KR20040110721A - 자동차 연료용 활성 촉매 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 연료와 접촉하여 자동차의 연료를 활성화시켜서 자동차의 매연 감소, 연비향상과 자동차 엔진의 탄화물 감소, 자동차 연료 탱크의 불순물 분해, 및 연료계통의 배관 내 슬러지 발생을 감소시키는 효과를 제공하는 a) 맥반석 3 내지 8 중량부; b) 철 산화물, 은 산화물, 망간 산화물, 티타늄 산화물, 게르마늄 산화물, 알루미늄 산화물 및 셀레늄 산화물로 이루어진 군으로부터 5 종 이상 선택되는 금속 산화물 92 내지 97 중량부; 및 c) 상기 a) 및 b)의 성분의 합 100 중량부에 대하여 점토 40 내지 50 중량부를 함유하는 소성체를 포함하는 자동차 연료용 활성 촉매 및 이의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 자동차 연료용 활성 촉매에 관한 것으로, 특히 자동차 연료와 접촉하여 자동차의 연료를 활성화시켜서 자동차의 매연 감소, 연비향상과 자동차 엔진의 탄화물 감소, 자동차 연료 탱크의 불순물 분해, 및 연료계통의 배관 내 슬러지 발생을 감소시키는 효과를 제공하는 자동차 연료의 활성 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 연료는 산소와 결합하여 연소가 진행되는데, 이 과정에서 대량의 일산화탄소 및 탄화수소 등이 발생하여 대기환경에 좋지 않은 영향을 주고 있다. 특히 자동차 연료의 연소 진행과정은 비교적 단시간 내에 이루어지는데, 연료는 산소를 포함하는 기화상태로 연소실에 투입되므로 기화된 연료의 입자크기 즉 탄소체인의 길이 및 내포하는 산소의 표면적 및 양에 의해 기화 후의 연소 확률이 결정되게 되며, 이 과정에서 산소부족으로 인한 불완전 연소된 연료에 의해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 검뎅이(Dust) 등의 매연 양이 엔진오일 마찰 연소 검뎅이를 포함하여 결정되게 된다. 따라서 자연상태에서의 기화 및 연소는 불가불 반 환경적인 매연을 배출할 수밖에 없다.
이러한 문제점을 보완하기 위하여, 통상 불완전 연소를 감소시키는 방법을 사용한다. 구체적으로는 연소실로 공급되는 연료의 입자 크기를 더욱 더 미립자화거나, 기화연료의 산소 함유량을 높이기 위하여 엔진 내에 주입되는 공기의 와류를 적용하거나, 마그네틱을 이용하여 일시적인 탄소체인을 분리하거나, 연료 첨가제 투입에 의한 완전연소의 유도, 또는 각종 금속류의 촉매를 사용한 완전연소의 유도 방법 등이 알려져 있다.
그러나 이들 방법들은 물리적 충격, 또는 엔진내부에서 발생되는 지속적인 열에 의해 특성이 저하되어 신뢰성이 낮거나, 아직도 만족할 만하지 않거나, 또는 효과가 일시적인 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 고려하여, 자동차 연료와 접촉하여 자동차의 연료를 활성화시켜서 자동차의 매연 감소, 연비향상과 자동차 엔진의 탄화물 감소, 자동차 연료 탱크의 불순물 분해, 및 연료계통의 배관 내 슬러지 발생을 감소시키는 효과를 제공할 수 있는 자동차 연료용 활성 촉매 및 이의 제조방법을제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일실시예의 자동차 연료용 활성 촉매가 충전되는 용기를 나타낸 사시도이다.
도면부호 1은 원통형 케이스이고, 2는 도입관이고, 3은 도입구이고, 4는 배출관이고, 5는 배출구이고, 6은 뚜껑이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여,
a) 맥반석 3 내지 8 중량부;
b) 철 산화물, 은 산화물, 망간 산화물, 티타늄 산화물, 게르마늄 산화물, 알루미늄 산화물 및 셀레늄 산화물로 이루어진 군으로부터 5 종 이상 선택되는 금속 산화물 92 내지 97 중량부; 및
c) 상기 a) 및 b)의 성분의 합 100 중량부에 대하여 점토 40 내지 50 중량부
를 함유하는 소성체
를 포함하는 자동차 연료용 활성 촉매를 제공한다.
또한 본 발명은
a) ⅰ) 맥반석 3 내지 8 중량부;
ⅱ) 철 산화물, 은 산화물, 망간 산화물, 티타늄 산화물, 게르마늄 산화물, 알루미늄 산화물, 및 셀레늄 산화물로 이루어진 군으로부터 5 종 이상 선택되는 금속 산화물 92 내지 97 중량부; 및
ⅲ) 상기 ⅰ) 및 ⅱ)의 성분의 합 100 중량부에 대하여 점토 40 내지 50 중량부
를 포함하는 혼합물을 성형기에서 성형하여 성형체를 제조하는 단계;
b) 상기 성형체를 소성하여 소성체를 제조하는 단계
를 포함하는 자동차 연료용 활성 촉매의 제조방법을 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 맥반석, 및 특정의 금속 산화물의 혼합물을 포함하는 소결체가 자동차 연료와 접촉하면 자동차의 연료를 활성화시켜서 자동차의 매연 감소, 연비향상과 자동차 엔진의 탄화물 감소, 자동차 연료 탱크의 불순물 분해, 및 연료계통의 배관 내 슬러지 발생을 감소시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 자동차 연료용 활성 촉매는 맥반석, 및 금속 산화물의 혼합물을 점토 점결제와 혼합하고 이를 성형기에서 성형체로 제조한 후에, 이를 고온에서 소성하여 소결체로 제조한다.
이와 같이 제조된 본 발명의 소결체는 자동차 연료를 저장하는 연료 탱크 또는 연료가 이송되는 배관 계통 등에 별도의 장치에 충전 장착시켜 자동차 연료와 접촉시키면 접촉된 자동차 연료는 활성화가 된다. 자동차 연료의 활성화는 연료의 기화 과정에서 탄소체인을 최소화시키고, 자동차 연료에 함유되어 있는 불순물을 이온화시켜서 자동차 연료의 완전연소에 방해가 되지 않도록 하는 것으로 유추된다. 또한 이와 같은 탄소체인의 최소화와 불순물의 이온화는 맥반석에서 방사되는 원적외선과 금속 산화물의 혼합물에서 방사되는 원적외선 및 전자로부터 얻을 수 있는 효과로 유추된다.
또한 상기 맥반석의 원적외선 방사 효과와 금속 산화물의 원적외선 및 전자 방사 효과는 자동차 연료의 최소화된 탄소체인을 형성하는 것뿐만 아니라 불순물의 이온화에서 얻어지는 이온이 최소화된 탄소체인의 자유라디칼을 비라디칼화 하여 더욱 안정한 탄소체인을 유지하도록 하여 완전연소화를 유도한다. 또한 불순물의이온화로부터 얻은 이온은 연소과정에서 발생하는 탄소 성분이 자동차 엔진 내에 축적되는 것을 방해하고, 각종 연료계통의 배관 내 슬러지 발생을 억제하고 축적을 방해한다. 또한 이러한 종합적인 효과로 자동차는 우수한 연비를 가질 수 있으며, 배기가스의 매연성분도 감소되는 것으로 유추된다.
본 발명의 소성체는 자동차 연료 및 이에 함유되는 불순물에만 작용되고, 그 자체는 비활성이기 때문에 성능하락이 없어서 반영구적으로 자동차 연료계통에 장착되어 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 소성체를 이루는 각각의 성분에 대하여 설명한다.
본 발명의 소성체에 함유되는 맥반석은 통상적인 맥반석이 사용될 수 있으며, 1,300 내지 1,800 ℃ 온도에서 소성하여 원적외선 방사효능이 더욱 우수한 것을 사용할 수도 있다. 이러한 맥반석의 평균입도는 250 메쉬 이상(63 ㎛ 이하)의 작은 입도를 가지는 것이 혼합과 성형성 및 원적외선 방사 효과를 고려할 때 바람직하다. 함유량은 활성성분인 맥반석과 금속 산화물 혼합물을 합한 100 중량부 내에 3 내지 8 중량부가 바람직하다. 3 중량부 미만으로 함유되면 원적외선 방사효과가 낮으며, 8 중량부를 초과하여 함유되면 혼합하기가 어렵고, 초과 함유량 만큼 원적외선 방사효과가 나타나지 않으며, 상대적으로 금속 산화물의 함유량이 낮게 되어 전자 방출 효과가 낮아진다.
본 발명의 소성체에 함유되는 금속 산화물의 혼합물은 철 산화물, 은 산화물, 망간 산화물, 티타늄 산화물, 게르마늄 산화물, 알루미늄 산화물, 및 셀레늄 산화물로 이루어진 군으로부터 5 종 이상 선택하여 혼합한다. 이러한 금속 산화물들은 통상적으로 시중에서 얻을 수 있는 것으로, 평균입도는 250 메쉬 이상(63 ㎛ 이하)의 작은 입도를 가지는 것이 혼합과 성형성 및 전자 방출 효과를 고려할 때 바람직하다. 함유량은 활성성분인 맥반석과 금속 산화물 혼합물을 합한 100 중량부 내에 92 내지 97 중량부가 바람직하다. 92 중량부 미만으로 함유되면 전자 방출 효과가 낮으며, 97 중량부를 초과하여 함유되면 초과 함유량 만큼 전자 방출 효과가 나타나지 않으며, 상대적으로 맥반석의 함유량이 낮게 되어 원적외선 방사 효과가 낮아진다.
상기와 같이 맥반석과 금속 산화물 혼합물을 혼합한 혼합물 100 중량부에 대하여 40 내지 50 중량부로 추가로 혼합되는 점토는 점결제로 사용되며, 통상적인 점토이면 사용에 문제가 없다. 40 중량부 미만으로 혼합되면 점결성이 낮아져서 혼합이 용이하지 못하고, 50 중량부를 초과하여 혼합하면 상대적으로 맥반석 및 금속 산화물 혼합물의 함량이 낮아지고, 이로부터 원적외선 방사 및 전자 방출 효과가 쉴드(shield)되어 바람직하지 않게 된다. 점토의 평균입도는 점결성을 나타내는 입도이면 사용에 문제가 없다.
이와 같이 맥반석, 금속 산화물 혼합물, 및 점토를 혼합한 후, 통상의 성형기(압출기 등)에서 구상(球狀) 또는 편상(片狀)으로 성형한다. 구상 또는 편상으로 성형체를 얻는 것은 자동차 연료와의 접촉율을 최상으로 하기 위한 것으로, 특별히 그 성형모양이 한정되지 않는다. 성형체의 크기는 특별히 한정되지는 않지만 성형성을 고려하고, 최종 소성체를 충전하고 자동차 연료와 실질적으로 접촉되는 장착 장치에 따라서 설정한다. 구체적으로는 자동차 연료와의 접촉면적을 극대화시키기 위하여 그 직경이 2 내지 15 ㎜가 되도록 하는 것이 바람직하며, 유속을 필요로 하는 관로에 적용할 경우 8 내지 15 ㎜로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 맥반석, 금속 산화물 혼합물, 및 점토의 혼합물의 성형체는 소성하여 소성체로 제조한다. 소성 온도는 1,000 내지 1,800 ℃가 바람직하다. 1,000 ℃ 미만의 온도에서 소성하면 소성체의 강도가 저하되고, 1,800 ℃를 초과한 온도에서는 소성체가 유리화되면서 기공이 막혀 기능저하를 유발할 수 있다.
소성방법은 통상의 로(예를 들면 로타리 킬른 등)에서 불활성 분위기 또는 공기분위기 하에 10 내지 38 시간 동안 소성하는 것이며, 10 시간 미만으로 소성하면 소성체의 강도가 저하되고, 38 시간을 초과하여 소성하면 다공질이 막혀 역효과를 유발할 수 있다.
또한 이러한 소성은 소성체의 강도를 보다 증진시키기 위하여 단계적으로 실시할 수도 있다. 이러한 단계적인 소성은 1차 700 내지 1,000 ℃, 2차 1,000 내지 1,300 ℃, 3차 1,300 내지 1,800 ℃의 온도에서 3차례 순서에 의해 소성하는 것으로, 특별히 한정되지 않는다. 상기 소성 후의 냉각은 급냉 및 서냉이 모두 사용될 수 있으며, 소성체의 기공, 공극 및 수축을 고려하면 서냉이 바람직하다. 또한 본 발명의 자동차 연료용 활성 촉매는 고온 또는 장시간 동안의 소성 처리만 아니면(유리화만되지 않으면) 강도가 우수한 다공성 소성체로 제조될 수 있으며, 이러한 다공성으로부터 연료와의 접촉성이 증가하게 되며, 부가적으로 자동차 연료의 불순물을 필터하는 필터 기능도 수행시킬 수 있다.
본 발명의 자동차 연료용 활성 촉매는 상기와 같은 방법으로 제조되어 2 내지 15 mm의 입경을 가지는 구상 또는 편상 형태의 분말 또는 펠렛으로 제조된다. 이와 같은 소성체 분말 또는 소성체 펠렛을 자동차 연료의 활성 촉매로 적용하는 것은 자동차 연료와 직접적으로 접촉시킴으로써 달성된다. 바람직하게는 소성체 분말 또는 소성체 펠렛을 일정한 용기내에 충전하고 이 용기를 자동차 연료 탱크 또는 연료계통의 배관 부위에 장착하여 자동차 연료가 용기를 통과하여 배출될 수 있도록 함으로써 자동차 연료와 활성 촉매가 접촉되도록 한다. 이때 접촉시간은 자동차 연료라는 면을 고려하여 특별히 한정되지는 않지만 상기에서 설명한 활성 촉매가 충전된 용기를 통과할 수 있는 정도이면 자동차 연료의 활성에 충분하다.
상기 용기는 특별히 한정되지 않지만 도 1에 나타낸 활성 촉매가 충전되는 원통형 케이스(1), 상기 원통형 케이스의 측면 하단에 충전된 촉매는 출입이 안되면서 자동차 연료가 도입관(2)을 통하여 도입될 수 있는 도입구(3), 상기 원통형 케이스의 측면 상단에 충전된 촉매는 출입이 안되면서 활성 촉매에 의하여 활성화된 자동차 연료가 배출관(4)을 통하여 배출될 수 있는 배출구(5), 및 활성 촉매를 원통형 케이스에 충전하고 교환하기 위한 상기 원통형 케이스의 상단에 원반형의 상판체로 구성된 개폐가 가능한 뚜껑(6)이 장착된 용기가 바람직하다.
본 발명의 자동차 연료용 활성 촉매는 중질유, 경유, 휘발유 등의 자동차 연료가 활성 촉매와 접촉하는 과정에서 활성 촉매에서 방사하는 전자 및 원적외선에 의해 연료가 활성화되고, 불순물이 이온화되어 자동차 연료의 연소시 매연 감소, 연비향상, 엔진내부의 탄화물의 감소 등의 효과를 줌과 동시에 탱크내부의 불순물분해 및 배관내의 슬러지 발생을 방지하여 연소장치의 연소기능을 도울 수 있는 효과를 나타낸다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.
(실시예)
실시예 1∼5
하기 표 1에 기재된 배합 조성과 같이 1500 ℃의 온도에서 소성한 후 분쇄하여 얻은 평균입경 300 메쉬의 맥반석 미세분말에 평균입경 300 메쉬의 철산화물 100 중량부, 은산화물 37.5 중량부, 망간산화물 37.5 중량부, 알루미늄산화물 37.5 중량부, 및 셀레늄산화물 37.5 중량부를 포함하는 금속 산화물 혼합물을 혼합한 후, 여기에 점토를 혼합하고, 압출기에서 직경 15 mm의 성형체로 구상 펠렛을 제조하였다.
상기 구상 펠렛을 1,600 ℃의 온도에서 33 시간 동안 소성처리하여 세라믹 구상 소성체를 제조하였다.
제조된 세라믹 구상 소성체의 압축강도 및 침출시험 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | |
| 배합(중량부) | 맥반석 | 9 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| 철산화물 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 은산화물 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | |
| 망간산화물 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | |
| 티타늄산화물 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | |
| 게르마늄산화물 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | |
| 알루미늄산화물 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | |
| 셀레늄산화물 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | |
| 점토 | 133 | 134 | 136 | 138 | 140 | |
| 압축강도(kgf) | 597 | 657 | 668 | 609 | 554 | |
| 침출시험 | 침출없음 | 침출없음 | 침출없음 | 침출없음 | 침출없음 |
상기 표 1에서, 압축강도는 1축 압축시험장치(최대하중 5 tonf)로 시료 5 개를 시험하여 얻은 결과이며, 침출시험은 휘발유, 및 경유 각 100 ㎖에 50 g의 시료를 10 시간 동안 침지한 후, JIS K 0101의 시험방법으로 시험하여 얻은 결과이다.
실시예 6
상기 실시예 5의 활성 촉매를 도 1에 나타낸 용기에 충전하고, 이 용기를 휘발유 차량 및 경유 차량의 연료탱크에 각각 장착한 후, 장착 전후의 배기가스의 일산화탄소와 탄화수소의 함량을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 휘발유차량 | 경유차량 | ||
| 장착전 | 장착후 | 장착전 | 장착후 | |
| 일산화탄소(ppm) | 0.01 | 0.00 | 0.8 | 0.0 |
| 탄화수소(ppm) | 0.010 | 0.000 | 2.7 | 0.0 |
본 발명의 자동차 연료용 활성 세라믹계 촉매는 자동차 연료를 활성 촉매와접촉시키는 과정에서 연료를 활성화시켜서 탄소체인을 최소화하는 상태로 기화되어 연소실로 유입되게 하여 연료가 산소와 접촉 표면적이 극대화함으로써 연료의 완전연소를 유도할 수 있으며, 이에 따라서 자동차의 연소시 매연 감소, 연비향상, 엔진내부의 탄화물의 감소와 탱크내부의 불순물 분해 및 배관내의 슬러지 발생을 방지하여 연소장치의 연소기능을 도울 수 있는 효과를 가지며, 부가적으로 연소시 발생되던 카본이 급격히 감소됨으로서 카본의 적층에 의한 마모 및 각종 부품의 수명단축이 개선되며, 소음감소 등의 간접적 효과를 나타낼 수 있다.
Claims (10)
- a) 맥반석 3 내지 8 중량부;b) 철 산화물, 은 산화물, 망간 산화물, 티타늄 산화물, 게르마늄 산화물, 알루미늄 산화물 및 셀레늄 산화물로 이루어진 군으로부터 5 종 이상 선택되는 금속 산화물 92 내지 97 중량부; 및c) 상기 a) 및 b)의 성분의 합 100 중량부에 대하여 점토 40 내지 50 중량부를 함유하는 소성체를 포함하는 자동차 연료용 활성 촉매.
- 제 1 항에 있어서,상기 a)의 맥반석이 1,300 내지 1,800 ℃ 온도에서 소성된 소성 맥반석인 자동차 연료용 활성 촉매.
- 제 1 항에 있어서,상기 소성체는 평균입경 2 내지 15 mm 의 분말 또는 펠렛인 자동차 연료용 활성 촉매.
- 제 1 항에 있어서,상기 소성체는 편상 또는 구상인 자동차 연료용 활성 촉매.
- 제 1 항에 있어서,상기 소성체는 다공성인 자동차 연료용 활성 촉매.
- a) ⅰ) 맥반석 3 내지 8 중량부;ⅱ) 철 산화물, 은 산화물, 망간 산화물, 티타늄 산화물, 게르마늄 산화물, 알루미늄 산화물, 및 셀레늄 산화물로 이루어진 군으로부터 5 종 이상 선택되는 금속 산화물 92 내지 97 중량부; 및ⅲ) 상기 ⅰ) 및 ⅱ)의 성분의 합 100 중량부에 대하여 점토 40 내지 50 중량부를 포함하는 혼합물을 성형기에서 성형하여 성형체를 제조하는 단계;b) 상기 성형체를 소성하여 소성체를 제조하는 단계를 포함하는 자동차 연료용 활성 촉매의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 a)단계 ⅰ)의 맥반석이 1,300 내지 1,800 ℃ 온도에서 소성된 소성 맥반석인 자동차 연료용 활성 촉매의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 b)단계의 소성은 1,000 내지 1,800 ℃의 온도에서 실시되는 자동차 연료용 활성 촉매의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 b)단계의 소성은 10 내지 38 시간 동안 실시되는 자동차 연료용 활성 촉매의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 b)단계의 소성은 1차 700 내지 1,000 ℃, 2차 1,000 내지 1,300 ℃, 및 3차 1,300 내지 1,800 ℃의 온도에서 3차례로 나누어 순차적 단계로 실시되는 자동차 연료용 활성 촉매의 제조방법.
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| KR1020030040162A KR20040110721A (ko) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | 자동차 연료용 활성 촉매 및 이의 제조방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR100902676B1 (ko) * | 2007-12-17 | 2009-06-15 | 함진자 | 자동차 매연 감소 메디아 및 그 제조방법 |
| KR102202835B1 (ko) | 2020-06-01 | 2021-01-14 | (주)한동생활과학연구소 | 연소기관에서 배출되는 매연을 저감할 수 있는 스틱 및 그 제조방법 |
-
2003
- 2003-06-20 KR KR1020030040162A patent/KR20040110721A/ko not_active Application Discontinuation
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