KR101315761B1 - 자동차 배기가스 촉매와 그 제조방법 - Google Patents
자동차 배기가스 촉매와 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101315761B1 KR101315761B1 KR1020070129529A KR20070129529A KR101315761B1 KR 101315761 B1 KR101315761 B1 KR 101315761B1 KR 1020070129529 A KR1020070129529 A KR 1020070129529A KR 20070129529 A KR20070129529 A KR 20070129529A KR 101315761 B1 KR101315761 B1 KR 101315761B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- catalyst
- exhaust gas
- iron oxide
- cocatalyst
- cone
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 170
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 93
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 8
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- 239000012692 Fe precursor Substances 0.000 claims description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000007613 slurry method Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 23
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 abstract description 20
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 abstract description 16
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 abstract description 16
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 26
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
- F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
- F01N2260/14—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for modifying or adapting flow area or back-pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
- F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
본 발명은 자동차 배기가스 정화용 촉매와 그 제조방법에 관한 것으로서, 전방에 산화철이 담지되고 귀금속이 함유되지 않은 콘 형상의 보조 촉매를 배치하고 그 후방에 귀금속이 함유된 통상의 삼원촉매를 배치하여 구성한 자동차 배기가스 정화용 촉매와 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 촉매에서는 엔진오일의 침적이 발생하여 쓸모가 없어질 전방 입구쪽 부위에 귀금속이 담지되어 있지 않으면서 최소한의 활성을 나타낼 수 있는 산화물계 보조 촉매를 적용함으로써, 엔진오일의 피독으로 인해 손실될 부분들을 제거하는 동시에 후방 주 촉매의 활성을 보호하여 전체적인 촉매 내구성을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 전방의 보조 촉매는 산화철 코팅층이 엔진오일 성분에 대해 주 촉매를 보호하는 역할을 수행함과 더불어 CO를 산화시키는 역할을 함으로써, 냉시동시에 주 촉매의 저온 활성을 개선하는 효과를 제공한다. 또한 전방의 보조 촉매를 귀금속을 함유하지 않은 콘 형상으로 형성함으로써, 촉매의 제조원가를 절감할 수 있고, 촉매 담체 전반의 배기가스 분배 상태를 개선할 수 있으며, 이에 촉매의 유효 체적을 증가시켜 촉매 활용 효율을 높일 수 있는 효과가 있게 된다.
자동차, 배기가스 정화, 촉매, 콘 형상, 보조 촉매, 주 촉매, 산화철
Description
본 발명은 자동차 배기가스 정화용 촉매와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진오일의 피독으로 인해 손실될 부분들을 제거하는 동시에 후방 주 촉매의 활성을 보호하여 전체적인 촉매 내구성을 향상시킬 수 있고, 촉매 피독에 대한 대비와 더불어 촉매 성능을 향상시킬 수 있는 자동차 배기가스 정화용 촉매와 그 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.
이에 따라, 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 방지하는 것이 환경위생상 매우 중요한 문제로 대두되고 있고, 통상의 자동차에서는 배기가스를 배출하기 전 에 반드시 정화처리를 하도록 규제하고 있다.
자동차에서 배기가스를 정화하기 위해 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 위해 사용되는 삼원촉매는 배기가스의 유해성분인 일산화탄소, 질소산화물 및 탄화수소계 화합물과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거하는 촉매를 의미하는데, 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계의 삼원촉매를 이용하여 왔다.
한편, 자동차의 삼원촉매는 차량 주행기간 중 여러 요인으로 인해 열화가 발생한다.
열화 모드 중에서 엔진오일의 침적은 촉매의 유효 활성 표면적을 감소시켜 특히 NOx 정화성능에 악영향을 미친다.
엔진오일의 피독은 촉매의 입구부터 침적되어 뒤로 갈수록 점점 커지는 경향을 보이는데, 도 1은 엔진오일에 의한 피독 성분의 침적 패턴을 촉매 입구에서부터 측정한 결과로서, 주로 입구측 1인치 부근에 대부분의 피독 성분이 침적됨을 알 수 있다.
촉매의 활성은 엔진오일 피독에 의해 대략 5 ~ 20 % 정도 악화될 수 있으며, 이는 촉매가 장착된 차량이 배출기준을 만족하느냐 아니냐를 결정할 수 있는 수치이기도 하다.
이와 같이 엔진오일 등의 피독 성분에 오염된 촉매는 특히 NOx 성능 저하에 치명적인데, 최근의 NOx 규제 강화 동향에 비추어 피독에 대한 대비가 시급하다고 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 엔진오일의 침적이 발생하여 쓸모가 없어질 전방 입구쪽 부위에 귀금속이 담지되어 있지 않으면서 최소한의 활성을 나타낼 수 있는 산화물계 보조 촉매를 적용함으로써, 엔진오일의 피독으로 인해 손실될 부분들을 제거하는 동시에 후방 주 촉매의 활성을 보호하여 전체적인 촉매 내구성을 향상시킬 수 있고, 촉매 피독에 대한 대비와 더불어 촉매 성능을 향상시킬 수 있는 자동차 배기가스 정화용 촉매와 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전방에 산화철이 담지되고 귀금속이 함유되지 않은 콘 형상의 보조 촉매를 배치하고, 그 후방에 귀금속이 함유된 삼원촉매를 배치하여 구성한 자동차 배기가스 정화용 촉매를 제공한다.
여기서, 상기 보조 촉매는 산화철(Fe2O3) 30 ~ 60 중량%와 실리케이트 40 ~ 70 중량%를 전체 담체 겉보기 부피에 대해 70 ~ 120 g/L로 담지시켜 제조된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 산화철이 담지되고 귀금속이 함유되지 않은 콘 형상의 보조 촉매를 제조하는 단계와; 삼원촉매를 제조하는 단계와; 상기 보조 촉매를 상기 삼 원촉매의 전방에 배치하여 보조 촉매와 삼원촉매가 전후로 조합된 촉매를 구성하는 단계;를 포함하는 자동차 배기가스 정화용 촉매의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 보조 촉매를 제조하는 단계는, 산화철 파우더를 획득하는 단계와; 획득된 산화철 파우더와 함께 실리케이트를 혼합용액에 첨가한 뒤 밀링하여 보조 촉매용 슬러리를 제조하는 단계와; 상기 보조 촉매용 슬러리를 콘 형상으로 제조된 담체의 표면에 코팅한 뒤 건조 및 소성하여 산화철이 담지된 보조 촉매를 완성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 산화철 파우더를 획득하는 단계에서, 금속염 형태의 철 전구체 수용액에 암모니아수를 추가하여 Fe(OH)2 침전물을 획득하고, 상기 침전물을 증류수로 세척한 뒤 건조 및 소성함으로써 산화철 파우더를 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 슬러리를 제조하는 단계에서, 산화철(Fe2O3) 30 ~ 60 중량%와 실리케이트 40 ~ 70 중량%를 보조 촉매의 전체 담체 겉보기 부피에 대해 70 ~ 120 g/L로 사용하여 슬러리를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 촉매에서는 엔진오일의 침적이 발생하여 쓸모가 없어질 전방 입구쪽 부위에 귀금속이 담지되어 있지 않으면서 최소한의 활성을 나타낼 수 있는 산화물계 보조 촉매를 적용함으로써, 엔진오일의 피독으로 인해 손실될 부 분들을 제거하는 동시에 후방 주 촉매의 활성을 보호하여 전체적인 촉매 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 전방의 보조 촉매는 산화철 코팅층이 엔진오일 성분에 대해 주 촉매를 보호하는 역할을 수행함과 더불어 CO를 산화시키는 역할을 함으로써, 냉시동시에 주 촉매의 저온 활성을 개선하는 효과를 제공한다.
또한 전방의 보조 촉매를 귀금속을 함유하지 않은 콘 형상으로 형성함으로써, 촉매의 제조원가를 절감할 수 있고, 촉매 담체 전반의 배기가스 분배 상태를 개선할 수 있으며, 이에 촉매의 유효 체적을 증가시켜 촉매 활용 효율을 높일 수 있는 효과가 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 엔진오일 피독에 의한 활성 저하를 막기 위해 개발된 촉매와 그 제조방법에 관한 것으로서, 기본 개념은 엔진오일의 침적이 발생하여 쓸모가 없어질 입구쪽 부위에는 귀금속이 담지되어 있지 않으면서 최소한의 활성을 나타낼 수 있는 산화물계 촉매를 적용하여, 엔진오일의 피독으로 인해 손실될 부분들을 제거하는 동시에 후방 주 촉매의 활성을 보호하여 전체적인 촉매 내구성을 향상시키고자 한 것이다.
이에 더하여, 촉매 담체의 형상 변경을 통해서 촉매 담체로 유입되는 배출가 스의 분배를 고르게 하여 전체적인 정화성능을 개선하고자 한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매의 구성 및 그 형상을 도시한 개략도로서, 도시된 바와 같이, 전방에 산화철이 담지되고 귀금속이 함유되지 않은 보조 촉매(11)를 배치하고, 그 후방에 귀금속이 함유된 주 촉매(12)를 배치하여 구성한다.
이때, 배기가스가 유입되는 입구쪽에 배치되는 전방의 보조 촉매(11)와 그 후방에 배치되는 주 촉매(12)를 구분하여, 전방의 입구쪽 보조 촉매(11)는 콘(cone) 형상으로 형성하고, 그 후방의 주 촉매(12)는 기존과 동일한 원통 형상으로 형성한다.
이러한 본 발명의 촉매는 보조 촉매와 주 촉매용 담체를 각각 제조한 뒤, 각 담체에 각각의 촉매 슬러리를 코팅한 후 건조 및 소성하는 방식으로 각 촉매를 제조하고, 이렇게 제조한 두 촉매를 전후방에 배치시켜 조합함으로써 구성할 수 있다.
이때, 보조 촉매(11)는 콘 형상으로, 주 촉매(12)는 통상의 삼원촉매 형상, 예컨대 원통 형상으로 제조하며, 두 촉매(11,12)를 서로 맞닿도록 하여 전후로 배치하거나(butted type, 두 촉매가 맞닿아 있는 타입), 혹은 5 ~ 20 mm의 간격으로 떨어져 있는 형태를 취하도록 두 촉매(11,12)를 전후로 이격시켜 배치한다.
상기와 같이 콘 형상의 보조 촉매가 적용되는 경우, 중앙부위(촉매 단면 기준 중앙부위)에서 담체의 축방향 길이가 길어지므로 배기가스의 흐름이 억제되는 반면, 중앙부위에서 바깥방향(반경방향)으로 갈수록 담체의 축방향 길이가 짧아지므로 콘 형상 외곽으로 가면서 배기가스의 흐름이 원활해진다.
결과적으로 배기가스가 촉매 전반으로 고르게 분배되면서 배기가스 성분을 좀더 개선할 수 있게 된다.
즉, 종래에는 중앙으로 배기가스의 흐름이 집중되어 촉매 활용 효율이 감소하는 문제가 있었지만, 본 발명의 촉매 형상에서는 촉매로 유입되는 배기가스의 분배가 고르게 개선되면서 촉매의 유효 체적(배기가스 처리 부피) 및 촉매 활용 효율이 높아지고, 이에 정화성능이 개선될 수 있게 되는 것이다.
이러한 형상은 특히 WCC 촉매에 유효하며, 저가의 고내열성 알루미나 담체에 역시 저가의 철 촉매(Fe2O3)를 코팅한 보조 촉매를 WCC 촉매의 입구에 위치하도록 주 촉매의 전방에 위치시켜 촉매를 구성한다.
한편, 상기와 같이 콘 형상으로 형성되는 보조 촉매는 배기가스가 유입되는 촉매 부분으로서, 희생촉매의 역할을 하면서 배기가스의 분배를 개선하는 기능을 하며, 특히 산화철(Fe2O3)과 고내열성 실리케이트(silicate)를 담지시켜 제조하게 된다.
상기 주 촉매의 경우는 기존의 삼원촉매, 즉 Pt, Pd, Rh의 조합, 세리아, 알루미나가 혼합, 담지된 통상의 삼원촉매이며, 그 기능도 기존 삼원촉매와 동일하다.
다만, 본 발명의 촉매에서는 기존 삼원촉매 앞에 아래 기능의 철계 콘형 보조 촉매를 두어 보조 촉매의 효과에 의해 삼원촉매의 성능 및 내구성이 개선되게 된다.
상기 보조 촉매의 경우, 주 촉매 전방에서 엔진오일 피독 성분을 흡수하여 엔진오일 피독 성분이 주 촉매로 유입되는 것을 억제하게 되며, 이를 통해 주 촉매를 보호하고, 주 촉매의 내구성을 증대시키는 효과를 나타내도록 한다.
또한 냉시동시에 산화철(Fe2O3)에 의한 CO 산화반응을 유도하여 주 촉매의 저온 활성을 개선하게 된다.
또한 상기 보조 촉매는 냉시동시에 수분 흡수를 통한 주 촉매의 저온 냉시동성을 개선하게 되고, 아울러 전술한 바와 같이 콘 형상의 특성상 촉매 담체 전반으로 배기가스가 고르게 분배되도록 하는 특성을 가지는 바, 배기가스의 분배를 개선하게 된다.
주 촉매는 담체 표면에 귀금속이 함유된 통상의 삼원촉매 슬러리를 코팅한 뒤 건조 및 소성하여 제조하며, 상기 보조 촉매는 담체 표면에 귀금속이 함유되지 않은 별도 촉매 슬러리를 코팅한 뒤 건조 및 소성하여 제조한다.
여기서, 콘 형상의 보조 촉매 및 그 제조 과정에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.
상기 보조 촉매는 산화철(Fe2O3) 30 ~ 60 중량%와 고내열성 실리케이트(silicate) 40 ~ 70 중량%를 담체에 담지시켜 제조하는데, 이때 산화철과 실리케이트가 담체 표면에서 비표면적 50㎡/g 이상으로 담지되도록 제조한다.
여기서, 산화철이 사용된 촉매는 산화 특성을 가지나 귀금속 대비 성능이 열세이므로, 동등한 수준의 초기 CO 산화 특성을 가지도록 하기 위해서는 산화철을 귀금속 사용량의 최소 5배 이상 사용해야 하며, 이에 본 발명에서는 산화철의 사용량을 30 중량%(하한치) 이상으로 제한한다.
다만, 산화철의 비표면적이 실리케이트 대비 낮은 25 ~ 70 ㎡/g(제조 조건인 암모니아수 첨가 속도, 건조, 소성 온도 및 시간에 따라 가변적임)이므로, 60 중량%를 초과하여 사용할 경우, 초기 비표면적이 실리케이트와 혼합하더라도 100㎡/g 이하로 떨어지게 되며, 이는 가스 접촉면적의 감소로 이어지므로, 초기 활성의 부족을 초래하게 되는 문제가 있게 된다. 따라서, 본 발명에서는 산화철의 사용량을 60 중량%(상한치) 이하로 제한한다.
상기 보조 촉매의 내열성은 950℃에서 10시간 열화 후 비표면적이 초기 비표면적의 10% 이내에서 만족되도록 하며, 상기 보조 촉매의 축방향 길이는 대략 1인치가 되도록 제조한다.
상기와 같은 보조 촉매를 제조하기 위해서는 촉매 슬러리 제조에 사용할 산화철(Fe2O3) 파우더를 우선 획득해야 하는 바, 산화철 파우더를 획득하는 공정은 첨부한 도 3에 나타낸 바와 같다.
산화철 파우더(철 산화물 파우더)는 금속염 형태의 철 전구체(질산염, 황산염, 염산염 등)를 이용하여 침전 과정을 거쳐서 제조한다.
일 예로, 먼저 Fe 질산염 혹은 염산염 0.2 ~ 2 몰 농도의 수용액에 2 ~ 10 % 농도의 암모니아수를 추가하되, 혼합용액의 pH가 10 이하가 되도록 암모니아수를 추가한다.
이와 같이 암모니아수를 추가하여 Fe(OH)2 침전물을 획득한 후, 침전물을 2차 증류수로 세척하되, 세척 공정 후단의 증류수 pH가 8 이하로 떨어질 때까지 세척을 한다.
이후 80℃에서 12시간 이상 오버나이트(over night) 건조 과정을 거친 뒤, 500℃의 공기 중에 2시간 동안 소성을 하며, 이와 같은 소성 과정을 통해 비표면적 25 ~ 70 ㎡/g의 산화철(Fe2O3) 파우더를 최종적으로 획득한다.
상기의 공정을 통해 산화철(Fe2O3) 파우더가 획득되면, 산화철과 실리케이트를 콘형 담체의 와시코트로 사용하여 산화철과 실리케이트가 담지된 콘형 보조 촉매를 제조하게 되는데, 산화철(Fe2O3) 와시코팅 보조 촉매의 제조 공정은 첨부한 도 4에 나타낸 바와 같다.
우선, 비표면적 25 ~ 70 ㎡/g의 산화철(Fe2O3) 30 ~ 60 중량%와, 비표면적 100 ~ 150 ㎡/g의 실리케이트 40 ~ 70 중량%를 서로 혼합하여 혼합용액에 첨가한 뒤 밀링하여 촉매 슬러리를 생성한다.
이때, 산화철과 실리케이트는 상기의 사용 비율로 혼합하되, 그 혼합물의 양이 전체 콘형 담체의 겉보기 부피에 대해 70 ~ 120 g/L(Dry Gain 기준)가 되도록 사용한다.
상기 혼합용액으로는 증류수(2차 이상)가 사용될 수 있는데, 산화철과 실리케이트를 증류수에 첨가한 뒤 초산 또는 수산을 사용하여 pH를 7 ~ 9로 맞춰준다.
밀링시에는 볼 밀(ball mill)의 방법으로 입도를 조절해가면서 밀링하여 입자 크기 2㎛ 이하인 것이 전체 입자 중 90 vol% 이상이 되도록 미분하며, 밀링을 수행한 결과 고형분이 30 ~ 50 %이고 pH 7 ~ 9인 촉매 슬러리를 얻는다.
상기와 같이 촉매 슬러리를 제조한 후 알루미나 콘형 담체에 코팅하는데, 코팅 후에는 150℃의 열풍으로 20분간 건조한 뒤, 500℃의 공기 중에 2시간 동안 소성하여 최종의 Fe2O3계 콘형 보조 촉매를 완성하게 된다.
상기 보조 촉매의 담체로는 고온 내구성의 알루미나 혹은 그 상당의 재질을 사용한다.
이와 같이 콘형 보조 촉매를 완성하게 되면 완성된 보조 촉매를 통상의 삼원촉매 전방에 위치시켜서 자동차용 촉매를 구성하게 된다.
한편, 본 발명자는 상술한 바와 같이 산화철을 사용한 콘형 보조 촉매의 적용에 따른 촉매의 개선 효과를 시험을 통해 확인하였으며, 그 개선 효과(분배 개선, CO 산화 작용, 수증기 흡착에 의한 잠열 활용과 TWC(Three Way Catalyst)의 수증기에 의한 LOT 악화 개선 효과 조합의 결과임)에 대해 설명하면 다음과 같다.
a) 열화 기준
: 전기로 열화, 1100℃에서 100시간 열화 후 시험
b) 기존 촉매(삼원촉매)
: 7Pd/Rh(중량 비율 Pd : Ph = 7 : 1)를 담체 겉보기 부피에 대하여 2.0g/L로 사용, 촉매 전체 부피 1.0L, 담체 겉보기 부피에 대하여 세리아 함량 25g/L
c) 본 발명의 촉매(철계 콘형 보조 촉매 + 기존 촉매(삼원촉매))
: 철계 콘형 보조 촉매 - Fe2O3 35 중량% + 실리케이트 65 중량%를 담체 겉보기 부피에 대하여 47g/L로 사용, 촉매 전체 부피 0.2L, 세리아 및 귀금속 미함유
: 기존 촉매 - 7Pd/Rh(중량 비율 Pd : Ph = 7 : 1)를 담체 겉보기 부피에 대하여 2.0g/L로 사용, 촉매 전체 부피 0.7L, 담체 겉보기 부피에 대하여 세리아 함량 25g/L
하기 표 1은 시험 결과로서 철계 콘형 보조 촉매 적용에 따른 촉매의 개선 효과를 나타낸 것이다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 보조 촉매에 따르면 THC 및 NOx의 정화효율은 대등한 수준이나 CO의 정화효율은 월등히 향상될 수 있음을 알 수 있다.
도 1은 통상의 촉매에서 엔진오일에 의한 피독 성분의 침적 패턴을 촉매 입구에서부터 측정한 결과를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 촉매의 구성 및 그 형상을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 보조 촉매 제조를 위해 산화철 파우더를 제조하는 공정도,
도 4는 본 발명에 따른 보조 촉매 제조를 위한 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 보조 촉매 12 : 주 촉매
Claims (10)
- 배기가스가 유입되는 전방의 입구쪽에 배치되며 산화철이 담지되고 귀금속이 함유되지 않은 콘 형상의 보조 촉매와, 상기 보조 촉매의 후방에 배치되며 귀금속이 함유된 삼원촉매 형상의 주 촉매로 구성되어,상기 콘 형상의 보조 촉매에 의해 촉매 단면기준 중앙부위에서 담체의 축방향 길이가 길어지면서 배기가스의 흐름이 억제되도록 함과 더불어, 중앙부위에서 바깥방향으로 갈수록 담체의 축방향 길이가 짧아지면서 배기가스의 흐름이 원활하게 되도록 하고,상기 보조 촉매는 산화철(Fe2O3) 30 ~ 60 중량%와 실리케이트 40 ~ 70 중량%를 전체 담체 겉보기 부피에 대해 70 ~ 120 g/L로 담지시켜 제조된 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 촉매.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 보조 촉매는 축방향 길이가 1인치로 제조된 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 촉매.
- 청구항 1에 있어서,상기 보조 촉매와 주 촉매는 서로 맞닿아 있도록 전후 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 촉매.
- 청구항 1에 있어서,상기 보조 촉매와 주 촉매는 5 ~ 20 mm 간격으로 이격되어 전후 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 촉매.
- 산화철이 담지되고 귀금속이 함유되지 않은 콘 형상의 보조 촉매를 제조하는 단계와;삼원촉매를 제조하는 단계와;상기 보조 촉매를 상기 삼원촉매의 전방에 배치하여 보조 촉매와 삼원촉매가 전후로 조합된 촉매를 구성하되, 배기가스가 유입되는 전방의 입구쪽에 배치되며 산화철이 담지되고 귀금속이 함유되지 않은 콘 형상의 보조 촉매와, 상기 보조 촉매의 후방에 배치되며 귀금속이 함유된 삼원촉매 형상의 주 촉매로 구성하여, 상기 콘 형상의 보조 촉매에 의해 촉매 단면기준 중앙부위에서 담체의 축방향 길이가 길어지면서 배기가스의 흐름이 억제되도록 함과 더불어, 중앙부위에서 바깥방향으로 갈수록 담체의 축방향 길이가 짧아지면서 배기가스의 흐름이 원활하게 되도록 하는 단계;를 포함하여 구성되는 자동차 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,상기 보조 촉매를 제조하는 단계는,산화철 파우더를 획득하는 단계와;획득된 산화철 파우더와 함께 실리케이트를 혼합용액에 첨가한 뒤 밀링하여 보조 촉매용 슬러리를 제조하는 단계와;상기 보조 촉매용 슬러리를 콘 형상으로 제조된 담체의 표면에 코팅한 뒤 건조 및 소성하여 산화철이 담지된 보조 촉매를 완성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 산화철 파우더를 획득하는 단계에서, 금속염 형태의 철 전구체 수용액에 암모니아수를 추가하여 Fe(OH)2 침전물을 획득하고, 상기 침전물을 증류수로 세척한 뒤 건조 및 소성함으로써 산화철 파우더를 획득하는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
- 청구항 8에 있어서,Fe 질산염 혹은 염산염 0.2 ~ 2 몰 농도의 수용액에 2 ~ 10 % 농도의 암모니아수를 추가하되, 혼합용액의 pH가 10 이하가 되도록 암모니아수를 추가하여 Fe(OH)2 침전물을 획득하고, 상기 침전물을 증류수로 세척한 뒤 건조 및 소성하여 산화철 파우더를 획득하는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,상기 슬러리를 제조하는 단계에서, 산화철(Fe2O3) 30 ~ 60 중량%와 실리케이트 40 ~ 70 중량%를 보조 촉매의 전체 담체 겉보기 부피에 대해 70 ~ 120 g/L로 사용하여 슬러리를 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070129529A KR101315761B1 (ko) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | 자동차 배기가스 촉매와 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070129529A KR101315761B1 (ko) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | 자동차 배기가스 촉매와 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090062338A KR20090062338A (ko) | 2009-06-17 |
| KR101315761B1 true KR101315761B1 (ko) | 2013-10-10 |
Family
ID=40991596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070129529A KR101315761B1 (ko) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | 자동차 배기가스 촉매와 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101315761B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021142076A1 (en) * | 2020-01-07 | 2021-07-15 | Environmental Energy Services, Inc. | Amended silicates for scavenging and destroying dioxins/furans and other organics in industrial process streams and effluents |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101637586B1 (ko) * | 2010-05-17 | 2016-07-07 | 현대자동차주식회사 | 차량의 촉매 장치 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000070729A (ja) * | 1998-08-27 | 2000-03-07 | Nec Corp | 環境触媒とこの環境触媒を用いた空気清浄器 |
| KR20030097226A (ko) * | 2002-06-20 | 2003-12-31 | 현대자동차주식회사 | 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법 |
-
2007
- 2007-12-13 KR KR1020070129529A patent/KR101315761B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000070729A (ja) * | 1998-08-27 | 2000-03-07 | Nec Corp | 環境触媒とこの環境触媒を用いた空気清浄器 |
| KR20030097226A (ko) * | 2002-06-20 | 2003-12-31 | 현대자동차주식회사 | 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021142076A1 (en) * | 2020-01-07 | 2021-07-15 | Environmental Energy Services, Inc. | Amended silicates for scavenging and destroying dioxins/furans and other organics in industrial process streams and effluents |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20090062338A (ko) | 2009-06-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2047903B1 (en) | Catalyst for purifying exhaust gas | |
| JP6246192B2 (ja) | 三元触媒系 | |
| KR101438953B1 (ko) | 저온에서의 NOx 흡장성능이 개선된 LNT촉매 | |
| JP4012320B2 (ja) | 希薄燃焼エンジン用排気ガス浄化用触媒 | |
| JP2003126694A (ja) | 排ガス浄化用触媒 | |
| KR20120024936A (ko) | 배기 가스 정화 촉매 및 그 제조 방법 | |
| JP6087362B2 (ja) | 白金系酸化触媒、及びそれを用いた排気ガス浄化方法 | |
| JP4703818B2 (ja) | 排気ガス浄化用触媒および排気ガス浄化方法 | |
| JP3844511B2 (ja) | ディーゼルエンジンの排ガス清浄化のための触媒系 | |
| JP5869498B2 (ja) | 脱硝触媒組成物、及び脱硝方法 | |
| JPWO2010029978A1 (ja) | 排ガス浄化用触媒 | |
| JP2020179348A (ja) | 排ガス浄化用触媒 | |
| JPH0884911A (ja) | 窒素酸化物分解用触媒およびこれを用いたディーゼルエンジン排ガスの浄化方法 | |
| KR101315761B1 (ko) | 자동차 배기가스 촉매와 그 제조방법 | |
| JPH08281106A (ja) | 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法 | |
| WO2012160437A1 (en) | Exhaust gas control system, exhaust gas purification catalyst and method for the production of exhaust gas purification catalyst | |
| WO2019187604A1 (ja) | ディーゼル酸化触媒粉末及びその製造方法、並びに一体構造型排ガス浄化用触媒 | |
| JPH08281110A (ja) | 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法 | |
| JPH10192713A (ja) | 排気ガス浄化用触媒及びその使用方法 | |
| JP3800200B2 (ja) | 排ガス浄化方法及び排ガス浄化用触媒 | |
| JPH11123331A (ja) | 排気ガス浄化用触媒 | |
| JP2009178673A (ja) | 排ガス浄化装置 | |
| JPH09225264A (ja) | 排気ガス浄化用触媒 | |
| KR20080003964A (ko) | 고유황 연료를 사용하는 디젤자동차용 산화촉매 조성물 | |
| WO2006115239A1 (ja) | 排気ガス浄化用触媒 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |