KR102332047B1 - Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof - Google Patents

Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102332047B1
KR102332047B1 KR1020200015847A KR20200015847A KR102332047B1 KR 102332047 B1 KR102332047 B1 KR 102332047B1 KR 1020200015847 A KR1020200015847 A KR 1020200015847A KR 20200015847 A KR20200015847 A KR 20200015847A KR 102332047 B1 KR102332047 B1 KR 102332047B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ceria
precursor
alumina
alumina composite
low
Prior art date
Application number
KR1020200015847A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210041998A (en
Inventor
이관영
이기봉
김현욱
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to US17/002,894 priority Critical patent/US11772090B2/en
Publication of KR20210041998A publication Critical patent/KR20210041998A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102332047B1 publication Critical patent/KR102332047B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9413Processes characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B01J20/08Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206Rare earth metals
    • B01D2255/2065Cerium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209Other metals
    • B01D2255/2092Aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/908O2-storage component incorporated in the catalyst

Abstract

본 발명은 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매 및 이의 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 세리아 전구체 및 알루미나 전구체를 미리 설정된 질량비로 공침법으로 처리하여 합성된 세리아-알루미나 복합 담지체에 귀금속 및 금속 산화물을 함침하여 제조되는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매가 제공된다. The present invention discloses a low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a ceria-alumina composite support and a method for preparing the same. According to the present invention, a ceria-alumina composite support synthesized by treating a ceria precursor and an alumina precursor by a co-precipitation method at a preset mass ratio is impregnated with a noble metal and a metal oxide. Low-temperature nitrogen oxide removal using a ceria-alumina composite support A catalyst is provided.

Description

세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매 및 이의 제조 방법{Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof}Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof

본 발명은 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 200 °C 이하 저온에서의 NOx 제거를 위해 사용하는 세리아-알루미나 복합 담지체의 최적 합성법과 추가적으로 귀금속과 금속 산화물의 최적 합성법에 관한 것이다. The present invention relates to a low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a ceria-alumina composite support and a method for preparing the same, and more particularly, to a ceria-alumina composite support used for NOx removal at a low temperature of 200 °C or less. It relates to a synthesis method and additionally to an optimal synthesis method of noble metals and metal oxides.

자동차의 연료 소비를 줄이기 위한 고연비 기술 (희박 연소 엔진)이 적용됨에 따라 배기가스 내 유해물질 중 하나인 NOx를 제거하는데 어려움이 생겼다. As high fuel efficiency technology (lean burn engine) is applied to reduce fuel consumption of automobiles, it is difficult to remove NOx, one of the harmful substances in exhaust gas.

이는 연소 시 공기의 투입량이 많아져 NOx 생성량 자체가 많아진 것과 더불어 배출가스의 온도가 낮아져 기존 촉매의 활성 온도에 적합하지 않기 때문이다. This is because the amount of air input during combustion increases and the amount of NOx produced itself increases, and the temperature of the exhaust gas is lowered, which is not suitable for the activation temperature of the existing catalyst.

또한 가속화되는 환경 규제에 발맞추기 위해서는 '냉 시동 (cold-start)' 구간에서의 NOx 제거 능력을 확보하는 것이 중요하다. In addition, in order to keep pace with the accelerating environmental regulations, it is important to secure the ability to remove NOx in the 'cold-start' section.

조사에 따르면 일반 주행 중에 배출되는 NOx의 양보다 냉 시동 구간에서 배출되는 NOx의 양이 더 많다는 것을 확인할 수 있다. 냉 시동 구간은 시동 초기 단계를 뜻하며 배기가스 정화 장치의 온도가 충분하지 않은 주행 조건을 의미한다. According to the survey, it can be confirmed that the amount of NOx emitted during the cold start section is larger than the amount of NOx emitted during normal driving. The cold start section refers to the initial stage of starting and refers to driving conditions in which the temperature of the exhaust gas purification device is not sufficient.

이러한 문제점을 개선하기 위해 저온에서, 구체적으로는 200 °C 이하에서, NOx를 효율적으로 제거할 수 있는 촉매 개발과 흡착 및 제거 인자를 모색하고 있다. In order to improve these problems, the development of a catalyst capable of efficiently removing NOx at low temperatures, specifically below 200 °C, and adsorption and removal factors are being sought.

기존 희박 NOx 트랩 (Lean NOx Trap, 이하 LNT)은 알루미나 등의 다공성 물질로 이루어진 담지체, 산화바륨 등의 흡착 활성 물질을 사용하는 금속 산화물, 그리고 백금 등의 NOx 산화 혹은 환원 촉매를 담당하는 귀금속, 이렇게 3 부분으로 이루어져 있다. Existing lean NOx traps (hereinafter referred to as LNTs) include a support made of a porous material such as alumina, a metal oxide using an adsorption active material such as barium oxide, and a noble metal responsible for NOx oxidation or reduction catalyst such as platinum, This consists of 3 parts.

그러나 앞선 NOx 제거 효율 강화를 위해서 낮은 온도 조건에서도 NOx를 제거할 수 있어야 하며 저온에서의 NOx에 대한 흡착능 증진과 더불어 탈착 온도를 낮추는 것이 중요한 개선 방향이다. However, in order to enhance the NOx removal efficiency, it must be possible to remove NOx even under low temperature conditions, and lowering the desorption temperature as well as enhancing the adsorption capacity for NOx at low temperature is an important improvement direction.

저온에서의 NOx에 대한 흡착능이 낮으면 촉매 활성 온도 이하에서는 NOx 슬립 현상이 빈번하게 발생하며, 탈착 온도가 매우 높은 것은 기존 LNT 촉매의 또 다른 단점으로 저온 가동 시 재생에 불리하다는 문제가 있다. 따라서, 다양한 종류의 원소를 도입함으로써 성능을 개선하고 있고 그 중, 산소 저장 능력 (Oxygen storage capacity, OSC)이 뛰어난 세리아를 도입하는 것은 일산화질소 산화에 도움을 주어 NOx 저장 성능을 높일 수 있을 뿐만 아니라 산화-환원 능력 (redox property)가 뛰어나 저장된 NOx를 환원시킬 때에도 유리하다. If the adsorption capacity for NOx at low temperature is low, NOx slip phenomenon frequently occurs below the catalyst activation temperature, and the very high desorption temperature is another disadvantage of the existing LNT catalyst, which is disadvantageous for regeneration at low temperature operation. Therefore, performance is improved by introducing various types of elements, and among them, introducing ceria having excellent oxygen storage capacity (OSC) helps nitric oxide oxidation to increase NOx storage performance as well as Oxidation-reduction ability (redox property) is excellent, it is advantageous even when reducing the stored NOx.

종래기술에 따르면, 세리아를 무기 담지체에 추가로 담지하여 사용하거나, 세리아를 다른 무기 산화물들, 이를테면, 알루미나, 실리카 혹은 지르코니아 등의 열적 안정성이 높은 물질과 물리적으로 섞어 함께 사용하였다.According to the prior art, ceria was additionally supported on an inorganic carrier, or ceria was physically mixed with other inorganic oxides, such as alumina, silica or zirconia, with high thermal stability, and used together.

세리아는 높은 표면적을 가진 무기 산화물로 그 자체로도 담지체의 역할을 할 수 있으나 열적 안정성이 높지 않기 때문에 자동차 배기가스 정화 촉매의 담지체로 단독적으로 사용되기에는 적합하지 않다. Ceria is an inorganic oxide with a high surface area and can serve as a support by itself, but is not suitable for use alone as a support for an automobile exhaust gas purification catalyst because of its low thermal stability.

세리아의 소성 온도에 따른 표면적에 관한 논문에 따르면 600 °C에서 소성했을 때 130 m2/g 정도의 표면적을 유지하고 더 높은 온도에서는 표면적이 계속 감소하여 800 °C에서 소성했을 때는 표면적이 46 m2/g를 기록하였다 [M. Eberhardt et al., Topics in Catalysis 30-31 (2004) 135]. According to the paper on the surface area according to the firing temperature of ceria, it maintains a surface area of 130 m 2 /g when calcined at 600 °C and continues to decrease at higher temperatures, so that when calcined at 800 °C, the surface area is 46 m 2 /g was recorded [M. Eberhardt et al., Topics in Catalysis 30-31 (2004) 135].

종래에는 세리아를 무기 담지체에 귀금속, 산화 바륨 등과 함께 추가로 함침한 사례들이 있으나 담지체에 일정 수준 이상 함침될 때에는 촉매의 표면적 특성이 감퇴하여 오히려 촉매의 흡착 성능이 감소하기도 한다. Conventionally, there have been cases in which ceria is additionally impregnated with noble metals, barium oxide, and the like into an inorganic support, but when the support is impregnated to a certain level or more, the surface area characteristics of the catalyst are deteriorated, and the adsorption performance of the catalyst is rather reduced.

대한민국등록특허 10-1621110Republic of Korea Patent Registration 10-1621110

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 무기 담지체와 세리아가 혼합되어 사용될 때 담지체의 열적 안정성을 보완하고 세리아의 산소 저장 능력과 산화-환원 능력을 높일 수 있는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매 및 이의 제조 방법을 제안하고자 한다. In order to solve the problems of the prior art, the present invention provides a ceria-alumina complex capable of supplementing the thermal stability of the support and increasing the oxygen storage capacity and oxidation-reduction ability of ceria when an inorganic carrier and ceria are mixed and used. An object of the present invention is to propose a low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a support and a method for preparing the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저온 질소산화물 제거 촉매로서, 세리아 전구체 및 알루미나 전구체를 미리 설정된 질량비로 공침법으로 처리하여 합성된 세리아-알루미나 복합 담지체에 귀금속 및 금속 산화물을 함침하여 제조되는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매가 제공된다. In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, as a low-temperature nitrogen oxide removal catalyst, a ceria precursor and an alumina precursor are treated by a co-precipitation method at a preset mass ratio to a ceria-alumina composite support. A low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a ceria-alumina composite support prepared by impregnating a noble metal and a metal oxide is provided.

상기 세리아 전구체는, 염화세륨 (CeCl3), 황산세륨 (Ce(SO4)2) 및 질산세륨 수화물 (Ce(NO3)36H2O) 중 하나를 포함할 수 있다. The ceria precursor may include one of cerium chloride (CeCl 3 ), cerium sulfate (Ce(SO 4 ) 2 ), and cerium nitrate hydrate (Ce(NO 3 ) 3 6H 2 O).

상기 알루미나 전구체로는 염화알루미늄 (AlCl3), 황산알루미늄 (Al2(SO4)3) 및 질산알루미늄 수화물 (Al(NO3)9H2O) 중 하나를 포함할 수 있다.The alumina precursor may include one of aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), and aluminum nitrate hydrate (Al(NO 3 )9H 2 O).

상기 세리아 전구체와 알루미나 전구체의 질량비는 1:3 내지 1:5일 수 있다.A mass ratio of the ceria precursor to the alumina precursor may be 1:3 to 1:5.

상기 세리아-알루미나 복합 담지체는 상기 알루미나 전구체를 용해시킨 후 미리 설정된 시간이 경과한 뒤 상기 세리아 전구체를 도입하여 다시 미리 설정된 시간 동안 용해시켜 합성될 수 있다. The ceria-alumina composite carrier may be synthesized by dissolving the alumina precursor and then dissolving the alumina precursor for a preset time by introducing the ceria precursor after a preset time elapses.

상기 세리아-알루미나 복합 담지체는 상기 용해 이후, pH 조절을 통해 침전물을 얻는 교반, 세척, 필터링 및 미리 설정된 온도에서 소성에 의해 합성될 수 있다.The ceria-alumina composite carrier may be synthesized by stirring, washing, filtering, and calcining at a preset temperature to obtain a precipitate through pH adjustment after the dissolution.

상기 귀금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속 산화물은 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 철, 구리 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함할 수 있다. The noble metal may include at least one of platinum, palladium, rhodium, and iridium, and the metal oxide may include an oxide containing at least one of magnesium, calcium, strontium, barium, sodium, potassium, rubidium, cesium, iron, and copper. can

상기 귀금속의 전구체가 먼저 세리아-알루미나 복합 담지체에 함침되고 건조된 이후, 상기 금속 산화물의 전구체가 함침되고 소성될 수 있다. After the precursor of the noble metal is first impregnated in the ceria-alumina composite carrier and dried, the precursor of the metal oxide may be impregnated and fired.

상기 귀금속의 전구체는 (NH4)2PtCl4를 포함하고, 상기 금속 산화물의 전구체는 구리 산화물 전구체인 질산구리 수화물 (Cu(NO3)2·3H2O)와 바륨 산화물 전구체인 아세트산바륨 ((CH3COO)2Ba)을 포함할 수 있다. The precursor of the noble metal includes (NH 4 ) 2 PtCl 4 , and the precursor of the metal oxide is copper nitrate hydrate (Cu(NO 3 ) 2 .3H2O) which is a copper oxide precursor, and barium acetate ((CH 3 ) which is a precursor of barium oxide. COO) 2 Ba).

상기 구리 산화물과 바륨 산화물의 전구체의 질량비가 1:1일 수 있다. A mass ratio of the precursor of the copper oxide to the barium oxide may be 1:1.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 저온 질소산화물 제거 촉매 제조 방법으로서, 알루미나 전구체를 증류수에 용해시킨 후 미리 설정된 시간이 경과한 뒤 상기 세리아 전구체를 도입하여 다시 미리 설정된 시간 동안 용해시키고, pH 조절을 통해 침전물을 얻고, 건조, 세척, 필터링 및 소성을 통해 세리아-알루미나 복합 담지체를 제조하는 단계; 귀금속 전구체를 상기 세리아-알루미나 복합 담지체에 함침하는 단계; 및 공함침을 통해 하나 이상의 금속 산화물 전구체를 이용하여 상기 귀금속이 함침된 상기 세리아-알루미나 복합 담지체에 하나 이상의 금속을 함침시키는 단계를 포함하는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, as a method for preparing a low-temperature nitrogen oxide removal catalyst, after a preset time has elapsed after dissolving an alumina precursor in distilled water, the ceria precursor is introduced and dissolved again for a preset time, and pH is adjusted through obtaining a precipitate, and preparing a ceria-alumina composite carrier through drying, washing, filtering and calcining; impregnating the noble metal precursor into the ceria-alumina composite support; and impregnating one or more metals into the ceria-alumina composite support impregnated with the noble metal using one or more metal oxide precursors through co-impregnation. A method is provided.

본 발명에 따르면, 세리아를 알루미나와 함께 공침법으로 합성하여 높은 온도에서도 비교적 높은 표면적을 가질 수 있고 세리아의 산소 저장 능력과 산화-환원 능력을 동시에 높일 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, ceria can have a relatively high surface area even at a high temperature by co-precipitation with alumina, and there is an advantage in that the oxygen storage capacity and oxidation-reduction ability of ceria can be simultaneously increased.

또한 본 발명에 따르면, 세리아가 담지체로써 존재하기 때문에 함침을 통한 표면적 특성의 성능 감퇴를 피할 수 있다. In addition, according to the present invention, since ceria is present as a support, it is possible to avoid performance degradation of surface properties through impregnation.

나아가, 공침법을 통해 형성한 세리아-알루미나 복합 담지체에 추가적으로 귀금속과 금속 산화물들을 공함침하여 촉매를 합성하여 합성된 촉매를 통해 기존의 LNT 촉매 대비 NOx의 흡착능을 높이며 탈착 온도를 낮출 수 있는 장점이 있다.Furthermore, the catalyst synthesized by synthesizing the catalyst by co-impregnating the ceria-alumina composite support formed through the co-precipitation method in addition to the noble metal and metal oxides. There is this.

도 1은 본 실시예에 따른 세리아-알루미나 복합 담지체의 합성 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 50 °C부터 600 °C까지 H2-TPR 실험 결과이다.
도 3은 일산화질소 산화 능력을 평가하기 위해서 50 °C부터 600 °C까지 일산화질소와 산소가 공존하는 조건 하에서 가스 조성 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 위 계산 방법을 통해 두 촉매의 온도에 따른 NOx storage efficiency를 비교한 것을 나타낸 도면이다.
1 is a view showing the synthesis process of the ceria-alumina composite carrier according to the present embodiment.
2 is a H 2 -TPR experiment results from 50 °C to 600 °C.
Figure 3 shows the change in the gas composition under conditions in which nitrogen monoxide and oxygen coexist from 50 °C to 600 °C in order to evaluate the nitrogen monoxide oxidation ability.
4 is a view showing a comparison of NOx storage efficiencies according to the temperature of the two catalysts through the above calculation method.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.

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, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 알루미나에 세리아를 함침하는 것이 아니라, 공침법을 통해 세리아-알루미나 복합 담지체를 합성한다. According to a preferred embodiment of the present invention, the ceria-alumina composite carrier is synthesized through a co-precipitation method, rather than impregnating ceria into alumina.

공침법은 금속이온이 포함된 침전물 전구체가 동시에 균일하게 침전되도록 하는 처리법이다. The co-precipitation method is a treatment method in which the precipitate precursors containing metal ions are simultaneously and uniformly precipitated.

도 1은 본 실시예에 따른 세리아-알루미나 복합 담지체의 합성 과정을 도시한 도면이다. 1 is a view showing the synthesis process of the ceria-alumina composite carrier according to the present embodiment.

도 1을 참조하면, 세리아 전구체와 알루미나 전구체는 정해진 순서에 따라 용매에 용해된다(단계 100).Referring to FIG. 1 , a ceria precursor and an alumina precursor are dissolved in a solvent according to a predetermined order (step 100).

세리아의 전구체로는 염화세륨 (CeCl3), 황산세륨 (Ce(SO4)2), 질산세륨 수화물 (Ce(NO3)36H2O) 등이 사용될 수 있고 바람직하게는 질산세륨 수화물이 사용될 수 있다. As a precursor of ceria, cerium chloride (CeCl 3 ), cerium sulfate (Ce(SO 4 ) 2 ), cerium nitrate hydrate (Ce(NO 3 ) 3 6H 2 O), etc. may be used, and cerium nitrate hydrate is preferably used. can

알루미나의 전구체로는 염화알루미늄 (AlCl3), 황산알루미늄 (Al2(SO4)3), 질산알루미늄 수화물 (Al(NO3)9H2O) 등이 사용될 수 있고 바람직하게는 질산알루미늄 수화물이 사용될 수 있다. As a precursor of alumina, aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), aluminum nitrate hydrate (Al(NO 3 )9H 2 O), etc. may be used, and aluminum nitrate hydrate is preferably used. can

단계 100에서, 세리아 전구체와 알루미나 전구체는 미리 설정된 질량비로 용해된다. In step 100, the ceria precursor and the alumina precursor are dissolved in a preset mass ratio.

세리아 전구체와 알루미나 전구체의 질량비는 표면적 특성 및 촉매 특성에 영향을 줄 수 있는 변수이다. The mass ratio of the ceria precursor and the alumina precursor is a variable that can affect the surface area properties and the catalytic properties.

본 실시예에 따르면, 알루미나 전구체와 세리아 전구체의 질량비는 1:1 내지 9:1일 수 있으며, 바람직하게는 4:1 내지 5:1, 보다 바람직하게는 4:1의 비율일 수 있다. According to this embodiment, the mass ratio of the alumina precursor and the ceria precursor may be 1:1 to 9:1, preferably 4:1 to 5:1, more preferably 4:1.

공침법을 진행할 때, 복합 담지체의 표면적 특성에 영향을 줄 수 있는 요인으로 증류수에 도입되는 세리아 전구체와 알루미나 전구체의 용해 순서 및 용해 시간을 고려할 수 있다. When the co-precipitation method is performed, the dissolution order and dissolution time of the ceria precursor and the alumina precursor introduced into distilled water may be considered as factors that may affect the surface area characteristics of the composite carrier.

세리아 전구체가 먼저 용해된 후에 알루미나 전구체를 용해키거나, 알루미나 전구체가 먼저 용해된 후에 세리아 전구체를 용해시킬 수 있고, 전구체가 동시에 증류수에 도입될 수 있다.The alumina precursor may be dissolved after the ceria precursor is first dissolved, or the ceria precursor may be dissolved after the alumina precursor is first dissolved, and the precursor may be simultaneously introduced into distilled water.

본 바람직한 일 실시예에 따르면, 알루미나 전구체를 용해시킨 후 미리 설정된 시간이 경과한 뒤(예를 들어 3시간 뒤) 세리아 전구체를 도입하여 다시 미리 설정된 시간 동안 용해시키는 방법을 이용한다.According to this preferred embodiment, after a preset time elapses (for example, 3 hours later) after dissolving the alumina precursor, a method of introducing the ceria precursor and dissolving it again for a preset time is used.

표 1은 본 실시예에 따른 Al2O3와 CeO2의 BET 표면적(m2/g), 기공부피 및 기공직경을 나타낸 것이다.Table 1 shows the BET surface area (m 2 /g), pore volume, and pore diameter of Al 2 O 3 and CeO 2 according to this embodiment.

BET surface area
(m2/g)
BET surface area
(m 2 /g)
Pore volume
(cm3/g)
Pore volume
(cm 3 /g)
Pore diameter
(nm)
Pore diameter
(nm)
Al2O3 Al 2 O 3 294294 0.260.26 5.65.6 Al1Ce1Al1Ce1 204204 0.290.29 4.64.6 Al2Ce1Al2Ce1 212212 0.270.27 5.55.5 Al4Ce1Al4Ce1 299299 0.200.20 5.85.8 Al9Ce1Al9Ce1 271271 0.180.18 5.45.4 Ce1Al2Ce1Al2 239239 0.160.16 3.63.6 Ce1Al4Ce1Al4 204204 0.220.22 4.24.2 Ce1Al2(co)Ce1Al2(co) 190190 0.160.16 3.83.8 CeO2 CeO 2 5555 0.100.10 4.64.6

표 1을 참조하면, 알루미나 전구체를 먼저 용해시키고, 세리아 전구체를 용해시키는 경우, 알루미나와 세리아 전구체의 질량비를 1:1, 2:1, 4:1 및 9:1로 달리한 실험에서, 4:1인 경우에 BET 표면적이 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 침전 순서에서 알루미나와 세리아 전구체의 질량비가 4:1인 경우를 살펴보면, 알루미나 전구체를 먼저 용해시키고, 세리아 전구체를 용해시킨 경우(Al4Ce1)가 그 반대의 경우(Ce1Al4)에 비해 BET 표면적이 더욱 큰 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 1, in the case of dissolving the alumina precursor first and dissolving the ceria precursor, in an experiment in which the mass ratio of alumina and ceria precursor was changed to 1:1, 2:1, 4:1 and 9:1, 4: In the case of 1, it can be confirmed that the BET surface area is the largest. Also, looking at the case where the mass ratio of alumina and ceria precursor in the precipitation sequence is 4:1, the BET surface area is higher in the case where the alumina precursor is first dissolved and the ceria precursor is dissolved (Al4Ce1) compared to the opposite case (Ce1Al4). You can see the big one.

알루미나 전구체와 세리아 전구체에서 침전물을 얻기 위해, NaOH를 이용한 pH 조절함과 동시에 교반을 진행한다(단계 102).In order to obtain a precipitate from the alumina precursor and the ceria precursor, the pH is adjusted using NaOH and stirring is performed (step 102).

단계 102에서, 각각의 전구체에서 침전물을 얻기 위해 필요한 pH는 10.0에서 11.0 범위로 결정하고, 교반 속도는 300 rpm으로 유지한다. In step 102, the pH required to obtain a precipitate from each precursor is determined in the range of 10.0 to 11.0, and the stirring speed is maintained at 300 rpm.

교반이 완료된 후에는 세척과 필터링 과정을 통해 침전물을 얻어낸다(단계 102). After stirring is completed, a precipitate is obtained through washing and filtering (step 102).

단계 104에서, 세척 및 필터링을 진행할 때도 침전물에 의해 필터링 속도가 늦어지는 것을 최대한 방지해주기 위해서 300 rpm으로 교반을 실시한다. In step 104, agitation is performed at 300 rpm in order to prevent the filtering speed from being slowed by the sediment as much as possible even when washing and filtering is performed.

충분히 세척이 진행된 후에 교반 없이 필터링을 통해 침전물을 얻는다. After sufficient washing, a precipitate is obtained through filtering without stirring.

침전물은 110 °C 조건의 오븐에서 12시간 동안 건조시켜 수분을 제거한다(단계 106). The precipitate is dried in an oven at 110 °C for 12 hours to remove moisture (step 106).

건조시킨 침전물을 세리아-알루미나 복합 담지체로 활성화하기 위해서 소성을 진행한다(단계 108). The dried precipitate is calcined to activate the ceria-alumina composite carrier (step 108).

본 실시예에 따른 복합 담지체의 활성화 소성 온도는 600 °C일 수 있고, 4시간 동안 진행된다. The activation firing temperature of the composite carrier according to the present embodiment may be 600 °C, and proceeds for 4 hours.

소성 분위기는 표면적 특성에 변화를 줄 수 있는 요인이다. 소성 시 흘려주는 기체는 질소, 아르곤, 이산화탄소, 공기 등을 선택할 수 있으며 바람직하게는 공기 분위기 하에서 소성을 진행한다.The firing atmosphere is a factor that can change the surface properties. As the gas flowing during firing, nitrogen, argon, carbon dioxide, air, etc. may be selected, and the firing is preferably carried out in an air atmosphere.

귀금속과 금속 산화물 함침Precious metals and metal oxide impregnation

상기한 방법으로 합성된 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용하여 귀금속 및 금속 산화물 함침을 실시하였다. Precious metals and metal oxides were impregnated using the ceria-alumina composite support synthesized by the above method.

귀금속 및 금속 산화물의 함침은 연속 함침과 공함침법을 이용한다. The impregnation of noble metals and metal oxides uses continuous impregnation and co-impregnation methods.

귀금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐 등을 사용할 수 있으며 바람직하게는 백금을 사용하였고 백금 전구체는 (NH4)2PtCl4를 사용하였다. As the noble metal, platinum, palladium, rhodium, iridium, etc. may be used, and platinum is preferably used, and the platinum precursor (NH 4 ) 2 PtCl 4 was used.

금속 산화물은 NOx를 저장하기 위해 사용되었으며 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 철, 구리 등이 사용될 수 있고 바람직하게는 바륨과 구리 산화물이 사용되었다.Metal oxides were used to store NOx, and magnesium, calcium, strontium, barium, sodium, potassium, rubidium, cesium, iron, copper, etc. may be used, preferably barium and copper oxides.

아래의 표 2는 세리아-알루미나 복합 담지체의 합성 시, 침전 순서를 알루미나와 세리아 순으로 서로 다른 질량비로 진행한 후, 백금 및 바륨을 함침하였을 때의 NO2 흡착능을 나타낸 것이다. Table 2 below shows the NO 2 adsorption capacity when the ceria-alumina composite carrier is synthesized, the precipitation sequence is performed at different mass ratios in the order of alumina and ceria, and then impregnated with platinum and barium.

Adsorption capacity
(mmol/g)
Adsorption capacity
(mmol/g)
Pt2-Ba20-AlPt2-Ba20-Al 0.990.99 Pt2-Ba20-Al2Ce1Pt2-Ba20-Al2Ce1 0.830.83 Pt2-Ba20-Al4Ce1Pt2-Ba20-Al4Ce1 1.041.04 Pt2-Ba20-Al9Ce1Pt2-Ba20-Al9Ce1 0.900.90

표 2는 침전 순서를 동일하게 하고 Al과 Ce의 비율을 달리한 담지체를 합성한 후, LNT 촉매에 해당하는 Pt, Ba을 담지체에 함침하여 합성한 촉매의 NOx에 대한 흡착능을 나타낸 것이다. 표 3을 참조하면, 10% NO2/He balance 조성의 기체를 흘려주었을 때 이에 대한 흡착능을 비교할 때, 알루미나와 세리아 전구체의 질량비가 4:1인 경우, 다른 질량비에 비해 흡착능이 가장 높았음을 확인할 수 있다. Table 2 shows the adsorption capacity for NOx of the catalyst synthesized by synthesizing the support with the same precipitation sequence and different ratios of Al and Ce, and impregnating the support with Pt and Ba corresponding to the LNT catalyst. Referring to Table 3, when comparing the adsorption capacity for the 10% NO 2 /He balance gas flow, when the mass ratio of alumina and ceria precursor was 4:1, it was found that the adsorption capacity was the highest compared to other mass ratios. can be checked

바륨과 구리 산화물의 전구체는 각각 아세트산바륨 ((CH3COO)2Ba)과 질산구리 수화물 (Cu(NO3)2·3H2O)이 사용된다. Barium acetate ((CH 3 COO) 2 Ba) and copper nitrate hydrate (Cu(NO 3 ) 2 ·3H 2 O) are used as precursors of barium and copper oxide, respectively.

각각의 전구체의 질량은 촉매 특성에 영향을 줄 수 있는 변수로 귀금속은 전체 촉매의 질량 대비 0.5, 1, 2 wt% 등으로 조절이 가능하며 바람직하게는 2 wt%일 수 있다. The mass of each precursor is a variable that can affect the catalyst properties, and the noble metal can be adjusted to 0.5, 1, 2 wt%, etc. relative to the mass of the entire catalyst, preferably 2 wt%.

금속 산화물은 전체 촉매 질량의 5, 10, 20 wt% 등으로 조절이 가능하며 바람직하게는 20 wt%일 수 있다. The metal oxide may be adjusted to 5, 10, 20 wt%, etc. of the total catalyst mass, preferably 20 wt%.

구리 산화물과 바륨 산화물의 전구체의 질량비는 2:1, 1:1, 1:2 등으로 조절이 가능하며 바람직하게는 1:1일 수 있다. The mass ratio of the precursor of copper oxide to barium oxide can be adjusted to 2:1, 1:1, 1:2, etc., and preferably 1:1.

구리 산화물과 바륨 산화물 전구체는 함께 혹은 개별적으로 1.5 mL 혹은 1.2 mL의 증류수에 분산되어 함침되었고, 이 순서는 촉매 특성에 영향을 줄 수 있으며 바람직하게는 백금 전구체를 먼저 함침한 뒤 연속적으로 구리와 바륨 전구체를 공함침하였다. Copper oxide and barium oxide precursors were impregnated together or separately in 1.5 mL or 1.2 mL of distilled water dispersed in distilled water, this order may affect the catalytic properties, preferably the platinum precursor is impregnated first and then copper and barium sequentially The precursor was co-impregnated.

상세하게는 백금 전구체를 1.5 mL의 증류수에 분산시킨 후 0.25 mL 씩 1 g의 세리아-알루미나 복합 담지체에 함침 후 110 °C에서 건조를 6번 반복한 후 12시간 동안 110 °C에서 건조시키고, 다음으로 구리와 바륨 산화물 전구체를 1.2 mL의 증류수에 분산시킨 후 0.2 mL 씩 같은 세리아-알루미나 복합 담지체에 공함침 후 건조를 6번 반복한 후 12시간 동안 110 °C에서 건조시켰다. Specifically, after dispersing the platinum precursor in 1.5 mL of distilled water, and then impregnating 0.25 mL each in 1 g of ceria-alumina composite carrier, repeating drying at 110 °C 6 times, and drying at 110 °C for 12 hours, Next, copper and barium oxide precursors were dispersed in 1.2 mL of distilled water and then co-impregnated into the same ceria-alumina composite support by 0.2 mL each, followed by drying 6 times and then dried at 110 °C for 12 hours.

함침이 완료된 촉매는 활성화를 위해 소성을 진행하였으며, 600 °C에서 2시간 동안 진행하였다. 소성 분위기는 촉매 특성에 영향을 줄 수 있는 변수로써 질소, 아르곤, 이산화탄소, 공기 등을 선택할 수 있으며 바람직하게는 공기 분위기 하에서 소성을 진행하였다. The impregnated catalyst was calcined for activation and was carried out at 600 °C for 2 hours. As the calcination atmosphere, nitrogen, argon, carbon dioxide, air, etc. can be selected as a variable that can affect the catalyst properties, and calcination was preferably carried out in an air atmosphere.

촉매 특성 평가Catalyst Characterization

촉매들의 활성을 비교해보기 위해서 수소를 이용한 승온에 따른 환원 실험 (H2-TPR)을 진행하였다. In order to compare the activities of the catalysts, a reduction experiment (H 2 -TPR) according to the temperature increase using hydrogen was performed.

촉매의 명명은 귀금속 촉매, 금속 산화물, 그리고 담지체 세 부분을 나눠서 표기하였으며 금속 산화물 부분과 담지체 부분은 두 개 이상으로 이루어졌을 때 각 원소를 대시(-)를 이용하여 동시에 표기하였다. The name of the catalyst was divided into three parts: a noble metal catalyst, a metal oxide, and a support. When the metal oxide part and the support part consist of two or more, each element is denoted at the same time using a dash (-).

도 2는 50 °C부터 600 °C까지 H2-TPR 실험 결과이다. 기존 LNT 소재에 해당하는 Pt/Ba/Al 촉매의 초기 환원은 218 °C에서 최고점을 기록하고 더 높은 환원은 514 °C에서 최고점을 기록하며 높은 온도에서 환원되는 정도가 더 큰 것을 확인할 수 있었다. 2 is a H 2 -TPR experiment results from 50 °C to 600 °C. The initial reduction of the Pt/Ba/Al catalyst corresponding to the existing LNT material recorded a peak at 218 °C, and the higher reduction recorded a peak at 514 °C, confirming that the reduction at high temperature was greater.

담지체를 세리아-알루미나 복합 담지체로 바꾼 Pt/Ba/Al-Ce 촉매의 초기 환원은 176 °C에서 최고점을 기록하고 더 높은 환원이 450 °C 부근에서 일어나는 것을 볼 수 있었다. Pt/Ba/Al과 비교할 땐 저온에서 환원되는 양이 증가하고 환원 시작 온도가 더 낮아졌다. The initial reduction of the Pt/Ba/Al-Ce catalyst in which the support was replaced with a ceria-alumina composite support peaked at 176 °C, and it was observed that higher reduction occurred near 450 °C. Compared with Pt/Ba/Al, the amount of reduction was increased at low temperature and the reduction initiation temperature was lower.

마지막으로 Pt/Cu-Ba/Al-Ce 촉매의 H2-TPR을 보면 저온에서의 환원 온도가 세 종류의 촉매 중 가장 낮으면서 크기도 가장 컸다. 따라서, 저온에서의 활성이 가장 높은 촉매는 Pt/Cu-Ba/Al-Ce 임을 알 수 있다. Lastly, looking at the H 2 -TPR of the Pt/Cu-Ba/Al-Ce catalyst, the reduction temperature at low temperature was the lowest among the three types of catalysts and the size was the largest. Therefore, it can be seen that the catalyst with the highest activity at low temperature is Pt/Cu-Ba/Al-Ce.

특히 Pt/Cu-Ba/Al-Ce 촉매는 200°C 부근에서 환원되는 양이 최고점을 나타내어, 200 °C 이하 저온에서의 NOx 제거를 위해 활용도가 높은 것을 확인할 수 있다. In particular, the Pt/Cu-Ba/Al-Ce catalyst shows the highest reduction in the amount near 200 °C, confirming that it is highly useful for NOx removal at low temperatures below 200 °C.

담지체와 촉매의 비표면적을 측정하기 위해서 질소 흡착 분석을 실시하고 그 결과를 표 3과 같이 나타내었다. In order to measure the specific surface area of the support and the catalyst, nitrogen adsorption analysis was performed, and the results are shown in Table 3.

담지체 및 촉매Support and catalyst 비표면적
(m2/g)
specific surface area
(m 2 /g)
기공부피
(cm3/g)
pore volume
(cm 3 /g)
AlAl 294294 0.250.25 Al-CeAl-Ce 289289 0.230.23 Pt/Ba/AlPt/Ba/Al 197197 0.110.11 Pt/Cu-Ba/Al-CePt/Cu-Ba/Al-Ce 163163 0.160.16

표 3을 참조하면, 알루미나 담지체와 세리아-알루미나 복합 담지체의 비표면적과 기공 부피는 크게 차이가 있지 않았다. 그러나, 촉매 및 금속 산화물을 함침한 이후에는 두 촉매 모두 비표면적과 기공 부피가 크게 감소한 것을 볼 수 있다. 이를 통하여 담지체에 함침이 일어나면서 표면적 특성이 감소한 것을 알 수 있다. Referring to Table 3, the specific surface area and pore volume of the alumina support and the ceria-alumina composite support did not differ significantly. However, it can be seen that the specific surface area and pore volume of both catalysts are greatly reduced after impregnation of the catalyst and the metal oxide. Through this, it can be seen that the impregnation occurred on the support and the surface area properties were reduced.

도 3은 일산화질소 산화 능력을 평가하기 위해서 50 °C부터 600 °C까지 일산화질소와 산소가 공존하는 조건 하에서 가스 조성 변화를 나타낸 것이다. Figure 3 shows the change in the gas composition under conditions in which nitrogen monoxide and oxygen coexist from 50 °C to 600 °C in order to evaluate the nitrogen monoxide oxidation ability.

도 3a는 Pt/Ba/Al, 도 3b는 Pt/Ba/Al-Ce, 도 3c는 Pt/Cu-Ba/Al-Ce에 대하여 일산화질소 흡착 이후 승온을 통한 가스 조성 변화를 나타낸 것이다. 3a is Pt/Ba/Al, FIG. 3b is Pt/Ba/Al-Ce, and FIG. 3c shows gas composition change through temperature increase after nitrogen monoxide adsorption for Pt/Cu-Ba/Al-Ce.

바륨 산화물은 일산화질소보다 이산화질소에 대한 친화력이 높기 때문에 저온에서 일산화질소에 대한 산화 능력이 흡착능을 증가시키는데 중요하다. Since barium oxide has a higher affinity for nitrogen dioxide than nitrogen monoxide, the oxidation ability for nitrogen monoxide at low temperatures is important to increase the adsorption capacity.

실험은 촉매마다 동일하게 50 °C부터 200 ppm NO/10% O2/N2 분위기의 기체를 30분 동안 흘려준 후 같은 조성의 기체를 흘려주면서 600 °C까지 승온시켰다. In the experiment, a gas of 200 ppm NO/10% O 2 /N 2 atmosphere was flowed from 50 °C to 200 ppm NO/10% O 2 /N 2 for 30 minutes in the same way for each catalyst, and then the temperature was raised to 600 °C while flowing the gas of the same composition.

도 3을 참조하면, 우선 50 °C에서 일산화질소 흡착 구간 (10분에서 40분)을 비교해보면 Pt/Ba/Al에서 NOx의 농도가 빠르게 회복되는 것을 통해 흡착이 거의 이루어지지 않은 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, first, comparing the nitrogen monoxide adsorption section (10 to 40 minutes) at 50 °C, it can be seen that the concentration of NOx in Pt/Ba/Al is rapidly recovered, indicating that almost no adsorption is performed. .

다음으로 Pt/Ba/Al-Ce에서는 NOx의 농도가 Pt/Ba/Al에 비해서는 천천히 회복되었기 때문에 흡착이 조금 더 일어났음을 알 수 있다. 이는 담지체로 존재하는 세리아의 높은 산소 저장 능력과 산화-환원 능력으로 인한 것이라 생각된다. 마지막으로 Pt/Cu-Ba/Al-Ce 촉매에서는 일산화질소 흡착 구간 (10분에서 40분) 동안 이전 두 촉매에 비해서 NOx의 농도가 가장 천천히 회복된 것으로 보아 흡착이 가장 많이 일어난 것을 알 수 있다. Next, it can be seen that in Pt/Ba/Al-Ce, since the concentration of NOx was recovered more slowly than that of Pt/Ba/Al, the adsorption took place a little more. This is thought to be due to the high oxygen storage capacity and oxidation-reduction capacity of ceria present as a support. Lastly, in the Pt/Cu-Ba/Al-Ce catalyst, the NOx concentration was recovered the most slowly during the nitrogen monoxide adsorption section (10 to 40 minutes) compared to the previous two catalysts, indicating that the most adsorption occurred.

30분 간의 흡착 이후 승온을 통해 일산화질소의 산화 정도를 분석한 결과를 비교해보면 먼저 기존의 LNT 촉매에 해당하는 Pt/Ba/Al과 Pt/Ba/Al-Ce은 거의 같은 추세를 보였고 흡착된 양은 Pt/Ba/Al-Ce가 더 많은 것으로 보였으며, 산화로 인해 흡착능이 증가하는 온도 영역은 비슷하였다. 그러나 Pt/Cu-Ba/Al-Ce는 앞선 두 촉매와 다른 경향성을 보였는데 200 °C 이상에서부터 일산화질소 슬립 현상이 주목할만한 차이였다. 이는 구리 산화물과 약하게 결합하여 있는 일산화질소가 온도가 높아짐에 따라 떨어져 나가는 현상으로, 일산화질소 슬립이 있은 뒤 더 고온 영역에서는 일산화질소 산화로 인한 추가적인 흡착 현상이 관찰되었고 450 °C 이상의 온도에선 탈착이 일어나는 것으로 보였다. Comparing the results of analysis of the oxidation degree of nitrogen monoxide through temperature increase after adsorption for 30 minutes, Pt/Ba/Al and Pt/Ba/Al-Ce corresponding to the existing LNT catalyst showed almost the same trend, and the adsorbed amount was Pt/Ba/Al-Ce appeared to be more abundant, and the temperature range in which the adsorption capacity increased due to oxidation was similar. However, Pt/Cu-Ba/Al-Ce showed a different tendency from the previous two catalysts, and the nitrogen monoxide slip phenomenon from above 200 °C was a notable difference. This is a phenomenon in which nitrogen monoxide, which is weakly bound to copper oxide, falls off with increasing temperature. seemed to happen

탈착이 일어나는 온도는 Pt/Ba/Al 또는 Pt/Ba/Al-Ce에 비해 100 °C 가까이 낮아졌다. The temperature at which desorption occurs was lowered by nearly 100 °C compared to Pt/Ba/Al or Pt/Ba/Al-Ce.

흡착 성능 평가Adsorption performance evaluation

기존 LNT 촉매에 해당하는 Pt/Ba/Al 촉매와 Pt/Cu-Ba/Al-Ce 촉매의 온도에 따른 흡착능을 비교하였다. The adsorption capacity according to the temperature of the Pt/Ba/Al catalyst corresponding to the existing LNT catalyst and the Pt/Cu-Ba/Al-Ce catalyst was compared.

흡착능은 NOx 저장 효율 (이하 NSE, 유입 NOx 대비 유입 NOx와 배출 NOx의 차이)을 통해 비교하였으며 NOx 저장 효율을 계산하는 식은 다음과 같다. The adsorption capacity was compared through the NOx storage efficiency (hereinafter referred to as NSE, the difference between the inflow NOx and the exhaust NOx compared to the inflow NOx), and the formula to calculate the NOx storage efficiency is as follows.

Figure 112020013912798-pat00001
Figure 112020013912798-pat00001

도 4는 위 계산 방법을 통해 두 촉매의 온도에 따른 NSE를 비교한 것을 나타낸 도면이다. 4 is a view showing the comparison of NSE according to the temperature of the two catalysts through the above calculation method.

도 4를 참조하면, 먼저 Pt/Ba/Al 촉매의 온도에 따른 NSE를 비교해보면 저온에서 상당히 낮고 고온으로 올라갈수록 높아지는 것을 확인할 수 있다. 다음으로 Pt/Cu-Ba/Al-Ce 촉매의 온도에 따른 NSE를 비교해보면 저온에서 특히 초기 구간에 흡착 효율이 상당히 높아졌고 시간이 흐름에 따라 낮아지는 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 4 , if the NSE according to the temperature of the Pt/Ba/Al catalyst is compared first, it can be confirmed that it is significantly lower at a low temperature and increases as the temperature increases. Next, comparing the NSE according to the temperature of the Pt/Cu-Ba/Al-Ce catalyst, it can be seen that the adsorption efficiency was significantly increased at low temperatures, especially in the initial section, and decreased with time.

250 °C에선 앞선 NOx 슬립 현상에 의해 작은 폭으로 NSE가 감소한 것을 볼 수 있고, 350 °C에선 가장 높은 NSE를 기록하여 15분 정도까지 배출되는 NOx의 양이 거의 없음을 알 수 있다. 이러한 결과를 토대로 Pt/Cu-Ba/Al-Ce 촉매가 저온에서 NOx 흡착에 유리했으며 350 °C의 고온 영역에서 흡착 효율이 가장 우수하다는 점을 확인할 수 있다. At 250 °C, it can be seen that the NSE decreased in a small way due to the NOx slip phenomenon, and at 350 °C, the highest NSE was recorded, indicating that there is almost no amount of NOx emitted until about 15 minutes. Based on these results, it can be confirmed that the Pt/Cu-Ba/Al-Ce catalyst is advantageous for NOx adsorption at low temperature and the adsorption efficiency is the best in the high temperature region of 350 °C.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention are disclosed for purposes of illustration, and various modifications, changes, and additions will be possible within the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention, and such modifications, changes and additions should be regarded as belonging to the following claims.

Claims (11)

저온 질소산화물 제거 촉매에 있어서,
세리아 전구체 및 알루미나 전구체를 미리 설정된 질량비로 공침법으로 처리하여 합성된 세리아-알루미나 복합 담지체에 귀금속 및 금속 산화물을 함침하여 제조되며,
상기 알루미나 전구체와 세리아 전구체의 질량비는 3:1 내지 5:1이며,
상기 귀금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 금속 산화물은 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 철, 구리 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함하고,
상기 귀금속의 전구체가 먼저 세리아-알루미나 복합 담지체에 함침되고 건조된 이후, 상기 금속 산화물의 전구체가 함침 및 소성되고,
상기 귀금속은 전체 촉매 질량의 0.5 내지 2 중량 퍼센트를 포함하고, 상기 금속 산화물은 전체 촉매 질량의 5 내지 20 중량 퍼센트 포함하는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매.
In the low-temperature nitrogen oxide removal catalyst,
It is prepared by impregnating a noble metal and a metal oxide in a ceria-alumina composite carrier synthesized by treating a ceria precursor and an alumina precursor in a preset mass ratio by a co-precipitation method,
The mass ratio of the alumina precursor and the ceria precursor is 3:1 to 5:1,
The noble metal includes at least one of platinum, palladium, rhodium, and iridium,
The metal oxide includes an oxide containing at least one of magnesium, calcium, strontium, barium, sodium, potassium, rubidium, cesium, iron, and copper,
After the precursor of the noble metal is first impregnated in the ceria-alumina composite carrier and dried, the precursor of the metal oxide is impregnated and fired,
The noble metal includes 0.5 to 2 weight percent of the total catalyst mass, and the metal oxide includes 5 to 20 weight percent of the total catalyst mass. A low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a ceria-alumina composite support.
제1항에 있어서,
상기 세리아 전구체는, 염화세륨 (CeCl3), 황산세륨 (Ce(SO4)2) 및 질산세륨 수화물 (Ce(NO3)36H2O) 중 하나를 포함하는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매.
According to claim 1,
The ceria precursor is ceria containing one of cerium chloride (CeCl 3 ), cerium sulfate (Ce(SO 4 ) 2 ), and cerium nitrate hydrate (Ce(NO 3 ) 3 6H 2 O) using an alumina composite support. Low-temperature nitrogen oxide removal catalyst.
제1항에 있어서,
상기 알루미나 전구체로는 염화알루미늄 (AlCl3), 황산알루미늄 (Al2(SO4)3) 및 질산알루미늄 수화물 (Al(NO3)9H2O) 중 하나를 포함하는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매.
According to claim 1,
As the alumina precursor, aluminum chloride (AlCl 3 ), aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ), and aluminum nitrate hydrate (Al(NO 3 )9H 2 O) Using a ceria-alumina composite support. Low-temperature nitrogen oxide removal catalyst.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 세리아-알루미나 복합 담지체는 상기 알루미나 전구체를 용해시킨 후 미리 설정된 시간이 경과한 뒤 상기 세리아 전구체를 도입하여 다시 미리 설정된 시간 동안 용해시켜 합성되는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매.
According to claim 1,
The ceria-alumina composite carrier is synthesized by introducing the ceria precursor after a preset time has elapsed after dissolving the alumina precursor and dissolving it again for a preset time. Low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a ceria-alumina composite carrier .
제5항에 있어서,
상기 세리아-알루미나 복합 담지체는 상기 침전 이후, pH 조절을 통해 침전물을 얻는 교반, 세척, 필터링 및 미리 설정된 온도에서 소성에 의해 합성되는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매.
6. The method of claim 5,
The ceria-alumina composite support is synthesized by stirring, washing, filtering and calcining at a preset temperature to obtain a precipitate through pH adjustment after the precipitation. A low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a ceria-alumina composite support.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 귀금속의 전구체는 (NH4)2PtCl4를 포함하고, 상기 금속 산화물의 전구체는 구리 산화물 전구체인 질산구리 수화물 (Cu(NO3)2·3H2O)와 바륨 산화물 전구체인 아세트산바륨 ((CH3COO)2Ba)을 포함하는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매.
According to claim 1,
The precursor of the noble metal includes (NH 4 ) 2 PtCl 4 , and the precursor of the metal oxide is copper nitrate hydrate (Cu(NO 3 ) 2 .3H2O) which is a copper oxide precursor, and barium acetate ((CH 3 ) which is a precursor of barium oxide. A low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a ceria-alumina composite support containing COO) 2 Ba).
제9항에 있어서,
상기 구리 산화물과 바륨 산화물의 전구체의 질량비가 1:1인 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매.
10. The method of claim 9,
A low-temperature nitrogen oxide removal catalyst using a ceria-alumina composite support in which the mass ratio of the copper oxide and the precursor of barium oxide is 1:1.
저온 질소산화물 제거 촉매 제조 방법에 있어서,
알루미나 전구체를 증류수에 용해시킨 후 미리 설정된 시간이 경과한 뒤 상기 세리아 전구체를 도입하여 다시 미리 설정된 시간 동안 용해시키고, pH 조절을 통해 침전물을 얻고, 건조, 세척, 필터링 및 소성을 통해 세리아-알루미나 복합 담지체를 제조하는 단계;
귀금속 전구체를 상기 세리아-알루미나 복합 담지체에 함침하는 단계; 및
공함침을 통해 하나 이상의 금속 산화물 전구체를 이용하여 상기 귀금속이 함침된 상기 세리아-알루미나 복합 담지체에 하나 이상의 금속을 함침시키는 단계를 포함하되,
상기 알루미나 전구체와 세리아 전구체의 질량비는 3:1 내지 5:1이며,
상기 귀금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 금속 산화물은 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 철, 구리 중 적어도 하나를 포함하는 산화물을 포함하고,
상기 귀금속의 전구체가 먼저 세리아-알루미나 복합 담지체에 함침되고 건조된 이후, 상기 금속 산화물의 전구체가 함침 및 소성되고,
상기 귀금속은 전체 촉매 질량의 0.5 내지 2 중량 퍼센트를 포함하고, 상기 금속 산화물은 전체 촉매 질량의 5 내지 20 중량 퍼센트 포함하는 세리아-알루미나 복합 담지체를 이용한 저온 질소산화물 제거 촉매 제조 방법.
In the low-temperature nitrogen oxide removal catalyst manufacturing method,
After dissolving the alumina precursor in distilled water, after a preset time elapses, the ceria precursor is introduced and dissolved again for a preset time, a precipitate is obtained through pH adjustment, and a ceria-alumina complex through drying, washing, filtering and calcining preparing a carrier;
impregnating the noble metal precursor into the ceria-alumina composite support; and
impregnating the ceria-alumina composite support impregnated with the noble metal using one or more metal oxide precursors through co-impregnation with one or more metals,
The mass ratio of the alumina precursor and the ceria precursor is 3:1 to 5:1,
The noble metal includes at least one of platinum, palladium, rhodium, and iridium,
The metal oxide includes an oxide containing at least one of magnesium, calcium, strontium, barium, sodium, potassium, rubidium, cesium, iron, and copper,
After the precursor of the noble metal is first impregnated in the ceria-alumina composite carrier and dried, the precursor of the metal oxide is impregnated and fired,
The noble metal comprises 0.5 to 2 weight percent of the total catalyst mass, and the metal oxide comprises 5 to 20 weight percent of the total catalyst mass.
KR1020200015847A 2019-10-08 2020-02-10 Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof KR102332047B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/002,894 US11772090B2 (en) 2019-10-08 2020-08-26 Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190124523 2019-10-08
KR1020190124523 2019-10-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210041998A KR20210041998A (en) 2021-04-16
KR102332047B1 true KR102332047B1 (en) 2021-11-29

Family

ID=75743702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200015847A KR102332047B1 (en) 2019-10-08 2020-02-10 Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102332047B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102585782B1 (en) * 2021-08-11 2023-10-05 고려대학교 산학협력단 Metal oxide-supported platinum/gamma-alumina catalyst-based low-temperature nitrogen oxide adsorber and manufacturing method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003010646A (en) * 2001-07-05 2003-01-14 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Apparatus and method for cleaning diesel exhaust
JP2014033992A (en) * 2012-08-08 2014-02-24 Toyota Motor Corp Catalyst for purifying exhaust gas and method for producing the same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2522965T3 (en) 2008-07-31 2014-11-19 Basf Se NOx storage materials and thermal aging resistant traps
KR101438953B1 (en) * 2012-12-18 2014-09-11 현대자동차주식회사 LNT Catalysts with Enhanced Storage Capacities of Nitrogen Oxide at Low Temperature

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003010646A (en) * 2001-07-05 2003-01-14 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Apparatus and method for cleaning diesel exhaust
JP2014033992A (en) * 2012-08-08 2014-02-24 Toyota Motor Corp Catalyst for purifying exhaust gas and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210041998A (en) 2021-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2802408B1 (en) Improved nox trap
KR101438953B1 (en) LNT Catalysts with Enhanced Storage Capacities of Nitrogen Oxide at Low Temperature
US7759278B2 (en) Exhaust gas-purifying catalyst
EP1964607A1 (en) Catalyst for exhaust gas clean-up
JP2005262201A (en) Exhaust gas-cleaning catalyst and method for manufacturing the same
JP5607131B2 (en) Exhaust gas purification catalyst
US20090036300A1 (en) Exhaust gas-purifying catalyst
JPH08309185A (en) Catalyst for purifying exhaust gas and method for purification of exhaust gas
WO2006134976A1 (en) Catalyst for exhaust gas purification
JP4435750B2 (en) Exhaust gas purification catalyst and method for producing the same
KR102332047B1 (en) Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof
US11772090B2 (en) Low-temperature de-NOx catalyst using ceria-alumina complex support and manufacturing method thereof
JP5118885B2 (en) Oxygen storage / release material and exhaust gas purification catalyst containing the same
JP5094049B2 (en) Exhaust gas purification catalyst
JP4779461B2 (en) Catalyst carrier, method for producing the same, and exhaust gas purification catalyst
JP4810907B2 (en) Catalyst carrier, method for producing the same, and exhaust gas purification catalyst
JP2006043683A (en) Catalyst carrier and its manufacturing method and catalyst for cleaning exhaust gas
WO2015079739A1 (en) Exhaust gas purifying catalyst
JP2007301471A (en) Catalyst for cleaning exhaust gas
JPH0582258B2 (en)
JP4775953B2 (en) Exhaust gas purification catalyst and regeneration method thereof
JP4568640B2 (en) Methane-containing exhaust gas purification method, methane-containing exhaust gas purification pretreatment method and three-way catalyst using the same
JP2006341152A (en) Catalyst carrier manufacturing method and manufacturing method of exhaust gas purifying catalyst
JP4665458B2 (en) Exhaust gas purification catalyst and method for producing the same
KR102585782B1 (en) Metal oxide-supported platinum/gamma-alumina catalyst-based low-temperature nitrogen oxide adsorber and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant