KR20000072217A - 코디어라이트 촉매시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 질소산화물을 함유한 배기가스를 처리하기 위한 촉매 시스템에 관한 것으로, 코디어라이트로 서포트를 제조하고, 상기 서포트의 외주에 주촉매로써 산화바나듐, 산화바나듐과 텅스텐옥사이드 혼합물 또는 산화바나듐과 이산화티탄 혼합물을 코팅한 것을 특징으로 하는 코디어라이트 촉매시스템을 제공함으로써, 열충격에 강하고, 우수한 질소산화물 제거율을 갖도록 하는 것이다.

Description

코디어라이트 촉매시스템{Cordierite catalyst system}

본 발명은 질소산화물을 제거하기 위한 촉매시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코디어라이트(cordierite)로 서포트를 형성하고 그 외주에 산화바나듐이나 이산화티탄등을 코팅함을써 가격이 싸고 열충격에 강하며 질소산화물의 제거율이 우수한 질소산화물 제거용 코디어라이트 촉매시스템에 관한 것이다.

최근들어 자동차의 급격한 증가에 따라 전세계적으로 자동차로 인한 대기오염 문제가 심각해지고 있으며, 이에 따라 자동차의 배기가스로 인한 오염에 대한 규제가 강화되기 시작하였으며, 가솔린을 사용하는 린번 자동차의 경우에는 삼원촉매장치에 의하여 자동차 배기가스가 거의 완벽하게 정화될 수 있는 정도가 되었다.

그러나, 경유를 사용하는 디젤 자동차의 경우에는 문제가 다르다. 즉, 우리나라를 비롯한 개발도상국들에서는 가격이 싸고 열효율이 높은 경유를 연료로서 사용하는 디젤 자동차가 많이 보급되어 있다. 그러나, 디젤 자동차는 린번 자동차와는 방출되는 배기가스 조성이 다르기 때문에 그에 적합한 정화장치가 필요함에도 불구하고 이에 대한 대책이 미미한 실정이다.

디젤 자동차는 린번 자동차와는 달리 질소산화물, 입자상 물질등과 같은 악성 대기오염 물질을 다량 배출하는데, 지금까지 디젤 자동차용 배기가스 정화 장치는 주로 입자상 물질의 제거를 위한 촉매의 개발에 초점이 맞추어져 왔다. 입자상 물질은 산화시켜 제거하는 방법에 의해 정화될 수 있다.

한편, 디젤 자동차 배기가스의 또 다른 주요 성분인 질소산화물은 화석 연료의 연소 과정에서 생성되는 것으로서 산성비의 원인이면서 탄화수소와의 광화학 반응에 의해 오존과 광화학 스모그를 발생시키는 원인으로 알려져 대기 오염의 주범으로 인식되고 있다. 그런데, 이러한 질소산화물은 상기 입자상 물질의 정화방법과는 달리 질소산화물을 환원시켜서 제거하는 방법에 의해 정화될 수 있다.

일반적으로, 자동차 배기가스 정화용 촉매의 두가지 주요 구성부는 주촉매성분과 서포트로써, 이중 주촉매로는 최근 산화바나듐(V₂O₅)을 많이 사용하고 있다. 그리고, 서포트는 자신이 일정한 활성을 가지면서 촉매의 전체 특성을 결정짓는 중요한 부분인데, 자동차 배기가스 정화용 촉매의 서포트로서 대표적인 것이 알루미나이다. 그러나, 알루미나는 디젤 엔진에 사용될 경우 저온에서 이산화황을 흡착하였다가 고온에서 삼산화황으로 산화시켜 방출하면서 입자상 물질 발생량을 증가시키고 촉매 활성과 내구성을 저하시킨다는 치명적인 결함이 있다. 이외에도 이산화티탄 및 이산화지르코니아가 단독으로 또는 복합체로서 사용될 수 있는데, 이들은 이산화황 흡착량이 적고 황산염 생성량도 적으나 고온에서의 비표면적 감소로 인한 활성 저하와 함께 귀금속 및 전이 금속의 활성까지도 저하시킨다는단점이 있으며, 고가이고, 열충격에 약하여 교체등의 이유로 온도를 급격하게 낮출경우 파손되는 단점이 있었다. 또 다른 예로서 이산화실리콘계 서포트를 들 수 있는데, 이것은 이산화황 뿐 아니라 H2O에 대해서도 내피독성이 강하지만 고유의 활성 능력이 낮기 때문에 다량의 귀금속을 담지하여야 한다는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 코디어라이트로 서포트를 형성하고 그 외주에 산화바나듐이나 이산화티탄등을 코팅함으로써 가격이 싸고 열충격에 강하며 질소산화물의 제거율이 우수한 질소산화물 제거용 코디어라이트 촉매시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 코디어라이트를 이용한 촉매시스템에서 촉매로 산화바나듐만 사용하였을 경우의 질소산화물의 제거율을 나타내는 그래프

도 2는 코디어라이트를 이용한 촉매시스템에서 산화바나듐과 이산화티탄 혼합물을 촉매로 사용하였을 경우 질소산화물의 제거율을 나타내는 그래프

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예를 하기에서 살펴본다.

본 발명에 따른 코디어라이트 촉매시스템은 코디어라이트로 서포트를 제조하고, 상기 서포트의 외주에 주촉매로써 산화바나듐, 산화바나듐과 텅스텐옥사이드 혼합물 또는 산화바나듐과 이산화티탄 혼합물을 코팅한 것이다.

한편, 상기한 구성에서 서포트는 캔들형, 하니콤형, 디스크형모두 사용가능하며, 그 중 캔들형의 제조예를 살펴보면, 우선 평균입도 5-350㎛의 코디어라이트분말에 압출성형용 첨가제를 혼합하여 캔들형으로 합출성형하되, 상기 압출성형용 첨가제는 해당업자라는 쉽게 선택할 수 있으나 그 예를 살펴보면, 상기 코디어라이트분말의 중량을 기준으로 접착제인 메틸셀룰로오즈 3-20중량%, 가소제인 글리세린 2-16중량%, 루브리컨트(상품명 Lu-6418)4-12중량%및, 물30-50중량%로 구성되며, 이들 압출성형용 첨가제와 코디어라이트분말을 혼합한 후, 압출성형기에서 1350-1430℃의 온도로 압출성형하여 상부가 개방된 원통형의 서포트를 제조한다.

그리고, 주촉매를 서포트에 코팅하는 방법역시 공지된 것이나, 이중 산화바나듐을 코팅하는 예를 살펴보면, 암모니움메타바나데이트(NH₄VO₃)에 몰비로 2배 이상의 옥살산을 첨가한 후 산화바나듐과 함께 물에 녹여서 사용한다.

그리고, 상기 촉매시스템에는 중간층으로 이산화티탄 또는 이산화실리콘을 사용한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 촉매시스템의 효율을 도 1및 도 2를 참조하여 살펴본다.

우선, 도 1은 본 발명에 따른 코디어라이트를 이용한 촉매시스템에서 촉매로 산화바나듐만 사용하였을 경우의 질소산화물의 제거율을 나타내는 그래프이고, 도 2는 코디어라이트를 이용한 촉매시스템에서 산화바나듐과 이산화티탄 혼합물을 촉매로 사용하였을 경우 질소산화물의 제거율을 나타내는 그래프로써, 2가지 실시 예모두 우수한 질소산화물 제거율을 나타낸다.

따라서, 본 발명에 의하면, 코디어라이트가 가격이 싸기 때문에 촉매 시스템을 구입하는 비용이 대폭 감소되는 효과가 있으며, 코디어라이트가 열충격에 강하므로 수리등의 목적으로 온도가 급격하게 변화하더라도 촉매 시스템의 파손이 없어서 수명이 길어짐과 아울러 취급이 용이한 효과가 있으며, 산화바나듐을 촉매로 사용할 경우 산성비등의 공기오염의 주요인이 되는 질소산화물을 거의 완벽하게 제거할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 코디어라이트로 서포트를 제조하고, 상기 서포트의 외주에 주촉매로써 산화바나듐, 산화바나듐과 텅스텐옥사이드 혼합물 또는 산화바나듐과 이산화티탄 혼합물을 코팅한 것을 특징으로 하는 코디어라이트 촉매시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 촉매시스템에는 중간층으로 이산화티탄 또는 이산화실리콘을 사용하는 것을 특징으로 하는 코디어라이트 촉매시스템.