KR102305448B1 - 배기가스 정화용 촉매 담체에 대한 촉매 슬러리의 다층 코팅 방법 - Google Patents

배기가스 정화용 촉매 담체에 대한 촉매 슬러리의 다층 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스 정화용 촉매 담체 내부를 정량의 촉매 슬러리로 다층 코팅하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 배기가스 정화용 촉매 담체인 컨버터 또는 필터 내부를 정량의 촉매 슬러리로 다층 코팅하되, 하나의 층을 전부 코팅 단계로 완성하여, 코팅 공정의 생산성을 향상시키기 위한 코팅 방법에 관한 것으로, 담체 채널로 정량의 촉매 슬러리가 1회 주입되어 하나의 층을 형성하면 종래 부분-코팅 방식과 비교하여 생산성이 약 20% 향상된다.

Description

배기가스 정화용 촉매 담체에 대한 촉매 슬러리의 다층 코팅 방법{A method for coating multilayer of catalyst slurry on a carrier of purification catalyst for exhaust gas}
본 발명은 배기가스 정화용 촉매 담체 내부를 정량의 촉매 슬러리로 다층 코팅하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 배기가스 정화용 컨버터 또는 필터 내부를 정량의 촉매 슬러리로 다층 코팅하되, 하나의 층을 1회 슬러리 주입에 의한 전부 코팅 단계로 완성하여, 코팅 공정의 생산성을 향상시키기 위한 코팅 방법에 관한 것이다.
촉매 컨버터는 배기가스 유해성분을 촉매작용에 의하여 무해성분으로 전환시키는 구조체이다. 촉매 컨버터의 통상적인 형태는 다양한 촉매성분들이 담지된 슬러리 (이하 촉매 슬러리)가 담체의 복수의 길이방향 채널에 코팅된다. 또한, 배기가스 정화용 촉매 필터는 내연 엔진에서 배출되는 입자상 물질을 포집한 후, 이를 태워서 재생하고 다시 입자상 물질을 포집하여 계속 재사용하는 필터기술로서, 구조체 즉 담체에 산화 촉매를 코팅하는 촉매 필터 (CSF, Catalyzed soot filter) 방식이 채용될 수 있다. 이러한 컨버터 또는 필터의 담체 또는 캐리어는 세라믹 소결체의 일종인 다공질 탄화규소 소결체, 또는 코티어라이트, 알루미늄타이타니아 등으로 형성되는 허니콤 구조체이고, 촉매 물질이 담체 셀벽에 코팅된다. 한편, 정량의 촉매 슬러리를 촉매 컨버터에 코팅하는 방식으로는 다양한 방식이 고려될 수 있으나, 특히 대한민국 특허 10-1271434에 소위 PnP (푸시 앤드 풀)방식 및 미국특허 9,144,796에 부분-코팅 방식이 유력한 방식으로 이해된다. 그러나 상기 유력한 코팅 방식들을 적용하여 다층 촉매 구조를 형성하는 경우, 각각의 촉매층은 두 단계의 다중 코팅으로 형성되며, 구체적으로 촉매 슬러리의 제1부분이 담체 전반부에 부분 코팅되고, 담체를 반전 후, 촉매 슬러리의 제2부분이 담체 후반부에 부분 코팅되고, 슬러리에 점도 개선용 개질제를 도입함으로써 제1 부분 코팅부를 강화시켜 슬러리의 제2 부분 도입에 의한 쏠림에 의한 불균일성을 해소할 수 있어 제1 부분 코팅 및 제2 부분 코팅 사이에 건조 단계를 생략할 수 있다는 장점이 있으나, 점도 개질제 선택 및 적용에 따른 시간적 부담 및 촉매 활성에 대한 부정적 영향과 함께 이러한 하나의 층을 완성하는데 2회 이상의 부분 코팅으로 인한 생산성 저하의 단점이 존재한다.
미국 특허 10,183,287에 따르면 담체 내부로 습윤 (wet) 다층 촉매층 코팅방식이 개시되며, 초기 제1 촉매 슬러리의 1회 코팅으로 제1 촉매층이 형성되고, 제1 촉매층의 점도를 상기 초기 촉매슬러리 보다 더 높게 조정하고, 제2 촉매 슬러리의 1회 코팅으로 제2 촉매층이 제1 촉매층 상에 형성되되, 제2 촉매 슬러리의 점도는 제1 촉매층의 점도보다 낮은 조건으로 코팅하는 방식이 교시된다. 상기 287 특허는, 하나의 층을 위한 1회 코팅으로 생산성이 향상된 것에 비하여 이러한 1회 코팅이 가능하기 위하여는 점도 조절 과정이 수반되어야 하며, 이에 따른 공정 시간 및 비용의 문제점이 지적된다. 따라서 생산성 향상을 위한 코팅 방식 개발이 여전히 요청된다.
본 발명의 목적은 배기 가스 정화용 촉매 담체에 다층 촉매층을 형성하기 위한 촉매 슬러리 코팅 방식을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 점도 개질제 및 분산제를 촉매 슬러리에 적용하지 않고도 하나의 층을 위한 1회 코팅으로 생산성을 향상시킬 수 있는 촉매 슬러리 코팅 방식을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 다층 촉매층에 균일한 귀금속이 분포될 수 있는 촉매 슬러리 코팅 방식이 제안된다. 본 발명의 또 다른 목적은 종래 부분-코팅 방식 대비 약 20% 생산성이 향상되는 촉매 슬러리 코팅 방식을 제시하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배기가스 정화용 촉매 담체에 대한 다층 촉매층 형성 방법에 있어서, 촉매 담체 내부로 입구측으로부터 촉매 슬러리를 1회 정량 주입하여 제1층을 형성하는 단계; 상기 촉매 담체를 1차 건조하는 단계; 상기 촉매 담체를 뒤집는 단계; 상기 촉매를 냉각하는 단계; 상기 촉매 담체 내부로 출구측으로부터 촉매 슬러리를 1회 정량 주입하여, 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 단계; 및 상기 촉매 담체를 2차 건조하는 단계; 를 포함한다. 비-제한적으로 본 발명의 특징들을 나열하면, 제1층 및 제2층은 담체 길이의 90% 이상 코팅되되 제1층 및 제2층은 대칭 형상으로 구성되며, 1차 건조율 (수분 제거 수준)은 90% 이상 및 제2 건조율은 80% 이상인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 촉매 담체 내부로 입구측 또는 출구측으로부터 촉매 슬러리를 정량 주입하는 단계는, 촉매 슬러리를 바닥이 상하 이동되는 정량 용기에 투입하는 단계, 촉매 담체 하단 및 용기 상단이 수평을 되도록 용기 상부를 촉매 담체 하단에 이동시키는 단계, 촉매 담체 하단 및 용기 상단을 외부와 밀폐시키는 단계, 용기 바닥을 상향 이동시키는 단계, 상기 밀폐를 해제와 동시에 진공 인가 단계를 포함한다. 더 나아가, 본 발명에 의하면, 입구측으로부터 주입되는 촉매 슬러리 및 상기 출구측으로부터 주입되는 촉매 슬러리는 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명에 의한 배기가스 정화용 촉매 담체에 다층 촉매층 형성을 위한 촉매 슬러리 정량 주입 방법에 따라 촉매 슬러리는 담체 내부 채널로 정량 주입되되, 1회 주입에 의해 하나의 층을 형성하므로, 종래 부분-코팅 또는 점도 개질제 첨가에 의한 문제점들을 해결할 수 있다. 담체 채널로 정량의 촉매 슬러리가 1회 주입되어 하나의 층을 형성하면 종래 부분-코팅 방식과 비교하여 건조 단계 및/또는 소성 단계 등을 생략할 수 있으므로 생산성이 크게 향상된다.
도면은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이며 청구범위에 포함되는 발명을 제한하는 것이 아니다.
도 1은 촉매 담체, 특히 촉매 필터 담체의 개략 사시도 및 부분 확대단면도이다.
도 2는 담체 셀벽에 코팅된 촉매 성분을 보이는 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 종래 PnP 방식 또는 부분-코팅에 따른 코팅방식을 담체에 적용하기 위한 개략 순서도이다.
도 4는 종래 부분-코팅 방식으로 2층의 촉매층을 제조하는 공정이 도시된다.
도 5는 본 발명에 의한 싱글 패스 다층 코팅 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6에는 실시예들 및 비교예에 의한 촉매 모듈의 개략적 단면들 및 스펙이 도시된다.
정의
본 명세서에서 '다층' 촉매층이란 담체 내부 셀벽에 촉매슬러리들이 코팅되어 형성되는 2 이상의 촉매층들을 의미한다. '1회' 코팅 또는 전부 코팅 또는 단일 코팅이란, 하나의 촉매층 전부를 형성하기 위하여 담체 셀 또는 채널 내부로 촉매 슬러리가 1회 도포되는 단계를 언급하는 것으로, 하나의 촉매층 일부를 형성하기 위한 부분-코팅 또는 다중 코팅과 대비된다. 싱글 (single) 패스 코팅은 촉매 담체 입구측으로부터 촉매 슬러리를 주입하고, 이를 건조한 후, 촉매 담체를 뒤집고, 촉매 담체 출구측으로부터 촉매 슬러리를 주입하고, 촉매 담체를 건조하는 사이클 코팅 과정을 의미한다. 싱글 패스 코팅이 2회 진행되면, 더블 (double) 패스 코팅으로 진행되는 것이다.
본 발명에서 '정량'이라 함은 정밀하게 제어된 소정 함량의 촉매 슬러리가 복수의 채널 또는 셀 (cell)에 거의 완전하게 코팅되는 것을 의미한다. 본원에서 '거의' 완전하게 코팅된다는 것은 계량된 촉매 슬러리의 1% 이내의 슬러리만이 담체 채널들에 코팅 또는 담지되지 못하고 빠져 나온다는 것을 의미한다. 본 발명의 설명에서 담체 구조체를 기술하면서, 특히 필터 구조체를 예시하지만, 통상의 컨버터 구조체 역시 동일하게 적용되는 것을 물론이며, '단면'이란, 달리 특정하지 않는 한 배기가스 유동방향에 대한 수직의 단면으로 정의된다. 한편, '후반부' 또는 '출구측 (outlet)'이라 함은 배기가스가 담체를 통과하여 외부로 배출되는 측으로 이해될 수 있으며, '전반부' 또는 '입구측 (inlet)'이라 함은 엔진으로부터 배출된 배기가스가 유입되는 측으로 정의된다. 또한, '전반부' 및 '후반부'는 반드시 담체를 길이방향으로 양분하는 용어는 아니며, 배출가스 및 엔진 조건에 따라 전반부 중 일부 및 후반부 중 일부분으로 이해될 수 있다. 담체라는 용어는 지지체 또는 캐리어라는 용어와 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 본 발명에서 배기가스는 자동차 등의 이동식 내연기관 또는 발전소 등의 고정식 내연기관에서 발생되는 배기가스를 포함하여 유해성분을 함유하는 포괄적 개념의 배기가스를 언급하는 것이다.
본 발명은 배기 가스 정화용 촉매 담체에 다층 촉매층을 형성하기 위한 촉매 슬러리 코팅 방식을 제공하고, 점도 개질제 및 분산제를 촉매 슬러리에 부가하지 않고도 하나의 층 전부를 위한 1회 코팅으로 생산성을 향상시킬 수 있는 촉매 슬러리 코팅 방식을 제안하는 것으로, 본 발명에 의한 코팅 방법에 의해, 귀금속이 균일하게 분포되는 다층 촉매층을 제조할 수 있다.
촉매 담체에는 단일 촉매층 또는 다층 촉매층을 코팅된다. 특히 촉매 성분들이 High Dry gain (250g/L이상)을 갖는 촉매 코팅층을 위하여는 High %Solid (고형분 함량 43%이상으로 1500cP이하의 점도)를 갖는 슬러리가 필요하지만 이러한 Slurry 제조가 난해하다. 따라서 슬러리에 점도 개질제 또는 분산제를 적용하기도 하지만, 비용, 적합한 분산제 선택에 대한 시간적 부담 및 촉매 활성에 대한 부정적 영향에 대한 불안정성 존재하므로 단일 촉매층 보다는 다층 촉매층으로 도포하여야 할 필요성이 있다. 또한 다기능성 촉매 모듈, 예컨대, THC 산화기능 및 NOx 환원기능을 동시에 또는 순차적으로 수행하기 위한 다기능성 촉매모듈을 제작하기 위하여 다층 촉매층이 요구되기도 한다. 그러나, 현재 구현되는 코팅 방식은 부분-코팅 방식으로 생산성 저하가 문제된다. 따라서, 본 발명은 부분-코팅을 지양하고 싱글 패스 다층 코팅 (Single-Pass Double Coating) 방식을 제안하여 생산성을 개선하고자 것이다. 본 발명자들의 다양한 실험 및 차량 적용 결과, 제안되는 싱글 패스 다층 코팅 방식에 의한 다층 촉매층은 단일 코팅층과 동일한 효과를 가진다는 것을 확인하였다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 촉매 담체의 다층 촉매층 코팅방법을 설명하지만, 본 발명은 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 먼저, 담체 구조를 설명한다. 도 1은 원기둥 형상 촉매 필터의 담체의 사시도 및 부분 확대단면도를 도시한 것이다. 상기 하니콤 담체(10) 구조체는, 단면이 대략 정방형상을 이루는 복수의 관통셀 또는 채널 (12', 12")이 축선방향을 따라서 규칙적으로 형성되어 있으며, 각 관통셀 (12', 12")은 얇은 셀벽 (13)에 의해 서로 칸막이 되어 있다. 다수개의 셀 중에, 약 반수는 유입단면(9a)에 있어서 개구되고, 나머지 셀은 유출단면(9b)에 개구된다. 유입단면(9a)에 개구된 셀(12')들 내부의 셀벽(13)의 표면 또는 세공 내부에는 백금족 원소나 그외 금속원소 및 그 산화물 등으로 이루어진 촉매 물질(30)이 코팅 또는 담지되어 있다. 각 관통셀 (12', 12")의 개구부는, 어느 한쪽의 단면(9a, 9b)측에 있어서, 플러깅(15)에 의해 밀봉되어 있다. 따라서 담체 단면 전체는 바둑판 모양을 나타낸다. 셀의 밀도는 200개/인치2 전후로 설정되고, 셀벽(13)의 두께는 0.3mm 전후로 설정된다. 유입 단면(9a)에서 개구된 셀(12') 내부로 진입된 배기가스는 셀벽을 통과하면서 입자상 물질은 걸러지고 (트랩, 침적) 나머지 가스 성분만 셀벽 세공(또는 기공)을 통해 유출단면(9b)에서 개구된 셀(12")을 통하여 외부로 배출된다. 이때, 가스 성분은 셀벽(13)에 코팅된 (도 2) 촉매층에 의해 산화 환원반응이 촉진되어 무해한 성분으로 전환되어 유출단면(9b) 방향으로 외부 방출된다. 도 1에서 이해되듯, 입구측 및 출구측은 대칭적 형상을 가지고 있으므로 이를 편의상 구분하는 것이고 절대적인 담체 위치를 지시하는 것은 아니다. 예컨대, 담체 제작 과정에서 입구측으로 설명되지만, 담체 장착 및 사용 과정에서는 출구측으로 사용될 수 있는 것이며, 이의 역도 그러하다.
셀벽(13)의 표면에 대한 다양한 코팅 방법 중 정량의 촉매 슬러리를 코팅하는 방식으로는 소위 PnP 방식 또는 부분-코팅 방식을 도 3을 참고하여 설명하면, a. 촉매 슬러리를 바닥이 상하 이동되는 정량 용기에 투입하는 단계, b. 촉매 담체 하단 및 용기 상단이 수평이 되도록 용기 상단을 촉매 담체 하단으로 이동시키는 단계, c. 촉매 담체 하단 및 용기 상단을 외부와 밀폐시키는 단계, d. 용기 바닥을 상향 이동시키는 단계, e. 진공 인가 단계, f. 촉매 담체 하단 및 용기 상단 밀폐를 해제시키는 단계를 통해 담체 채널 내부, 상세하게는 셀벽 표면에 촉매 슬러리를 코팅할 수 있다. 이러한 단계들로 구성되는 코팅 방법의 작동 과정을 설명하면, a-d 단계들을 통하여 촉매 담체의 복수의 채널에 정량의 촉매 슬러리가 충전된 후, 진공이 인가된다 (e 단계). 상기 e 단계까지는 채널 내부에 충전된 슬러리가 충전 수준 (level) 이상으로 채널 내부 중 상부로 이동되지 않고, 다음 단계, 즉 f. 촉매 담체 하단 및 용기 상단 밀폐를 해제시키는 단계가 이어지며, 이에 따라 채널 내부에 충전되어 있는 정량의 촉매 슬러리가 채널 내부 중 상부로 이동되어 채널 내벽 즉 셀벽의 전반부 또는 후반부에 촉매 슬러리가 얇게 도포된다. 상기 하프 코팅 후, 촉매 담체를 반전시켜 나머지 부분에 대하여도 a 내지 f 단계를 반복하여 촉매 담체에 대한 코팅을 완료하면, 셀벽 내부 하부 및 상부 각각에서 코팅되어 하나의 코팅층을 획득할 수 있다. 즉, PnP 방식을 이용하여 담체의 셀벽 하부를 부분적으로, 바람직하게는 전체의 50%를 코팅하고 담체를 뒤집어 다시 코팅되지 않고 남아 있는 셀벽 상부의 나머지 부분을 코팅하는 도 3b를 참고하면, 부분 코팅을 통해, 슬러리는, 셀벽 내부 하부 및 상부에서 슬러리 배치가 각각 달리 코팅되어 하나의 촉매층을 획득할 수 있는 것이다.
PnP 방식 또는 부분-코팅 방식으로 2층의 촉매층을 제조하는 공정을 도 4에 도시한다. 2개의 촉매층 (바닥 코팅층, B/C 및 상부 코팅층, T/C)은 촉매슬러리 (CW)의 연속된 2 싱글 패스들 즉 더블 패스로 완성되며, 도시된 바와 같이 건조 단계 및 소성 단계들이 필연적으로 포함되므로 생산성이 저하되는 문제가 있었다. 구체적으로는, 제1 싱글 패스 과정에서, B/C 전반부 하프 코팅 후 제1 건조단계가 요구되며, B/C 후반부 하프 코팅 후 제2 건조단계 및 제1 소성단계가 필요하다. 제2 싱글 패스 과정에서, T/C 전반부 하프 코팅 후 제3 건조단계가 요구되며, T/C 후반부 하프 코팅 후 제3 건조단계 및 제2 소성단계가 필요하다.
본 발명자들은 종래 부분-코팅에 의한 생산성 저하를 극복하고자 싱글 패스 다층 코팅 (Single-Pass Double Coating) 방식을 고안하여 다양한 촉매 구조체를 제작한 결과, 싱글 패스 다층 코팅 방식에 의한 다층 촉매층은 단일 코팅층과 동일한 효과를 가진다는 사실을 확인하였고, 코팅 공정의 생산성이 크게 개선된 것을 알았다. 도 5는 본 발명에 의한 싱글 패스 다층 코팅 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명에 의한 촉매 담체에 대한 다층 촉매층 형성 방법은, 촉매 담체 내부로 입구측으로부터 촉매 슬러리를 1회 정량 주입하여 제1층을 형성하는 단계; 상기 촉매 담체를 1차 건조하는 단계; 상기 촉매 담체를 뒤집는 단계; 상기 촉매를 냉각하는 단계; 상기 촉매 담체 내부로 출구측으로부터 촉매 슬러리를 1회 정량 주입하여, 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 단계; 상기 촉매 담체를 2차 건조하는 단계; 및 소성 단계를 포함한다. 이때, 담체 내부로 입구측 또는 출구측으로부터 촉매 슬러리를 정량 주입하는 단계는 상기된 선행 특허들에 기재되어 있으므로, 상세한 설명을 생략하지만, 도 3에 대략 도시된 바와 같이, 촉매 슬러리를 바닥이 상하 이동되는 정량 용기에 투입하는 단계, 촉매 담체 하단 및 용기 상단이 수평을 되도록 용기 상부를 촉매 담체 하단에 이동시키는 단계, 촉매 담체 하단 및 용기 상단을 외부와 밀폐시키는 단계, 용기 바닥을 상향 이동시키는 단계, 상기 밀폐를 해제와 동시에 진공 인가 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 싱글 패스 다층 코팅 방법은, 2개의 촉매층들을 형성하는데, PnP 또는 부분 코팅 방식과 비교하여, 건조 단계 및 소성 단계를 약 절반으로 줄일 수 있어 생산성을 크게 개선시킬 수 있다.
본 발명에서, 제1층 및 제2층은 담체 길이의 90% 이상 코팅되되 제1층 및 제2층은 대칭 형상으로 구성되며, 제1층에 대한 건조율은 90% 이상 및 제2층에 대한 건조율은 80% 이상인 것을 특징으로 한다. 제1층 및 제2층 코팅층의 길이가 90% 미만인 경우 촉매코팅층에 포함되는 촉매 성분들의 균일성이 확보되지 못하며, 대칭성 역시 촉매코팅층에서 촉매 성분들 균일성을 결정하는 중요한 인자이다. 또한 제2층 촉매층 형성 과정에서 제1층의 촉매 물질의 쏠림에 의한 이동 또는 변형 및 손실을 방지하기 위하여 제1층에 대한 수분 제조 비율은 90% 이상 확보되어야 하며 제2층에 대한 건조율은 생산성을 고려하여 제1차 건조율 보다 낮게 설정되나 80% 이상 필요한 것으로 확인된다. 더 나아가, 입구측으로부터 주입되는 촉매 슬러리 및 상기 출구측으로부터 주입되는 촉매 슬러리는 동일하거나 상이할 수 있을 뿐 아니라, 제1층 및 제2층을 이루는 슬러리는 동일하거나 상이할 수 있다. 제1층 및 제2층을 이루는 슬러리가 동일한 경우, 촉매 성분들이 High Dry gain (250g/L이상)을 갖는 촉매 코팅층 형성에 적용되고, 제1층 및 제2층을 이루는 슬러리가 상이한 경우, 이중 기능을 가지는 촉매 코팅층 형성에 적용될 수 있다.
이하 본 발명에 의한 코팅방식을 적용하여 2개 층을 가지는 다양한 촉매층을 제작하여 부착력 및 배압 평가 및 엔진 및 차량 평가를 수행하였다. 도포 대상 담체의 물리적 특징은 105.79*115, 600/3이고, 코팅장치로서 VIC Mode via Pilot PnP를 이용하고 통상 성분들의 슬러리를 도포하였다.
실시예 1
105.79*115, 600/3 스펙의 촉매 담체 내부로 VIC Mode via Pilot PnP 방식으로 담체 입구측으로부터 통상 물성의 슬러리를 1회 정량 주입하여 담체 길이의 90%에 해당하는 길이 (103.5mm)의 제1층을 형성하였다. 1차 건조하고, 담체를 뒤집은 후, 촉매 담체 내부로 VIC Mode via Pilot PnP 방식으로 출구측으로부터 상기 슬러리와 비교하여 유동성 확보를 위하여 고형분 비율이 적어도 2% 낮은 슬러리를 1회 정량 주입하여, 담체 길이의 90%에 해당하는 제2층을 제1층 상에 형성하였다. 이를 2차 건조하고, 소성하여 촉매 모듈 (M1이라 칭함)을 완성하였다. 1차 건조할 때, 수분제거가 불충분한 경우 ( 90% 미만) 제2층 코팅 과정에서 슬러리 주입 후의 진공에 의해 제1층의 슬러리가 쏠려서 변형되고 적층되는 현상으로 인하여 셀이 막히거나 배압이 상승되는 문제점을 확인하였으며, 이를 해결하고자 1차 건조율 (수분 제거 수준)은 적어도 90% 이상 확보되어야 한다. 한편, 제2층 코팅은 마지막 코팅 차수이므로 최소한의 수분 제거만으로 진행될 수 있었고, 따라서 2차 건조율은 80% 이상으로 충분하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 수행하되, 제2층의 코팅 길이만은 담체 길이의 75%에 해당하도록 (86.25mm) 도포하여, 제1층과 제2층이 서로 다른 길이로 코팅된 촉매 모듈 (M2)을 제조하였다. 그러나, 제1층 및 제2층에서 비대칭 코팅층들이 형성되며 귀금속 분포가 담체 길이에 따라 편차가 생겨 부적합한 모듈로 확인되었다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 수행하되, 제1층 및 제2층의 코팅 길이는 담체 길이의 95%에 해당하도록 (105mm) 도포하여, 제1층과 제2층이 대칭적으로 코팅된 촉매 모듈 (M3)을 제조하였다.
비교예 1
종래 부분-코팅 방식으로 다층 촉매층을 제조하였다. 제1 싱글 패스 과정에서, 통상의 슬러리로 B/C 전반부 하프 코팅 후 건조하고, B/C 후반부 하프 코팅 후 다시 건조하고 소성하여 제1층을 완성하였다. 제2 싱글 패스 과정에서, 상기 슬러리보다 고형분이 2% 낮은 슬러리로, T/C 전반부 하프 코팅 후 건조하고, T/C 후반부 하프 코팅 후 건조하고 최종 소성하여 비교 모듈 (Ref)을 제작하였다. 이와 같이 비교 모듈은 2개의 촉매층 (바닥 코팅층, B/C 및 상부 코팅층, T/C)은 촉매슬러리 (W/C, wash coat)의 연속된 2 싱글 패스들 즉 더블 패스로 완성되나, 상기와 같이 건조 단계 및 소성 단계들로 인하여 생산성이 저하되는 문제가 있다.
비교예 2
실시예 2와 동일하게 수행하되, 제2층 코팅 슬러리를 제1층 코팅 슬러리와 동일한 슬러리를 적용하였다. 하기되는 바와 같이, 제1층과 제2층에 적용되는 슬러리가 동일한 경우, 제2층에서 슬러리의 유동성이 확보되지 않아 비대칭 코팅층들이 형성되는 문제점이 발견되었다.
도 6에는 실시예들 및 비교예에 의한 촉매 모듈의 개략적 단면들 및 스펙이 도시된다.
먼저, 촉매 모듈들에 대한 부착력 및 배압을 평가하였다. M1, M2 M3의 부착력은 Ref 모듈과 유사한 수준이며, 배압은 Ref 모듈 대비 최대 20% 가량 감소된다. 본 발명에 의한 방식으로 제조되는 촉매 모듈은 배압감소라는 장점 이외에, 건조 및/또는 소성 단계를 생략할 수 있으므로 생산성 향상이라는 장점 또한 가진다. 한편, 상기 촉매 모듈들에 대한 엔진 평가 (THC, CO, NOx 평가) 결과 M2를 제외하고 Ref 촉매 대비 동등 수준의 촉매 활성을 확인하였다.

Claims (6)

  1. 입구측 및 출구측이 모두 개방되는 배기가스 정화용 촉매 담체에 대한 다층 촉매층 형성 방법으로서, 촉매 담체 내부로 상기 입구측으로부터 촉매 슬러리를 1회 정량 주입하여 제1층 전부를 형성하는 단계; 상기 촉매 담체를 1차 건조하는 단계; 상기 촉매 담체를 뒤집는 단계; 상기 촉매 담체 내부로 상기 출구측으로부터 촉매 슬러리를 1회 정량 주입하여, 상기 제1층 상에 제2층을 전부 형성하는 단계; 및 상기 촉매 담체를 2차 건조하는 단계; 를 포함하고, 상기 제1층 및 제2층은 담체 길이의 90% 이상 코팅되되 제1층 및 제2층은 대칭 형상으로 구성되며, 1차 건조율은 90% 이상 및 제2 건조율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 촉매 담체 내부로 상기 입구측 또는 상기 출구측으로부터 촉매 슬러리를 정량 주입하는 단계는, 촉매 슬러리를 바닥이 상하 이동되는 정량 용기에 투입하는 단계, 촉매 담체 하단 및 용기 상단이 수평을 되도록 용기 상부를 촉매 담체 하단에 이동시키는 단계, 촉매 담체 하단 및 용기 상단을 외부와 밀폐시키는 단계, 용기 바닥을 상향 이동시키는 단계, 상기 밀폐를 해제와 동시에 진공 인가 단계를 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 입구측으로부터 주입되는 촉매 슬러리 및 상기 출구측으로부터 주입되는 촉매 슬러리는 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1층 및 상기 제2층에 적용되는 촉매 슬러리는 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1층 및 상기 제2층에 적용되는 촉매 슬러리가 상이한 경우, 제2층에 적용되는 촉매 슬러리의 고형분 비율은 제1층에 적용되는 촉매 슬러리의 고형분 비율보다 적어도 2% 낮은 것을 특징으로 하는, 방법.
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