KR102044604B1 - Perovskite catalyst for low temperature combustion of Particulate Matter emitted in diesel engine and ozone oxidation system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 디젤엔진 배출 입자상물질의 저온 연소를 위한 페로브스카이트 촉매 및 이를 이용한 입자상물질의 오존 산화 시스템을 개시한다. 본 실시예에 따르면, 오존을 이용한 디젤엔진 배출 입자상물질의 저온 연소를 위한 ABO3 또는 A2BO4 구조를 갖는 페로브스카이트 촉매가 제공된다. 본 발명을 통해 디젤 자동차의 배출가스 온도가 100~300℃ 이하인 환경에서 PM 연소 혹은 DPF의 재생이 효율적으로 이루어지는 시스템을 구축할 수 있다.The present invention discloses a perovskite catalyst for low temperature combustion of diesel engine exhaust particulate matter and an ozone oxidation system of particulate matter using the same. According to this embodiment, a perovskite catalyst having an ABO 3 or A 2 BO 4 structure for low temperature combustion of diesel engine exhaust particulate matter using ozone is provided. According to the present invention, it is possible to construct a system in which PM combustion or DPF is efficiently regenerated in an environment where the exhaust gas temperature of a diesel vehicle is 100 to 300 ° C. or less.

Description

디젤엔진 배출 입자상물질의 저온 연소를 위한 페로브스카이트 촉매 및 이를 이용한 입자상물질의 오존 산화 시스템{Perovskite catalyst for low temperature combustion of Particulate Matter emitted in diesel engine and ozone oxidation system using the same}Perovskite catalyst for low temperature combustion of Particulate Matter emitted in diesel engine and ozone oxidation system using the same}

본 발명은 디젤엔진 배출 입자상물질(Particulate Matter: PM)의 저온 연소를 위한 페로브스카이트 촉매 및 이를 이용한 입자상물질의 오존 산화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a perovskite catalyst for low temperature combustion of diesel exhaust particulate matter (PM) and ozone oxidation system of particulate matter using the same.

디젤 엔진은 토크가 크고 열효율이 높아 CO2 배출량이 적으며, 산소 과잉 조건에서 연비가 가솔린 엔진 대비 약 30% 우수하여 화석연료의 고갈문제와 이산화탄소 배출 규제에 대응할 수 있는 매우 유효한 동력원으로 주목 받아 왔다. Diesel engines have high torque and high thermal efficiency, resulting in low CO 2 emissions, and fuel efficiency is about 30% better than gasoline engines under excessive oxygen conditions. .

한편 디젤 엔진을 포함한 열기관에서 발생하는 배출가스는 환경 오염의 주범으로 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 입자상물질(PM) 등을 포함하며 배출억제 정책을 통해 이들의 배출량을 규제하고 있다. On the other hand, emissions from heat engines including diesel engines include carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NO x ), and particulate matter (PM) as the main causes of environmental pollution. Emissions are regulated.

또한 디젤 자동차의 배출가스는 세계보건기구(WHO)에서 2012년 1등급 발암물질로 공표하였으며, 전 세계적으로 디젤 엔진의 배출 허용기준을 강화하고 있다. 지속적인 디젤 자동차의 배출가스 규제 강화에 따라 현재 상용화된 기술에 한계가 부각되어 이에 따른 문제점들을 해결하고자 유해가스 저감 기술에 대한 관심이 다시 높아지고 있다.In addition, the emission of diesel vehicles was announced by the World Health Organization as a Class 1 carcinogen in 2012, and the emission standards of diesel engines are being strengthened around the world. As the emission regulations of diesel cars continue to be strengthened, the limitation of current commercially available technologies is highlighted, and interest in harmful gas reduction technologies is increasing again to solve the problems.

현재 상용화된 PM 배출억제 기술로는 연속재생 촉매필터 (Continuous Regeneration Trap, 이하 CRT) 기술이 대표적인데, 배출가스 중 PM을 Diesel Particulate Filter (DPF)에 포집하고 DPF에 코팅된 Pt 촉매 혹은 DPF 전단의 Pt 촉매를 이용해 배출가스 중에 포함된 NO를 NO2로 전환시킨 후, 250℃ 이상의 온도에서 NO2가 DPF에 포집된 PM을 연소시킴으로써 PM 포집과 동시에 연속적으로 PM을 제거(DPF를 재생)하는 것을 원리로 한다. Currently, commercially available PM emission suppression technology is a continuous regeneration trap (CRT) technology, which collects PM in a diesel particulate filter (DPF) and collects Pt catalyst or DPF front end coated with DPF. After converting NO contained in the exhaust gas into NO 2 using Pt catalyst, NO 2 continuously burns PM trapped in DPF at 250 ℃ or higher and removes PM continuously (regenerates DPF). On principle.

현재 상용화되어 있는 CRT 기술은 NO2를 산화제로 이용하고 있으며, NO2에 의한 PM 연소반응은 250℃ 이상의 온도에서 가시적인 반응속도를 보인다, 그러나 자동차의 시동을 건 직후를 의미하는 Cold Start 환경이나 시내주행이 주로 이루어지는 운전 환경에서는 배출가스의 온도가 NO2에 의한 PM 연소반응이 진행될 정도로 충분히 높지 않아 PM의 축적과 연소가 연속적으로 일어나지 못하고, PM의 축적만이 지속되는 상황이 발생한다. 이렇게 과도하게 PM이 축적된 상태에서 고온(500℃ 이상)의 배출가스에 노출되는 경우 PM이 한꺼번에 연소되어, 과다한 발열현상으로 인해 DPF가 열파손되는 문제가 발생한다. Currently commercially available CRT technology uses NO 2 as an oxidizing agent, and PM combustion reaction by NO 2 shows a visible reaction rate at temperatures above 250 ° C. In an operating environment in which the city is mainly driven, the temperature of the exhaust gas is not high enough to proceed with the PM combustion reaction by NO 2 , so that PM accumulation and combustion do not occur continuously, and only PM accumulation occurs. When the PM is exposed to the high temperature (over 500 ° C) exhaust gas in the state of excessive accumulation of PM, the PM is burned at once, resulting in a problem of thermal damage of the DPF due to excessive heat generation.

상술한 DPF 내구성과 관련된 문제보다 PM의 저온 연소기술이 더욱 절실히 필요한 이유는 현재 전세계적으로 추진되고 있는 에너지 효율 개선과 이산화탄소 배출량 규제 강화로 인해“고연비 저배출 엔진 및 자동차”가 요구되고 있기 때문이다. 현재 디젤 엔진 자동차의 고연비 기술은 연료량에 비하여 산소가 과잉으로 존재하는 희박 연소 방식에 근거를 두고 있다. 이는 적은 연료를 더 효율적으로 사용하여 기존 기술 대비 30% 가량의 높은 연비와 비교적 적은 이산화탄소 배출량을 달성하게끔 한다. 한편 고연비 운전조건에서는 엔진 연소실에서 연소되는 연료의 량이 적어 연소반응으로부터 발생하는 열이 작아 배출가스의 온도가 낮아지게 된다. The reason why PM's low temperature combustion technology is more urgently needed than the above-mentioned problems related to DPF durability is that “high fuel consumption low emission engines and automobiles” are required due to the improvement of energy efficiency and tightening regulations on carbon dioxide which are being promoted worldwide. . The high fuel efficiency technology of diesel engines is based on lean-burning systems, where oxygen is present in excess of fuel volume. This allows less fuel to be used more efficiently, achieving up to 30% higher fuel economy and relatively lower CO2 emissions than existing technologies. On the other hand, in the high fuel consumption operating conditions, the amount of fuel burned in the engine combustion chamber is small, and the heat generated from the combustion reaction is small, thereby reducing the temperature of the exhaust gas.

따라서 배출가스 온도에 대한 의존성이 높은 현재의 배출가스 정화 촉매 장치에는 불리한 배출가스 조건이 조성된다. 이를 해결할 방법으로 정화장치의 온도를 배출가스 저감 활성을 보이는 수준으로 높이고자 연료의 일부를 정화장치에서 연소시키는 방법을 이용하기도 한다. 그러나 이로 인해 엔진의 연비가 다시 낮아지게 되는 문제가 발생하게 된다. Hence, an exhaust gas condition is created in the current exhaust gas purification catalyst device having a high dependency on the exhaust gas temperature. As a solution to this problem, some of the fuel may be burned in the purifier in order to raise the temperature of the purifier to the level of emission reduction activity. However, this causes a problem that the fuel economy of the engine is lowered again.

따라서 고연비 저배출 (즉, 연비가 높은 동시에 배출가스 저감효율도 높은 상태)을 목표로 하여 차량의 연비를 개선하기 위해서는 배출가스 정화 시스템이 약 150℃ 부근의 저온에서도 높은 배출가스 저감 성능을 보여야만 한다. 미국 에너지부 (Department of Energy, DOE)가 주관하여 개최된 US Drive Workshop (2012년)에서는 배출가스 정화 장치의 저온 작동 필요성을 중시하여 “The 150℃ Challenge”라 표현하며 150℃ 에서도 높은 배출가스 저감성능을 보이는 촉매기술이 필요함을 보고한 바 있다. 국내에서도 이산화탄소 배출량 규제가 강화될 예정으로 고 연비 저 배출 기술에는 CRT의 작동 온도를 150℃ 수준으로 내리는 연구가 반드시 동반되어야 한다.Therefore, in order to improve the fuel efficiency of vehicles aiming at high fuel consumption and low emissions (that is, high fuel efficiency and high emission reduction efficiency), the exhaust gas purification system must show high emission reduction performance even at low temperatures around 150 ° C. do. The US Drive Workshop (2012), hosted by the US Department of Energy (DOE), emphasizes the need for low temperature operation of the exhaust gas purification unit and expresses it as “The 150 ℃ Challenge” and reduces emissions even at 150 ℃. It has been reported that there is a need for catalytic technology that shows performance. Regulations on CO2 emissions will be tightened in Korea. High fuel efficiency low emission technologies must be accompanied by a study to lower the operating temperature of CRTs to 150 ° C.

오존은 산소, 이산화질소, 과산화수소보다 월등히 높은 산화능을 가지고 있는 물질로, 환경 및 인체에 유해한 영향을 미치는 화학종이지만 150℃ 이상에서 쉽게 열분해되기 때문에 화학제품 생산, 환경 후처리 등 저온산화 성능을 필요로 하는 다양한 분야에서 적용되고 있다. 한편 오존은 디젤 엔진 PM을 포함한 다양한 탄소상 입자물질들을 상온에 가까운 낮은 온도조건에서도 연소시킬 수 있다. Ozone is a material that has a much higher oxidation capacity than oxygen, nitrogen dioxide, and hydrogen peroxide. It is a chemical species that has a detrimental effect on the environment and the human body. However, ozone is easily thermally decomposed at temperatures above 150 ° C. It is applied in various fields. Ozone, on the other hand, can burn various carbonaceous particulates, including diesel engine PM, even at low temperatures close to room temperature.

따라서 오존을 이용한 디젤 엔진 PM의 연소반응에 관한 연구는 이미 많은 국내외 연구진들에 의해 진행된 바 있으며, 예상과 같이 250℃ 이하인 환경에서 충분한 PM의 연소 성능을 보인 것으로 알려져 있다. 그러나 150℃ 이상에서는 오존의 열분해가 가속되고, PM 외에도 배출가스에 포함되어 있는 질소 산화물, 미연 탄화수소, 일산화탄소 등과 반응하여 소모되기 때문에 가시적인 PM 연소를 위해서는 너무 많은 량의 오존을 주입해야 한다는 문제점이 상용화의 걸림돌이 되고 있다. (Y. Itoh, Y. Sakakibara, H. Shinjoh, RSC Adv. 4 (2014) 19144-19149)Therefore, studies on the combustion reaction of ozone-based diesel engine PM have been conducted by many domestic and foreign researchers, and it is known that the combustion performance of PM is sufficient in the environment below 250 ° C as expected. However, since the decomposition of ozone is accelerated above 150 ° C and consumed by reacting with nitrogen oxides, unburned hydrocarbons, and carbon monoxide contained in the exhaust gas in addition to PM, it is necessary to inject too much ozone for visible PM combustion. It is an obstacle to commercialization. (Y. Itoh, Y. Sakakibara, H. Shinjoh, RSC Adv. 4 (2014) 19144-19149)

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 저온 조건에서도 효과적으로 PM 연소시킬 수 있는 디젤엔진 배출 입자상물질의 저온 연소를 위한 페로브스카이트 촉매 및 이를 이용한 오존 산화 시스템을 제안하고자 한다. In order to solve the above problems of the prior art, the present invention is to propose a perovskite catalyst for the low-temperature combustion of diesel engine exhaust particulate matter that can be effectively PM combustion even at low temperature conditions and ozone oxidation system using the same.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 오존을 이용한 디젤엔진 배출 입자상물질의 저온 연소를 위한 ABO3 또는 A2BO4 구조를 갖는 페로브스카이트 촉매가 제공된다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art, there is provided a perovskite catalyst having an ABO 3 or A 2 BO 4 structure for low-temperature combustion of diesel engine exhaust particulate matter using ozone.

상기 ABO3 또는 A2BO4 구조에서 A site는 La, Pr, Ce, Sr, Ba, Li, K, 및 Mg 중 하나 또는 두 개 이상의 금속의 혼합으로 선택되는 것이 바람직하다. In the ABO 3 or A 2 BO 4 structure, A site is preferably selected from one of La, Pr, Ce, Sr, Ba, Li, K, and Mg or a mixture of two or more metals.

상기 A site는 상기 금속 중 하나를 주성분으로 하고, 상기 주성분이 나머지 금속 중 하나로 부분치환되는 것이 바람직하다. The A site preferably has one of the metals as a main component, and the main component is partially substituted with one of the remaining metals.

상기 ABO3 구조에서 B site는 Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu 및 V 중 하나 또는 두 개 이상의 금속의 혼합으로 선택될 수 있다.In the ABO 3 structure, the B site may be selected from one of Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu, and V or a mixture of two or more metals.

상기 B site는 상기 금속 중 하나를 주성분으로 하고, 상기 주성분이 나머지 금속 중 하나로 부분치환될 수 있다. The B site has one of the metals as a main component, and the main component may be partially substituted with one of the remaining metals.

상기 오존은 상압 저온 플라즈마 반응기에서의 산소 또는 공기의 산화 반응을 통해 공급될 수 있다. The ozone may be supplied through an oxidation reaction of oxygen or air in an atmospheric cold plasma reactor.

상기 디젤엔진 배출 입자상물질의 저온 연소는 100 내지 300℃ 범위 내에서 이루어질 수 있다. Low temperature combustion of the diesel engine exhaust particulate matter may be made within a range of 100 to 300 ℃.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 입자상물질의 오존 산화 시스템으로서, 산소 또는 공기의 산화 반응을 통해 생성된 오존을 공급하는 상압 저온 플라즈마 반응기; 및 ABO3 또는 A2BO4 구조의 페로브스카이트 촉매가 충전되며, 상기 DBD 반응기로부터 공급되는 오존을 이용하여 디젤엔진 배출 입자상물질을 저온 조건 하에서 연소시키는 입자상물질 연소 반응기를 포함하는 오존 산화 시스템이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided an ozone oxidation system for particulate matter, comprising: an atmospheric pressure cold plasma reactor for supplying ozone generated through an oxidation reaction of oxygen or air; And a particulate combustion reactor filled with a perovskite catalyst having an ABO 3 or A 2 BO 4 structure and combusting diesel engine exhaust particulate matter under low temperature conditions using ozone supplied from the DBD reactor. This is provided.

본 발명을 통해 디젤 자동차의 배출가스 온도가 100~300℃ 이하인 환경에서 PM 연소 혹은 DPF의 재생이 효율적으로 이루어지는 시스템을 구축할 수 있다.According to the present invention, it is possible to construct a system in which PM combustion or DPF is efficiently regenerated in an environment where the exhaust gas temperature of a diesel vehicle is 100 to 300 ° C. or less.

도 1은 본 실시예에 따른 PM 저온 연소에 사용될 오존 발생을 위한 DBD 플라즈마 반응기의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 PM 연소 반응기의 모식도이다.
도 3은 1차 교류 전압 18 kV에서 교류의 주파수를 100에서 700 Hz까지 변화시키며 오존 생성 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 25℃ 및 150℃ 온도조건에서 오존 농도에 따른 NO에서 NO2로의 전환율을 나타낸 것이다.
도 5는 제조된 촉매 중 La1 - xKxFeO3 촉매의 결정성 구조 분석을 위한 XRD 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 일련의 TPO 반응결과들을 나타낸 것이다.
도 7은 저온 온도 조건인 150℃에서의 ITO 실험결과를 나타낸 것이다.
1 is a diagram illustrating a configuration of a DBD plasma reactor for generating ozone to be used for PM low-temperature combustion according to the present embodiment.
2 is a schematic diagram of a PM combustion reactor according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the result of measuring the ozone production concentration by changing the frequency of alternating current from 100 to 700 Hz at the primary AC voltage of 18 kV.
Figure 4 shows the conversion rate from NO to NO2 according to the ozone concentration at 25 ℃ and 150 ℃ temperature conditions.
Figure 5 shows the XRD results for the crystal structure analysis of the La 1 - x K x FeO3 catalyst in the prepared catalyst.
6 shows a series of TPO reaction results.
7 shows ITO test results at 150 ° C. under low temperature conditions.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, with reference to the embodiments according to the present invention will be described in detail.

기존에 가시적인 PM 연소를 위해서는 너무 많은 량의 오존을 주입해야 한다는 문제점을 해결하기 위해, 구현가능한 적정한 수준의 농도라 할 수 있는 수백~수천 ppm의 오존 농도에서 PM 산화반응을 효과적으로 가속시킬 수 있는 촉매물질을 매칭시키는 것을 고려한다. In order to solve the problem of injecting too much ozone for visible PM combustion, it is possible to effectively accelerate the PM oxidation reaction at an ozone concentration of several hundred to several thousand ppm, which is an acceptable level of concentration. Consider matching the catalytic material.

이를 실현하기 위해서는 오존에 의한 PM 연소의 산화환원 주기(Redox Cycle)에 대해 반응메커니즘 혹은 속도론적으로 상승효과를 낼 수 있는 최적의 산화촉매를 선정해야 한다. 이렇게 선정된 촉매는 DPF 상에 코팅되어 적용되고, DPF 전단에 적절한 온도조건에서 제어된 양의 오존을 주입하는 기계적 장치를 설치함으로써 구현이 가능하다.In order to realize this, it is necessary to select an optimal oxidation catalyst that can exert a synergistic effect or reaction mechanism on the redox cycle of PM combustion by ozone. The selected catalyst is coated and applied on the DPF, and can be implemented by installing a mechanical device injecting a controlled amount of ozone at an appropriate temperature condition in front of the DPF.

이에 본 발명에서는 적은 전력소모량으로 작동되는 저온 플라즈마 시스템을 이용하여 오존을 생산하고, 주입된 오존에 대하여 페로브스카이트 촉매를 매칭함으로써 100~300℃의 저온 조건에서도 효과적으로 PM 연소시킬 수 있는 방안을 제시하고자 한다.Therefore, in the present invention, by using a low-temperature plasma system that operates with low power consumption, ozone is produced, and by matching the perovskite catalyst with respect to the injected ozone, a method of effectively burning PM even at low temperatures of 100 to 300 ° C is proposed. I would like to present.

보다 상세하게, 본 발명은 디젤 엔진 배출가스 중 Particulate Matter(PM)의 연소 방법으로 상압 플라즈마를 통해 생성된 오존을 산화제로 이용하고, PM 산화능이 우수한 ABO3 또는 A2BO4 구조의 페로브스카이트 촉매를 PM과 접촉하여 PM의 저온 연소(100~300℃)가 가능하도록 하는 방안을 제안하고자 한다. More specifically, the present invention utilizes ozone generated through atmospheric pressure plasma as an oxidant by combustion of Particulate Matter (PM) in diesel engine exhaust gas, and has a peroxide sky structure of ABO 3 or A 2 BO 4 having excellent PM oxidation ability. The low temperature combustion (100 ~ 300 ℃) of the PM is to be proposed by contacting the catalyst with PM.

본 발명에 따른 디젤엔진 배출 PM의 저온 연소를 위해 오존을 생성할 수 있는 장치가 필요하다. 그러나 오존 발생에 많은 에너지가 요구될 경우 고연비 엔진에 적합하지 못하므로, 전력소모량이 적은 오존 발생 시스템이 필요하다. 오존의 발생은 상압 저온 플라즈마 방식 중 하나인 유전체 방전 플라즈마 (Dielectric barrier discharge, 이하 DBD) 반응기에서의 산소 혹은 공기의 산화 반응을 통해 쉽게 구현된다. 이러한 DBD 방식 플라즈마 반응기는 반응기 운영에 필요한 전력이 매우 작아, 자동차와 같은 이동원 후처리장치로서 다양하게 응용되어 오고 있다. 오존 생산에 필요한 산소나 공기는 엔진연소실에 공기를 공급하는 공기압축기로부터 공급받을 수 있으며, 플라즈마 방전전력의 크기를 제어함으로써 원하는 농도의 오존을 배출가스 흐름에 분사할 수 있다.There is a need for an apparatus capable of generating ozone for low temperature combustion of diesel engine exhaust PMs according to the invention. However, if a lot of energy is required for ozone generation, it is not suitable for a high fuel consumption engine, so an ozone generation system with low power consumption is needed. Ozone generation is easily realized through the oxidation reaction of oxygen or air in a dielectric barrier plasma (DBD) reactor, which is one of atmospheric pressure low temperature plasma method. The DBD plasma reactor has a very small power required for operating the reactor, and has been widely applied as a mobile source aftertreatment device such as an automobile. Oxygen or air necessary for ozone production may be supplied from an air compressor supplying air to the engine combustion chamber, and ozone having a desired concentration may be injected into the exhaust gas stream by controlling the magnitude of plasma discharge power.

그밖에 코로나 방전 (Corona Discharge) 플라즈마 반응기가 사용될 수도 있다. In addition, a Corona Discharge plasma reactor may be used.

저온 플라즈마의 안정성과 에너지 효율 등의 측면에서 유전체 방전 플라즈마가 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In terms of stability and energy efficiency of the low temperature plasma, a dielectric discharge plasma is preferred, but is not necessarily limited thereto.

이전 오존을 통한 PM 연소 연구 사례들은 오존만을 이용한 PM 연소실험 및 엔진적용 시스템 설계에 초점을 두어 진행되어 왔다. 하지만 이러한 오존 산화반응과 이를 촉진시키기 위한 촉매를 매칭하여 PM 연소 효율을 증대시킨 사례가 보고된 바가 전혀 없다.Previous cases of PM combustion through ozone have been focused on ozone-only PM combustion experiments and engine application system design. However, there have been no cases of increasing the PM combustion efficiency by matching the ozone oxidation reaction with the catalyst for promoting it.

본 발명에서는 산화 환원 능력이 뛰어난 ABO3 또는 A2BO4 구조인 페로브스카이트(Perovskite) 촉매를 이용하여 저온에서 오존을 통한 PM 연소효율을 증대시킬 수 있는 방안을 모색하였다. In the present invention, by using a perovskite (Perovskite) catalyst having an ABO 3 or A 2 BO 4 structure having excellent redox capability, it was sought to improve the PM combustion efficiency through ozone at low temperatures.

ABO3 또는 A2BO4 구조의 페로브스카이트 촉매에서 A, B는 양이온으로서, A site는 La, Pr, Ce, Sr, Ba, Li, K, 및 Mg 중 하나 또는 두 개 이상의 금속의 혼합으로 선택하여 구성할 수 있다.In perovskite catalysts of ABO 3 or A 2 BO 4 structure, A and B are cations, and A site is one of La, Pr, Ce, Sr, Ba, Li, K, and Mg or a mixture of two or more metals You can select to configure.

바람직하게, A site는 상기한 금속 중 하나를 주성분으로 하고, 일부를 나머지 금속 중 하나로 부분치환하여 구성할 수 있다. Preferably, the A site may be configured by using one of the above metals as a main component and partially replacing one part with one of the remaining metals.

예를 들어, La를 주성분으로 하고, PM 연소에 효과적인 것으로 알려진 K을 혼합하여 사용할 수 있다(예: La1 - xKxFeO3). 여기서 K의 분율(x)은 0에서 1 사이의 값이다.For example, La may be used as a main component, and K, which is known to be effective for PM combustion, may be used (for example, La 1 - x K x FeO 3 ). Where the fraction x of K is a value between 0 and 1.

La 일부를 K로 ‘부분’ 치환하지 하지 않으면, 산소나 오존을 활성화시킬 수 있는 산소결함(Oxygen Vacancy)의 수가 급격히 줄어들기 때문에 산화활성이 저하된다. 즉, La 일부를 K로 ‘부분’ 치환하여 산소결함의 수를 늘림으로써 산화 활성을 증가시킬 수 있다.If you do not "partial" part of La with K, the number of oxygen vacancies that can activate oxygen or ozone decreases dramatically, resulting in a decrease in oxidation activity. In other words, it is possible to increase the number of oxygen defects by substituting 'part' of La with K to increase the oxidation activity.

그밖에, A site는 LaxK1 -x, LaxSr1 -x, LaxCe1 -x, LaxLi1 -x 또는 CexLi1 -x와 같이 다양한 조합으로 결정될 수 있다. 여기서, x는 0<x<1이다. In addition, the A site may be determined in various combinations such as La x K 1 -x , La x Sr 1 -x , La x Ce 1 -x , La x Li 1 -x or Ce x Li 1 -x . Where x is 0 <x <1.

또한, 산소결함 한 개가 지니고 있는 산화 활성은 B site 금속의 종류에 따라 결정되며, 바람직하게, Mn이 B 위치 금속일 때의 산소결함의 활성이 높아진다. In addition, the oxidation activity of one oxygen defect is determined according to the type of B site metal, and preferably, the activity of the oxygen defect when Mn is a B-position metal is increased.

ABO3 또는 A2BO4 구조의 페로브스카이트 촉매에서 B site는 Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu 및 V 중 하나 또는 두 개 이상의 금속의 혼합으로 선택하여 구성할 수 있다. In the perovskite catalyst of ABO 3 or A 2 BO 4 structure, the B site may be configured by selecting one of Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu, and V or a mixture of two or more metals.

여기서, B site는 Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu 및 V 중 하나 또는 이들 금속이 일정비율로 혼합된 것일 수 있다. 예를 들어, B site는 CuxV1 -x, CoxFe1 -x, 등과 같이 다양한 조합으로 결정될 수 있다. 여기서, x는 0<x<1이다.
Here, the B site may be one of Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu, and V or a mixture of these metals in a predetermined ratio. For example, the B site may be determined in various combinations such as Cu x V 1 -x , Co x Fe 1 -x , and the like. Where x is 0 <x <1.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 실시예에 따른 오존 생산, 페로브스카이트 촉매의 합성 및 이를 이용한 저온 연소 과정을 상세하게 설명한다. 이하에서는 페로브스카이트 촉매가 ABO3 구조를 갖는 것을 중심으로 설명할 것이나, A2BO4 구조도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다는 점을 이해하여야 할 것이다.
Hereinafter, with reference to the drawings, the ozone production, the synthesis of perovskite catalyst according to this embodiment and the low temperature combustion process using the same will be described in detail. In the following perovskite catalyst is ABO 3 Although a description will be given of having a structure, it will be understood that the A 2 BO 4 structure may be included in the scope of the present invention.

1) One) DBDDBD 플라즈마plasma 반응기를 통한 오존의 생산 Production of ozone through the reactor

도 1은 본 실시예에 따른 PM 저온 연소에 사용될 오존 발생을 위한 DBD 플라즈마 반응기의 구성을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a configuration of a DBD plasma reactor for generating ozone to be used for PM low-temperature combustion according to the present embodiment.

플라즈마 반응기의 전극은 SUS Mesh와 Cu Rod를 이용하였으며 유전체로 Quartz Tube를 이용하였다. 전원 공급에 이용된 Power Supplier는 주파수 범위 50 Hz ~ 1 Khz, 1차 전압 범위 0~15 Kv, 최대 전력 300 W의 성능을 가지며, Oscilloscope(Tektronix TDS 220)를 이용하여 플라즈마 반응기에 공급되는 전압 및 전류를 관찰하였다. The electrodes of the plasma reactor were made of SUS mesh and Cu Rod, and quartz tube was used as the dielectric. The power supplier used for power supply has a frequency range of 50 Hz to 1 Khz, a primary voltage range of 0 to 15 Kv, and a maximum power of 300 W. The voltage supplied to the plasma reactor using an Oscilloscope (Tektronix TDS 220) and The current was observed.

플라즈마 반응기 전단으로 O2 (99.99%) 30 ml/min을 흘려 주었으며, 전압 및 Frequency 조절을 통해 생성되는 오존 농도를 조절하였다. 생성된 오존은 NO2/O2/N2 가스흐름에 혼합되어 PM 연소 반응기에 주입되었으며, 반응에 적용된 오존 농도는 NO2/O2/N2 가스와 섞여 희석된 후의 농도(100~3,000 ppm)를 기준으로 하였다.30 ml / min of O 2 (99.99%) was flowed to the front of the plasma reactor, and the ozone concentration generated through the voltage and frequency adjustment was controlled. The generated ozone was mixed with the NO 2 / O 2 / N 2 gas stream and injected into the PM combustion reactor, and the ozone concentration applied to the reaction was mixed with the NO 2 / O 2 / N 2 gas and diluted (100 to 3,000 ppm). ) As a reference.

2) 2) ABOABO 33 구조의  Structure 페로브스카이트Perovskite 촉매 합성 Catalytic synthesis

ABO3 촉매의 합성 방법은 증발건조법 (Evaporation-to-dryness Method)을 이용하였다. 촉매를 구성하는 A site 및 B site 금속의 metal acetate 수용액들을 일정 농도로 제조하고, 합성하고자 하는 촉매의 구성원소 별로 양론비에 맞춰 수용액들을 혼합한 후 상온에서 30분간 교반하였다. 교반된 용액은 회전식 증발건조 장치를 통해 30 rpm, 50℃ 조건에서 증발건조하여 입자 형태의 침전물을 얻어낸 후, 공기 조건에서 110℃에서 24시간 건조, 410℃에서 1차 소성, 960℃에서 2차 소성을 거쳐 ABO3 형태의 촉매를 제조하였다.
Synthesis of the ABO 3 catalyst was performed using an evaporation-to-dryness method. Aqueous metal acetate solutions of the A site and B site metals constituting the catalyst were prepared at a constant concentration, and the aqueous solutions were mixed according to the stoichiometric ratio of each component of the catalyst to be synthesized, followed by stirring at room temperature for 30 minutes. The stirred solution was evaporated to dryness at 30 rpm and 50 ° C. through a rotary evaporator to obtain a precipitate in the form of particles, followed by drying at 110 ° C. for 24 hours, first firing at 410 ° C., and secondary at 960 ° C. After calcination, an ABO 3 type catalyst was prepared.

3) 3) PMPM 연소 반응기 Combustion reactor

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 PM 연소 반응기의 모식도이다.2 is a schematic diagram of a PM combustion reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

PM의 연소 반응에는 NO2(5000 ppm, N2 balance), O2(99.99%), O3, N2 (balance) 가스가 이용되었다. 각각의 반응 가스는 압력조절기(Pressure Regulator)와 유량제어장치(Mass Flow controller, Brooks instrument 5800E series)를 통하여 유량을 조절한 후 PM 연소 반응기에 공급되었다. 반응 가스는 오존을 통한 연소 거동 확인을 위해 250ppm NO2, 10% O2, 2500ppm O3, N2 balance 300 mL/min 조건으로 진행되었다. NO 2 (5000 ppm, N 2 balance), O 2 (99.99%), O 3 , and N 2 (balance) gases were used for the combustion reaction of PM. Each reaction gas was supplied to the PM combustion reactor after adjusting the flow rate through a pressure regulator and a mass flow controller (Brooks instrument 5800E series). The reaction gas was carried out under 250 ppm NO 2 , 10% O 2 , 2500 ppm O 3 , and N 2 balance 300 mL / min to confirm combustion behavior through ozone.

여기서 NO 대신 NO2를 반응물로 사용한 이유는 NO 산화반응에 주입된 오존이 소모되는 것을 막기 위함이다. 실제 배출가스에서도 이렇게 NO2.rich한 반응물 조건은 배출가스 온도에 크게 구애받지 않고 구현할 수 있을 것으로 예상되는데, PM 후처리장치 도입부에 오존을 추가적으로 주입함으로써 해당온도의 평형농도까지 NO를 NO2로 미리 산화시키는 것이 가능하다. 이를 입증할 수 있는 실험결과가 (실시예 2)에 제시되어 있다. The reason why NO 2 is used instead of NO as a reactant is to prevent the ozone injected into the NO oxidation reaction from being consumed. So in actual exhaust gas NO 2 .rich the reaction conditions there is expected to be achieved without regard to the larger exhaust-gas temperature, the equilibrium concentration of NO to NO 2 in the temperature by further injecting ozone to the processing unit after the introduction PM It is possible to oxidize in advance. Experimental results to demonstrate this are shown in (Example 2).

PM 연소 반응기는 연속 흐름식 고정층 반응기(Continuous Fixed Bed Reactor)를 사용하였으며, 석영관 반응기 중간 위치에 PM과 촉매가 균일하게 섞인 고정층 (이하 PM+촉매 Bed)을 충전시키고 석영 울을 이용해 이 고정층을 지지하였다. 반응 온도는 열전대(Thermocouple)를 PM+촉매 Bed 전단에 위치시켜 측정하였으며, PID 제어기가 장착된 가열로(Heating Furnace)를 사용하여 반응 온도를 제어하였다. 반응기 후단에는 실시간 온라인 가스 조성 분석이 가능하도록 NOx 분석기(Thermo Fisher 42i-HL)와 CO2 분석기(Teledyne T360M)를 병렬 연결하였다.
The PM combustion reactor used a continuous fixed bed reactor, and a fixed bed (hereinafter referred to as PM + catalyst bed) in which PM and catalyst were uniformly mixed in the middle of the quartz tube reactor was supported and supported by the quartz wool. It was. The reaction temperature was measured by placing a thermocouple in front of the PM + catalyst bed, and the reaction temperature was controlled by using a heating furnace equipped with a PID controller. At the rear of the reactor, a NO x analyzer (Thermo Fisher 42i-HL) and a CO 2 analyzer (Teledyne T360M) were connected in parallel for real-time online gas composition analysis.

4) 4) PMPM 연소 반응 시험 조건 및 방법 Combustion reaction test conditions and methods

PM+촉매 Bed 제작은 PM과 제조된 촉매를 질량비 1 : 0.33, 0.5, 1, 혹은 2.5 비율로 준비하고, 고정층 내 국부적인 온도상승을 막는 동시에 SiC DPF 환경을 모사하기 위해 200~450 mesh의 SiC 입자를 PM+촉매 Bed 부피와 동일한 부피로 취하여 막자사발을 이용해 10분간 고루 섞어주었다. 제조된 PM+촉매 Bed는 석영관 반응기의 가운데 위치하게 하고, 오존의 주입은 PM+촉매 Bed 전단에서 10 mm 떨어진 곳에서 주입한 후 다른 가스성분들과 섞여 PM과 반응하도록 하였다. 촉매 반응 실험은 상온부터 약 650℃까지 3℃/min으로 승온하여 온도 변화에 따른 PM 연소 거동을 확인하는 시험(Temperature Programmed Oxidation, 이하 TPO)과 150℃에서 저온 구간의 PM 연소 속도 비교를 위한 등온 시험 (Isothermal Oxidation, 이하 ITO)을 수행하였다. PM 연소 반응 후 배출되는 가스는 반응기 후단에 연결된 NOX 분석기와 CO2 분석기를 통해 NO2, CO2의 농도 변화를 분석하도록 하였다.
The PM + catalyst bed is prepared by preparing the PM and the catalyst at a mass ratio of 1: 0.33, 0.5, 1, or 2.5, and siC particles of 200 to 450 mesh to prevent local temperature rise in the fixed bed and to simulate SiC DPF environment. Was taken in the same volume as the PM + catalyst bed volume and mixed evenly for 10 minutes using a mortar and pestle. The prepared PM + catalyst bed was placed in the center of the quartz tube reactor, and ozone was injected 10 mm away from the front of the PM + catalyst bed and mixed with other gas components to react with PM. Catalytic reaction experiment was carried out at room temperature to about 650 3 ℃ / min to confirm the PM combustion behavior according to the temperature change (Temperature Programmed Oxidation, hereinafter referred to as TPO) and isothermal for comparing the PM combustion rate in the low temperature section at 150 ℃ Isothermal Oxidation (ITO) was performed. The gas emitted after PM combustion reaction was analyzed by the NO X analyzer and CO 2 analyzer connected to the rear stage of the reactor to analyze the change of concentration of NO 2 and CO 2 .

실시예Example

(( 실시예Example 1)  One) DBDDBD 플라즈마plasma 반응기를 통한 오존 생산 Ozone Production Through Reactors

도 3은 1차 교류 전압 18 kV에서 교류의 주파수를 100에서 700 Hz까지 변화시키며 오존 생성 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. Figure 3 shows the result of measuring the ozone production concentration by changing the frequency of alternating current from 100 to 700 Hz at the primary AC voltage of 18 kV.

DBD 플라즈마 반응기로부터 유출되는 흐름에서의 오존 농도는 2,000~28,500 ppm 이었으며 (Before Dilution), 다른 반응가스와 혼합되어 희석되었을 때는 200~2,850 ppm 이었다 (After Dilution). 이 실험에서 반응기가 사용한 전력 (1차 전력, Primary Power)은 0.5~6.6 W 가량으로 자동차 전조등이나 히터와 같은 장치의 일반적인 전력소모량 혹은 연료 소모량과 비교하였을 때 굉장히 낮은 값이다. 따라서 추가적인 오존 발생기의 장착으로 인해 발생하는 차량의 연비 저하는 매우 미미할 것으로 예상된다.
The ozone concentration in the stream flowing out of the DBD plasma reactor was 2,000 to 28,500 ppm (Before Dilution), and it was 200 to 2,850 ppm when diluted with other reaction gases (After Dilution). In this experiment, the power used by the reactor (primary power) is about 0.5 to 6.6 W, which is very low compared to the general power consumption or fuel consumption of devices such as automobile headlights and heaters. Therefore, it is expected that the fuel efficiency reduction of the vehicle caused by the installation of additional ozone generator will be very small.

(( 실시예Example 2)  2) NONO -- NONO 22 conversionconversion 시험 exam

도 4는 25℃ 및 150℃ 온도조건에서 오존 농도에 따른 NO에서 NO2로의 전환율을 나타낸 것이다. Figure 4 shows the conversion of NO to NO 2 according to the ozone concentration at 25 ℃ and 150 ℃ temperature conditions.

여기서 150℃ 온도조건은 (실시예 5)의 도 7에 제시된 ITO 실험조건의 온도이며, 본 발명에 따른 오존+페로브스카이트 조합의 촉매 활성이 확인된 저온영역의 온도구간에 포함된다. Here, the temperature condition of 150 ℃ is the temperature of the ITO experimental conditions shown in Figure 7 of (Example 5), it is included in the temperature range of the low temperature region where the catalytic activity of the ozone + perovskite combination according to the present invention is confirmed.

100, 250, 500 ppm의 NO를 100~2,500 ppm의 O3으로 연소시킨 결과, O3 농도에 비례하여 NO 전환율이 증가하다가 일정 O3 농도 이상에서 약 90%에 수렴하는 결과를 보였다. 해당 최종 전환율들은 해당 온도에서 결정되는 평형전환율에 근접한 수치들이라 할 수 있다.
100, 250, a result of the combustion of 500 ppm NO with O 3 of 100 ~ 2,500 ppm, relative to the O 3 concentration while increasing the NO conversion rate was the result of convergence of about 90% at more than a predetermined O 3 concentration. The final conversion rates are close to the equilibrium conversion rates determined at that temperature.

(( 실시예Example 3) 제조된 촉매의  3) of the prepared catalyst XRDXRD 분석 analysis

도 5는 제조된 촉매 중 La1 - xKxFeO3 촉매의 결정성 구조 분석을 위한 XRD 결과를 나타낸 것이다. Figure 5 shows the XRD results for the crystal structure analysis of the La 1 - x K x FeO 3 catalyst in the prepared catalyst.

실험결과에 나타난 Ni peak는 시료간 피크 크기를 보정하기 위해 시료마다 질량비율 10%에 해당되는 무게로 혼합한 내부 표준 물질에서 유래된 것이다. 제시된 XRD 결과에서 전반적으로 제조된 촉매들은 ABO3 결정으로 대부분 이루어져 있음을 알 수 있다.
The Ni peaks shown in the test results are derived from internal standard materials mixed at a weight corresponding to a mass ratio of 10% for each sample to correct the peak size between samples. From the XRD results presented, it can be seen that the catalysts produced as a whole consist of ABO 3 crystals.

(( 실시예Example 4) 제조된 촉매와  4) the prepared catalyst and PMPM 을 접촉하여 오존이 존재하는 환경에서의 In the presence of ozone PMPM 연소 시험 1 :  Combustion Test 1: TPOTPO 실험결과 Experiment result

도 6은 일련의 TPO 반응결과들을 나타낸 것이다. 6 shows a series of TPO reaction results.

도 6에서는 페로브스카이트 촉매인 La0 .75K0 .25MnO3, La0 .3K0 .7FeO3 및 CRT에 사용되는 귀금속 촉매를 모사한 2 wt.% Pt/Al2O3 촉매를 사용한 결과들을 상호 비교하였다. 6 in a perovskite catalyst of La 0 .75 K 0 .25 MnO 3 , La 0 .3 K 0 .7 FeO 3 and simulating the noble metal catalyst used in the CRT 2 wt.% Pt / Al2O 3 catalyst The results used were compared with each other.

PM+촉매 Bed에서의 PM:촉매 비율은 페로브카이트 촉매들의 경우 1:0.33, 2 wt.% Pt/Al2O3 은 1:1이었다. 촉매가 사용되지 않은 무촉매 반응 실험 (No Catalyst)에서도 오존을 산화제로 사용했기 때문에 100~300℃의 저온 구간에서 PM의 연소가 진행되는 것이 확인되었으나, 400℃ 이상에서의 고온에서 진행되는 연소반응과 비교했을 때 연소 Peak의 크기가 많이 작음을 알 수 있다. The PM: catalyst ratio in the PM + catalyst bed was 1: 0.33, 2 wt.% Pt / Al 2 O 3 1: 1 for perovskite catalysts. In the non-catalytic reaction experiment (No Catalyst) where no catalyst was used, it was confirmed that the combustion of PM proceeded at a low temperature range of 100 to 300 ° C. because ozone was used as the oxidant, but the combustion reaction proceeded at a high temperature above 400 ° C. Compared with, it can be seen that the size of combustion peak is much smaller.

La0 .3K0 .7FeO3 촉매를 사용했을 때는 100~300℃의 저온연소 Peak가 무촉매 조건에서의 해당 구간 Peak보다 커지는 것이 관찰되었다. La0 .75K0 .25MnO3 촉매를 사용했을 때에서는 100~300℃의 저온 구간에서 월등하게 큰 연소 Peak가 관찰되었으며 저온 구간에서 이미 PM이 모두 연소되어 고온구간에서 연소 Peak가 관찰되지 않았다. 또한 저온구간에서의 연소 성능만 놓고 비교했을 때 La0.75K0.25MnO3가 상용 CRT 모사 촉매인 2 wt.% Pt/Al2O3 보다 크게 우수함을 확인할 수 있다. 이 결과들은 페로브스카이트 촉매를 사용했을 때 100~300℃ 구간에서의 오존에 의한 PM 연소반응 속도가 효과적으로 개선될 수 있으며, 상용 CRT에 포함된 백금 (Pt) 촉매를 사용했을 때보다 그 개선효과가 더 클 수 있음을 보이고 있다. 이는 La0 .75K0 .25MnO3와 같은 페로브스카이트 촉매가 귀금속 촉매보다 오존에 의한 PM 연소반응에 보다 적합한 촉매임을 의미한다.
La 0 .3 K 0 .7 to the low temperature combustion Peak of 100 ~ 300 ℃ When using FeO 3 catalyst is larger than the interval in the absence of a catalyst Peak condition was observed. La 0 .75 K 0 .25 when using MnO 3 catalyst standing became hence large combustion Peak observed at a low temperature range of 100 ~ 300 ℃ is burned all of the PM at a low temperature region has not already burning Peak observed at a high temperature zone . In addition, La 0.75 K 0.25 MnO 3 is superior to 2 wt.% Pt / Al 2 O 3 , a commercial CRT simulation catalyst, when compared with the combustion performance at low temperature. These results show that the PM combustion reaction rate by ozone in the range of 100 ~ 300 ℃ can be effectively improved by using perovskite catalyst, and compared with the platinum (Pt) catalyst included in commercial CRT. It is shown that the effect can be greater. This means that the perovskite catalyst is more suitable catalysts for PM combustion reaction by ozone than the noble metal catalyst such as La 0 .75 K 0 .25 MnO 3 .

(( 실시예Example 5) 제조된 촉매와  5) the prepared catalyst and PMPM 을 접촉하여 오존이 존재하는 환경에서의 In the presence of ozone PMPM 연소 시험 2 :  Combustion Test 2: ITOITO 실험결과 Experiment result

도 7은 저온 온도 조건인 150℃에서의 ITO 실험결과를 나타낸 것이다. 7 shows ITO test results at 150 ° C. under low temperature conditions.

ITO 실험은 초기 PM 농도와 반응온도가 동일한 상태에서 촉매들의 PM 연소성능을 비교하기 때문에, 속도론 측면에서 보다 바람직한 촉매성능 비교 실험법이라 할 수 있다.The ITO test compares the PM combustion performance of the catalysts at the same initial PM concentration and reaction temperature, and thus can be called a more preferable catalytic performance comparison method in terms of kinetics.

페로브스카이트 촉매들 (La0 .75K0 .25MnO3, La0 .3K0 .7FeO3)을 사용할 경우 오존만 공급되고 촉매는 사용되지 않는 무촉매 반응 조건 (No Catalyst) 보다 초기 CO2 배출 Peak가 3배 이상 크고, Peak 발생 이후 CO2 배출농도가 감소하는 기울기도 보다 가파름을 알 수 있다. 즉, 페로브스카이트 촉매를 사용함으로써 150℃의 저온에서 오존에 의한 PM 연소 반응속도가 월등히 향상된다고 말할 수 있다. La0 .75K0 .25MnO3, La0.3K0.7FeO3 두 촉매를 상호 비교했을 때에는 전자가 후자에 비해 초기 CO2 배출 Peak의 농도와 Peak 감소 기울기 모두 크기 때문에 실시예 4의 TPO 결과와 마찬가지로 La0 .75K0 .25MnO3이 오존을 이용한 PM 연소반응에 있어, 보다 우수한 촉매활성을 보인다고 결론 내릴 수 있다.
Perovskite than's catalyst (La 0 .75 K 0 .25 MnO 3, La 0 .3 K 0 .7 FeO 3) When using the ozone supply only is catalyst-free catalytic reaction condition (No Catalyst) that are not used The initial CO 2 emission peak is more than three times larger, and the slope of CO 2 emission concentration decreases after the peak generation is steeper. That is, it can be said that the reaction rate of PM combustion by ozone is significantly improved by using a perovskite catalyst at a low temperature of 150 ° C. La 0 .75 K 0 .25 MnO 3 , La 0.3 K 0.7 FeO 3 When the two catalysts were compared with each other, the former had a larger concentration of the initial CO 2 emission peak and the slope of the peak reduction than the latter. Like La 0 .75 K 0 .25 MnO 3 in the PM combustion reaction with ozone, can make boindago superior catalytic activity concluded.

Claims (10)

디젤엔진 배출 입자상물질을 포집하고 상압 저온 플라즈마 반응기로부터 공급되는 오존을 이용하여 상기 디젤엔진 배출 입자상물질을 저온 조건 하에서 연소시키는 디젤엔진의 DPF(Diesel Particulate Filter)에 코팅되고, ABO3 또는 A2BO4 구조를 가지며,
A site는 La, Pr, Ce, Sr, Ba, Li, K, 및 Mg 중 하나 또는 두 개 이상의 금속의 혼합으로 선택되고, 상기 A site는 상기 금속 중 하나를 주성분으로 하고, 상기 주성분이 나머지 금속 중 하나로 부분치환되며,
B site는 Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu 및 V 중 하나 또는 두 개 이상의 금속의 혼합으로 선택되며,
상기 디젤엔진 배출 입자상물질의 저온 연소는 100 내지 200℃ 범위 내에서 이루어지는 페로브스카이트 촉매.
ABO 3 or A 2 BO is coated on diesel diesel particulate filter (DPF) of a diesel engine which collects diesel exhaust particulate matter and burns the diesel exhaust particulate matter under low temperature conditions using ozone supplied from an atmospheric low temperature plasma reactor. Has 4 structures,
The A site is selected from one of La, Pr, Ce, Sr, Ba, Li, K, and Mg, or a mixture of two or more metals, wherein the A site is based on one of the metals, and the main component is the remaining metal. Partially substituted with one of the
B site is selected from one of Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu and V or a mixture of two or more metals,
Low temperature combustion of the diesel engine exhaust particulate matter is perovskite catalyst is made in the range of 100 to 200 ℃.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 B site는 상기 금속 중 하나를 주성분으로 하고, 상기 주성분이 나머지 금속 중 하나로 부분치환되는 페로브스카이트 촉매.
The method of claim 1,
The B site has one of the metals as a main component, the main component is partially substituted with one of the remaining metal perovskite catalyst.
제1항에 있어서,
상기 오존은 상압 저온 플라즈마 반응기에서의 산소 또는 공기의 산화 반응을 통해 공급되는 페로브스카이트 촉매.
The method of claim 1,
The ozone is perovskite catalyst is supplied through the oxidation reaction of oxygen or air in an atmospheric pressure cold plasma reactor.
삭제delete 입자상물질의 오존 산화 시스템으로서,
산소 또는 공기의 산화 반응을 통해 생성된 오존을 공급하는 상압 저온 플라즈마 반응기; 및
ABO3 또는 A2BO4 구조의 페로브스카이트 촉매가 포집된 디젤엔진 배출 입자상물질과 접촉되어 있으며, 상기 상압 저온 플라즈마 반응기 로부터 공급되는 오존을 이용하여 상기 디젤엔진 배출 입자상물질을 저온 조건 하에서 연소시키는 입자상물질 연소 반응기를 포함하되,
A site는 La, Pr, Ce, Sr, Ba, Li, K, 및 Mg 중 하나 또는 두 개 이상의 금속의 혼합으로 선택되고, 상기 A site는 상기 금속 중 하나를 주성분으로 하고, 상기 주성분이 나머지 금속 중 하나로 부분치환되며,
B site는 Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu 및 V 중 하나 또는 두 개 이상의 금속의 혼합으로 선택되며,
상기 디젤엔진 배출 입자상물질의 저온 연소는 100 내지 200℃ 범위 내에서 이루어지는 입자상물질의 오존 산화 시스템.
As ozone oxidation system of particulate matter,
An atmospheric low-temperature plasma reactor for supplying ozone generated through oxidation of oxygen or air; And
ABO 3 or A 2 BO 4 structured perovskite catalyst is in contact with the collected diesel engine exhaust particulate matter, and the diesel engine exhaust particulate matter is burned under low temperature conditions by using ozone supplied from the atmospheric low temperature plasma reactor. Including particulate combustion reactors,
A site is selected from one of La, Pr, Ce, Sr, Ba, Li, K, and Mg or a mixture of two or more metals, wherein the A site is based on one of the metals, and the main component is the remaining metal. Partially substituted with one of the
B site is selected from one of Mn, Fe, Co, Zr, Cr, Ti, Cu and V or a mixture of two or more metals,
Low temperature combustion of the diesel engine exhaust particulate matter ozone oxidation system of the particulate matter is made in the range of 100 to 200 ℃.
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