KR101432330B1 - 배출 가스 정화용 촉매 - Google Patents

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Abstract

높은 배출 가스 정화 효율을 달성한다. 배출 가스 정화용 촉매(1)는, 기재(2)와, 기재(2)를 피복함과 아울러 산소저장재료를 포함한 산소저장층(3)과, 산소저장층(3)을 피복함과 아울러 팔라듐 및 로듐과 이들을 담지한 담체를 포함하고, 또한 산소저장층(3)과 비교하여 귀금속 밀도가 보다 높은 촉매층(4)을 포함하고 있다.

Description

배출 가스 정화용 촉매{EXHAUST GAS-PURIFYING CATALYST}
본 발명은 배출 가스 정화용 촉매에 관한 것으로, 특히 산소저장재료를 포함한 배출 가스 정화용 촉매에 관한 것이다.
종래부터, 자동차 등의 배출 가스를 처리하는 배출 가스 정화용 촉매로서는, 알루미나 등의 무기산화물로 이루어지는 내열성 담체에 귀금속을 담지시킨 3원 촉매가 널리 사용되고 있다. 이 3원 촉매에서, 귀금속은 질소산화물(NOx)의 환원반응 및 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)의 산화반응을 촉진하는 역할을 하고 있다. 또한, 내열성 담체는, 귀금속의 비표면적을 증대시킴과 아울러, 반응에 따른 발열을 소산시켜 귀금속의 소결(sintering)을 억제하는 역할을 하고 있다.
일본 특허 공개 평1-281144호 공보, 일본 특허 공개 평9-155192호 공보 및 일본 특허 공개 평9-221304호 공보에는, 산화 세륨 또는 세륨과 다른 금속원소를 함유한 산화물을 사용한 배출 가스 정화용 촉매가 기재되어 있다. 이들 산화물은 산소 저장 기능을 갖고 있는 산소저장재료이다. 산소저장재료를 3원 촉매에서 사용하면, 상기의 환원반응 및 산화반응을 최적화할 수 있다. 그러나, 이하에 설명하는 바와 같이, 산소저장재료를 사용한 3원 촉매이더라도, 엔진을 시동한 직후의 상태와 엔진을 계속적으로 가동한 상태 모두에 있어서 양호한 성능을 달성하는 것은 어렵다.
엔진을 시동한 직후의 상태에서는 촉매의 온도가 낮다. 저온 조건하에 귀금속이 배출 가스를 정화하는 능력은, 고온 조건하에 귀금속이 배출 가스를 정화하는 능력과 비교하여 보다 낮다. 그러므로, 엔진을 시동한 직후에 있어서의 성능을 고려하는 경우, 배출 가스 정화용 촉매의 열용량을 작게 하는 것, 예컨대 귀금속이나 산소저장재료의 사용량을 적게 하는 것이 유리하다.
한편, 엔진을 계속적으로 가동한 상태에서는 촉매의 온도가 충분히 높다. 이 경우, 귀금속이 배출 가스를 정화하는 능력이 높기 때문에, 배출 가스 정화용 촉매는, 배출 가스 조성의 변동에 대응하도록, 보다 많은 산소저장재료를 포함하고 있는 것이 유리하다.
이와 같이, 엔진을 시동한 직후에 있어서의 성능과 엔진을 계속적으로 가동한 상태에 있어서의 성능은 이율배반의 관계에 있다. 그 때문에, 엔진을 시동한 직후의 상태와 엔진을 계속적으로 가동한 상태 모두에 있어서 양호한 성능을 달성하는 것은 어렵고, 따라서 항상 높은 배출 가스 정화 효율을 달성하는 것은 어렵다.
(발명의 개시)
본 발명의 목적은 높은 배출 가스 정화 효율을 달성하는 것에 있다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 기재와, 상기 기재를 피복함과 아울러 산소저장재료를 포함하는 산소저장층과, 상기 산소저장층을 피복함과 아울러 팔라듐 및 로듐과 이들을 담지한 담체를 포함하고, 또한 상기 산소저장층과 비교하여 귀금속 밀도가 보다 높은 촉매층을 구비한 배출 가스 정화용 촉매가 제공된다.
도 1은 본 발명의 한 형태에 따른 배출 가스 정화용 촉매를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매에 채용 가능한 구조의 일례를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매에 채용 가능한 다른 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매에 채용 가능한 다른 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매에 채용 가능한 다른 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매에 채용 가능한 다른 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 본 발명의 형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 형태에 따른 배출 가스 정화용 촉매를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 배출 가스 정화용 촉매에 채용 가능한 구조의 일례를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)는 모노리스(monolith) 촉매이다. 이 배출 가스 정화용 촉매(1)는 모노리스 허니컴(monolith honeycomb) 기재 등의 기재(2)를 포함하고 있다. 기재(2)는 전형적으로는 코제라이트 등의 세라믹스제이다.
기재(2)의 격벽상에는 산소저장층(3)이 형성되어 있다. 산소저장층(3)은 내열성 담체와 산소저장재료를 포함하고 있다.
내열성 담체는 산소저장재료와 비교하여 열안정이 우수하다. 내열성 담체의 재료로서는, 예컨대 알루미나, 지르코니아 또는 티타니아를 사용할 수 있다.
산소저장재료는, 예컨대 세리아(ceria), 세리아와 다른 금속산화물의 복합산화물 및/또는 고용체, 또는 그들의 혼합물이다. 복합산화물 및/또는 고용체로서는, 예컨대 세리아와 지르코니아의 복합산화물 및/또는 고용체를 사용할 수 있다.
산소저장층(3)은 백금, 로듐 및 팔라듐 등의 귀금속을 더 포함하고 있더라도 좋다. 통상, 산소저장층(3)의 산소 저장 기능은, 산소저장층(3)이 소량의 귀금속을 포함하고 있는 경우, 산소저장층(3)이 귀금속을 포함하고 있지 않은 경우와 비교하여 보다 높다.
산소저장층(3)은 바륨 등의 알칼리 토금속의 산화물, 란탄, 네오디뮴, 프라세오디뮴 및 이트륨 등의 희토류 원소의 산화물, 또는 그들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 이들 산화물은, 세리아 등의 다른 산화물과 복합산화물 및/또는 고용체를 형성하고 있더라도 좋다.
산소저장층(3)상에는 촉매층(4)이 형성되어 있다. 촉매층(4)은 내열성 담체와 산소저장재료와 팔라듐과 로듐을 포함하고 있다. 도 2의 예에서, 촉매층(4)은 제 1 촉매층(4a)과 제 2 촉매층(4b)의 적층체이다.
제 1 촉매층(4a)은 산소저장층(3)과 제 2 촉매층(4b)의 사이에 개재되어 있다. 제 1 촉매층(4a)은 내열성 담체와 산소저장재료와 팔라듐을 포함하고 있다.
제 2 촉매층(4b)은 제 1 촉매층(4a)을 피복하고 있다. 제 2 촉매층(4b)은 내열성 담체와 산소저장재료와 로듐을 포함하고 있다.
제 1 촉매층(4a)은 제 2 촉매층(4b)과 비교하여 팔라듐 밀도가 보다 높다. 제 2 촉매층(4b)은 제 1 촉매층(4a)과 비교하여 로듐 밀도가 보다 높다. 예컨대, 제 1 촉매층(4a)은 로듐을 실질적으로 포함하고 있지 않고, 제 2 촉매층(4b)은 팔라듐을 실질적으로 포함하고 있지 않다.
내열성 담체는 산소저장재료와 비교하여 열안정이 우수하다. 촉매층(4)이 포함하는 내열성 담체의 재료로서는, 예컨대 산소저장층(3)에 대하여 예시한 것을 사용할 수 있다. 제 1 촉매층(4a)이 포함하는 내열성 담체와 제 2 촉매층(4b)이 포함하는 내열성 담체는 동일하더라도 좋고, 다르더라도 좋다.
촉매층(4)이 포함하는 산소저장재료의 재료로서는, 예컨대 산소저장층(3)에 대하여 예시한 것을 사용할 수 있다. 제 1 촉매층(4a)이 포함하는 산소저장재료와 제 2 촉매층(4b)이 포함하는 산소저장재료는 동일하더라도 좋고, 다르더라도 좋다.
촉매층(4)에 있어서, 내열성 담체 및/또는 산소저장재료는, 팔라듐 및 로듐을 담지하고 있는 담체이다.
산소저장층(3)이 포함하는 산소저장재료는, 촉매층(4)이 포함하는 산소저장재료의 예컨대 75질량% 이상으로 한다. 이 질량비를 상기 범위 내로 한 경우, 적은 산소저장재료의 사용량으로 특히 높은 산소 저장 기능을 달성할 수 있다.
촉매층(4)은 팔라듐 및 로듐 이외의 귀금속을 더 포함하고 있더라도 좋다. 예컨대, 촉매층(4)은 백금 등의 팔라듐 및 로듐 이외의 백금족 원소를 더 포함하고 있더라도 좋다. 이 경우, 제 1 촉매층(4a) 및 제 2 촉매층(4b)의 한쪽만이 팔라듐 및 로듐 이외의 귀금속을 더 포함하고 있더라도 좋고, 그들의 양쪽이 팔라듐 및 로듐 이외의 귀금속을 더 포함하고 있더라도 좋다.
촉매층(4)은 산소저장층(3)과 비교하여 귀금속 밀도가 보다 높다. 도 2의 예에서는, 제 1 촉매층(4a) 및 제 2 촉매층(4b)의 각각은 산소저장층(3)과 비교하여 귀금속 밀도가 보다 높다.
통상, 촉매층(4)은 산소저장층(3)과 비교하여 보다 다량의 귀금속을 포함하고 있다. 배출 가스 정화용 촉매(1)가 포함하고 있는 전체 귀금속에 대한 촉매층(4)이 포함하고 있는 귀금속의 비율은, 예컨대 80질량% 이상이다.
촉매층(4)은 바륨 등의 알칼리 토금속의 산화물, 란탄, 네오디뮴, 프라세오디뮴 및 이트륨 등의 희토류 원소의 산화물, 또는 그들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 이들 산화물은, 세리아 등의 다른 산화물과 복합산화물 및/또는 고용체를 형성하고 있더라도 좋다. 또한, 이들 산화물은, 제 1 촉매층(4a) 및 제 2 촉매층(4b)의 한쪽만이 포함하고 있더라도 좋고, 양쪽이 포함하고 있더라도 좋다.
이 배출 가스 정화용 촉매(1)로부터 산소저장층(3)을 생략한 경우, 촉매층(4)이, NOx의 환원반응 및 CO 및 HC의 산화반응을 촉진시키는 역할과, 산소를 저장하는 역할의 양쪽을 맡게 하여야 한다. 그러나, 이 경우, 배출 가스 정화용 촉매(1)의 열용량을 작게 하도록 촉매층(4)의 코팅량을 작게 하고, 또한, NOx의 환원반응 및 CO 및 HC의 산화반응의 효율을 최대화하도록 귀금속의 밀도를 높이면, 산소저장재료의 양이 감소하는 것에 더하여, 산소저장재료의 산소 저장 기능이 저하된다. 그 결과, 촉매층(4)의 산소 저장 기능이 현저히 저하되어, 배출 가스 정화용 촉매(1)의 배출 가스 정화 효율은 배출 가스의 조성에 크게 의존하게 된다.
이에 대하여, 촉매층(4)과 기재(2)의 사이에 산소저장층(3)을 개재시킨 경우, NOx의 환원반응 및 CO 및 HC의 산화반응을 촉진시키는 역할을 주로 촉매층(4)이 하게 하고, 산소를 저장하는 역할의 적어도 일부를 산소저장층(3)이 하게 할 수 있다. 그 때문에, 산소저장층(3)에, 산소저장재료의 산소 저장 기능을 최대화하는 설계를 채용할 수 있다. 그러므로, 산소저장층(3)의 코팅량을 작게 한 경우라도, 충분히 큰 산소 저장 기능을 달성할 수 있다. 따라서, 촉매층(4)의 코팅량을 작게 하고 또한 촉매층(4)에 있어서의 팔라듐 및 로듐의 밀도를 높인 경우라도, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)의 산소 저장 기능이 불충분하게 되는 것은 아니다. 더구나, 산소저장층(3)은 촉매층(4)과 기재(2)의 사이에 개재되어 있으므로, 산소저장층(3)이 촉매층(4)과 배출 가스의 접촉을 방해하지 않는다. 그러므로, 이 구조를 채용하면, 엔진을 시동한 직후의 상태와 엔진을 계속적으로 가동한 상태의 모두에 있어서, 높은 배출 가스 정화 효율을 달성하는 것이 가능해진다.
이 배출 가스 정화용 촉매(1)에는, 다양한 변형이 가능하다.
도 3 내지 도 6은 도 1에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매에 채용 가능한 다른 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매(1)는, 제 2 촉매층(4b)이 산소저장층(3)과 제 1 촉매층(4a)의 사이에 개재되어 있는 것 외에는, 도 2에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매(1)와 같은 구조를 갖고 있다. 이와 같이, 제 1 촉매층(4a)과 제 2 촉매층(4b)의 적층 순서는 임의이다.
도 4에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매(1)는, 촉매층(4)이 단층 구조를 갖고 있는 것 외에는, 도 2에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매(1)와 같은 구조를 갖고 있다. 즉, 촉매층(4)에 있어서, 팔라듐과 로듐은 대략 균일하게 혼합되어 있다. 이와 같이, 촉매층(4)은 단층 구조를 갖고 있더라도 좋고, 다층 구조를 갖고 있더라도 좋다.
도 5에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매(1)는, 기재(2)와 산소저장층(3)의 사이에 개재된 탄화수소 흡착층(5)을 더 포함하고 있는 것 외에는, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)와 같은 구조를 갖고 있다. 탄화수소 흡착층(5)은 제올라이트 등의 탄화수소 흡착 재료를 포함하고 있다. 이 구조를 채용하면, 도 2에 도시된 구조를 채용한 경우와 비교하여, HC 방출을 저감할 수 있다.
도 6에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)는, 산소저장층(3)이 제올라이트 등의 탄화수소 흡착 재료를 더 포함하고 있는 것 외에는, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)와 같은 구조를 갖고 있다. 이 구조를 채용하면, 도 2에 도시된 구조를 채용한 경우와 비교하여, HC 방출을 저감할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 구조를 채용한 경우, 도 5에 도시된 구조를 채용한 경우와 비교하여, 배출 가스 정화용 촉매(1)의 제조를 간략화할 수 있다.
또, 도 5 및 도 6에 나타내는 배출 가스 정화용 촉매(1)에서는, 촉매층(4)에, 도 3 또는 도 4에 도시된 구조를 채용하더라도 좋다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)에서는, 제 1 촉매층(4a)과 제 2 촉매층(4b)의 적층 순서를 반대로 하더라도 좋고, 촉매층(4)에 단층 구조를 채용하더라도 좋다.
이하, 본 발명의 예에 대하여 설명한다.
<촉매 A의 제조>
본 예에서는, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
우선, 20g의 알루미나 분말과 20g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 탈이온수를 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S1이라고 부른다.
다음으로, 이 슬러리 S1의 전량을, 코제라이트로 이루어지는 모노리스 허니컴 기재(2)에 코팅했다. 여기서는, 길이가 100㎜이며, 용적이 1.0ℓ이며, 1평방인치당 900개의 셀이 마련된 모노리스 허니컴 기재를 사용했다. 이 모노리스 허니컴 기재(2)를, 250℃에서 1시간 건조시키고, 이어서 500℃에서 1시간 소성했다. 이에 의해, 모노리스 허니컴 기재(2)상에 산소저장층(3)을 형성했다.
이어서, 12.5g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 팔라듐을 1.5g 함유한 질산 팔라듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S2라고 부른다.
다음으로, 이 슬러리 S2의 전량을 상기 모노리스 허니컴 기재(2)에 코팅했다. 이 모노리스 허니컴 기재(2)를, 250℃에서 1시간 건조시키고, 이어서 500℃에서 1시간 소성했다. 이에 의해, 산소저장층(3)상에 제 1 촉매층(4a)을 형성했다.
그 후, 12.5g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 로듐을 0.5g 함유한 질산 로듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S3이라고 부른다.
다음으로, 이 슬러리 S3의 전량을 상기 모노리스 허니컴 기재(2)에 코팅했다. 이 모노리스 허니컴 기재(2)를, 250℃에서 1시간 건조시키고, 이어서 500℃에서 1시간 소성했다. 이에 의해, 제 1 촉매층(4a)상에 제 2 촉매층(4b)을 형성했다.
이상과 같이 하여, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 완성했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 A라고 부른다.
<촉매 B의 제조>
본 예에서는, 도 3에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
즉, 본 예에서는, 슬러리 S2 대신에 슬러리 S3을 사용하고, 슬러리 S3 대신에 슬러리 S2를 사용한 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 도 3에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 제조했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 B라고 부른다.
<촉매 C의 제조>
본 예에서는, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
27g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 팔라듐을 1.5g 함유한 질산 팔라듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S4라고 부른다.
또한, 27g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 로듐을 0.5g 함유한 질산 로듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S5라고 부른다.
본 예에서는, 슬러리 S2 대신에 슬러리 S4를 사용하고, 슬러리 S3 대신에 슬러리 S5를 사용한 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 제조했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 C라고 부른다.
<촉매 D의 제조>
본 예에서는, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
2g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 팔라듐을 1.5g 함유한 질산 팔라듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S6이라고 부른다.
또한, 2g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 로듐을 0.5g 함유한 질산 로듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S7이라고 부른다.
본 예에서는, 슬러리 S2 대신에 슬러리 S6을 사용하고, 슬러리 S3 대신에 슬러리 S7을 사용한 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 제조했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 D라고 부른다.
<촉매 E의 제조>
본 예에서는, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
21.2g의 알루미나 분말과 18.8g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 탈이온수를 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S8이라고 부른다.
본 예에서는, 슬러리 S1 대신에 슬러리 S8을 사용한 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 제조했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 E라고 부른다.
<촉매 F의 제조>
본 예에서는, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
20g의 알루미나 분말과 20g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 0.05g의 팔라듐을 함유한 질산 팔라듐 수용액과 0.05g의 로듐을 함유한 질산 로듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S9라고 부른다.
또한, 12.5g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 팔라듐을 1.45g 함유한 질산 팔라듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S10이라고 부른다.
또한, 12.5g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 로듐을 0.45g 함유한 질산 로듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S11이라고 부른다.
본 예에서는, 슬러리 S1 대신에 슬러리 S9를 사용하고, 슬러리 S2 대신에 슬러리 S10을 사용하며, 슬러리 S3 대신에 슬러리 S11을 사용한 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 제조했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 F라고 부른다.
<촉매 G의 제조>
본 예에서는, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
20g의 알루미나 분말과 20g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 4g의 황산 바륨 분말과 2g의 탄산 란탄 분말과 탈이온수를 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S12라고 부른다.
또한, 12.5g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 팔라듐을 1.5g 함유한 질산 팔라듐 수용액과 2.5g의 황산 바륨 분말과 1.3g의 탄산 란탄 분말을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S13이라고 부른다.
또한, 12.5g의 알루미나 분말과 12.5g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 로듐을 0.5g 함유한 질산 로듐 수용액과 2.5g의 황산 바륨 분말과 1.3g의 탄산 란탄 분말을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S14라고 부른다.
본 예에서는, 슬러리 S1 대신에 슬러리 S12를 사용하고, 슬러리 S2 대신에 슬러리 S13을 사용하며, 슬러리 S3 대신에 슬러리 S14를 사용한 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 도 2에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 제조했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 G라고 부른다.
<촉매 H의 제조>
본 예에서는, 도 4에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
우선, 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 모노리스 허니컴 기재(2)상에 산소저장층(3)을 형성했다.
이어서, 25g의 알루미나 분말과 25g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 팔라듐을 1.5g 함유한 질산 팔라듐 수용액과 로듐을 0.5g 함유한 질산 로듐 수용액을 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S15라고 부른다.
다음으로, 이 슬러리 S15의 전량을 상기 모노리스 허니컴 기재(2)에 코팅했다. 이 모노리스 허니컴 기재(2)를, 250℃에서 1시간 건조시키고, 이어서 500℃에서 1시간 소성했다. 이에 의해, 산소저장층(3)상에 촉매층(4)을 형성했다.
이상과 같이 하여, 도 4에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 완성했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 H라고 부른다.
<촉매 I의 제조>
본 예에서는, 도 5에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
우선, 100g의 제올라이트 분말과 탈이온수를 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S16이라고 부른다.
다음으로, 이 슬러리 S16의 전량을, 촉매 A의 제조에서 사용한 것과 같은 모노리스 허니컴 기재(2)에 코팅했다. 이 모노리스 허니컴 기재(2)를, 250℃에서 1시간 건조시키고, 이어서 500℃에서 1시간 소성했다. 이에 의해, 모노리스 허니컴 기재(2)상에 탄화수소 흡착층(5)을 형성했다.
그 후, 탄화수소 흡착층(5)상에, 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 산소저장층(3), 제 1 촉매층(4a) 및 제 2 촉매층(4b)을 순차적으로 형성했다.
이상과 같이 하여, 도 5에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 완성했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 I라고 부른다.
<촉매 J의 제조>
본 예에서는, 도 6에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 이하의 방법으로 제조했다.
20g의 알루미나 분말과 20g의 세륨-지르코늄 산화물 분말과 100g의 제올라이트 분말과 탈이온수를 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S17이라고 부른다.
본 예에서는, 슬러리 S1 대신에 슬러리 S17을 사용한 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 도 6에 도시된 배출 가스 정화용 촉매(1)를 제조했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매(1)를 촉매 J라고 부른다.
<촉매 K의 제조>
본 예에서는, 배출 가스 정화용 촉매를 이하의 방법으로 제조했다.
40g의 알루미나 분말과 탈이온수를 혼합하여, 슬러리를 조제했다. 이하, 이 슬러리를 슬러리 S18이라고 부른다.
본 예에서는, 슬러리 S1 대신에 슬러리 S18을 사용한 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 배출 가스 정화용 촉매를 제조했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매를 촉매 K라고 부른다.
<촉매 L의 제조>
본 예에서는, 슬러리 S1을 모노리스 허니컴 기재에 코팅하지 않은 것 외에는 촉매 A에 대하여 설명한 것과 같은 방법에 의해, 배출 가스 정화용 촉매를 제조했다. 즉, 본 예에서는, 산소저장층을 생략했다. 이하, 이 배출 가스 정화용 촉매를 촉매 L이라고 부른다.
<시험>
촉매 A 내지 H의 각각을, 배기량이 0.7ℓ인 엔진을 갖는 자동차에 탑재했다. 이어서, 각 자동차에 대해, 60,000㎞의 내구 주행거리를 주행시켰다. 그 후, 10ㆍ15모드법 및 11모드법에 의해, 비(非) 메탄 탄화수소(NMHC), CO 및 NOx의 각각에 대하여 주행거리 1㎞당 배출량을 측정했다. 또, NMHC의 배출량은, 탄소수 등량(等量)에 따른 용량비로 나타낸 값을 그램으로 환산한 값이다. 또한, 10ㆍ15모드법으로 얻어진 측정치에는 88/100을 곱하고, 11모드법으로 얻어진 측정치에는 12/100을 곱하여, 그들의 합산치를 구했다. 그 결과를 이하의 표에 정리한다.
Figure 112009023036018-pct00001
상기 표에 나타낸 바와 같이, 촉매 A 내지 J를 사용한 경우, 촉매 K 및 L을 사용한 경우와 비교하여 NMHC 및 NOx 배출량의 각각이 적고, CO 배출량은 촉매 K 및 L을 사용한 경우와 동등 또는 그 이하였다. 특히, 촉매 A 내지 J를 사용한 경우, 촉매 K 및 L을 사용한 경우와 비교하여, NMHC 및 NOx 배출량의 각각을 대폭 저감할 수 있었다.
다른 이익 및 변형은, 당업자에게 용이하다. 그러므로, 본 발명은, 그 보다 넓은 측면에 있어서, 여기에 기재된 특정한 기재나 대표적인 형태에 한정되어서는 안 된다. 따라서, 첨부된 청구의 범위 및 그 등가물에 의해 규정되는 본 발명의 포괄적 개념의 진의 또는 범위로부터 일탈하지 않는 범위 내에서, 다양한 변형이 가능하다.

Claims (13)

  1. 기재,
    상기 기재를 피복함과 아울러 산소저장재료를 포함하는 산소저장층, 및
    상기 산소저장층을 피복함과 아울러 팔라듐 및 로듐과 이들을 담지한 담체를 포함하고, 또한 상기 산소저장층과 비교하여 귀금속 밀도가 보다 높은 촉매층
    을 구비하며,
    상기 촉매층은 산소저장재료를 포함하고 있지 않거나, 또는 상기 산소저장층의 산소저장재료 함량은 상기 촉매층의 산소저장재료 함량의 75질량% 이상이고,
    상기 촉매층은 제 1 및 제 2 촉매층의 적층체를 포함하고, 상기 제 1 촉매층은 상기 제 2 촉매층과 비교하여 팔라듐 밀도가 보다 높으며, 상기 촉매층은 상기 제 1 촉매층과 비교하여 로듐 밀도가 보다 높은
    배출 가스 정화용 촉매.
  2. 기재,
    상기 기재를 피복함과 아울러 산소저장재료를 포함하는 산소저장층, 및
    상기 산소저장층을 피복함과 아울러 팔라듐 및 로듐과 이들을 담지한 담체를 포함하고, 또한 상기 산소저장층과 비교하여 귀금속 밀도가 보다 높은 촉매층
    을 구비하며,
    상기 산소저장층 및 상기 촉매층 중 적어도 한쪽은 알루미나를 함유하고, 상기 산소저장층 및 상기 촉매층의 각각에서, 알루미나 함유량은 산소저장재료 함유량과 비교하여 동등하거나 또는 보다 작은
    배출 가스 정화용 촉매.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매층의 귀금속 함량은 상기 배출 가스 정화용 촉매의 귀금속 함량의 80질량% 이상인 배출 가스 정화용 촉매.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매층은 알칼리 토금속의 산화물 및/또는 희토류 원소의 산화물을 더 포함하는 배출 가스 정화용 촉매.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매층은 바륨 및/또는 란탄의 산화물을 더 포함하는 배출 가스 정화용 촉매.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산소저장재료는 세륨을 포함하는 배출 가스 정화용 촉매.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산소저장재료는 세륨-지르코늄 산화물을 포함하는 배출 가스 정화용 촉매.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산소저장층은 탄화수소 흡착 재료를 더 포함하는 배출 가스 정화용 촉매.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄화수소 흡착 재료는 제올라이트를 포함하는 배출 가스 정화용 촉매.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기재와 상기 산소저장층의 사이에 개재됨과 아울러 탄화수소 흡착 재료를 포함하는 탄화수소 흡착층을 더 구비하는 배출 가스 정화용 촉매.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄화수소 흡착 재료는 제올라이트를 포함하는 배출 가스 정화용 촉매.
  12. 제 2 항에 있어서.
    상기 촉매층은 제 1 및 제 2 촉매층의 적층체를 포함하고, 상기 제 1 촉매층은 상기 제 2 촉매층과 비교하여 팔라듐 밀도가 보다 높으며, 상기 촉매층은 상기 제 1 촉매층과 비교하여 로듐 밀도가 보다 높은 배출 가스 정화용 촉매.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매층은 단층 구조를 갖고 있는 배출 가스 정화용 촉매.
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