KR102272455B1 - FeCrAl 합금을 이용한 촉매 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 촉매는, FeCrAl 합금을 포함하는 담체, 담체의 표면 상의 적어도 일부에 위치하는 조촉매 물질층, 그리고 조촉매 물질층 상의 적어도 일부에 위치하는 촉매층을 포함한다.

Description

FeCrAl 합금을 이용한 촉매 및 그 제조방법{CATALYST USING FeCrAl ALLOY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
FeCrAl 합금을 이용한 촉매 및 그 제조방법이 제공된다.
최근 들어, 자동차나 각종 시설에서 배출되는 배출 가스로 인한 대기오염의 문제가 심각한 사회문제로 대두 되고 있고, 각국의 정부는 배출 가스 규제를 위하여 배출 가스 내의 유해 물질에 대한 배출 기준을 정해놓고 있다. 예를 들어, 자동차 관련 기술 분야에서는 배출 가스 배출 기준을 충족시키기 위하여 귀금속 물질을 포함하는 촉매에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
와이어로 제조된 3차원의 다공성 구조체를 이용한 연소가스 촉매 정화장치에 대한 한국등록특허 제 10-0915971호에는, FeCrAl 합금을 1100 ℃에서 24시간 소성 후 표면에 생긴 γ-Al2O3　에 백금(Pt) 및 γ-Al2O3 를 포함하는 촉매 물질을 코팅하는 내용이 개시되었으나, 고온에 장시간 노출됨으로 인해 담체 자체의 취성이 발생할 수 있고, FeCrAl 합금에 촉매물질이 안착이 잘 되지 않고 촉매 물질의 열적 내구성이 저하될 수 있다.
한국등록특허 제 10-0915971호
본 발명의 한 실시예에 따른 촉매 및 그 제조방법은 금속 촉매를 안정적으로 코팅하는 촉매 코팅 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 촉매 및 그 제조방법은 금속 촉매의 안정적인 촉매 코팅 방법으로 인한 촉매의 안정성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 촉매 및 그 제조방법은 저온 연소 환경에서 공해 물질을 제거시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 촉매는, FeCrAl 합금을 포함하는 담체, 담체의 표면 상의 적어도 일부에 위치하는 조촉매 물질층, 그리고 조촉매 물질층 상의 적어도 일부에 위치하는 촉매층을 포함한다.
조촉매 물질층은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 포함하고, 담체의 표면과 상기 촉매층을 접착시키며, 촉매층은 γ-Al2O3 및 귀금속 물질을 포함한다.
촉매층은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.
담체의 표면에 다수의 돌기가 형성되어 있고, 돌기는 γ-Al2O3 를 포함할 수 있다.
담체는 다공성이거나, 허니컴 형태, 철선 형태, 또는 매트 형태를 가질 수 있다.
귀금속 물질은 Pt, Pd, 또는 Rh 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 촉매의 제조방법은, FeCrAl 합금을 열처리하여 담체를 형성하는 단계, 담체의 표면에 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 증류수에 혼합시킨 용액을 코팅하고 110 ~ 130 ℃의 온도에서 3 ~ 5 시간 동안 건조시킨 후, 400 ~ 600 ℃의 온도에서 1 ~ 5 시간 동안 열처리하여 조촉매 물질층을 형성하는 단계, 그리고 조촉매 물질층 상에 γ-Al2O3 및 귀금속 물질을 포함하는 졸(sol)을 코팅하고 110 ~ 130 ℃의 온도에서 3 ~ 5 시간 동안 건조시킨 후, 400 ~ 600 ℃의 온도에서 1 ~ 5 시간 동안 열처리하여 촉매층을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 조촉매 물질층이 담체의 표면과 촉매층을 접착시킨다.
담체를 형성하는 단계에서, 열처리는 950 ~ 1050 ℃의 온도에서 10 ~ 17 시간 동안 수행될 수 있다.
담체를 형성하는 단계에서, 열처리에 의해 담체의 표면에 다수의 돌기가 형성되고, 돌기는 γ-Al2O3 를 포함할 수 있다.
촉매층을 형성하는 단계에서, 졸은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있다.
조촉매 물질층을 형성하는 단계에서, 열처리 이전에, 코팅 및 건조 공정이 2회 이상 반복 수행될 수 있다.
조촉매 물질층을 형성하는 단계가 2회 이상 반복 수행될 수 있다.
촉매층 형성 단계에서, 열처리 이전에, 코팅 및 건조 공정이 2회 이상 반복 수행될 수 있다.
촉매층 형성 단계가 2회 이상 반복 수행될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 촉매 및 그 제조방법은 금속 촉매에 안정적으로 촉매 물질을 코팅하여 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있고, 촉매의 열적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 저온 연소 환경에서 공해 물질을 제거시킬 수 있다.
도 1a 는 FeCrAl 합금이 900 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 경우의 표면을 나타내는 SEM 이미지이고, 도 1b는 FeCrAl 합금이 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 경우의 표면을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 2는 열처리 수행 이전의 FeCrAl 합금 및 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 FeCrAl 담체의 XRD 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 코팅-건조 회수에 따른 조촉매 물질층의 코팅 질량비를 나타내는 그래프이다.
도 4는 Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매층의 코팅-건조 회수에 따른 코팅량 질량비와 Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매층의 코팅-건조 회수에 따른 코팅량 질량비를 비교하는 그래프이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매의 SEM 이미지들이고, (c) 및 (d)는 Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매의 SEM 이미지들이다.
도 6은 Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매의 C3H8 정화율과 Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매의 C3H8 정화율을 비교하는 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
실시예에 따른 촉매는, 약 900 ℃ 이하의 저온 연소 환경에서 공해 물질(NOx, HC, CO, PM)의 배출을 거의 제로화할 수 있는 촉매 연소 장치에 적용될 수 있고, 가솔린 자동차나 디젤 자동차로부터 배출되는 매연 및 입자상 물질(PM, particulate matters)을 약 500 ℃ 이하의 조건에서 효율적으로 제거할 수 있는 필터(filter)에 적용될 수 있으며, 각종 산화 반응용 촉매에 적용될 수 있다.
촉매는, FeCrAl 합금을 포함하는 담체, 담체의 표면 상의 적어도 일부에 위치하는 조촉매 물질층, 그리고 조촉매 물질층 상의 적어도 일부에 위치하는 촉매층을 포함한다.
촉매의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위하여, 촉매의 제조방법을 먼저 설명한다.
촉매의 제조방법은, FeCrAl 합금을 열처리하여 담체를 형성하는 단계, 담체의 표면에 조촉매 물질층을 형성하는 단계, 그리고 조촉매 물질층 상에 촉매층을 형성하는 단계를 포함한다.
우선 FeCrAl 합금을 열처리하여 담체를 형성하는 단계가 수행된다.
열처리 공정에 의해 합금 표면에 다수의 돌기가 형성될 수 있고, 돌기는 체의 표면에 다수의 돌기가 형성되고, 돌기는 γ-Al2O3 를 포함한다. 돌기 구조는 이후 조촉매 물질 또는 촉매 물질이 접촉하는 부분이고, 담체의 표면적을 증가시킬 수 있어 담체의 촉매 물질 함량을 높일 수 있다.
여기서, 합금에 대한 열처리는 950 ~ 1050 ℃의 온도에서 13 ~ 17 시간 동안 수행될 수 있다. 이러한 범위에서, 안정적으로 최대 개수의 돌기 구조가 형성될 수 있다. 또한, 종래의 촉매 제조방법에서 합금을 약 1100 ℃의 온도에서 소성하는 것과 비교하여, 실시예에 따른 합금의 열처리(소성) 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 고온에 장시간 노출됨으로 인해 발생하는 담체 자체의 취성이 방지될 수 있다.
도 1a 는 FeCrAl 합금이 900 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 경우의 표면을 나타내는 SEM 이미지이고, 도 1b는 FeCrAl 합금이 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 경우의 표면을 나타내는 SEM 이미지이다. 도 2는 열처리 수행 이전의 FeCrAl 합금 및 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 FeCrAl 담체의 XRD(X-Ray diffraction) 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 약 900 ℃ 보다는 약 1000 ℃의 열처리 조건에서 FeCrAl 표면에 균일하고 많은 돌기가 형성된 것을 파악할 수 있다. 이로부터 합금이 1000 ℃에서 열처리된 담체가 표면에 충분하고 균일한 분포를 갖는 γ-Al2O3 돌기를 포함할 수 있고, 이후 촉매 물질을 더욱 많이 함유할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 열처리 이전의 FeCrAl 합금의 XRD 분석 결과에서는 FeCrAl에 대응되는 2θ 값이 약 44도에서 강하게 나타났다. 반면 1000 ℃에서 15 시간 소성 처리된 담체의 XRD 분석 결과, α-Al2O3 에 대응되는 2θ 값이 약 26, 34, 37, 44에서 나타났고, 약 37 부근에서는 γ-Al2O3가 α-Al2O3와 겹쳐 나타나고 있는 것을 볼 수 있다. 이러한 α-Al2O3와 γ-Al2O3는 금속 표면에 귀금속 물질 등의 촉매 물질과 또는 조촉매 물질의 부착에 유리하게 작용하도록 하는 기능을 수행할 수 있고, XRD 분석 결과로부터 1000 ℃에서 열처리되는 경우 안정적으로 γ-Al2O3 돌기가 형성될 수 있고, γ-Al2O3, 촉매 물질, 또는 조촉매 물질이 더욱 안정적으로 코팅될 수 있는 기반이 되어, 이후 촉매가 촉매 물질을 더욱 많이 함유할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이어서, 담체의 표면에 조촉매 물질층을 형성하는 단계가 수행된다.
조촉매 물질층은 담체의 표면 상의 적어도 일부에 위치할 수 있으며, 예를 들어, 담체 표면에 형성된 돌기의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 조촉매 물질층은 담체의 표면과 촉매층을 접착시킬 수 있다.
조촉매 물질층은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
조촉매 물질층은 담체 표면에 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 증류수에 혼합시킨 용액을 코팅하고, 110 ~ 130 ℃의 온도에서 3 ~ 5 시간 동안 건조시킨 후, 400 ~ 600 ℃의 온도에서 1 ~ 5 시간 동안 열처리하여 형성될 수 있다. 이러한 건조 온도 및 시간 범위와 열처리 온도 및 시간 범위 내에서, 조촉매 물질층이 안정적으로 형성될 수 있고, 이로 인해 이후 촉매층이 안정적으로 담체에 결합될 수 있고, 촉매의 내구성이 크게 향상될 수 있다.
코팅 방식은, 예를 들어, 담체를 용액에 침지시키는 딥 코팅(dip coating) 방식이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이때, 열처리 이전에, 필요로 하는 질량으로 조촉매 물질층이 형성될 때까지, 코팅 및 건조 공정이 2회 이상 반복 수행될 수 있고, 조촉매 물질층을 형성하는 단계가 2회 이상 반복 수행될 수도 있다.
도 3은 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 FeCrAl 담체에 대한 코팅-건조 회수에 따른 Ce(NO3)3·6H2O 조촉매 물질층의 코팅 질량비를 나타내는 그래프이다. 도 3에서, 1차 Ce 코팅은 조촉매 물질층을 형성하는 단계를 1회 수행한 경우를 의미하고, 2차 Ce 코팅은 조촉매 물질층을 형성하는 단계를 2회 수행한 경우를 의미하며, 건조 공정은 120 ℃의 공기 흐름에서 4시간 동안 진행되었다.
도 3을 참조하면, 1차 코팅으로 조촉매 물질층은 약 4 %의 코팅 질량비를 나타내었고, 코팅과 건조를 5회까지 반복하면서 코팅 질량비가 약 5 %까지 상승하였다. 1차 코팅 후 약 500 ℃에서 4 시간 소성 후 2차 코팅 결과, 약 7 %의 코팅량을 나타내었고, 코팅과 건조를 5회까지 반복하면서 코팅 질량비가 약 8 %까지 증가하였다. 이로부터 조촉매 물질층 형성 단계 내에서, 코팅-건조 과정을 반복함으로써 코팅량을 향상시킬 수 있고, 조촉매 물질층 형성 단계를 2회 이상 반복함으로써 코팅량을 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 촉매층 형성 단계가 수행된다.
조촉매 물질층이 촉매층과 γ-Al2O3를 포함하는 담체 표면을 강하게 결합시킴으로써, 촉매의 내구성 및 열적 안정성이 향상될 수 있다.
촉매층은, 조촉매 물질층 상에 γ-Al2O3 및 귀금속 물질을 포함하는 졸(sol)을 코팅하고 110 ~ 130 ℃의 온도에서 3 ~ 5 시간 동안 건조시킨 후, 400 ~ 600 ℃의 온도에서 1 ~ 5 시간 동안 열처리하여 형성될 수 있다. 이러한 건조 온도 및 시간 범위와 열처리 온도 및 시간 범위 내에서, 촉매층이 안정적으로 형성될 수 있다.
귀금속 물질은, 예를 들어, Pt, Pd, 또는 Rh 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 귀금속 물질은 NOx, HC, CO, PM 등의 공해 물질을 제거시킬 수 있다.
졸은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 더 포함할 수 있고, 이러한 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O은 촉매층의 내구성 및 열적 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
코팅 방식은, 예를 들어, 담체를 용액에 침지시키는 딥 코팅 방식이 사용될 수 있다.
이때, 열처리 이전에, 필요로 하는 질량으로 촉매 물질층이 형성될 때까지, 코팅 및 건조 공정이 2회 이상 반복 수행될 수 있고, 촉매 물질층을 형성하는 단계가 2회 이상 반복 수행될 수도 있다.
도 4는 Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매층의 코팅-건조 회수에 따른 코팅량 질량비와 Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매층의 코팅-건조 회수에 따른 코팅량 질량비를 비교하는 그래프이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매의 SEM 이미지들이고, (c) 및 (d)는 Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매의 SEM 이미지들이다. Ce 조촉매 물질층이 없는 경우는 비교예로서, 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 FeCrAl 담체에 Pt 및 γ-Al2O3 를 포함하는 졸을 코팅한 후 120 ℃의 공기 흐름에서 4시간 동안 건조한 다음 500 ℃에서 2시간 소성한 촉매를 의미한다. Ce 조촉매 물질층이 있는 경우는 실시예에 따라, 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 FeCrAl 담체에 Ce(NO3)3·6H2O를 포함하는 용액을 코팅한 후 120 ℃의 공기 흐름에서 4시간 동안 건조한 다음, Pt 및 γ-Al2O3 를 포함하는 졸을 코팅한 후 120 ℃의 공기 흐름에서 4시간 동안 건조하고, 이후 500 ℃에서 2시간 소성한 촉매를 의미한다.
도 4를 참조하면, Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매층은 코팅 1회에서 불과 약 0.1% 질량비만 코팅되었고, 8회 코팅에서 약 3.8%의 코팅 질량비를 나타내었다. 반면, Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매는 코팅 질량비가 8회 코팅에서 약 5.4%로 Ce 조촉매 물질층이 없는 경우보다 약 30 % 더 많은 촉매층을 코팅할 수 있었다. 초기 1회의 코팅량 질량비만을 비교하더라도, Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매층은 코팅량 질량비가 약 1.3 %이상 높게 나타났고, 이는 Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매층의 코팅량 질량비보다 현저하게 많은 것을 확인할 수 있다.
이로부터, 실시예 Ce(NO3)3·6H2O를 포함하는 촉매층이 FeCrAl 담체의 표면과 촉매층 사이의 점착성을 향상시키는 것을 알 수 있다.
도 5를 참조하면, 낮은 배율에서(도 5의 (a), (c)), Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매보다, Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매가 보다 균일한 촉매층 코팅 상태를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 높은 배율에서(도 5의 (b), (d)), 흰(밝은) 점으로 나타난 성분이 SEM-EDX로 분석해 본 결과 백금(Pt)임을 확인하였고, 도면을 참조하면, 백금 입자가 Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매가 보다 입자 크기가 작고, 보다 균일하게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 조촉매 물질층이 촉매 물질의 분산성 및 균일성을 향상시켜 촉매 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 6은 Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매의 C3H8 정화율과 Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매의 C3H8 정화율을 비교하는 그래프이다. Ce 조촉매 물질층이 없는 경우는 비교예로서, 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 FeCrAl 담체에 Pt 및 γ-Al2O3 를 포함하는 졸을 코팅한 후 120 ℃의 공기 흐름에서 4시간 동안 건조한 다음 500 ℃에서 2시간 소성한 촉매를 의미한다. Ce 조촉매 물질층이 있는 경우는 실시예에 따라, 1000 ℃ 에서 15시간 동안 열처리된 FeCrAl 담체에 Ce(NO3)3·6H2O를 포함하는 용액을 코팅한 후 120 ℃의 공기 흐름에서 4시간 동안 건조한 다음, Pt 및 γ-Al2O3 를 포함하는 졸을 코팅한 후 120 ℃의 공기 흐름에서 4시간 동안 건조하고, 이후 500 ℃에서 2시간 소성한 촉매를 의미한다. 촉매의 탄화수소 C3H8의 산화 특성 실험을 위한 실험 조건은, 총 유량은 약 2 L/min, 그 중 C3H8의 농도는 약 2500 ppm, 산소(O2)는 약 3.6 %, SV는 약 64,000 1/h이다. 도 6에서 촉매 온도는 외부에서 300 ~ 500 ℃의 범위에서 10 ℃/min으로 상승되었고, 도 6은 C3H8의 저감과 일산화탄소(CO) 생성 특성을 분석하여 작성된 그래프이다.
도 6을 참조하면, Ce 조촉매 물질층이 없는 경우의 촉매와 Ce 조촉매 물질층이 있는 경우의 촉매의 정화 성능이 유사한 것으로 나타났다. 두 촉매 모두 약 300 ℃부터 반응을 시작하여 약 500 ℃에서 약 80%의 C3H8 정화율을 나타내었다. 이로부터, 실시예에 따른 촉매가 500 ℃ 이하의 온도에서도 우수한 정화 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
전술한 제조방법에 따라 제조된 촉매는, FeCrAl 합금을 포함하는 담체, 담체의 표면 상의 적어도 일부에 위치하는 조촉매 물질층, 그리고 조촉매 물질층 상의 적어도 일부에 위치하는 촉매층을 포함한다. 조촉매 물질층은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 포함하며, 조촉매 물질층은 담체의 표면과 촉매층을 접착시킨다. 촉매층은 γ-Al2O3 및 귀금속 물질을 포함한다.
여기서, 담체는 다공성 구조를 가질 수도 있고, 허니컴(honeycomb) 구조를 가질 수도 있으며, 철선 형태를 가질 수도 있고, 매트(mat) 형태를 가질 수도 있다.
실시예에 따른 촉매는 내구성이 매우 우수하고, 매우 우수한 열적 안정성을 나타낸다.
실시예에 따른 촉매는 연료의 종류에 따라 적절한 촉매 물질을 선택 코팅하여 촉매 연소기로 제작될 수 있고, 연소기의 소형화, 초저공해화가 달성 가능할 수 있다. 이러한 촉매는 촉매 연소기의 연소용 촉매, 또는 연소기의 배출가스 후처리 장치, 가솔린 또는 디젤 자동차의 매연, 입자상 물질, 유기 성분, 일산화탄소 및 탄화수소 성분의 제거를 위한 후처리용 촉매, 또는 각종 불고기 음식점 고기 굽는 냄새, 각종 튀김 가게의 기름 냄새와 같은 각종 유기 성분의 냄새 제거 장치 등에 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. FeCrAl 합금을 포함하는 담체,
    상기 담체의 표면 상의 적어도 일부에 위치하는 조촉매 물질층, 그리고
    상기 조촉매 물질층 상의 적어도 일부에 위치하는 촉매층
    을 포함하고,
    상기 조촉매 물질층은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 포함하고, 상기 담체의 표면과 상기 촉매층을 접착시키며,
    상기 촉매층은 γ-Al2O3 및 귀금속 물질을 포함하는
    배출가스 정화용 촉매.
  2. 제1항에서,
    상기 촉매층은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 더 포함하는 배출가스 정화용 촉매.
  3. 제1항에서,
    상기 담체의 표면에 다수의 돌기가 형성되어 있고, 상기 돌기는 γ-Al2O3 를 포함하는 배출가스 정화용 촉매.
  4. 제1항에서,
    상기 담체는 다공성이거나, 허니컴(honeycomb) 형태, 철선 형태, 또는 매트(mat) 형태를 갖는 배출가스 정화용 촉매.
  5. 제1항에서,
    상기 귀금속 물질은 Pt, Pd, 또는 Rh 중 하나 이상을 포함하는 배출가스 정화용 촉매.
  6. FeCrAl 합금을 열처리하여 담체를 형성하는 단계,
    상기 담체의 표면에 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 증류수에 혼합시킨 용액을 코팅하고 110 ~ 130 ℃의 온도에서 3 ~ 5 시간 동안 건조시킨 후, 400 ~ 600 ℃의 온도에서 1 ~ 5 시간 동안 열처리하여 조촉매 물질층을 형성하는 단계, 그리고
    상기 조촉매 물질층 상에 γ-Al2O3 및 귀금속 물질을 포함하는 졸(sol)을 코팅하고 110 ~ 130 ℃의 온도에서 3 ~ 5 시간 동안 건조시킨 후, 400 ~ 600 ℃의 온도에서 1 ~ 5 시간 동안 열처리하여 촉매층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 조촉매 물질층이 상기 담체의 표면과 상기 촉매층을 접착시키고,
    상기 담체를 형성하는 단계에서,
    상기 열처리는 950 ℃초과 1050 ℃이하의 온도에서 13 ~ 17 시간 동안 수행되는
    촉매의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에서,
    상기 담체를 형성하는 단계에서,
    상기 열처리에 의해 상기 담체의 표면에 다수의 돌기가 형성되고, 상기 돌기는 γ-Al2O3 를 포함하는 촉매의 제조방법.
  9. 제6항에서,
    상기 촉매층을 형성하는 단계
    상기 졸은 Ce(NO3)3·6H2O, Cu(NO3)2·3H2O, La(NO3)3·6H2O, NiCl2·6H2O, 또는 NiSO4·6H2O 중 하나 이상의 물질을 더 포함하는 촉매의 제조방법.
  10. 제6항에서,
    상기 조촉매 물질층을 형성하는 단계에서,
    상기 열처리 이전에, 상기 코팅 및 건조 공정이 2회 이상 반복 수행되는 촉매의 제조방법.
  11. 제10항에서,
    상기 조촉매 물질층을 형성하는 단계가 2회 이상 반복 수행되는 촉매의 제조방법.
  12. 제6항에서,
    상기 촉매층 형성 단계에서,
    상기 열처리 이전에, 상기 코팅 및 건조 공정이 2회 이상 반복 수행되는 촉매의 제조방법.
  13. 제12항에서,
    상기 촉매층 형성 단계가 2회 이상 반복 수행되는 촉매의 제조방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102059123A (zh) * 2010-12-12 2011-05-18 西北有色金属研究院 烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂及其制备方法
CN103736485A (zh) * 2013-05-31 2014-04-23 南京劲鸿茂科技有限公司 一种金属载体基体尾气净化催化剂及其制备方法
KR101738486B1 (ko) * 2016-01-13 2017-06-08 한국에너지기술연구원 촉매 지지체 표면에 금속산화물 코팅층을 형성하는 방법과 금속산화물 코팅층을 포함하는 촉매 지지체 및 촉매장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100915971B1 (ko) 2008-05-22 2009-09-10 전남대학교산학협력단 와이어로 제조된 3차원의 다공성 구조체를 이용한 연소가스촉매 정화장치
EP3532198A4 (en) * 2016-10-28 2020-10-21 BASF Corporation CATALYTIC AND SORPTIVE ARTICLES WITH METAL FIBER FELT SUBSTRATES

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102059123A (zh) * 2010-12-12 2011-05-18 西北有色金属研究院 烧结FeCrAl金属纤维多孔载体催化剂及其制备方法
CN103736485A (zh) * 2013-05-31 2014-04-23 南京劲鸿茂科技有限公司 一种金属载体基体尾气净化催化剂及其制备方法
KR101738486B1 (ko) * 2016-01-13 2017-06-08 한국에너지기술연구원 촉매 지지체 표면에 금속산화물 코팅층을 형성하는 방법과 금속산화물 코팅층을 포함하는 촉매 지지체 및 촉매장치

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