KR20040090454A - 배기가스 정화용 촉매 및 배기가스 정화방법 - Google Patents

배기가스 정화용 촉매 및 배기가스 정화방법 Download PDF

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Abstract

담체 상에 담지된 로듐-함유 제1 촉매층, 상기 제1 층 상에 담지된 제올라이트-함유 제2 촉매층, 및 상기 제2 층 상에 담지된 팔라듐-함유 제3 촉매층을 포함하는 배기가스 정화용 촉매 및 이 촉매를 이용하여 내연기관으로부터의 배기가스를 정화하는 방법을 제공한다. 본 발명의 배기가스 정화용 촉매는 내구성을 가지며, 우수한 탄화수소 흡착능력과 정화기능, 및 3원 기능을 나타낸다.

Description

배기가스 정화용 촉매 및 배기가스 정화방법{Exhaust gas purifying catalyst and process for purifying exhaust gas}
기술분야
본 발명은 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 정화용 촉매 및 이 촉매를 이용한 배기가스 정화방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 엔진 시동시 배출되는 탄화수소를 효율적으로 정화하는 촉매 및 이 촉매를 이용하는 배기가스 정화방법에 관한 것이다.
배경기술
촉매에 의한 후처리 기술은 내연 기관으로부터의 배기가스 (오염물질)를 감소시키는 수단의 핵심을 이룬다. 환경보전의 측면에서 이 성능의 향상에 대한 기대가 급격하게 높아지고 있다. 가솔린 엔진의 배기가스는 탄화수소 (이하, "HC"로 표기한다), 일산화탄소 (CO), 및 질소산화물 (NOx)를 포함한다. 대개 이러한 오염물질의 정화에는 귀금속과 내화성 무기 산화물 (예를 들면 알루미나 및 산화세륨)을 포함하는 소위 "삼원 촉매, 즉 TWC"가 사용된다.
TWC는 배기가스열에 의해 활성화되어 정화 반응을 촉진한다. 배기가스 또는촉매의 온도가 낮으면, 정화 반응이 효율적으로 진행되지 않으며, 유해 가스가 정화되지 않은채 배출된다. 특히, 냉간 시동시 배출되는 미연소 HC는 고농도임에도 불구하고 기체와 촉매체(body)의 온도가 모두 낮기 때문에 종래의 TWC로는 쉽게 정화되지 않는다. 이에 따라, 냉간시에는 미연소 HC를 흡착제로 흡착한 다음, 촉매 활성화 온도가 되면 흡착된 HC를 촉매로 정화하는 소위 "HC-흡착 촉매"가 제안되었다. 산화-환원능을 갖는 촉매층과 제올라이트가 모두 적층된 구조를 갖는 HC 흡착 촉매와 HC 흡착체와 종래의 촉매체가 분리되어 놓여진 정화 시스템이 각각 JP-A-02-056247호 및 US4985210A호에 공개되어 있다.
발명의 개요
HC 흡착 촉매를 이용하는 종래의 촉매 시스템은, 흡착된 HC가 탈리되는 온도 범위에서 정화 효율이 불충분해서 HC를 거의 미정화된 채로 방출시킨다는 문제점이 있다. HC 흡착제(제올라이트)를 이용하는 시스템은, 예를 들면 시스템 내에 바이패스 라인을 설치하거나, 다량의 귀금속 성분을 필요로 한다.
본 발명자는 전술한 문제점의 극복 방안을 모색하기 위해 예의 검토한 결과, 제올라이트-함유층을 중심부에 고정시키고 귀금속-함유층을 양 사이드에 고정시킨 샌드위치 구조를 형성함으로써 탁월한 내구후 배기가스 정화능력을 달성할 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명은 그 결과로서 완성된 것이다.
구체적으로, 본 발명은 담체 상에 담지된 로듐-함유 제1 촉매층, 상기 제1 층상에 담지된 제올라이트-함유 제2 촉매층, 및 상기 제2 층상에 담지된 팔라듐-함유 제3 촉매층을 포함하는 배기가스 정화용 촉매, 및 이 촉매를 이용하여 내연기관으로부터의 배기가스를 정화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이 촉매는 내구성을 가지며, 탁월한 HC 흡착능력과 정화기능, 및 3원 기능을 나타낼 수 있다. 특히, 가솔린 엔진 시동시 발생하는 HC를 효율적으로 정화시킬 수 있다.
발명의 상세한 설명
이하에서는 본 발명을 상술할 것이다.
본 발명과 관련된 촉매는, 내연기관의 후처리 시스템 요소중 하나로서, 단독으로 사용되거나, TWC, HC 흡착 촉매 및 NOx 흡착 촉매와 병행하여 사용될 수 있다. 시스템에서 복수개의 촉매를 사용하게 되는 경우에 그의 기능을 최대로 나타낼 수 있다. 촉매 조합은 각 시스템 사용자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.
제올라이트를 이용하는 본 발명의 HC 흡착 촉매와, 소위 3원 기능을 나타내는 촉매는 적층 형태로 담체 상에 담지된다. 저온 영역에서는 HC를 흡착하고, 고온 영역에서는 통상의 TWC처럼 작용한다.
따라서, 본 발명의 촉매에서는, 로듐-함유 제1 촉매층이 담체 상에 형성되고, 제올라이트-함유 제2 촉매층이 상기 제1 상에 형성되며, 팔라듐-함유 제3 촉매층이 상기 제2 층상에 형성된다. 부수적으로, 필요에 따라서 팔라듐은 팔라듐과 백금, 또는 백금만으로 치환될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 담체 또는 지지체는 일체형의 모노리드 담체이거나 과립형의 펠렛일 수 있다. 일체형 모노리드 담체로는, 소위 세라믹 허니콤 담체가 일반적으로 사용된다. 구체적으로는, 허니콤 담체는 코르디에라이트, 멀라이트, α-알루미나, 지르코니아, 티타니아, 인산티탄, 티탄알루미늄, 알루미노실리케이트 및 마그네슘 실리케이트로 만들어진 허니콤 담체가 바람직하다. 이들 중에서 코르디에라이트로 만들어진 것이 더 바람직하다. 이외에도, 스테인레스 스틸과 Fe-Cr-Al 합금과 같은 내산화성 열안정성 금속으로 만들어진 일체형의 담체를 사용할 수도 있다. 펠렛 담체로는 알루미나 또는 티타니아로 만들어진 공지의 담체를 사용할 수 있다. 배기가스의 압력 강하 측면에서 볼 때 일체형 구조의 담체가 바람직하다.
제1 촉매층은 로듐을 포함한다. 로듐은 실리콘 카바이드, 알루미나, 티타니아 또는 실리카와 같은 내화성 무기물 분말에 분산된 채 담지된다. 제1 촉매층은 세륨 및 란타늄과 같은 희토류 원소, 지르코늄 및 바륨을 산화물로서 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 제올라이트는 HC 흡착-탈리 특성을 나타내는 결정성 알루미노실리케이트이다. 제올라이트의 예로는 페리어라이트, MFI 제올라이트, β-제올라이트, Y 제올라이트 및 모르데나이트가 포함될 수 있다. 이 중에서, 하나 이상의 원소, 특히 β-제올라이트를 혼합물 총량의 절반 이상의 비율로 사용하는 것이 바람직할 것이다. Si / 2Al = 10 - 150인 알루미노실리케이트를 절반 이상의 비율로 사용하는 것이 바람직하며, 더 바람직한 것은 Si / 2Al = 15 - 120인 조성을 70% 이상의 비율로 사용하는 것이다.
제2 촉매층은 제올라이트를 포함한다. 사용되는 제올라이트는 단일종이거나2종 이상의 혼합물 형태일 수 있다. 강도가 개선된 층을 형성한다는 측면에서 바인더를 사용하는 것이 바람직하다. 바인더의 선택에 있어 특별한 제한은 없지만 제올라이트를 층에 접착시킬 수 있어야 한다. 바인더의 예에는 실리카 졸과 알루미나 졸이 포함될 수 있다. 바인더 사용량은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 제올라이트 100g당 3 - 30g 범위일 수 있다.
제3 촉매층은 팔라듐을 포함한다. 팔라듐은 SiC, 알루미나, 티타니아 및 실리카와 같은 내화성 무기물 분말에 분산된 채로 담지된다. 제3 촉매층은 세륨과 란타늄과 같은 희토류 금속, 지르코늄 및 바륨을 산화물로서 더 포함할 수 있다.
촉매 구조에 따르면, HC의 흡착,탈리는 하기와 같이 추정된다. (a) 저온 영역에서, HC는 촉매가 정화에 대해 불활성을 유지하는 동안 중간층에 위치하는 제올라이트에 효율적으로 흡착하고, (b) 흡착된 HC는 촉매 온도 상승에 따라 제올라이트층으로부터 탈리하기 시작하며, (c) 탈리된 HC는 상층의 팔라듐에 흡착되어 탈리가 억제되고, (d) 팔라듐 함유층이 활성화되어 탈리된 HC를 정화할 수 있으며, (e) 로듐 함유 하층은 추가 온도 상승의 결과로서 HC를 전환시킴으로써 반응이 원활하게 진행되도록 한다. 상기 단계 (a)에서 사용된 용어인 "효율적인 흡착"은 가스의 층내 확산 속도가 빨라서 그의 흡착 효율이 높은 것을 의미한다. 기체 확산은 담체 중의 셀 개수(셀 밀도)와 촉매 코팅에 사용되는 물질의 물리적 특성에 영향을 받기 때문에 기체 확산을 결정하는 것은 어렵다. 본 발명의 촉매 구조에 따르면, 충분한 확산 속도, 즉 효율적인 흡착이 종래에 사용된 담체에 대하여 얻어질 수 있다. 본 발명 촉매의 구조적인 특징으로 인해, 상기 단계 (b)에서의 흡착 HC에 대한 탈리가억제되기도 한다. 통상, 흡착된 HC의 정화 효율은 저온에서의 탈리 억제에 의해 상승될 수 있다. 본 발명 촉매는 중간층에 제올라이트를 포함하기 때문에, 제올라이트가 가스 흐름과 직접 접촉하지 못하며 제올라이트층의 온도 상승은 표면층의 온도상승보다 느려서 탈리가 억제된다. 또한, 탈리된 HC의 일부는 팔라듐-함유 상층에 의해 다시 흡착되어 탈리(c)를 억제한다. 제올라이트층보다 표면층 가까이에 위치한 팔라듐층은 가스 흐름과 직접 접촉하므로, 활성화 상태에 빨리 도달하여 탈리된 HC를 효율적으로 정화시킨다 (d). 흡착된 HC는 촉매가 활성화된 이후에도 연속적으로 탈리되지만, 로듐 하층은 고온(300℃ 이상)에서 정화를 효율적으로 실시한다. 또한, 하층의 로듐은 산소와 같은 유해 물질에 쉽게 노출되지 않으므로 내구성이 향상된다.
본 발명 기술분야에 공지된 어떠한 코팅 공정을 채용하여도 무방하다. 제1 촉매층은, 예를 들면 수성 로듐염을, 필요하다면 세륨 또는 바륨의 산화물과 함께 알루미나에 분산시켜서 담지함으로써 제조된다. 이렇게 얻어진 로듐-함유 분말을 볼밀로 습식 분쇄하여 그의 슬러리를 형성한다. 이 슬러리를 허니콤 담체에 도포하고, 여분의 슬러리를 제거한다. 건조는 80 - 250℃, 바람직하게는 100 - 150℃의 온도에서 실시된다. 임의로는, 300 - 800℃, 바람직하게는 400 - 600℃에서 0.5 - 3시간, 바람직하게는 1 - 2시간 동안 소성한다. 슬러리를 여러 단계에 걸쳐 담체에 도포하여 소정의 담지량을 얻으며, 아니면 한번에 얻는다. 제2 촉매층은, 예를 들면 제올라이트와, 임의로는 바인더인 실리카졸을 밀링하여 그의 슬러리를 형성함으로써 얻어진다. 후속의 공정을 전술한 바와 동일한 방법으로 실시한다. 제3 촉매층은, 예를 들면 팔라듐을 로듐 대신 사용하는 것을 제외하고는 상기 제1 촉매층 제조단계와 동일한 단계를 반복 실시함으로써 얻어진다.
본 발명의 촉매는 고온, 예를 들면 300℃ 이상에서 TWC와 동등한 정도의 성능을 나타낼 수 있다.
본 발명의 촉매는 피복물의 구조가 단순하고 생산하기에 적절하며, 종래의 촉매와 비교했을 때 촉매 성분의 양을 절약할 수 있고, 역압을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 촉매 구조에서, 층의 순서가 달라지면, 생산된 촉매는 더 이상 동일한 촉매 성능을 나타내지 못한다. 동일한 촉매 성능을 달성하기 위해서는, 과량의 흡착제와 귀금속이 필요하므로 경제적이지 않다.
본 발명의 촉매는 임의로는 제4 촉매층을 가질 수 있다. 로듐 및/또는 팔라듐을 포함하는 층을 적층함으로써 3원 특성을 개선하고 제3층의 피독을 방지한다. 제4 촉매층은 통상 0.1 - 1.5g의 백금과 0.05 - 0.5g의 로듐을 포함한다. 제3 촉매층과 제4 촉매층이 서로 바뀌어 위치하는 경우에도 본 발명의 촉매 활성은 상실되지 않는다.
본 발명의 촉매는 엔진의 배기가스를 후처리하는 시스템의 일부로서 채용된다. 촉매 조성물은 광범위하게는 배기가스 중의 분위기(산소 농도), 촉매가 탑재되는 위치에서의 승온 속도, 촉매체의 열용량, 미연소 HC 배출량, 및 미연소 HC 종류에 따라 다르다. 따라서, 촉매 성분의 고유 비율을 한정하기는 어렵다. 바람직하게는, 촉매 1ℓ당 로듐-함유 제1 촉매층의 양은 10 - 120g이고, 제올라이트를 함유하는 제2 촉매층의 양은 60 - 300g이며, 팔라듐을 함유하는 제3 촉매층의 양은 20 -100g이고, 코팅량 전체는 90 - 520g일 것이다. 귀금속 사용량에 관해서는, 촉매 1ℓ당 로듐 함량은 0.05 - 5g이고, 팔라듐 함량은 1 - 10g이며, 임의로 사용되는 백금 함량은 0.2 - 5g이며, 세륨 함량은 산화세륨으로 환산하여 3 - 80g이며, 바륨 함량은 산화바륨으로 환산하여 1 - 20g이다.
보다 바람직하게는, 촉매 1ℓ당 제1 촉매층의 양은 30 - 100g이고, 제2 층의 양은 100 - 250g이며, 제3 층의 양은 30 - 80g이고, 코팅량 전체는 160- 430g일 것이다. 귀금속 사용량에 관해서는, 보다 바람직하게는 촉매 1ℓ당 로듐 함량은 0.2 - 3g이고, 팔라듐 함량은 2 - 7g이며, 임의로 사용되는 백금 함량은 0.5 - 4g이며, 세륨 함량은 산화세륨으로 환산하여 10 - 70g이며, 바륨 함량은 산화바륨으로 환산하여 3 - 15g이다.
본 발명의 배기가스 정화용 촉매를 이용하여 가솔린을 이용하는 자동차와 같은 내연기관으로부터의 배기가스를 효율적으로 정화할 수 있다.
실시예
이제, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하려고 한다. 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하지 않는다.
실시예 1
200g의 알루미나 (표면적: 150㎡/g)를 3g의 로듐을 포함하는 질산로듐 수용액으로 함침시킨 다음, 함침된 알루미나를 120℃에서 밤새 건조시키고, 건조된 알루미나를 450℃에서 1시간 동안 소성하여 로듐-담지 알루미나 분말(A)을 얻었다. 이렇게 얻은 분말(A), 200g의 세륨-지르코늄-란타늄 복합 산화물(B) (표면적:60㎡/g), 200g의 산화지르코늄 (C), 및 20g (산화바륨 환산치)의 아세트산바륨(D)을 800㎖의 아세트산 수용액에 함께 가한 다음, 밀링하여 슬러리(E)를 형성하였다. 모노리드 담체 (재질: 코르디에라이트, 400셀, 4mols, lL)를 슬러리(E)로 코팅한 다음, 120℃에서 건조시키고, 450℃에서 시간 동안 소성하였다. 담체에 도포된 촉매 조성물의 양은 62.3g/L였고, 로듐의 양은 0.3 g/L였다.
ZSM5 제올라이트(300g), 1150g의 β-제올라이트, 150g의 Y 제올라이트 및 200g (실리카 환산치)의 실리카 졸을 2000g의 물에 가한 다음, 밀링하여 슬러리(F)를 형성하였다. 전술한 로듐-코팅 담체를 슬러리(F)로 더 코팅한 다음, 건조시키고, 450℃에서 소성하였다. 코팅에 사용된 제올라이트층의 양은 180 g/L인 것으로 산출되었다.
300g의 알루미나 (표면적: 150㎡/g)을 50g의 팔라듐을 함유하는 질산 팔라듐 수용액에 함침시키고, 120℃에서 밤새 건조시킨 다음, 450℃에서 1시간 동안 소성하여 팔라듐-담지 알루미나 분말(G)을 얻었다. 분말(G), 200g의 칼슘-지르코늄-란타늄 복합 산화물(H) (표면적: 90㎡/g), 100g의 산화지르코늄 (C) (표면적: 50㎡/g), 및 30g (산화바륨 환산치)의 아세트산바륨(D)을 800㎖의 아세트산 수용액에 가한 다음, 밀링하여 슬러리(I)를 형성하였다. 전술한대로 로듐층과 제올라이트층으로 코팅된 담체를 슬러리(I)로 더 코팅하고, 건조시키고, 450℃에서 1시간 동안 소성하였다. 코팅에 사용된 팔라듐층의 양은 68.3 g/L인 것으로 산출되었다. 팔라듐 담지량은 5.0 g/L였다.
비교예 1
슬러리(I), 슬러리(F), 및 슬러리(E)를 순차적으로 도포하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 방법에 따라서 촉매를 제조하였다.
도포층 질량은 하층에서부터 위층으로 각각 68.3 g/L, 180 g/L 및 62.3 g/L이었다. 로듐 담지량은 0.3 g/L였으며, 팔라듐 담지량은 5.0 g/L였다.
비교예 2
슬러리(E), 슬러리(I), 및 슬러리(F)를 순차적으로 도포하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 방법에 따라서 촉매를 제조하였다.
도포층 질량은 하층에서부터 위층으로 각각 62.3 g/L, 68.3 g/L 및 180 g/L이었다. 로듐 담지량은 0.3 g/L이었으며, 팔라듐 담지량은 5.0 g/L이었다.
비교예 3
로듐을 생략하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 방법에 따라서 촉매를 제조하였다.
도포층 질량은 하층에서부터 위층으로 각각 62.0 g/L, 180 g/L 및 68.0 g/L이었다. 팔라듐 담지량은 5.0 g/L이었다.
비교예 4
팔라듐을 생략하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 방법에 따라서 촉매를 제조하였다.
도포층 질량은 하층에서부터 위층으로 각각 62.0 g/L, 180 g/L 및 63.0 g/L이었다. 로듐 담지량은 0.3 g/L이었다.
비교예 5
슬러리(F), 슬러리(E), 및 슬러리(I)를 순차적으로 도포하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같은 방법에 따라서 촉매를 제조하였다.
도포층 질량은 하층에서부터 위층으로 각각 180 g/L, 68.3 g/L 및 62.3 g/L이었다. 로듐 담지량은 0.3 g/L였으며, 팔라듐 담지량은 5.0 g/L였다.
(촉매의 평가방법)
전단 촉매 (upper stream side catalyst)의 제조방법
두 개의 샘플 촉매를 이용하는 시스템을 이용하여 HC 흡착 촉매가 HC를 정화하는 능력을 평가하였다. 구체적으로, (흡착제를 포함하지 않는) 통상의 TWC (팔라듐 5.0 g/L, 로듐 0.3 g/L, 600셀, 0.5L, 코팅 총중량 180 g/L)과 HC 흡착 촉매를 별개의 케이스에 넣었다. 이 케이스들을 직렬로 연결하여 배기가스가 통과하는 구조를 형성하였다. 이것은 자동차에 장착된 시스템을 모델화한 것이다.
촉매의 내구성 시험
이렇게 얻어진 TWC 및 HC 흡착 촉매를 엔진의 배기가스에 대하여 내구성을 시험하였다. 내구성 시험 실시 조건은 다음과 같다.
(1) 전단 TWC: 850℃ (입구 온도)
내구 기간: 50 시간
(2) HC 흡착 촉매: 700℃ (입구 온도)
내구 기간: 50 시간
시판 가솔린 엔진 (배기량: 2.4L)을 이용하여 실시예 1 및 비교예들에서 얻은 촉매의 성능을 평가하였다 (평가 모드: LA-4 모드). 이 촉매를 3원 기능 및 흡착에 의한 HC 정화기능에 대하여 비교하였다. 결과를 표 1 및 2에 나타낸다.
표 1
전환율 (400℃) (A/F = 14.6)
HC (%) CO (%) NOx (%)
실시예 1 97.2 98.2 97.2
비교예 3 96.8 85.5 87.2
3원 기능 평가 조건 (HC 흡착 촉매만 사용함)
평가 온도: 400℃ (촉매의 입구 온도)
엔진 회전수: 230 rpm
흡기 부압: - 300 mmHg
촉매 부피: 1L
공연비: A/F = 13.1 내지 15.1
공연비 변동: A/F ± 1.0 (1 Hz)
표 2
엔진 테스트에서의 흡착량 (g) 흡착된 HC의전환율(%) 차량 LA-4 (g/mile)
HC CO NOx
실시예 1 0.95 47.5 0.019 0.74 0.127
비교예 1 0.94 20.5 0.026 0.80 0.130
비교예 2 1.05 22.0 0.027 0.78 0.133
비교예 3 0.96 39.5 0.023 0.81 0.182
비교예 4 0.90 2.0 0.030 0.90 0.130
비교예 5 0.80 42.0 0.023 0.77 0.135
참고예 - - 0.031 0.94 0.242
참고예: 매니폴드 촉매 단독
흡착에 의한 HC 정화능력 평가 조건
평가 온도: 150℃/분의 속도로 50℃에서 450℃로 승온 (초기 단계 촉매의 입구 온도)
엔진 회전수: 2300 rpm
흡입 부압: - 300 mmHg
전단 TWC: 0.5L
HC 흡착 촉매: 1L
HC 흡착 온도: 50℃
공연비: A/F = 14.6
시스템 구조: TWC (1.3L, 900셀, 2 mils, Pd/Rh: 1.27g / 0.36g) + HC 흡착 촉매 (바닥면(floor) 아래에 위치함).
본 발명에 따른 촉매는 내구성을 가지며, 탁월한 HC 흡착능력과 정화기능, 및 3원 기능을 나타낼 수 있다. 특히, 가솔린 엔진 시동시 발생하는 HC를 효율적으로 정화시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 담체 상에 담지된 로듐-함유 제1 촉매층, 상기 제1 층 상에 담지된 제올라이트-함유 제2 촉매층, 및 상기 제2 층 상에 담지된 팔라듐-함유 제3 촉매층을 포함하는 배기가스 정화용 촉매.
  2. 제1항에 있어서, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소로 이루어진 제4층이 상기 제3층 상에 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화용 촉매.
  3. 내연기관으로부터 배출되는 가스를 제1항 또는 2항 기재의 촉매와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정화방법.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1810738B8 (en) 2004-10-28 2017-09-27 Cataler Corporation Catalyst for exhaust gas purification
KR101051418B1 (ko) * 2006-03-16 2011-07-22 인터내쇼날 카탈리스트 테크놀로지, 인코포레이티드 배기가스 정화용 촉매, 그 제조방법 및 이러한 촉매를이용한 배기가스의 정화방법
FR2903620B1 (fr) * 2006-07-13 2009-02-20 Arkema France Catalyseur membranaire pour la synthese d'acide acrylique a partir de glycerol
US8389432B2 (en) 2006-09-25 2013-03-05 Umicore Ag & Co. Kg Structured automotive catalyst with improved thermal ageing stability
JP5173180B2 (ja) * 2006-10-30 2013-03-27 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
US8258070B2 (en) * 2006-11-27 2012-09-04 WGCH Technology Limited Engine exhaust catalysts containing palladium-gold
US7754171B2 (en) * 2007-02-02 2010-07-13 Basf Corporation Multilayered catalyst compositions
JP5110954B2 (ja) * 2007-05-09 2012-12-26 エヌ・イーケムキャット株式会社 選択還元型触媒を用いた排気ガス浄化触媒装置並びに排気ガス浄化方法
CN101842157A (zh) * 2007-10-29 2010-09-22 株式会社Ict 氮氧化物去除用催化剂和使用该催化剂的氮氧化物去除方法
CN102256701B (zh) * 2008-12-19 2014-04-09 株式会社科特拉 废气净化用催化剂
JP5538391B2 (ja) * 2009-07-24 2014-07-02 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
JP5789126B2 (ja) * 2011-05-25 2015-10-07 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーＪｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ Ｐｕｂｌｉｃｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ 排ガス酸化触媒
CN102979606B (zh) * 2012-11-23 2014-06-25 四川中自尾气净化有限公司 一种摩托车尾气催化转化器及其制备方法
JP5942894B2 (ja) * 2013-02-21 2016-06-29 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒の製造方法
US9579638B2 (en) * 2013-07-30 2017-02-28 Johnson Matthey Public Limited Company Ammonia slip catalyst
BR112017016475B1 (pt) * 2015-02-06 2022-04-12 Johnson Matthey Public Limited Company Catalisador de três vias, sistema de exaustão, e, método para tratar um gás de exaustão.
JP7228451B2 (ja) * 2019-04-01 2023-02-24 日産自動車株式会社 自動車用排ガス浄化触媒
CN112536031B (zh) * 2019-09-23 2022-10-11 中国石油化工股份有限公司 用于处理工业废气的催化剂及其制备方法
JP7211389B2 (ja) * 2020-03-25 2023-01-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0256247A (ja) 1988-05-17 1990-02-26 Toyota Motor Corp 排気浄化用触媒
JPH0615016B2 (ja) 1988-09-09 1994-03-02 トヨタ自動車株式会社 自動車排気ガス浄化装置
JPH05285391A (ja) * 1992-04-09 1993-11-02 Nissan Motor Co Ltd 排気ガス浄化用触媒
US5407880A (en) * 1992-11-09 1995-04-18 Nissan Motor Co., Ltd. Catalysts for adsorption of hydrocarbons
JP3516718B2 (ja) * 1994-07-05 2004-04-05 日本碍子株式会社 排ガス浄化用触媒−吸着体及び排ガス浄化方法
US6107239A (en) * 1998-01-19 2000-08-22 Luchuang Environment Protection Science Co. Ltd. Heat resistant metallic oxide catalyst for reducing pollution emission
JP3489048B2 (ja) * 2000-02-01 2004-01-19 日産自動車株式会社 排気ガス浄化用触媒
JP4703818B2 (ja) * 2000-06-20 2011-06-15 株式会社アイシーティー 排気ガス浄化用触媒および排気ガス浄化方法
JP4642978B2 (ja) * 2000-08-08 2011-03-02 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒

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