KR101276103B1 - low temperature activity catalysts used in filter for exhaust gas of ship, preparing method thereof and filter for exhaust gas of ship - Google Patents

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Abstract

선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매는, 배기가스 내에 함유된 질소산화물 제거용 촉매에 있어서, 제올라이트 담체 FeZSM5, 상기 FeZSM5에 대해 Cu 1~3중량%, Aluminasol 5~20중량%;를 포함한다.A low temperature active catalyst for marine exhaust gas filters is disclosed. Low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter according to an embodiment of the present invention, in the catalyst for removing nitrogen oxides contained in the exhaust gas, zeolite carrier FeZSM5, 1 to 3% by weight of Cu based on the FeZSM5, Aluminasol 5-20 Percent by weight;

Description

선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매, 그 제조방법 및 선박용 배기가스 필터{low temperature activity catalysts used in filter for exhaust gas of ship, preparing method thereof and filter for exhaust gas of ship} Low temperature activity catalysts used in filter for exhaust gas of ship, preparing method etc and filter for exhaust gas of ship}

본 발명은 선박 배기가스 필터에 사용할 수 있는 저온 활성 촉매, 그 제조방법 및 이를 적용한 선박용 배기가스 필터에 관한 것이다.
The present invention relates to a low temperature active catalyst that can be used in a ship exhaust gas filter, a manufacturing method thereof, and a ship exhaust gas filter to which the same is applied.

내연기관을 구비한 자동차, 선박의 배기가스에는 광화학 스모그나 산성비의 원인이 되는 NO, NO2, N2O 등의 질소산화물(NOx)이 포함되어 있으며, 일반적으로 질소산화물 배출량을 저감시키기 위해 배기가스에 암모니아 또는 요소 등의 환원제를 분사하여, 촉매 반응을 통해 무해한 N2, H2O로 전환하는 배기가스 정화용 필터가 사용되고 있다.Exhaust gases of automobiles and ships equipped with internal combustion engines include nitrogen oxides (NOx) such as NO, NO 2 and N 2 O, which cause photochemical smog and acid rain, and are generally exhausted to reduce nitrogen oxide emissions. Exhaust gas purification filters which inject a reducing agent such as ammonia or urea into gas and convert them into harmless N 2 and H 2 O through a catalytic reaction are used.

질소산화물 배출량에 관한 법규제가 엄격하게 적용되고 있으며, 특히 국제해사기구(IMO)에서는 2016년부터 해양오염 방지를 위해 선박엔진 질소산화물 배출량을 종전 ㎾h당 14.4g에서 3.4g으로 줄이는 등 그 규제가 보다 강화되고 있는 추세이다.The law on nitrogen oxide emissions is strictly applied.In particular, the International Maritime Organization (IMO) has reduced the ship engine nitrogen oxide emissions from 14.4g to 3.4g per ㎾h since 2016 to prevent marine pollution. The trend is getting stronger.

일반적으로 자동차 엔진의 배기가스 온도는 250~450℃이고, 선박 엔진의 배기가스 온도는 150~250℃로, 선박 엔진에 사용되는 배기가스 정화용 필터는, 자동차에 적용되는 배기가스 정화용 필터에 비해 보다 저온에서도 그 활성이 원활히 이루어질 수 있도록 하는 것이 요구된다.Generally, the exhaust gas temperature of an automobile engine is 250-450 degreeC, and the exhaust gas temperature of a ship engine is 150-250 degreeC, and the exhaust gas purification filter used for ship engines is compared with the exhaust gas purification filter applied to automobiles. It is required to make the activity smooth even at low temperatures.

종래에 선박(ship) 및 플랜트(plant)에 적용되고 있는 질소산화물 저감 기술은, 바나디아(V2O5) 계열의 촉매물질을 압출시켜 제작한 압출 촉매 필터가 있으나, 셀밀도가 너무 낮아 부피가 매우 크며, 고온에서는 촉매의 활성이 급격히 저하되고, 바나듐의 독성으로 인해 사용에 규제가 가해지고 있다.Nitrogen oxide reduction technology conventionally applied to ships and plants includes an extrusion catalyst filter made by extruding a vanadia (V 2 O 5 ) -based catalyst material, but the cell density is too low Is very large, and at high temperatures, the activity of the catalyst is drastically lowered, and its use is regulated due to the toxicity of vanadium.

아래 [표 1]은 150~200℃ 온도 범위에서 바나디아(V2O5)와 PILC(Pillared Interlayer Clay)를 기반으로 하는 종래 압출 촉매 필터의 일실시예의 질소산화물 저감효율을 실험한 결과를 정리한 것이다.[Table 1] below summarizes the results of experiments on nitrogen oxide reduction efficiency of one embodiment of a conventional extrusion catalyst filter based on Vanadia (V 2 O 5 ) and PILC (Pillared Interlayer Clay) in the temperature range of 150 ~ 200 ° C. It is.

실험 조건은, N2 balance, NO 500 ppm, NH3 500 ppm, O2 11%, Water 10%, SV(Space Velocity) 40000 h-1이다.
Experimental conditions are N 2 balance, NO 500 ppm, NH 3 500 ppm, O 2 11%, Water 10%, SV (Space Velocity) 40000 h −1 .


Temp.[℃]

Temp. [℃]

150

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155

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160

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165

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170

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175

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200

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DeNOx[%]

DeNOx [%]

35

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38

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45

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49

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55

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60

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65

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68

68

70

70

72

72

75

75

[표 1]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 종래에는 200℃이하에서는 80% 이상의 질소산화물 저감효율을 기대할 수 없었으며, 환경오염, 해양오염 방지에 대한 인식의 고도 및 규제의 강화 추세에 부합할 수 있는 저온 활성 촉매 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
As can be seen from [Table 1], in the past, the nitrogen oxide reduction efficiency of more than 80% could not be expected below 200 ° C, and it could meet the trend of heightened awareness and awareness of environmental pollution and marine pollution prevention. There is an urgent need for the development of low temperature active catalyst technology.

본 발명의 실시예들은, 190~200℃ 온도범위에서 90%이상의 질소산화물 저감효율을 구현할 수 있어 선박 배기가스 필터에 적용하기 적합한 저온 활성 촉매, 그 제조방법 및 이를 적용한 선박용 배기가스 필터를 제공하고자 한다.
Embodiments of the present invention can implement a nitrogen oxide reduction efficiency of more than 90% in the 190 ~ 200 ℃ temperature range, to provide a low temperature active catalyst suitable for application to a ship exhaust gas filter, a manufacturing method and a marine exhaust gas filter using the same do.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 배기가스 내에 함유된 질소산화물 제거용 촉매에 있어서, 제올라이트 담체 FeZSM5, 상기 FeZSM5에 대해 Cu 1~3중량%, Aluminasol 5~20중량%;를 포함하여 구성되는 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매를 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the object as described above, in the catalyst for removing nitrogen oxides contained in the exhaust gas, zeolite carrier FeZSM5, 1 to 3% by weight of Cu, 5 to 20% by weight of Aluminasol; The low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter comprised is a technical subject matter.

여기서, 상기 FeZSM5에 대해 Mn 1~5 중량%;를 더 포함하여 구성될 수 있다.Here, Mn 1 to 5% by weight relative to the FeZSM5; may be configured to further include.

또한, 상기 FeZSM5에 대해 Mn 1~5 중량%, Ca 1~5 중량%;를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the FeZSM5 Mn 1 ~ 5% by weight, Ca 1 ~ 5% by weight; may be configured to further include.

또한, 상기 Aluminasol은, Alumina 단일성분의 침상형 구조를 가지는 졸(sol)로 구성될 수 있다.In addition, the Aluminasol may be composed of a sol having a needle-like structure of Alumina monocomponent.

또한, 본 발명은, 배기가스 내에 함유된 질소산화물 제거용 촉매를 제조하는 방법에 있어서, DI water와 Cu precursor를 교반하는 제1단계; 상기 제1단계의 교반물과 FeZSM5를 교반하되, 상기 Cu가 상기 FeZSM5에 대해 1~3중량%가 되도록 교반하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 교반물과 Aluminasol을 교반하되, 상기 Aluminasol을 상기 FeZSM5에 대해 5~20중량%로 교반하는 제3단계;를 포함하여 구성되는 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법을 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the present invention, a method for producing a catalyst for removing nitrogen oxide contained in the exhaust gas, the first step of stirring DI water and Cu precursor; A second step of stirring the stirred material of the first step and FeZSM5, wherein the Cu is 1 to 3% by weight relative to the FeZSM5; And a third step of stirring the aluminasol and the aluminasol of the second step, wherein the aluminasol is stirred at 5 to 20% by weight with respect to the FeZSM5. It is a technical point.

여기서, 50 ~ 80℃의 온도환경에서 이루어지며, FeZSM5 : DI water가 3~5 : 6~8의 중량비를 가질 수 있다.Here, it is made in a temperature environment of 50 ~ 80 ℃, FeZSM5: DI water may have a weight ratio of 3 to 5: 6 to 8.

또한, 상기 제1단계는 30 min, 상기 제2단계는 1~3 hrs, 상기 제3단계는 1~2 hrs 동안 이루어질 수 있다.In addition, the first step may be performed for 30 min, the second step may be performed for 1 to 3 hrs, and the third step may be performed for 1 to 2 hrs.

또한, 상기 제1단계는, 상기 FeZSM5에 대해 1~5중량%의 Mn precursor를 추가로 교반할 수 있다.In addition, the first step, 1 to 5% by weight of the Mn precursor with respect to FeZSM5 may be further stirred.

또한, 상기 제1단계는, 상기 FeZSM5에 대해 1~5중량%의 Mn precursor, Ca 1~5 중량%를 추가로 교반할 수 있다.In addition, the first step, 1 to 5% by weight of Mn precursor, Ca 1 to 5% by weight relative to the FeZSM5 may be further stirred.

또한, 상기 제1단계는, 상기 DI water와 Cu precursor, Mn precursor를 교반하는 제1-1단계; 및 상기 DI water와 Mn precursor, Ca precursor를 교반하는 제1-2단계;를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the first step, the first-first step of stirring the DI water, Cu precursor, Mn precursor; It may be configured to include; and 1-2 steps of stirring the DI water, Mn precursor, Ca precursor.

또한, 상기 제2단계는, 상기 제1-1단계의 교반물, 상기 제1-2단계의 교반물, FeZSM5를 교반할 수 있다.In addition, in the second step, the stirred material of the first-first step, the stirred material of the first-second step, and FeZSM5 may be stirred.

또한, 상기 제1-1단계, 제1-2단계는 30~50 min, 상기 제2단계는 3~5 hrs, 상기 제3단계는 1~2 hrs 동안 이루어질 수 있다.In addition, the first-first step and the first-second step may be 30 to 50 min, the second step may be 3 to 5 hrs, and the third step may be performed for 1 to 2 hrs.

또한, 본 발명은, 금속 기판(10) 또는 세라믹 기판에, 제1항에 의한 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매, 또는 제5항에 의한 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법에 의해 제조된 촉매를 코팅하여 형성되는 선박용 배기가스 필터를 또 다른 기술적 요지로 한다.The present invention also provides a low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter according to claim 1 or a low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter according to claim 5 on a metal substrate 10 or a ceramic substrate. Another technical subject is a marine exhaust gas filter formed by coating a catalyst.

여기서, 상기 금속 기판(10)에는, 촉매의 단위 면적당 코팅 면적을 평판에 비해 보다 확대시키기 위한 요철이 표면에 형성될 수 있다.Here, the metal substrate 10 may be formed on the surface of the concave-convex to enlarge the coating area per unit area of the catalyst than the flat plate.

또한, 상기 금속 기판(10)의 요철은, 0.2㎛이상에서 1.5㎛이하의 높이, 깊이 또는 너비를 가지며, 금속 기판(10) 전반에 걸쳐 균일하게 형성될 수 있다.In addition, the irregularities of the metal substrate 10 may have a height, a depth, or a width of about 0.2 μm or more and about 1.5 μm or less, and may be uniformly formed throughout the metal substrate 10.

또한, 상기 금속 기판(10)의 요철은, 평판에 부착된 상태에서 가장자리부가 둔각을 이루게 되는 점도를 가지는 상기 촉매가, 상기 금속 기판(10)에 부착된 상태에서 표면장력의 감소로 인해 예각을 이루도록 하는 사이즈와 밀도로 형성될 수 있다.
In addition, the unevenness of the metal substrate 10 is acute angle due to the decrease in surface tension of the catalyst having a viscosity that the edge portion is an obtuse angle in the state attached to the flat plate, attached to the metal substrate 10 It can be formed in a size and density to achieve.

본 발명의 실시예들에 따른 저온 활성 촉매에 의하면, 190~200℃ 이하의 저온영역에서 90%이상의 높은 질소산화물 저감효율을 안정적으로 구현할 수 있어, 특히, 150~250℃의 배기가스 온도범위를 가지는 선박의 배기가스 처리용으로서 적용하는 경우, 기존의 선박용 배기가스 처리 기술에 비해 현격히 우수한 정화성능을 구현할 수 있다.According to the low temperature active catalyst according to the embodiments of the present invention, it is possible to stably implement a high nitrogen oxide reduction efficiency of 90% or more in the low temperature region of 190 ~ 200 ℃ or less, in particular, the exhaust gas temperature range of 150 ~ 250 ℃ When the branch is applied for the exhaust gas treatment of the ship, it is possible to realize a significantly superior purification performance compared to the existing vessel exhaust gas treatment technology.

또한, 기존에 사용되고 있는 압출 촉매 필터에 비해, 수중에서 현격히 우수한 부착성, 결속력을 구현할 수 있어, 사용시간이 경과함에 따라 기판으로부터 촉매가 이탈되어 촉매 사이트가 감소함에 따른 질소산화물 정화성능 저감을 방지하여 보다 연장된 수명을 구현할 수 있다. In addition, it is possible to realize a significantly superior adhesion and binding force in water, compared to the existing extrusion catalyst filter, to prevent the reduction of nitrogen oxide purification performance as the catalyst is removed from the substrate as the use time elapses, the catalyst site is reduced The longer lifespan can be achieved.

또한, 금속 기판 표면에 미세 요철을 부여함으로써, 선박엔진에서 배출되는 질소산화물을 제거함에 있어, 필터의 부피를 최소화함으로써 공간 활용도를 높이고, 촉매 코팅성 향상 및 표면적 증대에 의한 질소산화물 저감 성능을 향상 시키는 것이다.
In addition, by providing fine concavities and convexities on the surface of the metal substrate, in removing the nitrogen oxides emitted from the ship engine, the volume of the filter is minimized to increase the space utilization, and to improve the performance of reducing the nitrogen oxides by improving the catalyst coating property and the surface area. It is to let.

도 1 - 본 발명의 일실시예에 따른 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매가 요철이 형성된 금속 기판에 코팅된 상태를 도시한 개념도
도 2 - 롤러로 금속 기판에 요철을 형성하는 일예를 도시한 개념도
도 3 - 쇼트 블라스트 가공에 의해 롤러 표면에 요철을 형성하는 일예를 도시한 개념도
1 is a conceptual diagram illustrating a state in which a low temperature active catalyst for a ship exhaust gas filter according to an embodiment of the present invention is coated on a metal substrate having irregularities
Figure 2-conceptual diagram showing an example of forming the irregularities on the metal substrate with a roller
3-A conceptual diagram showing an example of forming irregularities on the roller surface by shot blasting

이하에서는, 본 발명에 따른 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매에 대해 구체적으로 설명함에 있어서, 제1, 2, 3실시예를 들어 설명하며, 본 발명에 따른 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법을 설명함에 있어서는, 상기 저온 활성 촉매의 제1, 2, 3실시예 각각을 제조하는 방법에 해당되는 제1, 2, 3실시예를 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, in the description of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter according to the present invention in detail, the first, second, and third examples will be described, the method for producing a low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter according to the present invention. In the following description, the first, second and third embodiments corresponding to the method for preparing each of the first, second and third embodiments of the low temperature active catalyst will be described.

또한, 본 발명에 따른 선박용 배기가스 필터는 금속 기판에 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1, 2, 3실시예를 각각 적용한 제1, 3, 5실시예와, 세라믹 기판에 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1, 2, 3실시예를 각각 적용한 제 2, 4, 6실시예를 들어 설명하기로 한다.In addition, the ship exhaust gas filter according to the present invention is the first, third and fifth embodiments to which the first, second and third embodiments of the low temperature active catalyst for the ship exhaust gas filter are applied to a metal substrate, respectively, and the vessel to a ceramic substrate. The second, fourth and sixth embodiments to which the first, second and third embodiments of the low temperature active catalyst for the exhaust gas filter are applied will be described.

본 출원인의 연구, 실험 결과, 다양한 제올라이트 담체 중 ZSM5, Nitrate 또는 Acetate계열의 조촉매(예를 들어, Cu, Mn, Ca 등)를 적용하는 것이 바람직하며, 상기 금속 성분(상기 조촉매) 들을 담지 하기 전, 제올라이트 촉매(zeolite catalyst) ZSM5에 Fe를 미리 이온교환법을 이용하여 Fe가 치환된 Fe-ZSM5를 담체로 사용하는 것이 바람직하다.Applicant's research and experiment results show that ZSM5, Nitrate or Acetate-based cocatalysts (e.g. Cu, Mn, Ca, etc.) among various zeolite carriers are preferably applied, and the metal components (the cocatalysts) are supported. Before the above, it is preferable to use Fe-ZSM5, in which Fe is substituted, using Fe in the zeolite catalyst ZSM5 by ion exchange method in advance.

이에 따라, 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1, 2, 3실시예를 포함한 본 발명의 실시예들은, 이온교환(Ion Exchange)된 제올라이트 담체 Fe- ZSM5, 조촉매 Cu, Mn, Ca를 구성요소로 포함하도록 한다.
Accordingly, embodiments of the present invention, including the first, second and third embodiments of the low temperature active catalyst for marine exhaust gas filters, are ion exchanged zeolite carriers Fe-ZSM5, cocatalysts Cu, Mn, Ca Include as a component.

먼저, 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1실시예, 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제조방법의 제1실시예, 및 선박용 배기가스 필터의 제1, 2실시예에 관해 설명하기로 한다.First, the first embodiment of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, the first embodiment of the method for producing the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, and the first and second embodiments of the ship exhaust gas filter will be described. Shall be.

상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1실시예는, 배기가스 내에 함유된 질소산화물 제거를 위한 것으로, 제올라이트 담체 FeZSM5, 상기 FeZSM5에 대해 Cu 1~3중량%, Aluminasol 5~10중량%를 포함하여 구성된다.The first embodiment of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, for removing the nitrogen oxide contained in the exhaust gas, 1 to 3% by weight of Cu and 5 to 10% by weight of Aluminasol based on the zeolite carrier FeZSM5, FeZSM5 It is configured to include.

상기 저온 활성 촉매의 제1실시예를 제조함에 있어서는, DI water와 Cu precursor를 교반하는 제1단계와, 상기 제1단계의 교반물과 FeZSM5를 교반하는 제2단계와, 상기 제2단계의 교반물과 Aluminasol을 교반하는 제3단계를 순차적으로 거친다.In preparing the first embodiment of the low temperature active catalyst, the first step of stirring DI water and Cu precursor, the second step of stirring the stirred material and FeZSM5 of the first step, and the stirring of the second step The third step of stirring water and Aluminasol is carried out sequentially.

상기 저온 활성 촉매 제조방법의 제1실시예는, 상기 50 ~ 80℃의 온도환경에서 이루어지며, 상기 제1단계에서 상기 Cu는, 상기 제2단계에서 교반이 이루어지게 될 상기 FeZSM5에 대해 1~3중량%로 교반되고, 상기 제3단계에서 상기 Aluminasol은 Alumina 단일성분의 침상형 구조를 가지는 졸(sol)형태로 상기 FeZSM5에 대해 5~10중량%로 교반된다.The first embodiment of the low temperature active catalyst production method is made in the temperature environment of the 50 ~ 80 ℃, the Cu in the first step, 1 ~ to the FeZSM5 to be stirred in the second step Stirred at 3% by weight, in the third step, the Aluminasol is stirred at 5 to 10% by weight relative to the FeZSM5 in the form of a sol having a needle-like structure of Alumina monocomponent.

상기 FeZSM5와, DI(DeIonize) water(이온이 없는 순수한 물)는 3~5 : 6~8의 중량비(예를 들어, FeZSM5 30~50 g, DI water 60~80 ml)를 가지며, 상기 제1단계에서는 30 min, 상기 제2단계에서는 1~3 hrs, 상기 제3단계에서는 1~2 hrs 동안 지속적으로 교반이 이루어진다.The FeZSM5 and DI (DeIonize) water (pure water without ions) have a weight ratio of 3 to 5: 6 to 8 (eg, FeZSM5 30 to 50 g, DI water 60 to 80 ml), and the first In the step 30 min, in the second step 1 to 3 hrs, in the third step is continuously stirred for 1 to 2 hrs.

상기 선박용 배기가스 필터의 제1실시예는, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속 기판(10)의 표면에 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1실시예, 또는 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법의 제1실시예에 의해 제조된 촉매를 코팅시킨 구성을 가진다.The first embodiment of the marine exhaust gas filter, as shown in Figure 1, the first embodiment of the low temperature active catalyst for the marine exhaust gas filter on the surface of the metal substrate 10, or the marine exhaust gas filter It has a configuration in which the catalyst prepared by the first embodiment of the method for preparing a low temperature active catalyst is coated.

도 1에 도시된 실시예에서, 상기 금속 기판(10)의 표면에는 촉매의 단위 면적당 코팅 면적을 평판에 비해 보다 확대시키기 위한 요철이 형성된다.In the embodiment shown in Figure 1, the surface of the metal substrate 10 is formed with irregularities for expanding the coating area per unit area of the catalyst than the flat plate.

요철이 형성된 상기 금속 기판(10)상에 촉매(20)를 도포하게 되면, 금속 기판(10)상에 부착이 이루어지게 되는 촉매(20)의 가장자리부가, 평판형 금속 모재에 부착되는 경우에 비해, 보다 작은 각도를 가지고, 동일한 질량이라도 보다 확대된 면적에 걸쳐 접촉이 이루어지게 된다.When the catalyst 20 is coated on the metal substrate 10 having the unevenness, the edge portion of the catalyst 20 to be adhered to the metal substrate 10 is attached to the flat metal base material. , With a smaller angle, even contact of the same mass over a larger area.

즉, 요철이 형성된 상기 금속 기판(10)의 표면에 상기 물질(20)를 코팅하게 되면, 요철에 의해 액상의 상기 촉매(20)의 표면장력이 감소되어, 상기 촉매(20)의 단위 질량당 부착면적이 평판에 비해 보다 확대된 상태로 코팅이 이루어지게 된다.That is, when the material 20 is coated on the surface of the metal substrate 10 on which the unevenness is formed, the surface tension of the catalyst 20 in the liquid phase is reduced by the unevenness, and thus, per unit mass of the catalyst 20. The coating is performed in a state where the attachment area is larger than that of the flat plate.

평판에 요철을 형성함에 있어서는, 상기 금속 기판(10)의 요철면에 부착되는 액상의 상기 촉매(20)의 표면장력을 감소시킬 수 있는 사이즈와 밀도로 형성되며, 액상의 촉매(20) 내부로 도입되는 금속 기판(10)의 표면적을 최대한 확대시킬수록 촉매(20)의 표면장력을 효과적으로 감쇠시킬 수 있다.In forming the unevenness on the plate, it is formed to a size and density that can reduce the surface tension of the catalyst 20 in the liquid phase attached to the uneven surface of the metal substrate 10, into the liquid catalyst 20 As the surface area of the metal substrate 10 to be introduced is maximized, the surface tension of the catalyst 20 may be effectively attenuated.

요철의 깊이가 깊고 밀도가 클수록 표면적을 보다 확대시킬 수 있으나, 일반적으로 금속 기판은 두께 100㎛이하의 금속 박판을 이용하여 제작되고 있으므로, 배기가스의 진행에 따름 공기압을 고려하여 제작된 강도를 유지하기 위해서, 0.2㎛이상에서 1.5㎛이하의 높이, 깊이 또는 너비를 가지는 미세한 사이즈로 요철을 형성하는 것이 바람직하다.The deeper and deeper the irregularities, the more the surface area can be enlarged. However, since the metal substrate is generally manufactured using a metal sheet having a thickness of 100 μm or less, the strength is maintained in consideration of the air pressure according to the progress of exhaust gas. In order to achieve this, it is preferable to form irregularities with a fine size having a height, a depth or a width of 0.2 µm or more and 1.5 µm or less.

요철의 사이즈와 밀도는, 0.2㎛이상에서 1.5㎛이하의 사이즈 범위 내에서, 금속 기판(10)의 재질, 금속필터의 체적, 배기가스 저감효율 기준, 촉매 물질의 구성성분 등에 따라 그 정도가 다르게 적용될 수 있다.The size and density of the unevenness vary depending on the material of the metal substrate 10, the volume of the metal filter, the exhaust gas reduction efficiency standard, and the components of the catalyst material within the size range of 0.2 µm or more and 1.5 µm or less. Can be applied.

도 2는 롤러(50)로 상기 금속 기판(10)에 요철을 형성하는 일예를 도시한 개념도로, 0.2㎛이상에서 1.5㎛이하의 높이, 깊이 또는 너비를 가지는 미세한 돌기 또는 홈이 형성된 냉간압연용 롤러(워크롤)(50)를, 도 2에 도시된 바와 같이, 평판형 금속 기판(10)의 표면을 가압시킨 상태로 회전시키면서 전면에 균일하게 요철을 형성할 수 있다.FIG. 2 is a conceptual view illustrating an example of forming irregularities on the metal substrate 10 by using a roller 50. Cold rolling for forming minute protrusions or grooves having a height, depth or width of 0.2 μm or more and 1.5 μm or less. As shown in FIG. 2, unevenness | corrugation can be formed uniformly in the whole surface, rotating the roller (work roll) 50 in the state which pressed the surface of the flat metal substrate 10. FIG.

가공이 쉬운 황동(brass)이나 흑연으로 정밀하게 다이(die, mold)를 만든 다음, 가압에 의해 금속 기판(10)을 소성가공 가능한 강도를 가지는 금속재 또는 금속 복합 세라믹재로 제작된 롤러형상의 피가공물과 접촉시키고, 접촉 틈새에서 방전이 일어나도록 함으로써, 방전가공에 의해 상기 롤러를 제작할 수 있다.Roller dies made of metal or metal composite ceramics, which are made of metal or metal composite ceramics, which are made of brass or graphite, which are easy to process, to precisely die, and then pressurize the metal substrate 10 by plasticity. The roller can be produced by electrical discharge machining by bringing into contact with the workpiece and causing discharge to occur in the contact gap.

한편으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 쇼트 블라스트(shot blast) 가공에 의해 상기 롤러(50)의 외주면 또는 금속 기판(10)의 표면에 2㎛이상에서 1.5㎛이하의 높이, 깊이 또는 너비를 가지는 미세 돌기 또는 홈을 균일하게 형성할 수도 있다.On the other hand, as shown in Figure 3, by the shot blast processing (shot blast) to the outer peripheral surface of the roller 50 or the surface of the metal substrate 10, the height, depth or width of less than 2㎛ 1.5㎛ Branches may evenly form fine protrusions or grooves.

금속소재에 쇼트피닝 가공을 적용하면 표면에 가공경화를 일으켜 피로강도와 피로수명을 보다 증가시킬 수 있고, 동일한 두께로 금속 기판을 제작함에 있어서도 요철이 형성되지 않은 평판형 금속 모재에 비해 고강도화를 구현할 수 있어, 경량화 또한 가능하다.When shot peening is applied to metal materials, work hardening can be applied to the surface to increase fatigue strength and fatigue life, and even when manufacturing metal substrates of the same thickness, high strength can be realized compared to flat metal base materials without irregularities. It is possible to reduce the weight.

요철이 형성된 상기 금속 기판(10)은, 그대로 또는 파형판으로 굴곡가공된 후, 외통에 삽입, 브레이징되고, 슬러리 상태의 상기 촉매(20)가 있는 장치에 함침(含浸, impregnation)되거나, 외통의 일측에 연결된 진공상태의 석션(suction) 장비를 이용해 상기 촉매(20)를 코팅하게 된다.The metal substrate 10 having the irregularities formed thereon is bent or brazed into a corrugated plate, and then inserted and brazed in an outer cylinder, impregnation into an apparatus having the catalyst 20 in a slurry state, or The catalyst 20 is coated using a suction device connected to one side of a vacuum.

아래 [표 2]는 150~200℃ 온도 범위에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제1실시예의 질소산화물 저감효율을 실험한 결과를 정리한 것이다.Table 2 below summarizes the results of experiments on nitrogen oxide reduction efficiency of the first embodiment of the marine exhaust gas filter in the temperature range of 150 ~ 200 ℃.

실험 조건은, N2 balance, NO 500 ppm, NH3 500 ppm, O2 11%, Water 10%, SV(Stay Velocity) 40000 h-1이다.Experimental conditions are N 2 balance, NO 500 ppm, NH 3 500 ppm, O 2 11%, Water 10%, SV (Stay Velocity) 40000 h −1 .


Temp.[℃]

Temp. [℃]

150

150

155

155

160

160

165

165

170

170

175

175

180

180

185

185

190

190

195

195

200

200

DeNOx[%]

DeNOx [%]

65

65

72

72

80

80

85

85

89

89

92

92

94

94

97

97

98

98

100

100

100

100

[표 2]에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제1실시예에 의하면 175℃ 이상에서 90% 이상의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있으며, 195℃ 이상에서는 100%의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있다.According to the first embodiment of the ship exhaust gas filter in Table 2 it can be seen that implement the nitrogen oxide reduction efficiency of more than 90% at 175 ℃ or more, to implement the nitrogen oxide reduction efficiency of 100% at 195 ℃ or more You can see that.

실제 선박의 경우 SV(space velocity)는 5,000~10,000h-1 정도이므로, 실제 선박 운행 시에는, 상기 실험조건의 SV 40000 h-1 에 비해, 반응 가스와 촉매 사이트간의 반응시간이 증가하고 확률적으로 반응할 수 있는 가스 또한 증가하기 때문에 [표 2]에서 확인되는 성능보다 질소산화물 저감효율은 더욱 향상된다고 볼 수 있다.For the actual vessel SV (space velocity) because it is 5,000 ~ 10,000h -1 degree, at the time of the actual ship station, compared to SV 40000 h -1 of the experimental conditions, increasing the reaction time between the reaction gas and the catalyst sites and probabilistic As the number of gases that can be reacted with increases, the nitrogen oxide reduction efficiency is more improved than that shown in [Table 2].

상기 선박용 배기가스 필터의 제2실시예는, 세라믹 기판(Ceramic Substrate)(예를 들어, Cordierite substrate)의 표면에 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1실시예, 또는 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법의 제1실시예에 의해 제조된 촉매를 코팅시킨 구성을 가진다.The second embodiment of the marine exhaust gas filter is a first embodiment of the low temperature active catalyst for the marine exhaust gas filter, or the marine exhaust gas filter on the surface of a ceramic substrate (eg, Cordierite substrate). It has a configuration in which the catalyst prepared by the first embodiment of the method for preparing a low temperature active catalyst for coating is coated.

아래 [표 3]은 150~200℃ 온도 범위에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제2실시예의 질소산화물 저감효율을 실험한 결과를 정리한 것으로, 이하 실험조건은 상기 선박용 배기가스 필터의 제1실시예의 실험조건과 동일하다.Table 3 summarizes the results of experiments to reduce the nitrogen oxides of the second embodiment of the marine exhaust gas filter in the temperature range of 150 ~ 200 ℃, the following experimental conditions of the first embodiment of the marine exhaust gas filter Same as experimental conditions.


Temp.[℃]

Temp. [℃]

150

150

155

155

160

160

165

165

170

170

175

175

180

180

185

185

190

190

195

195

200

200

DeNOx[%]

DeNOx [%]

72

72

75

75

86

86

89

89

92

92

94

94

95

95

97

97

98

98

98

98

98

98

[표 3]에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제2실시예에 의하면 170℃ 이상에서 90% 이상의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있으며, 200℃ 이상에서는 100%의 질소산화물 저감효율을 구현할 것을 예측할 수 있다.According to the second embodiment of the ship exhaust gas filter in Table 3 it can be seen that to implement the nitrogen oxide reduction efficiency of more than 90% at 170 ℃ or more, to achieve a nitrogen oxide reduction efficiency of 100% above 200 ℃ It can be predicted.

실제 선박의 경우 SV(space velocity)는 5,000~10,000h-1 정도이므로, 실제 선박 운행 시에는, 상기 [표 3]의 실험의 실험조건인 SV 40000 h-1 에 비해, 반응 가스와 촉매 사이트간의 반응시간이 증가하고 확률적으로 반응할 수 있는 가스 또한 증가하므로, [표 3]에서 확인되는 성능보다 질소산화물 저감효율은 더욱 향상된다.For the actual vessel SV (space velocity) because it is 5,000 ~ 10,000h -1 degree, the actual vessel at the time of operation, the table 3 is compared with the SV 40000 h -1 experimental conditions of experiments, the reaction between the gas and the catalyst sites in the As the reaction time increases and the gas that can react probabilisticly also increases, the nitrogen oxide reduction efficiency is further improved than the performance shown in [Table 3].

이하 설명되는 상기 선박용 배기가스 필터의 제 3, 4, 5, 6실시예 또한, 상기 선박용 배기가스 필터의 제1, 2실시예와 동일한 조건에서 실험이 이루어지므로, 아래 [표 4] 내지 [표 7]의 실험결과에 비해, 실제 선박 운행 시, 질소산화물 저감효율은 더욱 향상되는 것은 자명하며, 이하에서는 이에 대한 반복 기재를 생략하기로 한다.
The third, fourth, fifth, and sixth embodiments of the ship exhaust gas filter described below are also experimented under the same conditions as the first and second embodiments of the ship exhaust gas filter. Compared with the experimental results of 7], it is apparent that the nitrogen oxide reduction efficiency is further improved when the ship is actually operated, and the description thereof will be omitted below.

다음으로, 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제2실시예, 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제조방법의 제2실시예 및 선박용 배기가스 필터의 제 3, 4실시예에 관해 설명하기로 한다.Next, the second embodiment of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, the second embodiment of the method for producing the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter and the third and fourth embodiments of the ship exhaust gas filter will be described. Shall be.

이하에서는, 상기 저온 활성 촉매의 제1실시예, 그 제조방법의 제1실시예, 이를 적용한 선박용 배기가스 필터의 제1, 2실시예에 대한 상세한 설명에서 기재된 내용과 동일한 구성, 원리, 작용에 대해서는, 그 상세한 설명의 중복 기재를 생략하기로 한다.Hereinafter, the same construction, principle, and operation as those described in the detailed description of the first embodiment of the low temperature active catalyst, the first embodiment of the preparation method, and the first and second embodiments of the ship exhaust gas filter to which the same is applied. Repetitive description of the detailed description will be omitted.

상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제2실시예는, 제올라이트 담체 FeZSM5, 상기 FeZSM5에 대해 Cu 1~3중량%, Mn 1~5 중량%, Aluminasol 10~20중량%를 포함하여 구성된다.The second embodiment of the low temperature active catalyst for the ship exhaust gas filter comprises 1 to 3% by weight of Cu, 1 to 5% by weight of Mn, and 10 to 20% by weight of aluminasol based on the zeolite support FeZSM5 and FeZSM5.

상기 저온 활성 촉매의 제2실시예를 제조함에 있어서는, 상기 저온 활성 촉매 제조방법의 제1실시예와 비교하여, 상기 제1단계에서, DI water와 Cu precursor에 상기 FeZSM5에 대해 1~5중량%의 Mn precursor를 추가로 교반하며, 상기 제3단계에서, 상기 FeZSM5에 대해 10~20중량%의 Aluminasol을 교반하는 차이를 가진다.In the preparation of the second embodiment of the low temperature active catalyst, in the first step, in the first step, DI water and Cu precursor in 1 to 5% by weight relative to the FeZSM5 Further stirring the Mn precursor of, in the third step, 10 to 20% by weight of the Aluminasol with respect to FeZSM5 has a difference.

상기 선박용 배기가스 필터의 제3실시예는, 상기 금속 기판(10)의 표면에 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제2실시예, 또는 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법의 제2실시예에 의해 제조된 촉매를 코팅시킨 구성을 가진다.The third embodiment of the ship exhaust gas filter is a second embodiment of the low temperature active catalyst for the ship exhaust gas filter on the surface of the metal substrate 10, or the method for manufacturing the low temperature active catalyst for the ship exhaust gas filter. It has a configuration in which the catalyst prepared in Example 2 is coated.

아래 [표 4]은 150~200℃ 온도 범위에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제3실시예의 질소산화물 저감효율을 실험한 결과를 정리한 것이다.Table 4 below summarizes the results of experiments on nitrogen oxide reduction efficiency of the third embodiment of the ship exhaust gas filter in the temperature range of 150 ~ 200 ℃.


Temp.[℃]

Temp. [℃]

150

150

155

155

160

160

165

165

170

170

175

175

180

180

185

185

190

190

195

195

200

200

DeNOx[%]

DeNOx [%]

78

78

80

80

81

81

82

82

84

84

85

85

86

86

89

89

91

91

94

94

97

97

[표 4]에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제3실시예에 의하면 190℃ 이상에서 90% 이상의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있으며, 200℃ 이상에서는 100%의 질소산화물 저감효율을 구현할 것을 예측할 수 있다.In Table 4, according to the third embodiment of the marine exhaust gas filter, it can be seen that the nitrogen oxide reduction efficiency of 90% or more is implemented at 190 ° C or higher, and the nitrogen oxide reduction efficiency is 100% or higher at 200 ° C or higher. It can be predicted.

상기 선박용 배기가스 필터의 제4실시예는, 세라믹 기판의 표면에 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제2실시예, 또는 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법의 제2실시예에 의해 제조된 촉매를 코팅시킨 구성을 가진다.The fourth embodiment of the marine exhaust gas filter is a second embodiment of the low temperature activated catalyst for the marine exhaust gas filter on the surface of the ceramic substrate, or the second embodiment of the low temperature active catalyst production method for the marine exhaust gas filter. It has a configuration in which the catalyst prepared by coating.

아래 [표 5]는 150~200℃ 온도 범위에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제2실시예의 질소산화물 저감효율을 실험한 결과를 정리한 것이다.Table 5 below summarizes the results of experiments on nitrogen oxide reduction efficiency of the second embodiment of the ship exhaust gas filter in the temperature range of 150 ~ 200 ℃.


Temp.[℃]

Temp. [℃]

150

150

155

155

160

160

165

165

170

170

175

175

180

180

185

185

190

190

195

195

200

200

DeNOx[%]

DeNOx [%]

83

83

86

86

87

87

88

88

89

89

94

94

97

97

99

99

100

100

100

100

100

100

[표 5]에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제4실시예에 의하면 170℃ 이상에서 90% 이상의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있으며, 190℃ 이상에서는 100%의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있다.
According to the fourth embodiment of the ship exhaust gas filter in Table 5 it can be seen that implement the nitrogen oxide reduction efficiency of more than 90% at 170 ℃ or more, to implement the nitrogen oxide reduction efficiency of 100% at 190 ℃ or more You can see that.

다음으로, 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제3실시예, 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제조방법의 제3실시예, 및 선박용 배기가스 필터의 제5, 6실시예에 관해 설명하기로 한다.Next, the third embodiment of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, the third embodiment of the method for producing the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, and the fifth and sixth embodiments of the ship exhaust gas filter will be described. Let's do it.

상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제3실시예는, 제올라이트 담체 FeZSM5, 상기 FeZSM5에 대해 Cu 1~3중량%, Mn 1~5 중량%, Ca 1~5 중량%, Aluminasol 10~20중량%를 포함하여 구성된다.The third embodiment of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter is based on the zeolite carrier FeZSM5, FeZSM5 1 to 3% by weight, Mn 1 to 5% by weight, Ca 1 to 5% by weight, Aluminasol 10 to 20% by weight It is composed of%.

상기 저온 활성 촉매의 제3실시예를 제조함에 있어서는, 상기 저온 활성 촉매 제조방법의 제1, 2실시예와 비교하여, 상기 제1단계가, 상기 DI water와 Cu precursor, Mn precursor를 교반하는 제1-1단계와, 상기 DI water와 Mn precursor, Ca precursor를 교반하는 제1-2단계로 이루어진 차이를 가진다.In preparing a third embodiment of the low temperature active catalyst, the first step is a step of stirring the DI water, Cu precursor, Mn precursor compared to the first and second embodiments of the low temperature active catalyst Step 1-1, and has a difference consisting of the first and second steps of stirring the DI water, Mn precursor, Ca precursor.

그리고, 상기 제2단계에서는, 상기 제1-1단계의 교반물, 상기 제1-2단계의 교반물, FeZSM5를 함께 교반하게 되며, 상기 제1-1단계, 제1-2단계는 30~50 min, 상기 제2단계는 3~5 hrs, 상기 제3단계는 1~2 hrs 동안 이루어진다.In the second step, the stirred material of the first-first step, the stirred material of the first-second step, and FeZSM5 are stirred together, and the first-first step and the first-second step are 30 ~. 50 min, the second step is 3 to 5 hrs, and the third step is 1 to 2 hrs.

상기 Mn precursor는 상기 FeZSM5에 대해 1~5 중량%이 포함되되, 상기 제1-1단계와, 제1-2단계에서, DI water, Cu precursor와 교반되는 일부와 상기 DI water, Ca precursor와 교반되는 나머지로 각각 분할되어 교반이 이루어진 후, 상기 제2단계에서 함께 혼합되어 상기 FeZSM5에 대해 1~5 중량%의 조성을 가지게 된다.The Mn precursor contains 1 to 5% by weight based on the FeZSM5, in the first-first step and the first-second step, the part is stirred with DI water, Cu precursor and the DI water, Ca precursor and stirring After being divided into each of the remaining to be stirred, the mixture is mixed together in the second step to have a composition of 1 to 5% by weight relative to the FeZSM5.

상기 선박용 배기가스 필터의 제5실시예는, 상기 금속 기판(10)의 표면에 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제3실시예, 또는 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법의 제3실시예에 의해 제조된 촉매를 코팅시킨 구성을 가진다.The fifth embodiment of the ship exhaust gas filter is a third embodiment of the low temperature active catalyst for the ship exhaust gas filter on the surface of the metal substrate 10, or the method for manufacturing the low temperature active catalyst for the ship exhaust gas filter. It has a configuration in which the catalyst prepared according to the third embodiment is coated.

아래 [표 6]은 150~200℃ 온도 범위에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제3실시예의 질소산화물 저감효율을 실험한 결과를 정리한 것이다.[Table 6] below summarizes the results of experiments on nitrogen oxide reduction efficiency of the third embodiment of the ship exhaust gas filter in the temperature range of 150 ~ 200 ℃.


Temp.[℃]

Temp. [℃]

150

150

155

155

160

160

165

165

170

170

175

175

180

180

185

185

190

190

195

195

200

200

DeNOx[%]

DeNOx [%]

91

91

92

92

95

95

98

98

99

99

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

[표 6]에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제5실시예에 의하면 150℃ 이상에서 90% 이상의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있으며, 175℃ 이상에서는 100%의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있다.According to the fifth embodiment of the ship exhaust gas filter in Table 6 it can be seen that implement the nitrogen oxide reduction efficiency of more than 90% at 150 ℃ or more, to implement the nitrogen oxide reduction efficiency of 100% at 175 ℃ or more You can see that.

상기 선박용 배기가스 필터의 제6실시예는, 세라믹 기판의 표면에 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제3실시예, 또는 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법의 제3실시예에 의해 제조된 촉매를 코팅시킨 구성을 가진다.The sixth embodiment of the ship exhaust gas filter is a third embodiment of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, or the third embodiment of a method for manufacturing the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter on the surface of a ceramic substrate. It has a configuration in which the catalyst prepared by coating.

아래 [표 7]는 150~200℃ 온도 범위에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제3실시예의 질소산화물 저감효율을 실험한 결과를 정리한 것이다.[Table 7] below summarizes the results of experiments on nitrogen oxide reduction efficiency of the third embodiment of the ship exhaust gas filter in the temperature range of 150 ~ 200 ℃.


Temp.[℃]

Temp. [℃]

150

150

155

155

160

160

165

165

170

170

175

175

180

180

185

185

190

190

195

195

200

200

DeNOx[%]

DeNOx [%]

95

95

97

97

98

98

98

98

98

98

99

99

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

[표 7]에서 상기 선박용 배기가스 필터의 제6실시예에 의하면 150℃ 이상에서 95% 이상의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있으며, 180℃ 이상에서는 100%의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 확인할 수 있다.
According to the sixth embodiment of the ship exhaust gas filter in Table 7 it can be seen that implement the nitrogen oxide reduction efficiency of more than 95% at 150 ℃ or more, to implement the nitrogen oxide reduction efficiency of 100% at 180 ℃ or more You can see that.

상기 [표 1] 내지 [표 7]에 의하면, 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1실시예 < 제2실시예 < 제3실시예로 질소산화물 제거효율이 우수한 것을 확인할 수 있으며, 일반적으로 금속 기판을 이용하는 경우, 세라믹 기판을 이용하는 경우에 비해 질소산화물 제거효율이 낮은 것으로 알려져 있으나, 상기와 같이 요철면을 가지는 금속 기판(10)을 이용함으로써, 세라믹 기판과 동일한 정도의 질소산화물 제거효율을 구현하는 것을 확인할 수 있다.According to Tables 1 to 7, it can be seen that the first embodiment of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter <second embodiment <the third embodiment is excellent in nitrogen oxide removal efficiency, In the case of using a metal substrate, the nitrogen oxide removal efficiency is known to be lower than that of the ceramic substrate. However, by using the metal substrate 10 having the uneven surface as described above, the nitrogen oxide removal efficiency is the same as that of the ceramic substrate. You can see that we implement

조촉매(promoter)는, 화학반응에서 촉매의 활성을 높이기 위해 고체 촉매에 첨가하는 물질로, 조촉매 자신은 촉매 역할을 하지 못하나 일부 조촉매는 촉매의 활성 성분과 상호작용하여 활성 고체 성분의 전자구조 또는 결정구조를 변화시켜 촉매작용을 받는 물질에 미치는 화학적 효과를 변화시킬 수 있다.A promoter is a substance that is added to a solid catalyst to increase the activity of the catalyst in a chemical reaction. The promoter itself does not act as a catalyst, but some promoters interact with the active component of the catalyst to produce electrons from the active solid component. By changing the structure or crystal structure, the chemical effects on the catalyzed material can be changed.

조촉매 금속 성분이 과다하게 사용되면, 제올라이트 담체 위에 골고루 분산되기 보다는 응집이나 겹침 현상으로 인하여 오히려 금속의 활성면을 침적하게 되어 성능이 떨어질 수 있고, 비율 범위 이하로 과소 사용하면 분산도가 낮아져 낮은 성능을 보인다.If the cocatalyst metal component is excessively used, the active surface of the metal may be deposited rather than uniformly dispersed on the zeolite carrier, thereby degrading the performance of the active surface of the metal. Shows performance.

본 출원인은 촉매 성능의 우수성 판단의 기준을 저온 활성에 두고, 가장 바람직하다고 판단되는, 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제1, 2, 3실시예에 개시된 바와 같은 조촉매 조성비로 한정하고 있으나, 이는 바람직한 함량 예시를 제시한 것으로 선박의 운전 조건에 따라서 다른 조성으로도 구현 가능하다. The applicant sets the criterion for determining the superiority of the catalyst performance at low temperature activity, and is limited to the cocatalyst composition ratio as disclosed in the first, second and third embodiments of the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, which is considered to be the most preferable. However, this suggests a preferred content example and can be implemented in other compositions according to the operating conditions of the ship.

조촉매로써 Cu, Mn은 저온을 활성화시킬 수 있는 물질로써, 산화·환원 반응을 저온에서 활발히 유도해 낼 수 있으며, 본 출원인의 연구, 실험 결과 우수한 활성 특성을 가지는 특정 혼합 비율이 존재하는 것을 확인할 수 있었으며, Ca는 황(sulfur)에 대한 내성을 강화시켜 줄 뿐만 아니라, Cu, Mn과 FeZSM5의 구조를 안정화시켜 줄 수 있기 때문에 안정성 및 내구성 측면에서 촉매 성능을 확보할 수 있다. As a promoter, Cu and Mn are materials capable of activating low temperatures, and can actively induce oxidation and reduction reactions at low temperatures. As a result of the applicant's research and experiments, it is confirmed that a specific mixing ratio having excellent active properties exists. Ca can not only enhance the resistance to sulfur, but also stabilize the structure of Cu, Mn and FeZSM5, thereby securing catalyst performance in terms of stability and durability.

아래 [표 8]은, 기존의 선박용 압출 촉매 필터, 상기 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매의 제3실시예를 코팅시킨 금속 기판(상기 선박 배기가스 필터의 제5실시예), 세라믹 기판(상기 선박 배기가스 필터의 제6실시예)의 촉매 부착성 평가 결과를 정리한 것이다.Table 8 below shows a metal substrate coated with a third embodiment of a conventional marine extrusion catalyst filter, a low temperature activated catalyst for marine exhaust gas filter (a fifth embodiment of the marine exhaust gas filter), and a ceramic substrate (the above The results of catalyst adhesion evaluation in Example 6 of the ship exhaust gas filter are summarized.

각각의 시편을 물이 담겨 있는 비커에 개별적으로 담그고, 각각의 비커를 초음파 세척 장치에 넣어 40 MHz로 3 min 동안 초음파를 인가하였으며, 이후 각 샘플들을 24 hrs동안 충분히 건조한 후 무게를 측정해서 촉매의 손실량, 부착성을 계산하였다.Each specimen was individually immersed in a beaker containing water, and each beaker was placed in an ultrasonic cleaning apparatus and sonicated at 40 MHz for 3 min. Then, each sample was sufficiently dried for 24 hrs and weighed to determine Loss amount and adhesion were calculated.


기존 압출 촉매 필터

Conventional Extrusion Catalytic Filter

제5실시예(금속 기판)

Fifth Embodiment (Metal Substrate)

제6실시예(세라믹 기판)

Sixth Embodiment (Ceramic Substrate)

부착성
결과

Attachment
result


0%


0%


95%


95%


45%


45%

부착성 실험은 촉매와 기판간의 결속력을 평가하는 것으로, 촉매의 결속력이 약할수록 기판에 부착되어 남아 있는 촉매가 적어, 질소산화물을 제거해 줄 수 있는 반응 사이트가 감소됨에 따라, 선박용 배기가스 필터 전체적으로 질소산화물 제거 성능이 저하된다고 판단할 수 있다. The adhesion test evaluates the binding force between the catalyst and the substrate. The weaker the binding force of the catalyst, the less catalyst remains attached to the substrate and the reaction site that can remove the nitrogen oxides decreases. It can be judged that the oxide removal performance falls.

기존 압출 촉매필터 < 본 발명의 실시예에 따른 저온 활성 촉매가 코팅된 세라믹 기판 < 본 발명의 실시예에 따른 저온 활성 촉매가 코팅된 금속 기판 순으로 부착성이 우수한 것을 확인할 수 있다.Existing extrusion catalyst filter <ceramic substrate coated with a low temperature active catalyst according to an embodiment of the present invention <can be confirmed that the adhesion is excellent in the order of the metal substrate coated with a low temperature active catalyst according to an embodiment of the present invention.

상기와 같은 우수한 부착성을 구현함에 있어서는, Alumina 단일성분의 침상형 구조를 가지는 졸(sol)형태의 상기 Aluminasol의 채택 및 그 적정 조성비, 요철 구조를 가지는 등의 상기 금속 기판의 표면 특성에 주요하게 기반하였다. In the implementation of the excellent adhesion as described above, the main characteristics of the surface characteristics of the metal substrate, such as the adoption of the sol-type Aluminasol having a needle-like structure of Alumina single component and its proper composition ratio, uneven structure Based.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.The present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments, and the claims and detailed description of the present invention together with the embodiments in which the above embodiments are simply combined with existing known technologies. In the present invention, it can be seen that the technology that can be modified and used by those skilled in the art are naturally included in the technical scope of the present invention.

10 : 금속기판 20 : 촉매
50 : 롤러
10: metal substrate 20: catalyst
50: Roller

Claims (26)

배기가스 내에 함유된 질소산화물 제거용 촉매에 있어서,
제올라이트 담체 FeZSM5, 상기 FeZSM5에 대해 Ca 1~5 중량%, Aluminasol 5~20중량%;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매.
In the catalyst for removing nitrogen oxide contained in the exhaust gas,
Zeolite support FeZSM5, Ca 1-5% by weight, Aluminasol 5-20% by weight relative to FeZSM5;
Low temperature active catalyst for exhaust gas filter, characterized in that comprising a.
제1항에 있어서,
상기 FeZSM5에 대해 Mn 1~5 중량%;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매.
The method of claim 1,
Mn 1-5 wt% with respect to FeZSM5;
Low temperature active catalyst for exhaust gas filter, characterized in that further comprises.
제1항에 있어서,
상기 FeZSM5에 대해 Mn 1~5 중량%, Cu 1~3중량%;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매.
The method of claim 1,
Mn 1-5 wt%, Cu 1-3 wt% based on the FeZSM5;
Low temperature active catalyst for exhaust gas filter, characterized in that further comprises.
제1항에 있어서,
상기 Aluminasol은,
Alumina 단일성분의 침상형 구조를 가지는 졸(sol)인 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매.
The method of claim 1,
The Aluminasol,
Low temperature active catalyst for exhaust gas filter, characterized in that the sol (sol) having a needle-like structure of Alumina monocomponent.
배기가스 내에 함유된 질소산화물 제거용 촉매를 제조하는 방법에 있어서,
DI water와 Cu precursor를 교반하는 제1단계;
상기 제1단계의 교반물과 FeZSM5를 교반하되, 상기 Cu가 상기 FeZSM5에 대해 1~3중량%가 되도록 교반하는 제2단계; 및
상기 제2단계의 교반물과 Aluminasol을 교반하되, 상기 Aluminasol을 상기 FeZSM5에 대해 5~20중량%로 교반하는 제3단계;
를 포함하여 구성되되,
상기 제1단계는,
상기 FeZSM5에 대해 1~5중량%의 Mn precursor, Ca 1~5 중량%를 추가로 교반하는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
In the method for producing a catalyst for removing nitrogen oxide contained in the exhaust gas,
A first step of stirring DI water and Cu precursor;
A second step of stirring the stirred material of the first step and FeZSM5, wherein the Cu is 1 to 3% by weight relative to the FeZSM5; And
A third step of stirring the aluminasol and the aluminasol of the second step, wherein the aluminasol is stirred at 5 to 20% by weight with respect to the FeZSM5;
, &Lt; / RTI &gt;
In the first step,
1-5 wt% of Mn precursor and 1-5 wt% of Ca based on FeZSM5 are further stirred.
제5항에 있어서,
50 ~ 80℃의 온도환경에서 이루어지며, FeZSM5 : DI water가 3~5 : 6~8의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
The method of claim 5,
It is made in a temperature environment of 50 ~ 80 ℃, FeZSM5: DI water is a low-temperature active catalyst manufacturing method for an exhaust gas filter, characterized in that having a weight ratio of 3 to 5: 6-8.
제5항에 있어서,
상기 제1단계는 30 min, 상기 제2단계는 1~3 hrs, 상기 제3단계는 1~2 hrs 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
The method of claim 5,
The first step is 30 min, the second step is 1 to 3 hrs, the third step is a low temperature active catalyst manufacturing method for an exhaust gas filter, characterized in that made for 1 to 2 hrs.
제5항에 있어서,
상기 제1단계는,
상기 FeZSM5에 대해 1~5중량%의 Mn precursor를 추가로 교반하는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.

The method of claim 5,
In the first step,
Method for producing a low temperature active catalyst for an exhaust gas filter, characterized in that for stirring 1 to 5% by weight of Mn precursor with respect to FeZSM5.

삭제delete 제8항에 있어서,
상기 제1단계는,
상기 DI water와 Cu precursor, Mn precursor를 교반하는 제1-1단계; 및
상기 DI water와 Mn precursor, Ca precursor를 교반하는 제1-2단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
9. The method of claim 8,
In the first step,
Step 1-1 to stir the DI water and Cu precursor, Mn precursor; And
Step 1-2 of stirring the DI water, Mn precursor, Ca precursor;
Low temperature active catalyst production method for an exhaust gas filter, characterized in that comprises a.
제10항에 있어서,
상기 제2단계는,
상기 제1-1단계의 교반물, 상기 제1-2단계의 교반물, FeZSM5를 교반하는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
The method of claim 10,
The second step comprises:
Method for producing a low temperature active catalyst for an exhaust gas filter, characterized in that the stirring of the first-first stage, the stirred of the first-second stage, FeZSM5.
제11항에 있어서,
상기 제1-1단계, 제1-2단계는 30~50 min, 상기 제2단계는 3~5 hrs, 상기 제3단계는 1~2 hrs 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
The method of claim 11,
Low temperature active catalyst for exhaust gas filter, characterized in that the first step, the first step is 30 ~ 50 min, the second step is 3 ~ 5 hrs, the third step is 1 ~ 2 hrs Manufacturing method.
금속 기판 또는 세라믹 기판에, 제1항에 의한 배기가스 필터용 저온 활성 촉매, 또는 제5항에 의한 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법에 의해 제조된 촉매를 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터.
An exhaust gas, which is formed by coating a metal substrate or a ceramic substrate with a low temperature active catalyst for exhaust gas filter according to claim 1 or a catalyst produced by the low temperature active catalyst for exhaust gas filter according to claim 5. Gas filter.
제13항에 있어서,
상기 금속 기판은,
촉매의 단위 면적당 코팅 면적을 평판에 비해 보다 확대시키기 위한 요철이 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터.
The method of claim 13,
The metal substrate,
An exhaust gas filter, characterized in that irregularities are formed on the surface to enlarge the coating area per unit area of the catalyst compared to the flat plate.
제14항에 있어서,
상기 금속 기판의 요철은,
0.2㎛이상에서 1.5㎛이하의 높이, 깊이 또는 너비를 가지며, 금속 기판(10) 전반에 걸쳐 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터.
15. The method of claim 14,
Unevenness of the metal substrate,
An exhaust gas filter having a height, a depth, or a width of less than or equal to 0.2 μm and less than or equal to 1.5 μm, and formed uniformly over the metal substrate 10.
제14항에 있어서,
상기 금속 기판의 요철은,
평판에 부착된 상태에서 가장자리부가 둔각을 이루게 되는 점도를 가지는 상기 촉매가, 상기 금속 기판에 부착된 상태에서 표면장력의 감소로 인해 예각을 이루도록 하는 사이즈와 밀도로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터.
15. The method of claim 14,
Unevenness of the metal substrate,
The catalyst having a viscosity that the edge portion is an obtuse angle in the state attached to the flat plate, the exhaust gas filter, characterized in that formed in size and density to achieve an acute angle due to the reduction of the surface tension in the state attached to the metal substrate .
배기가스 내에 함유된 질소산화물 제거용 촉매에 있어서,
제올라이트 담체 FeZSM5, 상기 FeZSM5 에 대해 Cu 1~3 중량%, Aluminasol 5~20 중량%;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
190~200℃의 온도범위에서 사용되며, 상기 온도범위에서 90%이상의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 특징으로 하는 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매.
In the catalyst for removing nitrogen oxide contained in the exhaust gas,
Zeolite carrier FeZSM5, 1-3 wt% Cu, 5-20 wt% Aluminasol based on FeZSM5;
And a control unit,
It is used in the temperature range of 190 ~ 200 ℃, low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, characterized in that to implement the nitrogen oxide reduction efficiency of more than 90% in the temperature range.
제17항에 있어서,
상기 FeZSM5 에 대해 Mn 1~5 중량%;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매.
18. The method of claim 17,
Mn 1-5 wt% with respect to FeZSM5;
Low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter, characterized in that further comprises.
배기가스 내에 함유된 질소산화물 제거용 촉매를 제조하는 방법에 있어서,
DI water 와 Cu precursor 를 교반하는 제1단계;
상기 제 1 단계의 교반물과 FeZSM5 를 교반하되, 상기 Cu 가 상기 FeZSM5 에 대해 1~3 중량%가 되도록 교반하는 제2단계; 및
상기 제 2 단계의 교반물과 Aluminasol 을 교반하되, 상기 Aluminasol 을 상기 FeZSM5 에 대해 5~20 중량%로 교반하는 제3단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
190~200℃의 온도범위에서 사용되며, 상기 온도범위에서 90%이상의 질소산화물 저감효율을 구현하는 것을 특징으로 하는 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
In the method for producing a catalyst for removing nitrogen oxide contained in the exhaust gas,
A first step of stirring DI water and Cu precursor;
A second step of stirring the stirred material of the first step and FeZSM5, wherein the Cu is 1 to 3% by weight relative to the FeZSM5; And
Stirring the aluminasol and the aluminasol of the second step, wherein the aluminasol is stirred at 5 to 20% by weight with respect to the FeZSM5;
And a control unit,
It is used in a temperature range of 190 ~ 200 ℃, low temperature active catalyst manufacturing method for a ship exhaust gas filter, characterized in that to implement a nitrogen oxide reduction efficiency of more than 90% in the temperature range.
제19항에 있어서,
50 ~ 80℃의 온도환경에서 이루어지며, FeZSM5 : DI water 가 3~5 : 6~8 의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
20. The method of claim 19,
It is made in a temperature environment of 50 ~ 80 ℃, FeZSM5: low temperature active catalyst production method for ship exhaust gas filter, characterized in that DI water has a weight ratio of 3 to 5: 6 to 8.
제19항에 있어서,
상기 제1단계는 30 min, 상기 제2단계는 1~3 hrs, 상기 제3단계는 1~2 hrs 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
20. The method of claim 19,
The first step is 30 min, The second step is 1 to 3 hrs, The third step is a low temperature active catalyst manufacturing method for a ship exhaust filter, characterized in that made for 1 to 2 hrs.
제19항에 있어서,
상기 제1단계는,
상기 FeZSM5 에 대해 1~5 중량%의 Mn precursor 를 추가로 교반하는 것을 특징으로 하는 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법.
20. The method of claim 19,
In the first step,
Method for producing a low temperature active catalyst for a ship exhaust gas filter, characterized in that further stirring 1 to 5% by weight of Mn precursor with respect to FeZSM5.
금속 기판 또는 세라믹 기판에, 제17항에 의한 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매, 또는 제19항에 의한 선박 배기가스 필터용 저온 활성 촉매 제조방법에 의해 제조된 촉매를 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 필터.
A metal substrate or a ceramic substrate is formed by coating a catalyst prepared by the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter according to claim 17 or the low temperature active catalyst for ship exhaust gas filter according to claim 19. Marine exhaust gas filter.
제23항에 있어서,
상기 금속 기판은,
촉매의 단위 면적당 코팅 면적을 평판에 비해 보다 확대시키기 위한 요철이 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 필터.
24. The method of claim 23,
The metal substrate,
A marine exhaust gas filter, characterized in that irregularities are formed on the surface to enlarge the coating area per unit area of the catalyst compared to the flat plate.
제24항에 있어서,
상기 금속 기판의 요철은,
0.2 ㎛이상에서 1.5 ㎛이하의 높이, 깊이 또는 너비를 가지며, 금속 기판 전반에 걸쳐 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 필터.
25. The method of claim 24,
Unevenness of the metal substrate,
A ship exhaust gas filter having a height, depth or width of 0.2 μm or more and 1.5 μm or less and uniformly formed throughout the metal substrate.
제24항에 있어서,
상기 금속 기판의 요철은,
평판에 부착된 상태에서 가장자리부가 둔각을 이루게 되는 점도를 가지는 상기 촉매가, 상기 금속기판에 부착된 상태에서 표면장력의 감소로 인해 예각을 이루도록 하는 사이즈와 밀도로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스 필터.
25. The method of claim 24,
Unevenness of the metal substrate,
The catalyst having a viscosity at which the edge portion forms an obtuse angle in a state of being attached to a flat plate is formed in a size and density to form an acute angle due to a decrease in surface tension in a state of being attached to the metal substrate. filter.
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