KR102506775B1 - Method for manufacturing exhaust gas purifying catalyst and the exhaust gas purifying catalyst therefrom - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 정화용 촉매에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보다 상세하게는 귀금속 촉매가 담체에 담지된 형태의 배기가스 정화용 촉매에 있어서, 100℃ 미만의 낮은 온도에서 에이징(aging)하여, 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상으로 이루어진 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조하여 팔라듐 금속 촉매를 담지시켜 제조하여 귀금속 촉매의 전기 화학적 특성 변화에 의한 성능 및 내구성 저하 문제를 담체와 귀금속 간의 상호작용을 통해 귀금속 촉매의 전기 화학적 물성을 제어하여 해결함으로써 촉매의 내구성 및 배기가스 정화 성능을 향상한 배기가스 정화용 촉매의 제조방법 및 이의 제조방법을 통해 형성된 배기가스 정화용 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for purifying exhaust gas, and more particularly, to a catalyst for purifying exhaust gas in which a noble metal catalyst is supported on a support, by aging at a low temperature of less than 100 ° C. A zirconia (ZrO 2 ) carrier composed of a monoclinic crystal phase and a tetragonal crystal phase is prepared and a palladium metal catalyst is supported thereon to solve the problem of performance and durability deterioration due to changes in the electrochemical properties of the noble metal catalyst. It relates to a method for manufacturing a catalyst for purifying exhaust gas having improved durability and purifying performance of exhaust gas by controlling and solving the electrochemical properties of a noble metal catalyst through action, and a catalyst for purifying exhaust gas formed through the manufacturing method.

Description

배기가스 정화용 촉매의 제조방법 및 이를 통해 형성된 배기가스 정화용 촉매{METHOD FOR MANUFACTURING EXHAUST GAS PURIFYING CATALYST AND THE EXHAUST GAS PURIFYING CATALYST THEREFROM}Method for manufacturing a catalyst for purification of exhaust gas and a catalyst for purification of exhaust gas formed through the method

본 발명은 자동차 배기가스 정화용 촉매에 관한 것으로, 보다 상세하게는 귀금속 촉매가 담체에 담지된 형태의 배기가스 정화용 촉매에 있어서, 귀금속 촉매의 전기 화학적 특성 변화에 의한 성능 및 내구성 저하를 담체와 귀금속 간의 상호작용을 통해 귀금속 촉매의 전기 화학적 물성을 제어함으로써 촉매의 내구성을 및 배기가스 정화 성능을 향상한 배기가스 정화용 촉매의 제조방법 및 이를 통해 형성된 배기가스 정화용 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for purifying automobile exhaust gas, and more particularly, in a catalyst for purifying exhaust gas in which a noble metal catalyst is supported on a carrier, performance and durability deterioration due to changes in electrochemical properties of the noble metal catalyst are prevented between the carrier and the noble metal. It relates to a manufacturing method of a catalyst for purifying exhaust gas, which improves durability and purifying performance of exhaust gas by controlling electrochemical properties of a noble metal catalyst through interaction, and a catalyst for purifying exhaust gas formed thereby.

자동차 배기가스 정화용 촉매는 탄화수소, 일산화탄소 및 질소산화물과 같은자동차 배기 오염물질을 해가 없는 N2, H2 및 CO2로 변화시키는 촉매이며, 이러한 촉매는 일반적으로 다공성 담체에 촉매의 활성성분으로 백금(Pt), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd) 등의 귀금속이 담지된 형태로 이루어져있다.Catalysts for purifying automobile exhaust gases are catalysts that convert automobile exhaust pollutants such as hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides into harmless N 2 , H 2 and CO 2 , and these catalysts are generally made of platinum on a porous carrier as the active component of the catalyst. (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd), etc. are supported in the form of precious metals.

귀금속 중에서 팔라듐(Pb)을 이용한 촉매는 일산화탄소 및 탄화수소의 정화에 매우 우수한 성능을 나타내고, 다른 백금 등의 귀금속에 대비 더 저가라는 이점을 갖기 때문에 팔라듐 기재를 이용한 천연가스 자동차 또는 가솔린 자동차 배기가스 정화용 촉매의 개발이 활발하다.Catalysts using palladium (Pb) among noble metals show very excellent performance in purifying carbon monoxide and hydrocarbons, and have the advantage of being cheaper than other precious metals such as platinum. is actively developing

그리고 이러한 귀금속 촉매를 담지시키는 다공성 담체는 다공성 산화물 지지체로서 일반적으로 고온 하에서도 열 안정성이 뛰어나며 높은 비표면적을 유지할 수 있는 물질이 적합하며 Al2O3, SiO2, ZrO2, CeO2 및 TiO2 이거나 이들의 산화물 복합체를 주로 사용하며, 이들 물질의 흡-탈착 성능에 의해 배기가스의 정화 효율에 영향을 미치므로 이들 물질의 효능을 증가시키는 것이 여전히 추구되고 있다.In addition, the porous carrier supporting the precious metal catalyst is a porous oxide support, and generally, a material having excellent thermal stability even at high temperatures and maintaining a high specific surface area is suitable, and Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 and TiO 2 or their oxide composites are mainly used, and since the absorption-desorption performance of these materials affects the purification efficiency of exhaust gas, increasing the efficacy of these materials is still being pursued.

배기가스 정화용 촉매의 다공성 담체로서 사용되는 지르코니아(ZrO2)는 소성 온도에 따라 단사정계(monoclinic), 정방정계(tetragonal) 및 입방정계(cubic) 등 3가지 결정상으로 존재할 수 있다. 구체적으로 1100℃ 이하의 온도에서 지르코니아의 결정상은 단사정계(monoclinic) 결정상으로 존재하고, 1100℃에서 2300℃까지는 지르코니아 결정상은 정방정계(tetragonal) 결정상으로 존재하며, 2300℃ 온도에서 지르코니아 녹는점 약 2600℃ 미만 까지는 입방정계(cubic) 결정상으로 존재한다. 이러한 지르코니아(ZrO2)의 결정상에서 정방정계(tetragonal) 및 입방정계(cubic) 결정상은 상대적으로 단사정계(monoclinic) 결정상 보다 물리적 화학적 물성이 우수한 것으로 알려져 있다.Zirconia (ZrO 2 ) used as a porous carrier of an exhaust gas purifying catalyst may exist in three crystal phases, such as monoclinic, tetragonal and cubic, depending on the firing temperature. Specifically, at temperatures below 1100 ° C, the zirconia crystal phase exists as a monoclinic crystal phase, from 1100 ° C to 2300 ° C, the zirconia crystal phase exists as a tetragonal crystal phase, and at a temperature of 2300 ° C, the zirconia melting point is about 2600 It exists in the cubic crystal phase until less than ℃. In the crystal phase of such zirconia (ZrO 2 ), it is known that the tetragonal and cubic crystal phases have relatively superior physical and chemical properties than the monoclinic crystal phase.

그러나 앞서 살펴본 바와 같이 기존의 지르코니아(ZrO2)의 정방정계(tetragonal) 결정상은 1100℃ 이상의 높은 고온에서 합성되는 방법을 이용하므로, 공정의 운전비용과 제조 공정의 표준화 및 대량생산이 어려운 문제가 발생하였다.However, as described above, the existing tetragonal crystal phase of zirconia (ZrO 2 ) uses a method of synthesizing at a high temperature of 1100 ° C or higher, which causes problems in operation cost of the process, standardization of the manufacturing process, and difficulty in mass production. did

연료희박분위기(Lean Burn)에서 작동하는 압축천연가스(Compressed Natural Gas, 이하, 'CNG'이라고도 함) 엔진에서는 CNG 차량용 배기가스 정화촉매로서 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함한 귀금속성분이 담지된 압축천연가스 자동차 배기가스 정화용 촉매가 적용되어 천연가스 주성분인 메탄의 산화 정화를 수행한다. Compressed Natural Gas (hereinafter also referred to as 'CNG') engines operating in lean burn atmosphere contain precious metals including platinum (Pt) and palladium (Pd) as catalysts for purifying exhaust gas for CNG vehicles. A catalyst for purifying exhaust gas from compressed natural gas vehicles is applied to oxidize and purify methane, the main component of natural gas.

구체적으로 담체에 담지된 팔라듐 촉매에서 메탄(CH4)의 반응은 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 메탄(CH4) 분자가 팔라듐(Pd)-산화팔라듐(PdO) 촉매 반응 위치(site) 표면에서 접근하면 팔라듐(Pd) 위치와 결합한 후, 근처의 산화팔라듐(PdO)의 산소 공공(oxygen vacancy)부분에 메탄 분자의 수소(H)원자가 결합된다. 그 다음 메탄은 전환되어 산화팔라듐(PdO)은 Pd-OH로 되며, 이는 다시 팔라듐(Pd)으로 환원된다.Specifically, as shown in FIG. 1 , the reaction of methane (CH 4 ) in the palladium catalyst supported on the support is as shown in FIG. When approaching from , after bonding to the palladium (Pd) position, the hydrogen (H) atom of the methane molecule is bonded to the oxygen vacancy part of the nearby palladium oxide (PdO). Methane is then converted to PdO to Pd-OH, which is reduced back to Pd.

팔라듐(Pd)과 산화팔라듐(PdO)의 전환 반응은 가역적이나 이는 메탄(CH4)이나 산소(O2)만 있을 경우이며, 실제 압축천연가스 차량에서는 엔진 운전조건 및 메탄 이외에 질소, 수증기 산소 등의 여러 가스 성분이 존재하며, 이들의 방해(interruption)로 인해 종래 CNG 차량 배기가스 정화용 촉매는 촉매의 내구성으로 즉 촉매의 비활성화 현상으로 팔라듐(Pd)과 산화팔라듐(PdO)의 전환 반응은 가역적이지 못해 차량의 주행거리가 늘어남에 따라 반응에 필요한 적정 Pd0/Pd2 + 비율을 유지하지 못하고 Pd2 +가 Pd0로 환원되어 결국에는 배기가스의 정화 성능이 저하되는 문제가 발생한다.The conversion reaction between palladium (Pd) and palladium oxide (PdO) is reversible, but this is the case when there is only methane (CH 4 ) or oxygen (O 2 ). Due to their interruption, the conversion reaction between palladium (Pd) and palladium oxide (PdO) is not reversible due to the durability of the catalyst, that is, the deactivation of the catalyst. As the mileage of the vehicle increases, the appropriate Pd 0 /Pd 2 + ratio required for the reaction cannot be maintained, and Pd 2 + is reduced to Pd 0 , resulting in a deterioration in exhaust gas purification performance.

J.N.carstens, S.C. Su, A.T. Bell, J. Catal. 176 (1998) 136.J.N.carstens, S.C. Su, A.T. Bell, J. Catal. 176 (1998) 136. S.C. Su, J.N.carstens, A.T. Bell, J. Catal. 176 (1998) 125.S.C. Su, J.N.carstens, A.T. Bell, J. Catal. 176 (1998) 125.

이에 상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 배기가스 정화용 촉매에서 담체로 1000℃ 미만의 낮은 온도에서의 소성(aging)으로 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상으로 이루어진 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조하여 팔라듐 촉매를 담지시켜 제조함으로써, 팔라듐과 담체 간의 전기화학적 상호작용에 의한 귀금속(팔라듐)의 전기화학적 물성 제어를 통해 촉매의 내구성능뿐만 아니라 정화성능이 향상시킬 수 있는 배기가스 정화용 촉매의 제조방법 및 이의 제조방법을 통해 형성된 배기가스 정화용 촉매를 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, in view of the above problems, the present invention uses zirconia (ZrO 2 ) composed of a monoclinic crystal phase and a tetragonal crystal phase by aging at a low temperature of less than 1000 ° C. as a carrier in an exhaust gas purification catalyst. A catalyst for purifying exhaust gas that can improve purification performance as well as durability of the catalyst by controlling the electrochemical properties of noble metal (palladium) by the electrochemical interaction between palladium and the carrier by manufacturing a carrier and supporting a palladium catalyst. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a catalyst for purifying exhaust gas formed through the manufacturing method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배기가스 정화용 촉매의 제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이 (a) 지르코늄 전구체를 포함하는 수용액에 염기성 용액을 넣고 혼합하여 침전물을 형성하는 단계(S110), (b) 상기 (a) 단계에서 형성된 침전물을 에이징(aging)하여 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조하는 단계(S120), (c) 제조된 지르코니아 담체를 세척 및 건조하는 단계(S130), (d) 건조된 지르코니아 담체를 소성하는 단계(S140), (e) 지르코니아 담체에 팔라듐을 담지하는 단계(S150), (f) 지르코니아 담체에 팔라듐이 담지되어 형성된 배기가스 정화용 촉매를 소성하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the method for producing a catalyst for purifying exhaust gas of the present invention to achieve the above object is to form a precipitate by adding a basic solution to an aqueous solution containing a zirconium precursor and mixing (S110 ), (b) preparing a zirconia (ZrO 2 ) carrier by aging the precipitate formed in step (a) (S120), (c) washing and drying the prepared zirconia carrier (S130), (d) calcining the dried zirconia carrier (S140), (e) supporting palladium on the zirconia carrier (S150), (f) calcining the exhaust gas purifying catalyst formed by supporting palladium on the zirconia carrier ( S160) may be included.

상기 (a) 단계(S110) 및 (b) 단계(S120)은, 팔라듐 촉매를 담지하기 위한 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조하기 위한 단계이다.Steps (a) (S110) and (b) (S120) are steps for preparing a zirconia (ZrO 2 ) carrier for supporting a palladium catalyst.

먼저 (a) 단계는 지르코늄 전구체를 증류수에 용해한 지르코늄 전구체 수용액에 침전제인 염기성 용액을 넣고 혼합하여 침전물을 형성하는 단계로서, 구체적으로 지르코늄 전구체로 옥시염화지르코늄 8수화물(ZrOCl2·8H2O)을 증류수에 용해한 지르코늄 전구체 수용액의 pH 농도가 9 내지 10으로 조절되도록 염기성 용액을 첨가하고 혼합하면 침전물로 수산화지르코늄(Zr(OH)4·nH2O)을 형성할 수 있다. 만일 상기 지르코늄 전구체 수용액의 pH 농도가 상기 범위를 벗어나는 경우 불균일하게 침전되어 일부는 침전되지 않고 이온 상태로 남게 되어 촉매의 생산성이 떨어지고, 또한 최종 생산된 촉매의 효율 또한 떨어지는 문제가 발생되므로 상기 제시된 pH 농도범위가 되도록 조절하는 것이 바람직하며, 지르코늄 전구체 수용액의 pH 농도가 9.5로 조절되는 것이 더욱 바람직하다.First, step (a) is a step of adding a basic solution as a precipitant to an aqueous solution of a zirconium precursor dissolved in distilled water to form a precipitate, and specifically, zirconium oxychloride octahydrate (ZrOCl 2 8H 2 O) as a zirconium precursor Zirconium hydroxide (Zr(OH) 4 .nH 2 O) may be formed as a precipitate when a basic solution is added and mixed so that the pH concentration of the aqueous solution of the zirconium precursor dissolved in distilled water is adjusted to 9 to 10. If the pH concentration of the aqueous solution of the zirconium precursor is out of the above range, it precipitates non-uniformly, and some of it remains in an ionic state without precipitating, resulting in a decrease in the productivity of the catalyst and also a decrease in the efficiency of the finally produced catalyst. It is preferable to adjust the concentration so that it is in the range, and it is more preferable that the pH concentration of the zirconium precursor aqueous solution is adjusted to 9.5.

여기서 상기 염기성 용액으로는 암모니아수(NH4OH) 또는 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 사용할 수 있다. 상기 염기성 용액의 함량은 제한되지 않으나 제시된 pH 농도를 만족할 때까지 지르코늄 전구체 수용액에 첨가될 수 있다.Here, aqueous ammonia (NH 4 OH) or aqueous sodium hydroxide (NaOH) may be used as the basic solution. The amount of the basic solution is not limited, but may be added to the zirconium precursor aqueous solution until it satisfies the suggested pH concentration.

그 다음 (b) 단계(S120)는 상기 (a) 단계에서 형성된 침전물을 포함하는 수용액을 일정 온도 조건에서 에이징(aging)하여 특정 결정 구조 형태로 이루어진 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조하는 단계이다.Next, step (b) (S120) is a step of preparing a zirconia (ZrO 2 ) carrier having a specific crystal structure by aging the aqueous solution containing the precipitate formed in step (a) under a constant temperature condition.

구체적으로 (b) 단계(S120)는 상기 형성된 침전물인 수산화지르코늄(Zr(OH)4·nH2O)을 30℃ 이상 70℃ 미만의 온도에서 48시간 이하로 에이징(aging)하여 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상이 함께 포함하여 이루어진 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조할 수 있다.Specifically, in step (b) (S120), the precipitate, zirconium hydroxide (Zr(OH) 4 .nH 2 O), is aged for 48 hours or less at a temperature of 30 ° C or more and less than 70 ° C to form monoclinic (monoclinic) ) A zirconia (ZrO 2 ) carrier comprising both a crystalline phase and a tetragonal crystalline phase can be prepared.

상기 (b) 단계(S120)에서 만약 에이징(aging) 온도 및 시간이 상기 제시된 범위를 벗어나면, 제조하고자 하는 지르코니아(ZrO2) 담체의 결정 구조가 제대로 생성되지 못하므로 상기 제시된 범위를 만족하는 것이 바람직하다.In the step (b) (S120), if the aging temperature and time are out of the ranges suggested above, the crystal structure of the zirconia (ZrO 2 ) carrier to be manufactured is not properly generated, so it is preferable to satisfy the ranges suggested above. desirable.

상기 (b) 단계(S120)를 통해 형성된 지르코니아 담체의 결정 구조는 상기 지르코니아 담체 전체 조성에 대해 상기 정방정계(tetragonal) 결정상이 0 vol% 초과 65 vol% 미만으로 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0 vol% 초과 15 vol% 미만으로 포함하는 것이 바람직하다.The crystal structure of the zirconia carrier formed through step (b) (S120) preferably includes more than 0 vol% and less than 65 vol% of the tetragonal crystal phase with respect to the total composition of the zirconia carrier, more preferably It is preferable to include more than 0 vol% and less than 15 vol%.

만약 상기 정방정계(tetragonal) 결정상의 함량이 65 vol% 이상이면 저온 메탄(CH4) 산화 활성이 오히려 감소되므로 상기 정방정계(tetragonal) 결정상의 조성은 상기 제시된 범위를 만족하는 것이 바람직하다.If the content of the tetragonal crystalline phase is 65 vol% or more, the low-temperature methane (CH 4 ) oxidation activity is rather reduced, so the composition of the tetragonal crystalline phase preferably satisfies the range suggested above.

상기 (c) 단계(S130)는 제조된 지르코니아 담체를 세척 및 건조하는 단계로서, 제조된 지르코니아 담체 표면에 잔류하는 염기성 용액 등의 이물질을 물로 세척하고, 세척된 지르코니아 담체를 50 내지 70℃에서 24시간 이하로 건조하는 단계이다. 바람직하게 지르코니아 담체의 건조 조건은 60℃에서 24시간 동안 건조하는 것이 바람직하나 이에 한정하지 않고 당업자에 의해 다양하게 변경 실시가 가능하다.The step (c) (S130) is a step of washing and drying the prepared zirconia carrier, washing foreign substances such as a basic solution remaining on the surface of the manufactured zirconia carrier with water, and washing the washed zirconia carrier at 50 to 70 ° C. It is a step of drying in less than an hour. Preferably, the drying conditions of the zirconia carrier are preferably dried at 60° C. for 24 hours, but are not limited thereto and can be variously changed by those skilled in the art.

상기 (d) 단계(S140)는 상기 (c) 단계(S130)을 거쳐 건조된 지르코니아 담체를 소성하여 최종 지르코니아 담체를 얻는 단계로서, 건조된 지르코니아 담체를 공기 또는 산소 분위기 하에서 고온으로 가열하여 수행될 수 있다.The (d) step (S140) is a step of obtaining a final zirconia carrier by firing the zirconia carrier dried through the (c) step (S130), and is performed by heating the dried zirconia carrier to a high temperature in an air or oxygen atmosphere. can

구체적으로 (d) 단계(S140)는 300℃ 내지 700℃에서 2 시간 내지 10시간 동안 소성이 수행되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 600℃에서 6시간 동안 수행될 수 있다. 만약 상기 (d) 단계(S140)의 소성이 300℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우, 낮은 소성 온도로 인해 지르코니아 담체 내에 불순물들이 충분하게 제거되지 않고, 700℃를 초과하는 온도에서는 지나치게 높은 온도로 인해 촉매 입자가 소결(sintering)되어 배기가스 정화용 촉매 성능이 저하되는 문제점이 발생되므로 상기 제시된 범위를 만족하는 것 바람직하다.Specifically, step (d) (S140) is preferably performed at 300 ° C. to 700 ° C. for 2 hours to 10 hours, more preferably at 600 ° C. for 6 hours. If the firing in step (d) (S140) is performed at a temperature of less than 300 ° C, impurities in the zirconia carrier are not sufficiently removed due to the low firing temperature, and at a temperature exceeding 700 ° C, due to an excessively high temperature Since the catalyst particles are sintered and the performance of the catalyst for purifying exhaust gas is deteriorated, it is preferable that the above-mentioned range is satisfied.

상기 (e) 단계(S150)는 지르코니아 담체에 귀금속 촉매로서 팔라듐을 담지하는 단계로서, 팔라듐 전구체를 증류수에 용해한 팔라듐 전구체 수용액을 지르코니아 담체에 담지시켜 배기가스 정화용 촉매를 형성할 수 있으며, 바람직하게 지르코니아 담체에 귀금속 촉매로서 전체 배기가스 정화용 촉매 중량 대비 팔라듐의 함량이 1 wt%가 되도록 담지할 수 있다.The step (e) (S150) is a step of supporting palladium as a precious metal catalyst on a zirconia carrier. An aqueous palladium precursor solution obtained by dissolving a palladium precursor in distilled water may be supported on a zirconia carrier to form a catalyst for purifying exhaust gas, preferably zirconia. A noble metal catalyst may be supported on a carrier so that the content of palladium is 1 wt% based on the weight of the entire exhaust gas purifying catalyst.

상기 팔라듐을 지르코니아 담체에 담지시키는 방법은 특별히 한정되어 있지 않으나 함침법, 침전법, 침착법, 이온교환 방법 등을 통해 담지 할 수 있으며, 상기 (e) 단계는 팔라듐 전구체 용액을 바람직하게 함침법으로 결정 구조가 변형된 지르코니아 담체에 팔라듐을 담지할 수 있다.The method of supporting the palladium on the zirconia support is not particularly limited, but it can be supported through an impregnation method, precipitation method, deposition method, ion exchange method, etc., and in the step (e), the palladium precursor solution is preferably impregnated. Palladium may be supported on a zirconia carrier having a modified crystal structure.

상기 팔라듐 전구체는 팔라듐(Pd)을 포함하는 화합물로서, 바람직하게는 염화(PdCl2)을 사용할 수 있으나, 이에 반드시 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 알려진 통상적인 팔라듐 전구체를 제한 없이 사용할 수 있다The palladium precursor is a compound containing palladium (Pd), preferably chloride (PdCl 2 ), but may be used, but is not necessarily limited thereto, and conventional palladium precursors known in the art to which the present invention pertains may be used without limitation.

상기 (f) 단계(S160)는 상기 배기가스 정화용 촉매를 500℃ 내지 700℃에서 2 시간 내지 10시간 동안 소성할 수 있으며, 바람직하게는 600℃에서 6시간 동안 소성할 수 있다.In the step (f) (S160), the catalyst for purifying exhaust gas may be calcined at 500° C. to 700° C. for 2 hours to 10 hours, preferably at 600° C. for 6 hours.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 배기가스 정화용 촉매는 앞서 설명한 바와 같은 제조방법을 이용하여 제조되어 지르코니아 담체에 팔라듐 촉매가 담지된 것으로서, 상기 지르코니아 담체의 결정 구조가 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상이 함께 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the catalyst for purifying exhaust gas of the present invention is prepared using the manufacturing method as described above, and the palladium catalyst is supported on a zirconia support, and the crystal structure of the zirconia support is monoclinic (monoclinic). ) It is characterized in that the crystal phase and the tetragonal crystal phase are included together.

상기 지르코니아 담체 전체 조성에 대해 상기 정방정계(tetragonal) 결정상이 0 vol% 초과 65 vol% 미만으로 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to include the tetragonal crystal phase in an amount greater than 0 vol% and less than 65 vol% with respect to the total composition of the zirconia carrier.

또한, 배기가스 정화용 촉매에서 귀금속 촉매로서 전체 배기가스 정화용 촉매 중량 대비 팔라듐의 함량이 1 wt%로 포함될 수 있다.In addition, as a precious metal catalyst in the catalyst for purifying exhaust gas, the content of palladium relative to the weight of the entire catalyst for purifying exhaust gas may be included as 1 wt%.

본 발명의 배기가스 정화용 촉매는 바람직하게 리번 압축천연가스(lean-burn CNG) 차량용 배기가스 촉매로서 사용하는 것이 바람직하나, 본 발명의 배기가스 정화용 촉매는 상기 제시된 적용 대상을 한정되지 않고 메탄(CH4) 산화 촉매로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 다양한 촉매에 적용되어 사용할 수 있다.The catalyst for purifying exhaust gas of the present invention is preferably used as an exhaust gas catalyst for lean-burn CNG vehicles, but the catalyst for purifying exhaust gas of the present invention is not limited to the above-mentioned application targets, and methane (CH 4 ) As an oxidation catalyst, it can be applied and used to various catalysts that can be easily performed by those skilled in the art.

상술한 바와 같은 본 발명의 배기가스 정화용 촉매 제조방법에 의하면, 통상적인 배기가스 정화용 촉매로서 귀금속 팔라듐(Pd) 촉매의 담체로 사용되는 정방정계(tetragonal) 결정상의 지르코니아(ZrO2)를 사용하기 위해서 1100℃ 이상의 고온에서의 소성하는 과정이 별도로 필요한 것과 달리 배기가스 정화용 촉매에서 담체로 100℃ 미만의 낮은 온도에서의 에이징(aging)하여 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상으로 이루어진 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조하고, 이 지르코니아 담체에 팔라듐 촉매를 담지시켜 제조할 수 있으므로 공정의 운전비용이 감소되고, 대량생산이 어려운 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.According to the method for preparing a catalyst for purifying exhaust gas of the present invention as described above, as a conventional catalyst for purifying exhaust gas, tetragonal crystal phase zirconia (ZrO 2 ) used as a carrier of a noble metal palladium (Pd) catalyst is used. Unlike a separate firing process at a high temperature of 1100 ° C or higher, zirconia composed of a monoclinic crystal phase and a tetragonal crystal phase by aging at a low temperature of less than 100 ° C as a carrier in an exhaust gas purification catalyst (ZrO 2 ) Since the support can be prepared by supporting the palladium catalyst on the zirconia support, the operating cost of the process is reduced and the problem of difficult mass production can be solved.

또한, 배기가스 정화용 촉매에서 담체로 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상으로 이루어진 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조하여 팔라듐 촉매를 담지시켜 제조함으로써, 팔라듐과 담체 간의 전기화학적 상호작용에 의한 귀금속(팔라듐)의 전기화학적 물성 제어를 통해 촉매의 내구성뿐만 아니라 정화성능이 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by preparing a zirconia (ZrO 2 ) support composed of a monoclinic crystal phase and a tetragonal crystal phase as a support in a catalyst for purification of exhaust gas and supporting a palladium catalyst, the electrochemical interaction between palladium and the support Through the control of the electrochemical properties of the precious metal (palladium), there is an effect of improving the purification performance as well as the durability of the catalyst.

도 1은 종래 팔라듐(Pd)-팔라듐 산화(PdO) 촉매 반응 위치 표면에서의 메탄(CH4)의 산화 반응 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 일례에 따른 본 발명의 배기가스 정화용 촉매 제조방법의 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 배기가스 정화용 촉매의 X선 회절분석(X-ray diffraction, XRD) 결과 그래프이다.
도 4a와 도4b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 배기가스 정화용 촉매의 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 배기가스 정화용 촉매의 정화 성능 평가 방법을 간략하게 나타낸 모식도를 나타낸 것이다.
도 6은 비교예의 배기가스 정화용 촉매의 활성개시온도(light-off temperature, LOT) 분석 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 배기가스 정화용 촉매의 활성개시온도(light-off temperature, LOT) 분석 결과 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing an oxidation reaction process of methane (CH 4 ) on the surface of a conventional palladium (Pd)-palladium oxidation (PdO) catalyst reaction site.
2 is a flow chart showing a process of a method for preparing a catalyst for purifying exhaust gas according to an example of the present invention.
3 is a graph of X-ray diffraction (XRD) results of a catalyst for purifying exhaust gas prepared according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are scanning electron microscope (SEM) images of a catalyst for purifying exhaust gas manufactured according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram briefly illustrating a method for evaluating purification performance of a catalyst for purifying exhaust gas according to the present invention.
6 is a graph showing the results of light-off temperature (LOT) analysis of a catalyst for purifying exhaust gas in a comparative example.
7 is a graph showing the results of light-off temperature (LOT) analysis of a catalyst for purifying exhaust gas prepared according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 배기가스 정화용 촉매에 대한 실시예 및 비교예를 상세히 설명하며, 이러한 실시예 및 비교예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, examples and comparative examples of the catalyst for purification of exhaust gas of the present invention will be described in detail, and these examples and comparative examples can be implemented in various different forms by those skilled in the art as an example. Therefore, it is not limited to the embodiment described here.

한편, 본 명세서에서 사용되는 “포함한다” 또는 “첨가한다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또한 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.On the other hand, terms such as “include” or “add” used in this specification should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or It should be construed that some steps may not be included and may further include additional components or steps.

그리고 본 발명의 배기가스 정화용 촉매의 제조방법에 있어 설명된 각 단계의 반복 횟수, 공정 조건 등은 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 한 특별히 한정되지 않는다.In addition, the number of repetitions of each step and process conditions described in the manufacturing method of the catalyst for purifying exhaust gas of the present invention are not particularly limited as long as they do not deviate from the object of the present invention.

실시예 1은 지르코늄 전구체로 옥시염화지르코늄 8수화물(ZrOCl2·8H2O)을 증류수에 용해하여 지르코늄 전구체 용액을 제조하고, 이 지르코늄 전구체 용액에 28 wt% 암모니아수(NH4OH)을 넣고 pH 농도가 9.5가 되도록 조절하여 침전물인 수산화지르코늄(Zr(OH)4·nH2O)을 형성하고, 상기 수산화지르코늄(Zr(OH)4·nH2O)을 포함하는 수용액을 30℃ 온도에서 48시간 동안 에이징(aging)하여 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조한다. 제조된 지르코니아 담체를 세척하고 60℃에서 24시간 동안 건조한 다음 600℃에서 6시간 동안 소성한다. 염화팔라듐(PdCl2)을 1 M의 염산 수용액에서 충분히 교반시켜 용해하여 팔라듐 전구체 수용액을 제조한 후 이를 지르코니아(ZrO2) 담체에 함침법으로 팔라듐 함량이 1 wt%가 되도록 함침시키며, 팔라듐이 함침된 지르코늄 전구체를 600℃에서 6시간 동안 소성하여 최종 1 wt% Pd/ZrO2의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.In Example 1, a zirconium precursor solution was prepared by dissolving zirconium oxychloride octahydrate (ZrOCl 2 .8H 2 O) in distilled water as a zirconium precursor, and 28 wt% ammonia water (NH 4 OH) was added to the zirconium precursor solution, and the pH concentration is adjusted to be 9.5 to form a precipitate, zirconium hydroxide (Zr(OH) 4 nH 2 O), and an aqueous solution containing the zirconium hydroxide (Zr(OH) 4 nH 2 O) at 30 ° C for 48 hours. During aging, a zirconia (ZrO 2 ) carrier is prepared. The prepared zirconia carrier is washed, dried at 60° C. for 24 hours, and then calcined at 600° C. for 6 hours. Palladium chloride (PdCl 2 ) is sufficiently stirred and dissolved in an aqueous solution of 1 M hydrochloric acid to prepare an aqueous palladium precursor solution, which is then impregnated into a zirconia (ZrO 2 ) carrier so that the palladium content is 1 wt% by an impregnation method, and palladium is impregnated. The resulting zirconium precursor was calcined at 600° C. for 6 hours to prepare a final 1 wt% Pd/ZrO 2 exhaust gas purifying catalyst.

실시예 2는 상기 에이징(aging) 온도 조건을 50℃로 처리한 것만 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 1 wt% Pd/ZrO2의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.Example 2 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the aging temperature was set at 50° C. to prepare a 1 wt% Pd/ZrO 2 exhaust gas purifying catalyst.

실시예 3은 상기 에이징(aging) 온도 조건을 70℃로 처리한 것만 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 1 wt% Pd/ZrO2의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.Example 3 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the aging temperature was set at 70° C. to prepare a 1 wt% Pd/ZrO 2 exhaust gas purifying catalyst.

실시예 4는 상기 에이징(aging) 온도 조건을 85℃로 처리한 것만 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 1 wt% Pd/ZrO2의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.Example 4 was carried out in the same manner as Example 1, except that the aging temperature condition was 85° C. to prepare a catalyst for purifying exhaust gas of 1 wt% Pd/ZrO 2 .

실시예 5는 상기 에이징(aging) 온도 조건을 100℃로 처리한 것만 제외하고 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 1 wt% Pd/ZrO2의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.Example 5 was carried out in the same manner as Example 1, except that the aging temperature condition was 100° C. to prepare a catalyst for purifying exhaust gas of 1 wt% Pd/ZrO 2 .

비교예 1은 염화팔라듐(PdCl2)을 1 M의 염산 수용액에서 충분히 교반시켜 용해시킨 후 이를 γ-Al2O3의 담체에 함침법으로 팔라듐 함량이 1 wt%가 되도록 함침시키며, 팔라듐이 함침된 지르코늄 전구체를 600℃에서 6시간 동안 소성하여 비교촉매인 1 wt% Pd/γ-Al2O3의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.In Comparative Example 1, after dissolving palladium chloride (PdCl 2 ) in a 1 M hydrochloric acid aqueous solution by stirring sufficiently, it is impregnated into a γ-Al 2 O 3 carrier so that the palladium content is 1 wt% by an impregnation method, and palladium is impregnated. The prepared zirconium precursor was calcined at 600° C. for 6 hours to prepare a catalyst for purifying exhaust gas of 1 wt% Pd/γ-Al 2 O 3 as a comparative catalyst.

비교예 2는 담체로 산화세륨(CeO2)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, 비교촉매인 1 wt% Pd/CeO2의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.Comparative Example 2 was carried out in the same manner as Comparative Example 1, except that cerium oxide (CeO 2 ) was used as a carrier, to prepare a catalyst for purifying exhaust gas of 1 wt% Pd/CeO 2 as a comparative catalyst.

비교예 3은 담체로 산화주석(SnO2)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, 비교촉매인 1 wt% Pd/ SnO2의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.Comparative Example 3 was carried out in the same manner as Comparative Example 1, except that tin oxide (SnO 2 ) was used as a carrier to prepare a comparative catalyst, 1 wt% Pd/SnO 2 catalyst for purifying exhaust gas.

비교예 4는 담체로 마그네슘 알루미네이트(MgAl2O4)을 사용한 것을 제외하고 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, 비교촉매인 1 wt% Pd/ MgAl2O4의 배기가스 정화용 촉매를 제조하였다.Comparative Example 4 was carried out in the same manner as Comparative Example 1, except that magnesium aluminate (MgAl 2 O 4 ) was used as a carrier, to prepare a catalyst for purifying exhaust gas of 1 wt% Pd/ MgAl 2 O 4 as a comparative catalyst. .

상기 실시예 1 내지 실시예 5, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 배기가스 정화용 촉매 각각을 하기 실험예에서 제시하는 측정방법으로 촉매의 물성 및 촉매의 활성을 측정 평가한다.The catalysts for exhaust gas purification prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were measured and evaluated for physical properties and activity of the catalysts by the measurement methods presented in the following experimental examples.

실험예 1은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에서 팔라듐을 담지하기 이전에 제조된 지르코니아(ZrO2) 담체의 결정상 분석을 X선 회절분석(X-ray diffraction, XRD) 수행하고, 그 결과를 도 3과 하기 표 1에 나타내었다.In Experimental Example 1, X-ray diffraction (XRD) analysis of the crystalline phase of the zirconia (ZrO 2 ) carrier prepared before supporting palladium in Examples 1 to 5 of the present invention was performed, and the result It is shown in Figure 3 and Table 1 below.

구분division Crystal Size(nm)Crystal Size(nm) 정방정계 함량
(vol%)
tetragonal content
(vol %)
정방정계
(2θ=30.3°)
tetragonal system
(2θ=30.3°)
단사정계
(2θ=28.2°)
monoclinic system
(2θ=28.2°)
ZrO2 (30℃)ZrO 2 (30℃) 13.713.7 21.721.7 9.09.0 ZrO2 (50℃)ZrO 2 (50℃) 12.412.4 14.314.3 10.510.5 ZrO2 (70℃)ZrO 2 (70℃) 10.610.6 9.69.6 66.866.8 ZrO2 (85℃)ZrO 2 (85℃) 7.87.8 -- 100100 ZrO2 (100℃)ZrO 2 (100℃) 6.86.8 -- 100100

살펴본 바와 같이, 에이징(aging) 온도 조건이 높아질수록 지르코니아(ZrO2) 담체의 결정 구조에서 정방정계(tetragonal) 조성 함량이 증가하고, 특히 에이징(aging)온도가 85℃인 실시예 4와 100℃인 실시예 5에서는 정방정계(tetragonal) 결정상만 관찰되는 것을 확인할 수 있었다.As seen, as the aging temperature conditions increase, the tetragonal composition content increases in the crystal structure of the zirconia (ZrO 2 ) carrier, and in particular, Example 4 in which the aging temperature is 85 ° C and 100 ° C In Example 5, it was confirmed that only the tetragonal crystal phase was observed.

실험예 2는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 5에서 팔라듐을 담지하기 이전에 제조된 지르코니아(ZrO2) 담체 및 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 얻어진 1 wt% Pd/ZrO2 촉매의 BET 비표면적(SBET), 세공 부피(VP), 평균 세공 크기(DP)를 측정하여 표 2에 나타내었다.Experimental Example 2 is BET of the zirconia (ZrO 2 ) support prepared before supporting palladium in Examples 1 to 5 of the present invention and the 1 wt% Pd/ZrO 2 catalyst obtained according to Examples 1 to 5 The specific surface area (S BET ), pore volume (V P ), and average pore size (D P ) were measured and shown in Table 2.

구분division ZrO2 ZrO 2 1 wt% Pd/ZrO2 1 wt % Pd/ZrO 2 SBET
(m2/g)
S BET
(m 2 /g)
VP
(cm3/g)
V P
(cm 3 /g)
DP (nm)D P (nm) SBET
(m2/g)
S BET
(m 2 /g)
VP
(cm3/g)
V P
(cm 3 /g)
DP (nm)D P (nm)
ZrO2 (30℃)ZrO 2 (30℃) 1717 0.0930.093 15.015.0 1515 0.0910.091 19.219.2 ZrO2 (50℃)ZrO 2 (50℃) 3333 0.1310.131 12.812.8 2929 0.1270.127 14.714.7 ZrO2 (70℃)ZrO 2 (70℃) 7171 0.2170.217 10.610.6 6868 0.2050.205 10.610.6 ZrO2 (85℃)ZrO 2 (85℃) 123123 0.3410.341 10.510.5 111111 0.3310.331 11.611.6 ZrO2 (100℃)ZrO 2 (100℃) 157157 0.3860.386 9.59.5 148148 0.3890.389 10.210.2

상기 표 2로부터 에이징(aging)온도가 증가할수록 지르코니아(ZrO2) 담체 및 이에 팔라듐을 담지한 1 wt% Pd/ZrO2촉매의 평균 세공 크기의 직경이 감소함에 따라 결과적으로 BET 비표면적와 세공 부피가 증가함을 알 수 있다. From Table 2, as the aging temperature increases, the diameter of the average pore size of the zirconia (ZrO 2 ) carrier and the 1 wt% Pd/ZrO 2 catalyst carrying palladium thereon decreases, resulting in a BET specific surface area and pore volume. increase can be seen.

그리고 실시예 1과 실시예 2의 지르코니아(ZrO2) 담체를 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 통해 관찰하고, 관찰한 사진을 도 4a와 도 4b에 나타내었다.In addition, the zirconia (ZrO 2 ) carriers of Examples 1 and 2 were observed through a scanning electron microscope (SEM), and the observed photographs are shown in FIGS. 4a and 4b.

도 4a에서 관찰된 실시예 1의 지르코니아 담체와 도 4b에서 관찰된 실시예 5의 지르코니아 담체의 입자 크기를 비교하였을 때, 에이징(aging) 온도가 상대적으로 높은 실시예 5의 지르코니아 담체의 입자크기가 작아짐을 확인할 수 있었다.When comparing the particle size of the zirconia carrier of Example 1 observed in FIG. 4a and the zirconia carrier of Example 5 observed in FIG. 4b, the particle size of the zirconia carrier of Example 5 having a relatively high aging temperature is I could see it getting smaller.

따라서 에이징(aging) 온도 조건이 높아질수록 지르코니아 담체의 입자크기는 작아지고, 미세 기공의 발달로 인해 촉매의 비표면적이 증가됨을 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed that the particle size of the zirconia carrier decreased as the aging temperature conditions increased, and the specific surface area of the catalyst increased due to the development of micropores.

실험예 3은 촉매 활성 평가에 관한 것으로 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 실시예 5, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 파우더 형태의 촉매 0.1g을 반응관에 충진한 후 공기를 흘려주며 500℃에서 1시간 전처리한 후, 반응가스로 메탄(CH4), 산소(O2), 수증기(H2O), 질소(N2)가 혼합된 혼합가스를 400ml/min(0.1% CH4: 10% H2O)의 속도로 MFC(Mass Flow controller)를 사용하여 가스의 유량을 조절하여 공급하면서 5℃/min의 승온속도로 온도를 올려주며 반응활성은 온도별로 측정하여 메탄(CH4)의 산화 성능을 평가하였으며, 그 결과를 도 6과 도 7, 하기 표 3과 표 4에 나타내었다.Experimental Example 3 relates to catalyst activity evaluation, and as shown in FIG. 5, after filling 0.1 g of the catalyst in powder form prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 into a reaction tube, After air flow and pretreatment at 500℃ for 1 hour, a mixture of methane (CH 4 ), oxygen (O 2 ), water vapor (H 2 O), and nitrogen (N 2 ) was used as the reaction gas at 400 ml/min ( 0.1% CH 4 : 10% H 2 O) using MFC (Mass Flow controller) to adjust and supply the flow rate of gas, raise the temperature at a temperature increase rate of 5 ℃ / min, and measure the reaction activity by temperature The oxidation performance of methane (CH 4 ) was evaluated, and the results are shown in FIGS. 6 and 7 and Tables 3 and 4 below.

아래 표 3과 표 4에서 T30은 30% 메탄 전환 온도, T50은 50% 메탄 전환 온도, T90은 90% 메탄 전환 온도를 각각 나타낸다.In Tables 3 and 4 below, T 30 represents a 30% methane conversion temperature, T 50 represents a 50% methane conversion temperature, and T 90 represents a 90% methane conversion temperature, respectively.

구분division T30
(℃)
T -30
(℃)
T50
(℃)
T -50
(℃)
T90
(℃)
T -90
(℃)
비교예 1Comparative Example 1 483.6483.6 501.2501.2 545.5545.5 비교예 2Comparative Example 2 448.3448.3 469.7469.7 594.1594.1 비교예 3Comparative Example 3 470.8470.8 511.5511.5 -- 비교예 4Comparative Example 4 491.1491.1 514.4514.4 571.4571.4

구분division T30
(℃)
T -30
(℃)
T50
(℃)
T -50
(℃)
T90
(℃)
T -90
(℃)
실시예 1Example 1 420.5420.5 439.9439.9 492.7492.7 실시예 2Example 2 427.8427.8 448.6448.6 499.4499.4 실시예 3Example 3 455.5455.5 488.7488.7 559.2559.2 실시예 4Example 4 451.4451.4 480.4480.4 542.7542.7 실시예 5Example 5 458.9458.9 488.6488.6 540.4540.4

촉매 활성 평가 결과 50% 메탄 전환 온도(T50) 기준으로 단사정계(monoclinic) 및 정방정계(tetragonal) 결정상이 혼합된 실시예 1과 실시예 2의 경우가 단일 정방정계(tetragonal) 결정상 구조로만 이루어진 지르코니아(ZrO2) 담체 대비 저온에서 메탄(CH4) 산화 활성이 더 우수한 것으로 확인되었으며, 비교예 1 내지 비교예 4의 γ-Al2O3, CeO2, Sn2O3, MgAl2O4 등의 담체와 비교해도 메탄의 산화 활성이 우수함을 알 수 있다.As a result of evaluating the catalytic activity, based on the 50% methane conversion temperature (T 50 ), Examples 1 and 2, in which monoclinic and tetragonal crystal phases were mixed, were composed of only a single tetragonal crystal structure. It was confirmed that methane (CH 4 ) oxidation activity was better at low temperature compared to zirconia (ZrO 2 ) carrier, and γ-Al 2 O 3 , CeO 2 , Sn 2 O 3 , MgAl 2 O 4 of Comparative Examples 1 to 4 It can be seen that the methane oxidation activity is excellent compared to the carriers such as .

비특허문헌 1과 2에 의하면 Pd/ZrO2 촉매에서 팔라듐(Pd)이 금속 팔라듐 (metallic Pd)으로 존재할 경우 활성이 낮고, 이와 달리 산화팔라듐(PdO)으로 존재하는 비율이 늘어날수록 메탄(CH4) 산화 활성이 향상된다고 기술되어 있다. 특히 산화팔라듐(PdO)의 표면에 적은 비율로 금속 팔라듐(metallic Pd)이 존재할 경우 메탄(CH4) 산화 활성이 향상되며 이것은 메탄이 산화팔라듐(PdO)보다는 금속 팔라듐에 해리 흡착이 순조롭게 일어나기 때문이라고 기술되어 있다.According to Non-Patent Documents 1 and 2, when palladium (Pd) exists as metallic palladium (metallic Pd) in the Pd/ZrO 2 catalyst, the activity is low . ) has been described as enhancing the oxidation activity. In particular, when a small proportion of metallic Pd is present on the surface of palladium oxide (PdO), the oxidation activity of methane (CH 4 ) is enhanced, and this is because methane is more easily dissociated and adsorbed to metal palladium than palladium oxide (PdO). is described.

따라서 본 실시예로부터 지르코니아(ZrO2)의 결정구조에 따라 이에 담지되는 팔라듐(Pd)의 전기 화학적 제어가 가능하다는 것이 확인되었으며, 실시예 1에서 처럼 30℃ 온도로 에이징(aging)하여 제조된 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상이 함께 포함하여 이루어진 지르코니아 담체에서 메탄(CH4) 산화 활성이 가장 우수함을 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed from this Example that the electrochemical control of palladium (Pd) supported thereon is possible according to the crystal structure of zirconia (ZrO 2 ), and the single yarn manufactured by aging at a temperature of 30° C. as in Example 1 It was confirmed that the methane (CH 4 ) oxidation activity was the most excellent in the zirconia carrier including both the monoclinic and tetragonal crystal phases.

앞서 살펴본 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일뿐이며, 전술한 예시 및 첨부한 도면에 한정되는 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 사상을 벋어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 및 변경 등이 가능하다.The specific technology discussed above is only a preferred implementation example, and is not limited to the foregoing examples and accompanying drawings. Therefore, various substitutions and changes are possible within the scope not departing from the technical spirit of the present invention.

Claims (14)

(a) 지르코늄 전구체를 물에 용해한 지르코늄 전구체 수용액의 pH 농도가 9 내지 10으로 조절되도록 염기성 용액을 넣고 혼합하여 침전물을 형성하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 형성된 침전물을 포함하는 수용액을 30℃ 이상 70℃ 미만의 온도에서 48시간 이하로 에이징(aging)하여 결정 구조가 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상이 함께 포함하여 이루어진 지르코니아(ZrO2) 담체를 제조하는 단계;
(c) 제조된 지르코니아 담체를 세척 및 건조하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계에서 건조된 지르코니아 담체를 600℃에서 2 시간 내지 10시간 동안 소성하는 단계;
(e) 상기 (d) 단계를 거친 지르코니아 담체에 팔라듐을 담지하는 단계; 및
(f) 상기 (e) 단계를 통해 지르코니아 담체에 팔라듐이 담지되어 형성된 배기가스 정화용 촉매를 소성하는 단계;를 포함하며,
상기 정방정계(tetragonal) 결정상은 상기 지르코니아 담체 전체 조성에 대해 0 vol% 초과 65 vol% 미만으로 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
(a) forming a precipitate by adding and mixing a basic solution so that the pH concentration of an aqueous solution of a zirconium precursor dissolved in water is adjusted to 9 to 10;
(b) Aging the aqueous solution containing the precipitate formed in step (a) for 48 hours or less at a temperature of 30 ° C or more and less than 70 ° C to change the crystal structure to a monoclinic crystal phase and a tetragonal crystal phase. Preparing a zirconia (ZrO 2 ) carrier comprising the same;
(c) washing and drying the prepared zirconia carrier;
(d) calcining the zirconia carrier dried in step (c) at 600° C. for 2 to 10 hours;
(e) supporting palladium on the zirconia carrier subjected to step (d); and
(f) calcining a catalyst for purifying exhaust gas formed by supporting palladium on a zirconia support through step (e);
The tetragonal crystal phase is a method for producing a catalyst for purifying exhaust gas, characterized in that it comprises more than 0 vol% and less than 65 vol% with respect to the total composition of the zirconia support.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 세척된 지르코니아 담체를 50 내지 70℃에서 24시간 이하로 건조하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
The step (c) is a method for producing a catalyst for purifying exhaust gas, characterized in that for drying the washed zirconia support at 50 to 70 ° C. for 24 hours or less.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (e) 단계는 팔라듐 전구체를 증류수에 용해한 팔라듐 전구체 수용액을 지르코니아 담체에 팔라듐 함량이 1 wt%가 되도록 담지시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
In the step (e), an aqueous palladium precursor solution in which the palladium precursor is dissolved in distilled water is supported on a zirconia carrier so that the palladium content is 1 wt%.
제1항에 있어서,
상기 (f) 단계는 상기 배기가스 정화용 촉매를 500℃ 내지 700℃에서 2 시간 내지 10시간 동안 소성하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
In the step (f), the catalyst for purifying exhaust gas is calcined at 500° C. to 700° C. for 2 to 10 hours.
제1항에 있어서,
상기 지르코늄 전구체는 옥시염화지르코늄 8수화물(ZrOCl2·8H2O)인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
The zirconium precursor is a method for producing a catalyst for purifying exhaust gas, characterized in that zirconium oxychloride octahydrate (ZrOCl 2 · 8H 2 O).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 염기성 용액은 암모니아수(NH4OH) 또는 수산화나트륨(NaOH) 수용액인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
The basic solution is a method for producing a catalyst for purifying exhaust gas, characterized in that ammonia water (NH 4 OH) or sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution.
삭제delete 제1, 제4항, 제6항, 제7항, 제8항 및 제10항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되어 결정 구조가 단사정계(monoclinic) 결정상 및 정방정계(tetragonal) 결정상이 함께 포함하여 이루어진 지르코니아 담체에 팔라듐 촉매가 담지되며, 상기 정방정계(tetragonal) 결정상은 상기 지르코니아 담체 전체 조성에 대해 0 vol% 초과 65 vol% 미만으로 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매.It is manufactured by the manufacturing method of any one of claims 1, 4, 6, 7, 8 and 10, and the crystal structure includes both a monoclinic crystal phase and a tetragonal crystal phase. A catalyst for purifying exhaust gas, characterized in that a palladium catalyst is supported on a zirconia support, and the tetragonal crystal phase comprises more than 0 vol% and less than 65 vol% with respect to the total composition of the zirconia support. 삭제delete 삭제delete
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Citations (6)

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JP2000233132A (en) 1998-12-17 2000-08-29 Petroleum Energy Center Catalyst for hydrodesulfurization/isomerization of light hydrocarbon oil and production thereof
JP2002301372A (en) 2001-02-05 2002-10-15 Petroleum Energy Center Solid acid catalyst, method for producing the same and method for hydrodesulfurizing and isomerizing light hydrocarbon oil using the same
JP2005139029A (en) 2003-11-06 2005-06-02 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Oxide powder, its preparation process, and catalyst
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KR101483079B1 (en) * 2013-03-07 2015-01-19 주식회사 퓨어스피어 Catalyst For Hydrocarbon Oxidation, Odor Removal And Its Preparation Method
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Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3827838B2 (en) 1997-11-20 2006-09-27 ダイハツ工業株式会社 Exhaust gas purification catalyst
JP2000233132A (en) 1998-12-17 2000-08-29 Petroleum Energy Center Catalyst for hydrodesulfurization/isomerization of light hydrocarbon oil and production thereof
JP2002301372A (en) 2001-02-05 2002-10-15 Petroleum Energy Center Solid acid catalyst, method for producing the same and method for hydrodesulfurizing and isomerizing light hydrocarbon oil using the same
JP2005139029A (en) 2003-11-06 2005-06-02 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Oxide powder, its preparation process, and catalyst
KR101483079B1 (en) * 2013-03-07 2015-01-19 주식회사 퓨어스피어 Catalyst For Hydrocarbon Oxidation, Odor Removal And Its Preparation Method
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