐/백금 담지 촉매층이 담체의 전측부에만 코팅되므로 총 코팅 횟수가 3회로 줄어들게 된다.

코팅 공정에 앞서 촉매 슬러리를 제조한다.

우선, 제1코팅층의 재료로 사용되는 1차 촉매 슬러리로서, 로듐을 사용한 로듐 담지 촉매 슬러리를 제조한다.

즉, 알루미나 지지체에 세리아를 첨가시킨 다공성 담지체에 로듐 전구체를 혼합한 용액이 담지되고, 이어 담지체를 습식 밀링하여 슬러리로 제조한다(로듐 담 지 촉매 슬러리).

다음으로, 제2코팅층의 재료로 사용된 2차 촉매 슬러리로서, 팔라듐 및 백금 중 적어도 하나 이상의 귀금속이 담지된 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리를 제조한다.

여기서, 알루미나 지지체에 세리아를 첨가시킨 다공성 담지체에 팔라듐, 또는 백금, 또는 팔라듐 및 백금 혼합 전구체를 혼합한 용액이 담지되고, 이어 담지체를 습식 밀링하여 슬러리로 제조한다(팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리).

이와 같이 제조된 2종류의 슬러리를 사용하여 3단계의 코팅 과정으로 촉매를 제조한다.

우선, 제1코팅 단계로서, 도 6에 나타낸 바와 같이 로듐 담지 촉매 슬러리(16)가 채워진 용기(15)에서 담체(10)를 세워 일측 단부는 슬러리에 담그고, 이어 담체(10)의 반대측 단부 위에서 흡입기(17)를 이용해 부압을 걸어 슬러리를 빨아올림으로써, 로듐 담지 촉매 슬러리(16)를 담체(10)의 절반까지 코팅한다.

이어 2단계 코팅으로서, 담체(10)를 180°거꾸로 세워 코팅되지 않은 나머지 절반쪽의 단부를 상기 로듐 담지 촉매 슬러리(16)에 담그고, 이어 담체(10)의 반대측 단부 위에서 역시 흡입기(17)를 이용해 부압을 걸어 슬러리를 빨아올림으로써, 담체(10)의 나머지 절반에 로듐 담지 촉매 슬러리(16)를 코팅한다.

이와 같이 담체 전체에 로듐 담지 촉매 슬러리를 코팅한 후에는, 제3코팅 단계로서, 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리(19)가 채워진 용기(18)에서 제2코팅 단계를 거친 담체(10)를 세워 배가가스 진행방향을 기준으로 배기가스 유입구쪽에 해당하 는 일측 단부를 슬러리에 담그고, 이어 담체(10)의 반대측 단부 위에서 흡입기(17)를 이용해 부압을 걸어 슬러리를 빨아올림으로써, 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리(19)를 담체(10)의 원하는 영역까지 코팅한다.

상기 제3코팅 단계에서 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리(19)가 코팅되는 전측부(11) 영역(전측부 길이)은 적용되는 차량의 특성에 따라 담체 전체 영역(담체 전체 길이)에 대해 40% ~ 95%의 범위가 되도록 조절한다.

이후, 건조 및 소성 과정을 거쳐 촉매를 완성한다.

상기와 같은 코팅 과정을 통해 담체(10)의 전측부(11)가 제1코팅층으로서 로듐 담지 촉매층(13)이, 제2코팅층으로서 팔라듐/백금 담지 촉매층(14)이 적층된 2중층 코팅구조로 구성되고, 담체(10)의 후측부(11)가 로듐 담지 촉매층(13)의 단일층으로 구성된 삼원촉매가 제조될 수 있다.

이하, 다음의 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는 바, 본 발명이 다음의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예

로듐과 팔라듐 귀금속을 사용하여 촉매를 제조하되, 로듐 담지 촉매층과 팔라듐 담지 촉매층으로 이루어진 2중층 코팅구조를 담체 전체 영역에 대해 50%에 해당하는 전측부에 적용하고, 나머지 영역에는 로듐 담지 촉매층으로 이루어진 단일층 구조를 적용하여 제조하였다.

이때 지름이 106mm, 길이가 113mm이고, 600cpsi/4mil 규격의 담체를 사용하 였다.(cpsi:cell per square inch; 제곱 인치 안에 있는 셀 수가 600개, 벽 두께가 4밀리 인치).

그 과정을 좀더 상세히 설명하면, 제1코팅 단계에서 로듐 담지 촉매 슬러리에 담체를 담그고 부압으로 슬러리를 빨아올려 담체의 절반까지 코팅하였다.

제2코팅 단계에서 담체를 180°회전시킨 후 다시 상기 로듐 담지 촉매 슬러리에 담그고 부압으로 슬러리를 빨아올려 담체의 나머지 절반에 코팅하였다.

이러한 로듐 담지 촉매층의 코팅에 있어서, 촉매 슬러리의 조성을 적절히 조절하여 제1, 제2코팅 단계의 로듐 담지량이 1g이 되도록 공정을 조절하였다.

제3코팅 단계에서 상기 제2코팅 단계를 거친 담체를 팔라듐 담지 촉매 슬러리에 담그고 부압으로 슬러리를 빨아올려 전체 담체에 대해 50%에 해당하는 전측부 영역을 코팅하였다.

이러한 팔라듐 담지 촉매층의 코팅에 있어서, 촉매 슬러리의 조성을 적절히 조절하여 제3코팅 단계 후 팔라듐 담지량이 5g이 되도록 하였다.

이후 건조 및 소성하여 촉매를 완성하였다.

비교예 1

로듐과 팔라듐 귀금속을 사용하여 촉매를 제조하되, 로듐 담지 촉매층과 팔라듐 담지 촉매층으로 이루어진 2중층 코팅구조를 담체 전체 영역에 적용하여 제조하였으며, 이때 로듐과 팔라듐의 전체 사용량은 실시예의 전체 사용량과 동일하게 하여 촉매를 제조하였다.

담체 역시 실시예와 동일 규격의 담체를 사용하였다.

그 과정을 좀더 상세히 설명하면, 제1코팅 단계와 제2코팅 단계는 실시예와 동일하게 진행하고, 로듐 담지량도 실시예와 동일하게 하였다.

제3코팅 단계에서 상기 제2코팅 단계를 거친 담체를 팔라듐 담지 촉매 슬러리에 담그고 부압으로 슬러리를 빨아올려 담체의 절반까지 코팅하였다.

이어 제4코팅 단계에서 상기 제3코팅 단계를 거친 담체를 180°회전시킨 후 상기 팔라듐 담지 촉매 슬러리에 담그고 부압으로 슬러리를 빨아올려 담체의 나머지 절반에 코팅하였다.

이러한 팔라듐 담지 촉매층의 코팅에 있어서, 촉매 슬러리의 조성을 적절히 조절하여 제3, 제4코팅 단계를 거친 후 팔라듐 담지량이 5g이 되도록 하였다.

다음 건조 및 소성하여 촉매를 완성하였다.

비교예 2

로듐과 팔라듐 귀금속을 사용하여 촉매를 제조하되, 로듐 담지 촉매층과 팔라듐 담지 촉매층으로 이루어진 2중층 코팅구조를 담체 전체 영역에 적용하여 제조하였으며, 이때 로듐의 전체 사용량은 실시예와 비교예 1과 동일하게 하였고, 팔라듐의 전체 사용량은 실시예와 비교예 1의 2배로 하여 촉매를 제조하였다.

담체는 실시예 및 비교예 1과 동일 규격의 담체를 사용하였다.

그 과정을 좀더 상세히 설명하면, 제1코팅 단계와 제2코팅 단계는 실시예 및 비교예 1과 동일하게 진행하고, 로듐 담지량도 실시예 및 비교예 1과 동일하게 하 였다.

제3코팅 단계에서 상기 제2코팅 단계를 거친 담체를 팔라듐 담지 촉매 슬러리에 담그고 부압으로 슬러리를 빨아올려 담체의 절반까지 코팅하였다.

이어 제4코팅 단계에서 상기 제3코팅 단계를 거친 담체를 180°회전시킨 후 상기 팔라듐 담지 촉매 슬러리에 담그고 부압으로 슬러리를 빨아올려 담체의 나머지 절반에 코팅하였다.

상기 제3 및 제4코팅 단계의 방법은 비교예 1과 동일하다.

단, 촉매 슬러리의 조성을 적절히 조절하여 제3, 제4코팅 단계를 거친 후 팔라듐 담지량이 10g이 되도록 하였다.

다음 건조 및 소성하여 촉매를 완성하였다.

시험예

상기 실시예 및 비교예 1, 2에서 제조된 삼원촉매를 각각 실차 16만 킬로미터에 해당하는 엔진 벤치 열화모드에서 열화시킨 후 차량에 장착하여 배기가스 정화성능을 평가하였다.

여기서, 시험용 차량에 각 삼원촉매를 차량 근접형 촉매컨버터(Close Coupled Catalytic Converter;CCC) 위치에 번갈아 장착한 후 국내 공인 평가모드로 운전하면서 배출가스를 측정하였다.

그 결과로서, 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물의 배출량을 연속적으로 검출하여 다음의 표 1에 나타내었다.

상기 표 1의 결과를 보면, 본 발명의 실시예와 종래기술의 비교예 1, 2가 동등한 수준의 탄화수소 및 일산화탄소 정화능을 나타내었다.

반면 질소산화물 정화능에 있어서는 실시예가 비교예 1과 비교하여 적용한 팔라듐의 양은 동일하나 질소산화물 정화능이 보다 우수함을 알 수 있었으며, 이는 본 발명에 따른 삼원촉매가 동일 귀금속을 사용하면서도 우수한 질소산화물 정화능을 가짐을 증명한다.

또한, 질소산화물의 정화능에 있어서 실시예가 비교예 2와 비교하여 적용한 팔라듐의 양은 1/2 수준이나 질소산화물 정화능이 동등한 수준임을 확인하였다.

이는 본 발명에 따르면 귀금속을 보다 효율적으로 이용할 수 있게 촉매의 배치를 최적화하여 제조함으로써, 저렴하면서도 우수한 질소산화물 정화성능을 가지는 삼원촉매의 제조가 가능함을 증명한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법에 의하면, 귀금속의 활용도를 높여 그 사용량을 절감할 수 있으면서도 동등 이상의 정화성능을 보이는 삼원촉매를 제공할 수 있게 되고, 이와 동시에 촉매의 코팅 공정을 한 단계 줄일 수 있어 제작원가 및 공정수의 축소, 제작 사이클의 단축, 공정비용의 절감 등 여러 효과가 있게 된다.

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3. 담체 표면에 귀금속 담지 촉매 슬러리를 코팅하는 코팅 과정을 포함하는 자동차용 삼원촉매의 제조방법에 있어서,

   상기 코팅 과정에서, 담체의 일측 단부를 로듐 담지 촉매 슬러리에 담근 후 반대측 단부에서 흡입기를 이용해 부압을 걸어주어 로듐 담지 촉매 슬러리를 담체 절반까지 코팅하는 제1코팅 단계와;

   상기 담체를 180°회전시켜 코팅되지 않은 나머지 절반쪽 단부를 상기 로듐 담지 촉매 슬러리에 담근 후 반대측 단부에서 흡입기를 이용해 담체의 나머지 절반에 로듐 담지 촉매 슬러리를 코팅하는 제2코팅 단계와;

   상기 제2코팅 단계를 거친 담체의 일측 단부를 팔라듐 및 백금 중 적어도 하나 이상의 귀금속이 담지된 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리에 담근 후 반대측 단부에서 흡입기를 이용해 담체 소정 영역까지 팔라듐 또는 백금 담지 촉매 슬러리를 추가 코팅하는 제3코팅 단계;

   의 순으로 진행하여, 담체 전측부는 로듐 담지 촉매층과 팔라듐/백금 담지 촉매층이 적층된 2중층 코팅구조로, 담체의 나머지 후측부는 로듐 담지 촉매층만이 적층된 단일층 코팅구조로 코팅하여 제조하는 것을 특징으로 하는 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제3코팅 단계에서 상기 팔라듐/백금 담지 촉매 슬러리를 담체 전체 영역에 대해 40% ~ 95% 범위로 코팅하는 것을 특징으로 하는 불균일 2중층 코팅구조의 삼원촉매 제조방법.

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