KR100783891B1

KR100783891B1 - 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매

Info

Publication number: KR100783891B1
Application number: KR1020060038210A
Authority: KR
Inventors: 이호택
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-12-10
Also published as: KR20070105691A

Abstract

본 발명은 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 세리아의 함량을 낮추어 고온에서의 산소방출 특성을 향상시킨 세리아 지르코니아 복합산화물 산소저장물질을 코팅한 촉매를 엔진 근접형 촉매 정화기에 사용하고, 세리아의 함량을 높여 저온에서의 산소방출 특성을 향상시킨 세리아 지르코니아 복합산화물 산소저장물질을 코팅한 촉매를 차량 바닥형 촉매 정화기에 사용할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 벌집구조의 담체층 위에 제1코팅층으로서, Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 포함하는 탄화수소 흡착층이 코팅되고; 상기 탄화수소 흡착층 상부에 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 귀금속을 담지한 알루미나와 산소저장물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매 및 그 제조 방법을 제공한다.

탄화수소 흡착, 제올라이트, 산소저장물질, 세리아, 지르코니아, 삼원촉매,냉시동

Description

산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매{Hydrocarbon adsorbing three-way catalyst with optimized oxygen storage capacity}

도 1은 본 발명에 따른 탄화수소 흡착촉매의 적용위치를 나타낸 개략도,

도 2는 산소방출 특성이 우수한 산소저장물질의 승온환원분석 결과를 나타내는 그래프.

본 발명은 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세리아의 함량을 낮추어 고온에서의 산소방출 특성을 향상시킨 세리아 지르코니아 복합산화물 산소저장물질을 코팅한 촉매를 엔진 근접형 촉매 정화기에 사용하고, 세리아의 함량을 높여 저온에서의 산소방출 특성을 향상시킨 세리아 지르코니아 복합산화물 산소저장물질을 코팅한 촉매를 차량 바닥형 촉매 정화기에 사용할 수 있도록 함으로써, 산소저장물질의 산소흡방출 특성을 촉매 컨버터의 노출 온도에 맞게 최적화하여 탄화수소의 정화특성을 극대화 시킬 수 있는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 탄화수소 흡착촉매는 벌집구조의 담체에 탄화수소 흡착층을 적층시키고, 그 상부에 백금, 팔라듐 및 로듐 중에서 선택된 하나 이상의 귀금속을 담지한 삼원촉매층을 적층하여 제조되며, 탄화수소 흡착제로는 제올라이트 계열의 물질을 사용하고, 상부의 삼원촉매층은 알루미나와 산소저장물질에 귀금속을 담지시켜 구성된다.

상기 탄화수소 흡착촉매는 냉시동시에 발생하는 탄화수소를 효율적으로 저감하기 위하여 촉매가 가열되기 이전에는 흡착하여 저장하고 있다가 배기가스가 충분히 가열된 이후에 탈착하여 삼원촉매층에서 정화되도록 설계되어 있다.

이때, 중요한 것은 탈착된 탄화수소가 삼원촉매층에서 효과적으로 산화 제거되도록 탈착시점과 삼원촉매층의 활성화 시점을 동기화시키는 것이 기술적 관건이다.

또한, 상기 탄화수소 흡착촉매는 그 목적에 따라 엔진근접형 촉매 정화기와 차량바닥형 촉매 정화기의 위치중에 한 곳 또는 두 곳 모두에 적용할 수 있으며, 각각의 경우 노출되는 온도범위와 가열되는 속도가 서로 다르므로, 각각의 특성에 맞도록 삼원촉매를 최적화하는 것이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 세리아의 함량을 낮추어 고온에서의 산소방출 특성을 향상시킨 세리아 지르코니아 복합산화물 산소저장물질을 코팅한 촉매를 엔진 근접형 촉매 정화기에 사용하고, 세리아의 함량을 높여 저온에서의 산소방출 특성을 향상시킨 세리아 지르코니아 복합산화물 산소저장물질을 코팅한 촉매를 차량 바닥형 촉매 정화기에 사용할 수 있도록 함으로써, 산소저장물질의 산소흡방출 특성을 촉매 컨버터의 노출 온도에 맞게 최적화하여 탄화수소의 정화특성을 극대화시킬 수 있는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매 및 그 제조 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일구현예는: 벌집구조의 담체층 위에 제1코팅층으로서, Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 포함하는 탄화수소 흡착층이 코팅되고; 상기 탄화수소 흡착층 상부에 제2코팅층으로서 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 귀금속을 담지한 알루미나와 산소저장물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 산소 저장물질은 촉매의 적용위치에 따라 다르게 설계되며, 엔진 근접형 촉매정화기에 적용하는 경우의 산소 저장물질은 세리아의 함량을 20∼40 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추 고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 산소 저장물질은 촉매의 적용위치에 따라 다르게 설계되며, 차량바닥형 촉매정화기에 적용하는 경우의 산소 저장물질은 세리아의 함량을 45∼90 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 탄화수소 흡착층으로서 Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음, 습식 밀링하여 슬러리를 제조하는 제1단계와; 제1단계에서 얻어진 슬러리를 벌집 구조의 담체에 코팅하여 탄화수소 흡착층을 적층시키는 제2단계와; 알루미나 지지체에 백금, 팔라듐, 로듐의 전구체 용액을 함침시켜 혼합하는 제3단계와; 세리아의 함량을 20∼40 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성된 산소저장물질을 제조하는 제4단계와; 상기 제3 및 제4단계에서 제조된 분말을 습식 밀링하여 슬러리로 제조하는 제5단계와; 상기 제5단계에서 얻어진 슬러리를 제2단계에서 코팅된 상기 탄화수소 흡착층 상부에 코팅하여 귀금속 촉매층을 적층시키는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제 조방법을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구현예는: 탄화수소 흡착층으로서 Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음, 습식 밀링하여 슬러리를 제조하는 제1단계와; 제1단계에서 얻어진 슬러리를 벌집 구조의 담체에 코팅하여 탄화수소 흡착층을 적층시키는 제2단계와; 알루미나 지지체에 백금, 팔라듐, 로듐의 전구체 용액을 함침시켜 혼합하는 제3단계와; 세리아의 함량을 45∼90 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성된 산소저장물질을 제조하는 제4단계와; 상기 제3 및 제4단계에서 제조된 분말을 습식 밀링하여 슬러리로 제조하는 제5단계와; 상기 제5단계에서 얻어진 슬러리를 제2단계에서 코팅된 상기 탄화수소 흡착층 상부에 코팅하여 귀금속 촉매층을 적층시키는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 벌집구조의 담체층 위에 제1 코팅층으로서, 탄화수소 흡착층을 코팅하는 바, 이 탄화수소 흡착층은 Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 제1코팅층 즉, 탄화수소 흡착층 상부에 제2코팅층으로 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 귀금속을 담지한 알루미나와 산소저장물질이 코팅된다.

특히, 본 발명은 상기 산소 저장물질은 촉매의 적용위치에 따라 다르게 설계한 점에 주안점이 있다.

1) 엔진 근접형 촉매정화기에 적용하는 경우

상기 산소저장물질을 세리아의 함량을 20∼40 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성된 것으로 적용한다.

위와 같은 산소저장물질을 적용하면 고온에서의 산소방출 특성과 저온에서의 산소방출 특성이 동시에 향상되어, 엔진근접형 촉매 정화기가 노출되는 넓은 온도범위에서 우수한 정화특성이 나타난다.

2) 차량바닥형 촉매정화기에 적용하는 경우

상기 산소저장물질을 세리아의 함량을 45∼90 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성된 것으로 적용한다.

위와 같은 산소저장물질을 적용하면 저온에서의 산소방출 특성이 집중적으로 향상되어 차량바닥형 촉매 정화기가 노출되는 낮은 온도 영역에서 우수한 정화특성이 나타난다.

여기서, 본 발명에 따른 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조 방법을 설명하기 로 한다.

먼저, 엔진 근접형 촉매정화기용 촉매의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

제1단계로서, 탄화수소 흡착층으로서 Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음, 습식 밀링하여 슬러리를 제조하는 단계가 진행된다.

제2단계로서, 상기 얻어진 슬러리를 벌집 구조의 담체에 코팅하여 탄화수소 흡착층을 적층 코팅시키는 단계가 진행된다.

제3단계로서, 알루미나 지지체에 백금, 팔라듐, 로듐의 전구체 용액을 함침시켜 혼합하는 단계가 진행된다.

제4단계로서, 세리아의 함량을 20∼40 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성된 산소저장물질을 제조하는 단계가 진행된다.

제5단계로서, 상기 제3 및 제4단계에서 제조된 분말을 습식 밀링하여 슬러리로 제조하는 단계가 진행된다.

제6단계로서, 상기 제5단계에서 얻어진 슬러리를 제2단계에서 코팅된 탄화수소 흡착층 상부에 코팅하여 귀금속 촉매층을 적층시키는 단계가 진행되며, 마지막으로 전기로에서 건조시킨 후 소성하여 탄화수소 흡착형 삼원촉매로 제조된다.

상기 차량 바닥형 촉매정화기용 촉매의 제조공정은 엔진 근접형 촉매정화기용 촉매의 제조공정과 동일하고, 단지 제4단계가 세리아의 함량을 45∼90 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성된 산소저장물질을 제조하는 단계로 진행된다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

① 탄화수소 흡착층으로 Si/Al 비가 96인 베타(BEA) 70 중량부와 바인더인 콜로이달 실리카 30중량부를 섞고 습식밀링한 슬러리를 제조하여 벌집구조의 담체 (코닝사 제품)에 코팅하였다.

② 알루미나 지지체에 로듐의 전구체 용액을 함침시켜 알루미나에 로듐이 4 중량부 담지되도록 로듐 담지 알루미나를 제조하였다.

③ 세리아의 함량을 15 중량부로 하고, 지르코니아를 75 중량부로 맞추고, 5 중량부를 Y₂O₃, 나머지 5중량부를 La₂O₃ 혼합물로 구성된 산소저장물질(이하 산소저장물질1)을 제조하였다.

④ 다음으로, 상기 ③의 산소저장물질 30 중량부와 로듐 담지 알루미나를 혼합하고, 습식 밀링하여 슬러리로 제조한 다음, 상기 탄화수소 흡착층이 담지된 담체에 코팅하였다.

⑤ 알루미나 지지체에 팔라듐의 전구체 용액을 함침시켜 알루미나에 팔라듐이 14 중량부 담지되도록 팔라듐 담지 알루미나를 제조하였다.

⑥ 다음으로, 상기 ③의 산소저장물질 30 중량부와 로듐 담지 알루미나를 혼합하고, 습식 밀링하여 슬러리로제조한 다음, 상기 로듐층이 담지된 담체에 코팅하였다.

⑦ 마지막으로 500 ℃ 온도의 전기로에서 4시간 동안 건조시킨 후 소성하여 탄화수소 흡착형 삼원촉매를 제조하였다.

실시예 2

실시예 2는 실시예 1의 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조공정과 동일하게 진행되며, 단지 실시예 1의 ③ 에서 세리아의 함량을 25 중량부로 하고, 지르코니아를 65 중량부로 맞추고, 5 중량부를 Y₂O₃, 나머지 5중량부를 La₂O₃ 혼합물로 구성된 산소저장물질(이하 산소저장 물질2)을 제조하였다.

실시예 3

실시예 3은 실시예 1의 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조공정과 동일하게 진행되며, 단지 실시예 1의 ③ 에서 세리아의 함량을 35 중량부로 하고, 지르코니아를 55 중량부로 맞추고, 5 중량부를 Y₂O₃, 나머지 5중량부를 La₂O₃ 혼합물로 구성된 산소저장물질(이하 산소저장물질3)을 제조하였다.

실시예 4

실시예 4는 실시예 1의 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조공정과 동일하게 진행되며, 단지 실시예 1의 ③ 에서 세리아의 함량을 45 중량부로 하고, 지르코니아를 45 중량부로 맞추고, 5 중량부를 Y₂O₃, 나머지 5중량부를 La₂O₃ 혼합물로 구성된 산소저장물질(이하 산소저장물질4)을 제조하였다.

실시예 5

실시예 5는 실시예1의 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조공정과 동일하게 진행되며, 단지 실시예 1의 ③ 에서 세리아의 함량을 55 중량부로 하고, 지르코니아를 35 중량부로 맞추고, 5 중량부를 Y₂O₃, 나머지 5중량부를 La₂O₃ 혼합물로 구성된 산소저장물질(이하 산소저장물질5)을 제조하였다.

실시예 6

실시예 6은 실시예1의 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조공정과 동일하게 진행되며, 단지 실시예 1의 ③ 에서 세리아의 함량을 65 중량부로 하고, 지르코니아를 25 중량부로 맞추고, 5 중량부를 Y₂O₃, 나머지 5중량부를 La₂O₃ 혼합물로 구성된 산소저장물질(이하 산소저장물질6)을 제조하였다.

실시예 7

실시예 7은 실시예1의 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조공정과 동일하게 진행되며, 단지 실시예 1의 ③ 에서 세리아의 함량을 75 중량부로 하고, 지르코니아를 15 중량부로 맞추고, 5 중량부를 Y2O3, 나머지 5중량부를 La2O3 혼합물로 구성된 산소저장물질(이하 산소저장물질7)을 제조하였다.

비교예 1

비교예 1은 탄화수소 흡착층이 없는 삼원촉매을 제조한 것이다.

즉, 비교예 1은 실시예 4와 동일한 제조 공정으로 삼원촉매를 제조하되, 탄 화수소 흡착층이 없는 삼원촉매를 제조하였다.

시험예 1

상기와 같은 실시예 1 내지 7에 의하여 제조된 산소저장물질1∼7에 대하여 승온환원특성분석(Temperature Programmed Reduction) 분석을 수행하였는 바, 그 분석 방법으로 3%의 수소/질소 가스를 산소저장물질에 흘려주면서 분당 20℃의 승온속도로 가열하면서 산소저장물질이 수소를 소모하는 양을 TCD 검출기로 측정하였다.

이때의 수소 소모 경향의 대표적인 예를 첨부한 도 2의 그래프에 나타내었고, 그 피크온도를 측정하여 표 1에 기재하였다.

시험예 2

상기와 같은 실시예 1 내지 7에 의하여 제조된 산소저장물질1∼7에 대하여 승온환원특성분석(Temperature Programmed Reduction) 분석을 수행한 이후, 350℃까지 냉각하여 산소로 재산화시키면서 산소저장량을 측정하였으며, 이때 측정한 산소저장량은 표 1에 기재된 바와 같다.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 촉매 정화기를 장착하였을 때 엔진근접형 촉매정화기는 빠른 속도로 온도가 올라가지만, 차량 바닥형 촉매 정화기는 승온속도가 느리고, 작동온도가 전자에 비하여 낮기 때문에 최적의 냉시동 탄화수소 저감을 위하여 각 위치에 합당한 촉매의 요구 특성은 각기 다르다.

상기 엔진근접형 촉매는 빠르게 가열되어 탈착이 시작되는 시점과 활성이 나타나기 시작하는 시점이 유사하며, 그에 따라 탈착된 탄화수소가 쉽게 정화된다.

보통의 사용온도는 더욱 높고, 광범위하기 때문에 이러한 엔진근접형 촉매 정화기에 적용되는 촉매는 탈착 및 정화가 이루어질 때의 온도 영역을 넓게하고 내열성을 강화시키는 것이 요구된다.

한편, 차량 바닥형 촉매는 정화촉매층의 승온속도가 느리고 정화 온도도 낮기 때문에 대개 정화 성능이 낮다.

따라서, 차량 바닥형 정화기의 촉매에는 저온영역에서의 탄화수소 산화성능을 향상시키는 것이 필요하며, 흡착되었던 탄화수소가 탈착될 때 촉매층의 산소부족을 줄여주고, 탄화수소 산화능을 강화시키는 산소흡장물질이 필요하다.

즉, 적용 위치에 맞도록 삼원촉매의 산소저장물질 최적화가 필요하다.

일반적으로, 탄화수소 산화활성을 향상시키기 위해서는 산소저장물질의 산소방출량 증대가 중요하며, 더욱이 촉매의 노출온도 및 승온속도에 적합한 특성을 갖도록 하기 위하여 세리아와 지르코니아의 비율을 조절하여 산소저장 및 방출 특성이 변화하는 것을 관찰하였다.

표 1에서 보는 바와 같이, 세리아 함량이 늘면 저온에서 산소방출량이 증가하는 경향을 보이는 반면, 세리아의 함량을 줄이고 지르코니아의 함량을 늘이면, 넓은 온도영역에서 산소저장능을 보이고, 고온에서의 내열성이 향상된다.

그러나, 세리아의 함량이 15 중량부인 경우에는 산소저장량이 급격하게 줄어드는 것을 알 수 있었다.

따라서, 폭 넓은 온도 영역에서 산소방출능을 갖기 위한 엔진근접형 촉매정화기에는 세리아 함량이 20∼40 중량부인 산소저장물질을 적용하는 것이 타당하다.

한편, 전체적으로 저온에 노출되고 승온속도가 느린 차량바닥형 촉매정화기에는 세리아 함량이 45∼90 중량부인 산소저장물질을 적용하는 것이 타당하다. 이렇게 하면 산소방출 온도 영역을 이동시켜 낮은 온도에서의 탄화수소 산화기능을 개선시킬 수 있게 된다.

시험예 3

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 삼원촉매를 실차 16만 킬로미터에 해당하는 엔진벤치 열화모드에서 열화시킨 후 차량에 장착하여 배기가스 정화성능을 평가하였다.

시험용 차량에는 근접설치형 촉매컨버터(CCC)와 차바닥위치 설치형 촉매컨버터(UCC)를 장착하였는데, 상기의 실시예 및 비교예의 촉매를 아래 표 2와 같이 번갈아 장착하고 국내 공인 평가모드로 운전하면서 배출가스를 측정하였으며, 탄화수소의 배출 농도를 연속적으로 검출하여 초기 120초 동안의 정화율을 하기 표 2에 기재하였다.

위의 표 2에서 보는 바와 같이, 냉시동시 배출되는 탄화수소 정화율을 비교한 결과, 조합 1의 경우 엔진근접형 촉매 정화기에 장착된 실시예 1 촉매의 산소저장능이 너무 저조하여 정화성능이 떨어지는 것으로 나타났다.

조합 2, 조합 3, 조합 4의 경우 활성이 우수하게 나타났는데, 이는 엔진근접형 촉매 정화기에 장착된 실시예 2, 실시예 3 촉매의 산소저장능 적당하고, 차량 바닥형 촉매 정화기에 장착된 실시예 5, 실시예 6도 저온에서의 산소저장능이 우수하기 때문으로 판단된다.

조합 5, 조합 6의 경우 활성이 다소 떨어지는데, 이는 엔진근접형 촉매 정화기에 장착된 실시예 6, 실시예 7 촉매의 내열특성이 떨어지고, 차량 바닥형 촉매 정화기에 장착된 실시예 2, 실시예 3의 저온에서의 산소저장능이 떨어지기 때문으로 판단된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 위치에 따라 폭 넓은 온도 영역에서 산소방출능을 갖기 위한 엔진근접형 촉매정화기에는 세리아 함량이 20∼40 중량부인 산소저장물질을 적용하는 것이 타당하고, 전체적으로 저온에 노출되고 승온속도가 느린 차량바닥형 촉매정화기에는 세리아 함량이 45∼90 중량부인 산소저장물질을 적용하는 것이 타당한 것으로 시험을 통해 확인하였으며, 산소방출 온도 영역을 이동시켜 낮은 온도에서의 탄화수소 산화 기능을 크게 개선시킬 수 있음을 알 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매 및 그 제조 방법에 의하면, 첫째 세리아의 함량을 낮추어 고온에서의 산소방출 특성을 향상시킨 세리아 지르코니아 복합산화물 산소저장물질을 코팅한 촉매를 엔진 근접형 촉매 정화기에 사용할 수 있고, 둘째 세리아의 함량을 높여 저온에서의 산소방출 특성을 향상시킨 세리아 지르코니아 복합산화물 산소저장물질을 코팅한 촉매를 차량 바닥형 촉매 정화기에 사용할 수 있으며, 결과적으로 산소저장물질의 산소흡방출 특성을 촉매 컨버터의 노출 온도에 맞게 최적화하여 탄화수소의 정화특성을 극대화시킬 수 있다.

Claims

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벌집구조의 담체층 위에 제1코팅층으로서, Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 포함하는 탄화수소 흡착층이 코팅되고, 상기 탄화수소 흡착층 상부에 제2코팅층으로서 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 귀금속을 담지한 알루미나와 산소저장물질이 코팅된 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매에 있어서,

상기 산소 저장물질은 촉매의 적용위치에 따라 다르게 설계되며, 엔진 근접형 촉매정화기에 적용하는 경우의 산소 저장물질은 세리아의 함량을 20∼40 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매.
벌집구조의 담체층 위에 제1코팅층으로서, Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 포함하는 탄화수소 흡착층이 코팅되고, 상기 탄화수소 흡착층 상부에 제2코팅층으로서 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 귀금속을 담지한 알루미나와 산소저장물질이 코팅된 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매에 있어서,

상기 산소 저장물질은 촉매의 적용위치에 따라 다르게 설계되며, 차량바닥형 촉매정화기에 적용하는 경우의 산소 저장물질은 세리아의 함량을 45∼90 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매.
탄화수소 흡착층으로서 Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음, 습식 밀링하여 슬러리를 제조하는 제1단계와;

제1단계에서 얻어진 슬러리를 벌집 구조의 담체에 코팅하여 탄화수소 흡착층을 적층시키는 제2단계와;

알루미나 지지체에 백금, 팔라듐, 로듐의 전구체 용액을 함침시켜 혼합하는 제3단계와;

세리아의 함량을 20∼40 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성된 산소저장물질을 제조하는 제4단계와;

상기 제3 및 제4단계에서 제조된 분말을 습식 밀링하여 슬러리로 제조하는 제5단계와;

상기 제5단계에서 얻어진 슬러리를 제2단계에서 코팅된 상기 탄화수소 흡착 층 상부에 코팅하여 귀금속 촉매층을 적층시키는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조방법.
탄화수소 흡착층으로서 Si/Al 비율이 24 내지 1000 인 제올라이트 또는 알루미늄을 포함하지 않는 실리카라이트를 바인더인 콜로이달 실리카와 혼합한 다음, 습식 밀링하여 슬러리를 제조하는 제1단계와;

제1단계에서 얻어진 슬러리를 벌집 구조의 담체에 코팅하여 탄화수소 흡착층을 적층시키는 제2단계와;

알루미나 지지체에 백금, 팔라듐, 로듐의 전구체 용액을 함침시켜 혼합하는 제3단계와;

세리아의 함량을 45∼90 중량부로 하고, 나머지를 지르코니아로 하여 90∼95 중량부로 맞추고, 나머지 5∼10 중량부를 Y₂O₃, La₂O₃, Pr₆O₁₁ 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 구성된 산소저장물질을 제조하는 제4단계와;

상기 제3 및 제4단계에서 제조된 분말을 습식 밀링하여 슬러리로 제조하는 제5단계와;

상기 제5단계에서 얻어진 슬러리를 제2단계에서 코팅된 상기 탄화수소 흡착층 상부에 코팅하여 귀금속 촉매층을 적층시키는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소저장능이 최적화된 탄화수소 흡착형 삼원촉매의 제조방법.