KR20000072255A - 디젤자동차의 배출가스 중 ＮＯｘ 및 ＶＯＣｓ 제거용촉매 제작 - Google Patents

디젤자동차의 배출가스 중 ＮＯｘ 및 ＶＯＣｓ 제거용촉매 제작 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤자동차의 배출가스중 NOx 및 VOCs를 제거하는 촉매를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 함침법과 이온교환법으로 촉매를 제조하였다. 촉매의 담체로는 제올라이트담체와 금속산화물 담체를 사용하였다. 촉매를 제조하는 방법은 제올라이트촉매는 이온교환법을 이용하여 제조하였고 티나니아와 알루미나 등의 금속산화물촉매는 함침법으로 제조하였다. 촉매제조 과정을 살펴보면 먼저 담체에 담지시킬 금속(Pt, Cu)을 함침법이나 이온교환법을 이용하여 담지시키는 단계, 105±5℃에서 6시간 건조하는 두 번째 단계, 마지막으로 550℃의 반응로에서 4시간 소성하여 제조하는 단계로 이루어져 있다.

Description

디젤자동차의 배출가스 중 ＮＯｘ 및 ＶＯＣｓ 제거용 촉매 제작{Fabrication of catalyst for removal of NOx and VOCs in Diesel Vehicle Emissions}
본 발명은 디젤자동차의 배출가스중 Nox 및 VOCs를 제거하는 촉매를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에서 배출되는 오염물질은 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 입자상물질(Soot), VOCs 등이 있는데 무연휘발유의 보급과 배출가스 촉매장치부착 등으로 배출가스 저감대책에 큰 진전이 있는 가솔린 엔진과는 달리 디젤엔진의 배출가스 저감대책은 전무후무한 실정이다. 특히 디젤자동차는 가솔린 자동차에 비하여 배기량이 크고 과잉공기 상태에서 운전되므로 NOx의 배출이 많고 이론공연비를 벗어난 상태이기 때문에 가솔린자동차에 적용되고 있는 삼원촉매에 의한 배기가스 정화는 거의 불가능하다. 또한 매연과 같은 입자상물질이 다량 배출되기 때문에 가솔린자동차와는 다른 대책이 요구된다.
디젤자동차의 배출가스 중 NOx, VOC 제거를 위한 후처리 방법으로는 촉매를 이용한 환원기술이 가장 타당성 있는 방법이다. 과거에 공장 등 고정배출원에서 배출되는 NOx는 암모니아를 환원제로 사용하여 환원제거하는 선택적 촉매환원법(SCR)이 많이 연구되어 실제 공정에서도 적용되고 있으나 이 방법은 미 반응 암모니아로 인한 2차오염의 가능성 문제와 환원제 주입의 어려움 때문에 자동차와 같은 이동배출원에서는 적용되지 못하고 있다. 따라서 최근에는 Cu-ZSM-5촉매와 금속산화물을 담체로한 촉매에서 환원제 종류별 특성연구와 같이 탄화수소를 환원제로 사용한 de-NOx 촉매연구가 주를 이루고 있다. 구리를 이온교환시킨 제올라이트 촉매와 금속산화물을 담체로 한 촉매상에서 탄화수소를 환원제로 사용하는 선택적 촉매환원법이 과잉산소와 SO2존재 하에서도 비교적 우수한 활성을 유지하는 장점이 있어 디젤자동차 배출가스 처리용 촉매로 큰 가능성을 보여주었다.
본 발명에서 디젤자동차용 촉매에 탄화수소류를 환원제로 이용하여 NOx 및 VOCs제거를 위한 연구를 행하였으며 이를 디젤자동차의 배출가스 처리에 응용할 수 있도록 하였다. 그러나 디젤기관에서는 입자상 물질이 다량으로 배출되기 때문에 촉매의 효율을 급격히 떨어뜨림으로 이에 대한 대책이 매우 중요하다고 하겠다. 따라서 이러한 단점을 보안하여 방출되는 그을음을 순간적으로 제거할 수 있고 VOCs 및 NOx의 제거를 위한 촉매물질의 온도장을 균일하게 유지시킬 수 있는 통합개념의 디젤 엔진용 필터장치의 개념이 매우 필요하다고 하겠다.
본 발명은 디젤자동차의 배출가스중 NOx 및 VOCs를 제거하는 촉매를 제조하는 방법에 관한 것으로 디젤자동차의 NOx 및 VOCs의 생성과 대기중으로 방출을 최소화하기 위해 기존에 개발된 촉매와는 달리 입자상 물질과 SO2에 의한 촉매 피독현상이 적고 제거효율은 높은 촉매제를 개발하는 것이다.
촉매를 이용한 디젤자동차의 배출가스중 NOx 및 VOCs의 제거방법은 배출가스를 촉매장치내에 있는 촉매층에 흘러보내 촉매표면반응에 의해서 분해시켜 NOx 및 VOCs를 제거하는 방법이다.
이 발명은 위의 기술적 과제를 해결하기 위해 함침법과 이온교환법으로 촉매를 제조하는 것으로 촉매의 담체로는 제올라이트담체와 금속산화물 담체를 사용하였다. 촉매를 제조하는 방법은 제올라이트촉매는 이온교환법을 이용하여 제조하였고 티나니아와 알루미나 등의 금속산화물촉매는 함침법으로 제조하였다. 촉매제조 과정을 살펴보면 먼저 담체에 담지시킬 금속(Pt, Cu)을 함침법이나 이온교환법을 이용하여 담지시키는 단계, 105±5℃에서 6시간 건조하는 두 번째 단계, 마지막으로 550℃의 반응로에서 4시간 소성하여 제조하는 단계로 이루어져 있는 것이 특징이다. 이러한 촉매를 이용한 NOx 및 VOCs는 높은 제거효율을 가지고 있다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 디젤자동차에서 배출되는 NOx 및 VOCs의 생성과 대기중으로 배출을 최소화하고 디젤자동차의 보급율이 증가함에 따라 늘어만 가고 있는 디젤자동차에 의한 대기오염물질 중 가장 문제가 되고 있는 NOx 및 VOCs를 제거를 목적으로 하고 있으며 자국의 기술로 개발된 기술을 보유하게 되므로 수입대체효과 및 수출로 인한 부가가치 창출이 가능할 것으로 기대된다.

Claims (2)

  1. 함침법과 이온교환법으로 촉매를 제조하는 것으로 촉매의 담체로는 제올라이트담체와 금속산화물 담체를 사용하였다. 촉매를 제조하는 방법은 제올라이트촉매는 이온교환법을 이용하여 제조하였고 티나니아와 알루미나 등의 금속산화물촉매는 함침법으로 제조하였다. 촉매제조 과정을 살펴보면 먼저 담체에 담지시킬 금속(Pt, Cu)을 함침법이나 이온교환법을 이용하여 담지시키는 단계, 105±5℃에서 6시간 건조하는 두 번째 단계, 마지막으로 550℃의 반응로에서 4시간 소성하여 제조하는 단계로 이루어져 있다.
    이렇게 제조한 각각의 촉매를 물리인 중량비율로 혼합한 이원기능촉매를 이용한다.
    촉매의 종류는 다음과 같으며 250∼500℃의 영역에서 매우 높은 NOx전환율을 가지고 있다.
    (1) Pt-TiO2/Cu-ZSM-5
    (2) Pt-TiO2/Mn2O3
    (3) Pt-TiO2/Al2O3
  2. 함침법과 이온교환법으로 촉매를 제조하는 것으로 촉매의 담체로는 제올라이트담체와 금속산화물 담체를 사용하였다. 촉매를 제조하는 방법은 제올라이트촉매는 이온교환법을 이용하여 제조하였고 티나니아와 알루미나 등의 금속산화물촉매는 함침법으로 제조하였다. 촉매제조 과정을 살펴보면 먼저 담체에 담지시킬 금속(Pt)을 함침법이나 이온교환법을 이용하여 담지시키는 단계, 105±5℃에서 6시간 건조하는 두 번째 단계, 마지막으로 550℃의 반응로에서 4시간 소성하여 제조하는 단계로 이루어져 있다.
    이렇게 제조한 각각의 촉매를 촉매반응기의 입구와 출구에 설치한 2단촉매(dual-bed catalyst)를 이용한다.
    촉매의 종류는 다음과 같으며 220∼550℃의 영역에서 매우 높은 NOx전환율을 가지고 있다.
    (1) Pt-TiO2+ Cu-ZSM-5
    (2) Pt-TiO2+ V2O5
    (3) Pt-TiO2+ Al2O3
    (4) Pt-TiO2+ ZrO2
    (5) Al2O3+ Pt-ZrO2
    (6) Al2O3+ CuO
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