KR20010037199A - 디젤엔진용 촉매 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤엔진용 촉매에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제올라이트계 담지체에 일정량의 백금(Pt)이 담지된 백금 촉매에, 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물을 담지시킴으로써, HC의 정화효율 및 NO의 정화효율을 높일 수 있어 디젤엔진의 배기가스를 효율적으로 제거할 수 있는 디젤엔진용 촉매에 관한 것이다.

Description

디젤엔진용 촉매{Catalyst for diesel engine}
본 발명은 디젤엔진용 촉매에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제올라이트계 담지체에 일정량의 백금(Pt)이 담지된 백금 촉매에, 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물을 담지시킴으로써, HC의 정화효율 및 NO의 정화효율을 높일 수 있어 디젤엔진의 배기가스를 효율적으로 제거할 수 있는 디젤엔진용 촉매에 관한 것이다.
디젤 승용/소형 상용차에 촉매를 달 경우, 저감하고자 하는 배기가스 성분외에 오히려 발생되는 성분이 있는 문제가 있다. 상기 성분 중에서도 특히 HC와 NOx는 환경문제를 야기시키는 등의 많은 문제점을 갖고 있기 때문에 이의 제거를 위한 연구가 진행중에 있다.
일반적으로, 제올라이트계 담지체를 사용하면 NOx에 대한 정화능이 개선된다고 알려져 있지만[M. Iwamoto, N. Mizuno, Proc. Instn. Mech. Engrs., vol 207, p 23 ∼ 33(1993)], 얻고자 하는 정도의 NOx에 대한 정화능을 얻기에는 한계가 있어 왔다. 따라서, HC의 정화효율 및 NO의 정화효율을 높일 수 있는 디젤엔진용 촉매에 대한 필요성이 절실히 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 제올라이트계 담지체에 일정량의 백금(Pt)이 담지된 백금 촉매에 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물을 담지시킴으로써, HC 정화효율 및 NO의 정화효율을 높일 수 있는 디젤엔진용 촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 모의 가스 평가를 수행할 경우, 촉매들의 하이드로카본(HC)의 정화효율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 모의 가스 평가를 수행할 경우, 촉매들의 산화질소(NO)의 정화효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 제올라이트계 담지체에 백금이 0.1 ∼ 5 g/ℓ로 담지된 백금 촉매에, 다시 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물이 0.1 ∼ 30 g/ℓ로 담지되어 이루어진 디젤엔진용 촉매를 그 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 제올라이트계 담지체에 일정량의 백금(Pt)이 담지된 백금 촉매에 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물을 담지시킨 디젤엔진용 촉매에 관한 것이다.
본 발명은 촉매의 삼차원 구조체로 코디에라이트 세라믹을 사용하고, 상기 제올라이트계 담지체에 백금염산염(H2PtCl6) 및 백금질산염 중에서 선택된 백금 전구체가 담지된 것으로서, 이때 촉매의 삼차원 구조체로 코디에라이트 세라믹을 사용하므로 넓은 촉매 활성 표면적을 얻을 수 있다. 이때, 본 발명에서는 백금 촉매의 담지량을 0.1 ∼ 5 g/ℓ로 하는 바, 만일 담지량이 0.1 g/ℓ 미만이면 촉매 정화효율이 낮아 바람직하지 않고, 반면에 5 g/ℓ를 초과하면 촉매 정화특성에 큰 영향을 주지 않아 바람직하지 않다.
이때, 본 발명은 담지체로서 상기 제올라이트계 담지체를 사용하는 바, 이는 감마-알루미나(γ-Al2O3)와 제올라이트 즉, 다음 화학식 1로 표시되는 제올라이트 Y가 10 ∼ 50 : 50 ∼ 90의 중량비로 혼합된 것을 사용한다. 이때, 상기 중량비로 한정한 이유는 상기 범위가 제올라이트의 질소산화율(NOx) 정화특성과 코디에라이트와의 접착력을 위한 감마-알루미나의 적정비율이기 때문이다.
Na58[Al58Si134O384]·240H2O
한편, 본 발명은 상기 백금 촉매에 추가적으로 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물을 조촉매로 담지시키는 것을 가장 큰 특징으로 하는 바, 이렇게 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물을 담지를 통해서 HC와 NO의 정화효율을 높이는 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 이때, 본 발명에서는 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물을 0.1 ∼ 30 g/ℓ로 담지시킨다. 만일 상기 조촉매의 담지량이 0.1 g/ℓ 미만일 경우에는 조촉매로서의 효과가 나타나지 않아 바람직하지 않고, 반면에 30 g/ℓ를 초과하여 과량이 담지될 경우에는 오히려 백금의 정화 특성을 떨어뜨려 바람직하지 않다.
여기서, 상기 희토류 금속 산화물은 Nd2O3, Y2O3, La2O3, CeO2및 Pr6O11중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 Nd2O3를 사용하며, 상기 알카리토금속 산화물은 BaO, MgO, CaO 및 SrO 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 BaO를 사용한다.
이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
비교예
감마-알루미나(γ-Al2O3)와 제올라이트 Y(Na58[Al58Si134O384]·240H2O)를 중량비로 20 : 80으로 한 분체를 습식 분쇄하여 슬러리로 제조한 후, 세라믹 담체(코디에라이트 담체)에 130g/ℓ를 담지시킨 후, 150℃의 온도에서 3 시간 동안 건조시켰다. 그리고, 다시 500 ℃의 온도에서 3 시간 동안 소성시켰다. 그 다음에 H2PtCl6용액에 담지시켜 백금(Pt) 1g/ℓ을 담지시켜 150 ℃의 온도에서 3 시간 동안 건조, 500 ℃의 온도로 3 시간동안 소성 시켜 촉매를 제조하였다. 이때, 담지되는 촉매의 담지량은 용액의 농도로 조절하였다.
그리고, 200 ∼ 400 ℃ 구간에서의 HC와 NO 정화효율을 측정하여 그 결과를 첨부도면 도 1 ∼ 2에 나타내었다. 이때, 측정은 모의 가스 평가방법을 사용하되, 가스조성은 하기한 바와 같고, 승온속도는 5 ℃/분이었고, 촉매샘플은 지름×길이가 35×30 ㎟이었으며, 공간속도(space velocity)는 50,000/시간 이었다. 그리고, HC가 50%(″Light-off″특성이라 하여 촉매에서 특성 파악시 사용되는 백분율) 정화되는 온도와 NO의 최대 정화효율을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 1
감마-알루미나(γ-Al2O3)와 제올라이트 Y(Na58[Al58Si134O384]·240H2O)를 중량비로 20 : 80으로 한 분체를 습식 분쇄하여 슬러리로 제조한 후, 세라믹 담체(코디에라이트 담체)에 130g/ℓ를 담지시킨 후, 150 ℃의 온도에서 3 시간 동안 건조시켰다. 그리고, 다시 500 ℃의 온도에서 3 시간 동안 소성시켰다. 그 다음에 H2PtCl6용액에 담지시켜 백금(Pt) 1g/ℓ을 담지시켜 150 ℃의 온도에서 3 시간 동안 건조, 500 ℃의 온도로 3 시간동안 소성 시킨 다음, 다시 [NdCl3·6H2O] 용액에 침적하여 희토류 금속산화물(Nd2O3) 1g/ℓ을 담지시킨 후, 상기 조건으로 건조, 소성시켜 촉매를 제조하였다. 이때, 담지되는 촉매의 담지량은 용액의 농도로 조절하였다.
그리고, 상기 비교예와 동일한 방법으로 HC와 NO 정화효율을 측정하여 그 결과를 첨부도면 도 1 ∼ 2에 나타내었고, HC가 50% 정화되는 온도와 NO의 최대 정화효율을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예 2
감마-알루미나(γ-Al2O3)와 제올라이트 Y(Na58[Al58Si134O384]·240H2O)를 중량비로 20 : 80으로 한 분체를 습식 분쇄하여 슬러리로 제조한 후, 세라믹 담체(코디에라이트 담체)에 130g/ℓ를 담지시킨 후, 150 ℃의 온도에서 3 시간 동안 건조시켰다. 그리고, 다시 500 ℃의 온도에서 3 시간 동안 소성시켰다. 그 다음에 H2PtCl6용액에 담지시켜 백금(Pt) 1g/ℓ을 담지시켜 150 ℃의 온도에서 3 시간 동안 건조, 500 ℃의 온도로 3 시간동안 소성 시킨 다음, 다시 [Ba(NO3)2] 용액에 침적하여 알칼리토 금속산화물(BaO)을 1 1g/ℓ을 담지시킨 후, 상기 조건으로 건조, 소성시켜 촉매를 제조하였다. 이때, 담지되는 촉매의 담지량은 용액의 농도로 조절하였다.
그리고, 상기 비교예와 동일한 방법으로 HC와 NO 정화효율을 측정하여 그 결과를 첨부도면 도 1 ∼ 2에 나타내었고, HC가 50% 정화되는 온도와 NO의 최대 정화효율을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
상기 표 2의 결과에 따르면, 백금촉매만을 사용한 경우(비교예)와 비교하여 희토류 금속산화물을 조촉매로 사용한 경우(실시예 1)에는 HC 50% 정화온도가 285 ℃에서 277 ℃로 낮춰지고, NO 최고 정화효율이 6% 상승하는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 알카리토 금속산화물을 조촉매로 사용한 경우(실시예 2)에는 HC 50% 정화온도가 285 ℃에서 278 ℃로 낮춰지고, NO 최대 정화효율이 10% 상승하는 효과를 얻을 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매는 제올라이트 담지체에 일정량의 백금(Pt)이 담지된 백금 촉매에, 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물을 담지시킴으로써, 백금촉매만을 사용한 경우와 비교하여 정화온도가 낮춰지고, NO 최대 정화효율이 크게 상승하는 효과를 얻을 수 있었다.

Claims (5)

  1. 제올라이트계 담지체에 백금이 0.1 ∼ 5 g/ℓ로 담지된 백금 촉매에, 다시 조촉매로서 희토류 금속 산화물 또는 알카리토금속 산화물이 0.1 ∼ 30 g/ℓ로 담지된 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 촉매.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제올라이트계 담지체는 감마-알루미나(γ-Al2O3)와 다음 화학식 1로 표시되는 제올라이트 Y가 10 ∼ 50 : 50 ∼ 90의 중량비로 혼합된 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 촉매.
    화학식 1
    Na58[Al58Si134O384]·240H2O
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물은 Nd2O3, La2O3, CeO2, Y2O3및 Pr6O11중에서 선택되어 사용되는 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 촉매.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 알카리토금속 산화물은 BaO, MgO, CaO 및 SrO 중에서 선택되어 사용되는 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 촉매.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매의 삼차원 구조체로는 코디에라이트 세라믹을 사용하는 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 촉매.
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