KR20140004624A - 촉매 조성물 및 이의 용도 - Google Patents
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Abstract
하나의 측면에서, 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함하는 촉매 구조체가 본 명세서에 기재된다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 내부 격벽을 포함하며, 상기 내부 격벽은 상기 내부 격벽들의 너비를 따라 촉매 물질의 구배를 갖는다.
Description
관련 출원 자료
본 출원은 2010년 8월 9일자 미국 가특허출원 제61/371,971호 및 2010년 8월 9일자 미국 가특허출원 제61/371,948호를 우선권으로 주장하며, 이들 각각은 전문이 본 명세서에 인용된다.
기술분야
본 발명은 촉매 조성물에 관한 것이며, 더욱 구체적으로, 산업용 또는 상업용으로 사용되는 결정 구조물에 관한 것이다.
산성비, 대류권 오존 및 기타 환경적으로 유해한 물질이 형성될 때의 질소 산화물의 생성은, 상기 화학종의 방출을 제한하는 엄격한 표준들의 시행을 초래하였다. 이들 표준에 부합하기 위해, 일반적으로, 배기 가스에 존재하는 이들 산화물의 적어도 일부를 고정형 또는 이동형 연소 공급원으로부터 제거할 필요가 있다.
탈질산 또는 선택적 촉매 환원(SCR: selective catalytic reduction) 기술은 질소 산화물의 제거를 위한 연소 유도성 연도 가스에 통상적으로 적용된다. 상기 탈질산 반응은 산화질소(NO) 또는 이산화질소(NO2)와 같은 가스 중의 질소 산화물 종을 암모니아 또는 우레아와 같은 질소 함유 환원물과 반응시켜 이원자성 질소(N2)와 물을 생성하는 것을 포함한다.
질소 산화물 이외에도, 이산화황(S02)은 환경적 관심을 일으키는 연소-연도 가스(combustion-fuel gas)에 종종 존재하는 화학종이다. 화석 연료의 연소 연도 가스에 존재하는 이산화황은 삼산화황(S03)으로 부분적으로 산화하고 물과 반응하여 황산을 형성한다. 연소 연도 가스 중의 이산화황의 산화로부터 황산이 형성되는 것은, 다운스트림 장비에 부식 문제를 증가시킬 수 있고, 산-함유 연도 가스를 이의 이슬점 이상으로 유지하는데 요구되는 상승된 온도로 인한 공기 예열기와 관련된 동력의 비용이 증가할 수 있고, 대기로 방출된 스택 가스(stack gas)의 불투명도를 증가시킬 수 있다.
질소 산화물의 제거를 위한 촉매 시스템은, 선택적 촉매 환원에 이용된 촉매 물질이 이산화황을 추가로 산화시킬 수 있기 때문에, 황 산화물 산화의 정도를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 연소 연도 가스의 질소 산화물 함량의 감소는 상기 연소 연도 가스 중의 SO3 형성의 증가라는 바람직하지 않은 부작용을 일으킬 수 있다.
하나의 측면에서, 몇몇 양태에서 촉매 물질의 불균일한 분포를 나타내는 촉매체(catalyst body)가 본 명세서에 기재된다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매체는 연도 가스 스트림 중의 질소 산화물의 선택적 촉매 환원을 위해 작용할 수 있다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 연도 가스 스트림으로부터 질소 산화물을 제거하는 동안에 SO2 산화를 감소시킬 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽을 포함하며, 상기 내부 격벽은 상기 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 갖는다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배는 프로파일(profile)을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체는 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일은, 제1 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제1 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제1 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일은, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구 면에 대응하고, 제2 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 배출구 면에 대응한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 배출구 면에 대응하고, 제2 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구에 대응한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도와 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서 벌크성 제1 촉매 물질을 더 큰 농도로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구 면에 대응하고, 제2 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 배출구 면에 대응한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 배출구 면에 대응하고, 제2 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구에 대응한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 내부 격벽에 대해 본 명세서에서 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함하는 적어도 하나의 추가의 내부 격벽을 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 제1 표면 및 제2 표면과, 상기 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다.
더욱이, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 추가의 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 상기 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 제1 표면 및/또는 제2 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 격벽은, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽들 중의 약 50%를 초과하는 격벽들이, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함하는 복수의 추가의 내부 격벽들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽들 중의 약 70%를 초과 또는 약 90%를 초과하는 격벽들이, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽들 중의 약 95%를 초과하는 격벽들이, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 내부 격벽들은 교차하여, 하나 이상의 센터포스트(centerpost)들을 형성한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 센터포스트에 연결된 적어도 하나의 내부 격벽과 센터포스트 사이에 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 상기 적어도 하나의 내부 격벽은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 센터포스트에 연결된 복수의 내부 격벽들과 센터포스트 사이에 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 센터포스트에 연결된 내부 격벽들 각각은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다.
몇몇 양태에서, 내부 격벽들은 상기 촉매 구조체를 통해 연장되는 복수의 유동 채널들 또는 셀들을 한정한다. 몇몇 양태에서, 내부 격벽들은 외부 주변 벽 또는 구조물에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 몇몇 양태에서, 외부 주변 벽은, 몇몇 벌집형 촉매 구조체에서와 같이, 하나 이상의 내부 격벽들과 연속되거나 통합된다. 몇몇 양태에서, 상기 외부 주변 벽은 폐쇄 구조물에서의 판형 촉매 부재 또는 파형 촉매 부재의 배열에서와 같이 내부 격벽이 배치되는 폐쇄 구조물의 일부이다.
상기 외부 주변 벽이 벌크성 제1 촉매 물질을 포함하는 몇몇 양태에서, 촉매 구조체의 내부 격벽들은 벌크성 제1 촉매 물질을 외부 격벽보다 더 많이 포함한다. 더욱이, 몇몇 양태에서, 외부 주변 벽들의 내부 표면은 내부 격벽에 대해 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 외부 주변 벽의 외부 표면은 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 나타내지 않는다. 몇몇 양태에서, 상기 외부 주변 벽의 내부 표면은 제1 촉매 물질을 내부 격벽의 외부 표면보다 더 많은 양으로 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 제1 및/또는 제2 표면의 길이를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 제1 및/또는 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제1 및/또는 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 열거된 임의의 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 센터포스트에 연결된 적어도 하나의 내부 격벽과 센터포스트 사이에 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 적어도 하나의 내부 격벽은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제2 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 센터포스트에 연결된 복수의 내부 격벽들과 센터포스트 사이에 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 센터포스트에 연결된 내부 격벽 각각은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제2 촉매 물질을 포함한다.
더욱이, 몇몇 양태에서, 상기 외부 주변 벽은 벌크성 제2 촉매 물질을 추가로 포함하며, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽은 벌크성 제2 촉매 물질을 외부 주변 벽보다 더 많이 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 외부 주변 벽의 내부 표면은 내부 격벽에 대해 본 명세서에 기재된 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 추가로 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체는 적어도 하나의 추가의 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 적어도 하나의 추가의 촉매 물질의 구배는 제1 촉매 물질 또는 제2 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 임의의 구성 및/또는 위치를 포함할 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 미가공 촉매 구조체를 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 사용된 또는 재생된 촉매 구조체를 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 벌집형 촉매 구조체, 판형 촉매체 또는 파형 촉매체를 포함한다.
또 다른 측면에서, 뼈대(framework); 및 상기 뼈대에 배치된 복수의 촉매 구조체들을 포함하는 촉매 모듈(catalyst module)이 본 명세서에 기재되며, 상기 촉매 구조체는 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체의 촉매 활성은 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 10% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 5% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 촉매 활성은 질소 산화물의 선택적 촉매 환원, 수은의 산화 또는 암모니아의 산화 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체의 황 산화물 산화 활성은 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 40% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 10% 미만으로 가변적이다.
더욱이, 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체는, 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배 이외에도, 본 명세서에 기재된 하나 이상의 촉매 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 상기 모듈의 촉매체는 본 명세서에 기재된 바와 같이 적어도 하나의 내부 격벽의 너비 및/또는 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 또한 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체는 본 명세서에 기재된 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함한다.
또 다른 측면에서, 촉매 반응기의 하나 이상의 촉매 층이 본 명세서에 기재되며, 상기 촉매 층은 복수의 촉매 구조체들을 포함하고, 상기 촉매 구조체는 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 층의 촉매 구조체의 촉매 활성은 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 10% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 5% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 활성은 질소 산화물의 선택적 촉매 환원, 수은의 산화 또는 암모니아의 산화 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 층의 촉매체의 황 산화물 산화 활성은 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 40% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 10% 미만으로 가변적이다.
몇몇 양태에서, 촉매 층의 촉매체는, 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배 이외에도, 본 명세서에 기재된 하나 이상의 촉매 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 촉매 층의 촉매체는 본 명세서에 기재된 바와 같이 적어도 하나의 내부 격벽의 너비 및/또는 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 또한 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 층의 촉매체는 본 명세서에 기재된 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 층의 촉매체들은 하나 이상의 모듈들 내에 배열된다.
또 다른 측면에서, 연도 가스 또는 연소 가스 스트림과 같은 유체 스트림을 처리하는 방법이 본 명세서에 기재된다. 몇몇 양태에서, 유체 스트림을 처리하는 방법은, 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽(이는, 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 갖는다)을 포함하는 촉매 구조체를 제공하는 단계, 상기 유체 스트림을 상기 촉매 구조체를 통해 이동시키는 단계, 및 상기 유체 스트림 중의 적어도 하나의 화학종들을 촉매 반응시키는 단계를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 유체 스트림은 상기 촉매 구조체의 하나 이상의 유동 채널을 통해 유동한다. 본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체는 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 임의의 구배를 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 중의 적어도 하나의 화학종들을 촉매 반응시키는 단계는 상기 유체 스트림 중의 질소 산화물을 촉매 환원시키는 단계를 포함한다. 몇몇 양태에서, 유체 스트림 중의 적어도 하나의 화학종들을 촉매 반응시키는 단계는 상기 유체 스트림 중의 암모니아 및/또는 수은을 산화시키는 단계를 포함한다.
유체 스트림을 처리하는 방법의 몇몇 양태에서, 상기 유체 스트림 중의 이산화황의 삼산화황으로의 산화가 감소한다. 하나의 양태에서, 예를 들어, 이산화황의 산화는, 유체 스트림 중의 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 동안에 본 명세서에 기재된 촉매 구조체에 의해 감소한다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매체는 본 명세서에 기재된 복수의 촉매체들을 포함하는 모듈의 일부인데, 여기서, 상기 유체 스트림은 모듈로 그리고 촉매체를 통해 이동된다. 몇몇 양태에서, 상기 모듈은 촉매 반응기의 촉매 층의 일부이다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체를 제조하는 방법이 제공된다. 몇몇 양태에서, 촉매 구조체를 제조하는 방법은, 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽을 포함하는 촉매 지지체를 제조하는 단계, 제1 촉매 물질을 포함하는 용액으로 상기 적어도 하나의 내부 격벽을 함침시키는 단계, 및 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 적어도 하나의 내부 격벽을 건조시키는 단계를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다.
몇몇 양태에서, 제1 촉매 물질의 구배는 또한 제2 표면의 너비를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일은, 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체의 적어도 하나의 내부 격벽은, 상기 내부 격벽들의 너비를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체의 적어도 하나의 내부 격벽은, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제1 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
몇몇 양태에서, 제1 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서의 제1 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일은, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구 면에 대응하고, 제2 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 배출구 면에 대응한다. 또는, 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 촉매 구조체의 배출구 면에 대응하고, 제2 단부는 유체 스트림 주입구 면에 대응한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 적어도 하나의 내부 격벽은, 상기 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도와 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서 벌크성 제1 촉매 물질을 더 큰 농도로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체는 복수의 내부 격벽들을 포함하며, 상기 내부 격벽은 제1 촉매 물질을 포함하는 용액으로 함침되고, 이는, 상기 내부 격벽들의 하나 이상의 표면들의 너비 및/또는 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽은 상기 내부 격벽의 너비 및/또는 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 방법에 따라 제조된 촉매 구조체의 내부 격벽은 교차하여, 하나 이상의 센터포스트들을 형성한다. 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 센터포스트는 제1 촉매 물질을 포함하는 용액으로 함침되고, 이는, 내부 격벽들 중의 적어도 하나와 센터포스트 사이에 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 적어도 하나의 내부 격벽은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 센터포스트에 연결된 내부 격벽 각각은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다.
본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 함침 용액은 추가로 제2 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 금속 및 금속 산화물의 제2 촉매 물질의 구배는 내부 격벽의 너비를 따라 설정된다. 또는, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함하는 촉매 구조체의 적어도 하나의 내부 격벽은 금속 및 금속 산화물의 제2 촉매 물질을 포함하는 용액으로 추가로 함침되고, 이는, 내부 격벽의 제1 표면 및/또는 제2 표면의 너비를 따라 금속 또는 금속 산화물의 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 벌크성 금속 또는 금속 산화물의 제2 촉매 물질의 구배는 상기 내부 격벽의 너비를 따라 설정된다.
몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다.
몇몇 양태에서, 제2 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비를 따른 제2 촉매 물질의 구배 프로파일은, 제1 표면의 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 제2 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면을 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제2 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
몇몇 양태에서, 제2 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제2 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배 프로파일은, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 너비를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 적어도 하나의 내부 격벽의 건조는 또한, 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 설정한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도와 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서 벌크성 제2 촉매 물질을 더 큰 농도로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
더욱이, 본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 제2 촉매 물질의 구배는 또한 촉매 구조체의 복수의 내부 격벽들의 하나 이상의 표면의 너비 및/또는 길이를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는 또한 촉매 구조체의 복수의 내부 격벽들의 너비 및/또는 길이를 따라 설정된다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 적어도 하나의 센터포스트는 제2 촉매 물질을 추가로 포함하는 용액으로 함침되며, 촉매 구조체의 건조는 또한, 센터포스트들을 형성하는 내부 격벽들 중의 적어도 하나와 센터포스트 사이에 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 설정한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 적어도 하나의 내부 격벽은 벌크성 제2 촉매 물질을 센터포스트보다 더 큰 농도로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 센터포스트를 형성하는 내부 격벽들 각각은 벌크성 제2 촉매 물질을 센터포스트보다 더 큰 농도로 포함한다.
추가로, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 외부 주변 벽은 제2 촉매 물질로 함침된다. 외부 주변 벽이 벌크성 제2 촉매 물질을 포함하는 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽은 벌크성 제2 촉매 물질을 외부 주변 벽보다 더 큰 농도로 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 방법에 따라 제조된 촉매 구조체의 구배의 제1 및/또는 제2 촉매 물질은 하나 이상의 전이 금속을 포함한다. 몇몇 양태에서, 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 전이 금속은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 또는 니켈 또는 이들의 합금 또는 산화물을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 구배의 제1 및 제2 촉매 물질은 SCR 분야 및 공정에 적합하다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 제1 및/또는 제2 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 몇몇 양태에서, 제1 및/또는 제2 촉매 물질은 SCR 분야에 적합한 촉매 물질을 형성하기 위한 하나 이상의 전구물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 제1 및/또는 제2 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3 또는 이들의 혼합물을 형성하는 하나 이상의 전구물질을 포함한다.
몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트를 건조하는 단계는, 가스를 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위에서 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기에 충분한 속도 및/또는 온도로 유동시키는 것을 포함한다. 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기 위해 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위에 가스를 유동시키는 것은, 본 발명의 목적에 부합되는 임의의 방식으로 실시될 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 구조적 촉매 지지체의 모든 또는 실질적으로 모든 내부 격벽들 및/또는 센터포스트들 상에서 균등한 방식 또는 실질적으로 균등한 방식으로 유동한다.
추가로, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 방법의 함침 용액은 적어도 하나의 추가의 촉매 물질을 추가로 포함한다. 이러한 양태에서, 상기 촉매 구조체의 건조로 본 명세서에 기재된 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 임의의 구배에 부합되는 촉매 구조체 상의 구성 및/또는 위치를 갖는 추가의 촉매 물질의 하나 이상의 구배를 제공할 수 있다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체는 미가공 상태(virgin)이다. 몇몇 양태에서 미가공 구조적 촉매 지지체는 유체 스트림에서 촉매 반응을 실시하기 위한 촉매 반응기 중에서 사용되지 않았거나 미리 배치되지 않았다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체는 사용되었다. 몇몇 양태에서, 사용된 구조적 촉매 지지체는 유체 스트림에서 촉매 반응을 실시하기 위한 촉매 반응기에 미리 배치되었다. 몇몇 양태에서, 사용된 촉매 지지체는 재생을 필요로 하는 촉매 구조체의 일부이다.
몇몇 양태에서, 미가공 또는 사용된 구조적 촉매 지지체는 벌집형 구조 지지체, 판형 구조 지지체 또는 파형 구조 지지체를 포함한다.
본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 복수의 내부 격벽들을 포함하는 구조적 촉매 지지체는 촉매 모듈의 뼈대에 배열된다. 이러한 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체를 포함하는 촉매 모듈은, 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트를 촉매 물질로 함침시키기 위해 촉매 물질의 용액으로 침지될 수 있다.
몇몇 양태에서, 제1 촉매 물질의 용액으로 함침된 구조적 촉매 지지체는, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기 위해 촉매 모듈의 뼈대를 유지하는 동안에, 건조된다. 몇몇 양태에서, 함침 용액은 제2 촉매 물질을 추가로 포함하며, 여기서, 촉매 모듈의 뼈대를 유지하는 동안의 구조적 촉매 지지체의 건조로 인해 본 명세서에 기재된 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배가 또한 형성된다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 가스는, 상기 모듈을 통해, 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위에서 본 명세서에 기재된 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기에 충분한 속도 및/또는 온도로 유동한다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 상기 모듈의 뼈대에 배열된 구조적 촉매 지지체를 통해 균등하게 또는 실질적으로 균등하게 유동하여, 산출된 촉매 구조체의 촉매 활성이 상기 모듈에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 실질적으로 균일함에 있어서, 몇몇 양태에서, 상기 모듈에서의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈에서의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 10% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈에서의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 5% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 촉매 활성은 질소 산화물의 선택적 촉매 환원, 수은의 산화 또는 암모니아의 산화 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체의 황 산화물 산화 활성은 상기 모듈에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈에서의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 40% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈에서의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈에서의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 10% 미만으로 가변적이다.
몇몇 양태에서, 위에 기재된 방법에 따라 제조된 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 구배는 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 구배를 위해 본 명세서에서 기재된 임의의 구조적 및/또는 조성적 특성을 가질 수 있다.
이들 양태 및 기타 양태들이 아래의 상세한 설명에 더욱 상세하게 기술된다.
도 1은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 촉매 구조체의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 제1 및 제2 촉매 물질의 구배 프로파일을 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 촉매 구조체를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 촉매 구조체의 일부의 단면도이다.
도 4는 종래의 촉매 구조체와 비교한, 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 촉매 구조체의 촉매 활성 시험을 도시한 것이다.
도 5는 본 명세서에 기재된 몇몇 양태에 따르는 각종 구배 조성을 갖는 촉매 구조체를 상세하게 기재한 표에 관한 것이다.
도 6은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 파형 촉매체의 일부의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 촉매 구조체를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 촉매 구조체의 일부의 단면도이다.
도 4는 종래의 촉매 구조체와 비교한, 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 촉매 구조체의 촉매 활성 시험을 도시한 것이다.
도 5는 본 명세서에 기재된 몇몇 양태에 따르는 각종 구배 조성을 갖는 촉매 구조체를 상세하게 기재한 표에 관한 것이다.
도 6은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 파형 촉매체의 일부의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명은 하기의 상세한 설명, 실시예, 도면, 이들의 이전의 설명 및 이후의 설명을 참고로 하여 더욱 쉽게 이해할 수 있다. 그러나, 본 발명의 요소, 장치 및 방법은 상세한 설명, 실시예 및 도면에 제시된 특정 양태로 한정되는 것은 아니다. 이러한 양태들은 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것으로만 인식해야 한다. 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않고도 다수의 변형 및 수정이 가능함을 당업자들은 분명하게 인식할 것이다.
더욱이, 본 명세서에 기재된 모든 범위는 본 명세서에 포함된 임의의 준범위(subrange) 및 모든 준범위를 포괄하는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 명시된 "1 내지 10"의 범위는 1의 최소값과 10의 최대값(이들 값들을 포함하여) 사이의 임의의 준범위 및 모든 준범위를 포함하는 것으로 고려되어야 하며; 즉, 모든 준범위는 예를 들어 1 내지 6.1에서와 같이 1 또는 그 이상의 최소값으로부터 시작하고 예를 들어 5.5 내지 10에서와 같이 10 또는 그 이하의 최대값으로 끝난다. 추가로 "본 명세서에 인용"되는 것으로 언급된 임의의 참조 문헌들은 이들의 전문이 인용된 것으로 이해해야 한다.
추가로, 본 명세서에서 사용될 때, 단수형의 부정관사 "a", "an" 및 정관사 "the"는 하나의 대상물을 분명하고 명백하게 지시하지 않는 한 복수 지시물들을 포함함을 유념해야 한다.
하나의 측면에서, 몇몇 양태에서, 촉매 물질의 비균일 분포를 나타내는 촉매체가 본 명세서에 기재된다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매체는 연도 가스 스트림 중의 질소 산화물의 선택적 촉매 환원을 위해 작용할 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽을 포함하며, 상기 격벽은 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 갖는다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서 감소한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 내부 격벽의 표면에는 상기 내부 격벽의 일부가 약 100㎛ 이하의 깊이로 포함된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 표면에는 상기 내부 격벽의 일부가 약 50㎛ 이하의 깊이 또는 약 25㎛ 이하의 깊이로 포함된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 표면에는 상기 내부 격벽의 일부가 약 10㎛ 이하의 깊이 또는 약 5㎛ 이하의 깊이로 포함된다.
몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역에서의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서의 제1 촉매 물질의 양을 초과한다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 더 크다.
몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 3배 또는 적어도 3.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 4배 또는 적어도 4.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 복수 지점들에서의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다.
몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 복수 지점들에서의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 제1 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다.
내부 격벽의 섹션의 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽 섹션의 제1 표면의 너비의 중심 영역에서의 제1 촉매 물질의 평균 양은 상기 내부 격벽 섹션의 제1 표면의 너비의 주변부에서의 제1 촉매 물질의 평균 양보다 적어도 1.5배 더 크다.
몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역(이는, 제1 표면의 너비의 중심점을 중심으로 한다)은 제1 표면의 전체 너비의 약 20% 이하를 차지한다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역(이는, 제1 표면의 너비의 중심점을 중심으로 한다)은 제1 표면의 전체 너비의 약 40% 이하를 차지한다.
몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 주변부는, 제1 표면의 너비의 가장자리에서 시작하여 중심 영역으로 향하는 방향으로 연장된 제1 표면의 전체 너비의 약 15% 이하를 차지한다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 중심 영역을 따라 증가한다.
몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 3배 또는 적어도 3.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 4배 또는 적어도 4.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 복수 지점들에서의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다.
몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 복수 지점들에서의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 제1 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다.
내부 격벽의 섹션의 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽 섹션의 제2 표면의 너비의 중심 영역에서의 제1 촉매 물질의 평균 양은, 내부 격벽 섹션의 제2 표면의 너비의 주변부에서의 제1 촉매 물질의 평균 양보다 적어도 1.5배 더 크다.
몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역(이는, 제2 표면의 너비의 중심점을 중심으로 한다)은 제2 표면의 전체 너비의 20% 이하를 차지한다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역(이는, 제2 표면의 너비의 중심점을 중심으로 한다)은 제2 표면의 전체 너비의 40% 이하를 차지한다.
몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 주변부는, 제2 표면의 너비의 가장자리에서 시작하여 중심 영역으로 향하는 방향으로 연장된 제2 표면의 전체 너비의 약 15% 이하를 차지한다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 갖는다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서 감소한다.
몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역에서의 제2 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서의 제2 촉매 물질의 양을 초과한다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 더 크다.
몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 3배 또는 적어도 3.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 4배 또는 적어도 4.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 복수 지점들에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다.
몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제1 표면의 너비의 중심 영역의 복수 지점들에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제1 표면의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 제2 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 너비를 따른 제2 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
내부 격벽의 섹션의 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽 섹션의 제1 표면의 너비의 중심 영역에서의 제2 촉매 물질의 평균 양은, 상기 내부 격벽 섹션의 제1 표면의 너비의 주변부에서의 제2 촉매 물질의 평균 양보다 적어도 1.5배 더 크다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 제2 표면의 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제2 표면의 중심 영역을 따라 증가한다.
몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 3배 또는 적어도 3.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 4배 또는 적어도 4.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 복수의 지점들에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다.
몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비의 중심 영역의 복수의 지점들에서의 제2 촉매 물질의 양은, 제2 표면의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 제2 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다.
내부 격벽의 섹션의 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽 섹션의 제2 표면의 너비의 중심 영역에서의 제2 촉매 물질의 평균 양은, 상기 내부 격벽 섹션의 제2 표면의 너비의 주변부에서의 제2 촉매 물질의 평균 양보다 적어도 1.5배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따른 제2 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
도 1은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 촉매 구조체의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 제1 및 제2 촉매 물질의 구배 프로파일을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 오산화바나듐(V205)의 제1 촉매 물질 및 산화텅스텐(W03)의 제2 촉매 물질의 양은 내부 격벽 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 더욱이, V205의 제1 촉매 물질 및 W03의 제2 촉매 물질의 양은 내부 격벽 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. V205의 제1 촉매 물질 및 W03의 제2 촉매 물질의 프로파일은 또한 상기 프로파일의 중심점에 대해 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 3배 또는 적어도 3.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 4배 또는 적어도 4.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 복수의 지점들에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 복수의 지점들에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역(이는, 상기 내부 격벽의 너비의 중심점을 중심으로 한다)은 내부 격벽의 전체 너비의 약 20% 이하를 차지한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역(이는, 상기 내부 격벽의 너비의 중심점을 중심으로 한다)은 내부 격벽의 전체 너비의 약 40% 이하를 차지한다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부는, 상기 내부 격벽의 너비의 가장자리에서 시작하여 중심 영역으로 향하는 방향으로 연장된 상기 내부 격벽의 전체 너비의 약 15% 이하를 차지한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는, 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 구배의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 3배 또는 적어도 3.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 4배 또는 적어도 4.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 복수의 지점들에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역의 복수의 지점들에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 내부 격벽의 너비의 주변부의 하나 이상의 지점들에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제1 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서의 제1 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서의 제1 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제2 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서의 제1 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서의 제1 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제1 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서의 제2 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양은 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구 면에 대응하고, 제2 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 배출구 면에 대응한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제2 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서의 제2 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양은, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 표면 위의 어느 하나의 지점에서의 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도와 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서 벌크성 제1 촉매 물질을 더 큰 농도로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구 면에 대응하고, 제2 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 배출구 면에 대응한다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 제2 단부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 제2 단부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 적어도 하나의 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도와 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서 벌크성 제2 촉매 물질을 더 큰 농도로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 제2 단부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 제2 단부의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는, 내부 격벽에 대해 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함하는 적어도 하나의 추가의 내부 격벽을 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 제1 표면 및 제2 표면과, 상기 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 제1 표면 및/또는 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배는 상술된 내부 격벽에 대해 기술된 바에 부합되는 하나 이상의 특성들을 갖는다.
더욱이, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 상기 추가의 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제1 촉매 물질 및 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 상기 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배를 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽은 제1 표면 및/또는 제2 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 내부 격벽의 제1 표면 및/또는 제2 표면의 길이에 따른 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배는 상술된 내부 격벽에 대해 기술된 바에 부합되는 하나 이상의 특성들을 갖는다.
몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 추가의 격벽은, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽들의 50%를 초과하는 격벽들 또는 약 70% 초과가 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함하도록, 복수의 추가의 내부 격벽들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽들 중의 약 90% 초과가 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽들 중의 약 95% 초과가 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함한다.
도 2는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 벌집형 촉매 구조체를 도시한 것이다. 도 2의 촉매 구조체는 외부 주변 벽(10) 및 복수의 내부 격벽들(11)을 포함하며, 내부 격벽들(11) 중의 하나 이상은 본 명세서에 기재된 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 갖는다. 내부 격벽들(11)은 벌집형 촉매 구조체를 통해 종방향으로 연장되는 복수의 유동 채널들 또는 셀들(12)을 한정한다.
도 3은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 벌집형 촉매 구조체의 일부의 단면도이다. 상기 촉매 구조체의 유동 채널(12)은 내부 격벽들(11)에 의해 한정된다. 내부 격벽들(11), 및 외부 주변 벽(10)과의 연결부들은 인접한 유동 채널(12)의 경계들로서 작용한다. 내부 격벽들(11)은 제1 표면(14), 제2 표면(15), 및 제1 표면(14)과 제2 표면(15)을 가교시키는 횡단 영역(16)을 포함한다. 제1 표면(14) 및/또는 제2 표면(15)은 본 명세서에 기재된 바와 같이 제1 표면 및/또는 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배를 갖는다. 도 3의 양태에서 내부 격벽 표면의 너비는 (18)로서 표시된다. 도 3에 도시된 벌집형 촉매 구조체의 유동 채널(12)의 횡단면 프로파일이 정사각형이기 때문에, 내부 격벽들(11)은 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 너비(18)를 갖는다.
몇몇 양태에서, 유동 채널의 단면 프로파일은 삼각형, 정사각형 또는 육각형과 같은 공칭 다각형일 수 있다. 몇몇 양태에서, 유동 채널의 단면 프로파일은 원형이거나 타원형이거나, 고리형 부채꼴과 같은 다각형 및 곡선 형상과의 조합일 수 있다. 더욱이, 몇몇 양태에서, 상기 촉매체의 외부 주변 벽의 외부 둘레의 단면 프로파일은 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 원형 부채꼴, 예를 들어 파이 슬라이스형 또는 사분원호형, 또는 소정의 용도에 편리한 임의의 기하 형상 또는 형상들일 수 있다.
도 6은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따르는 파형 촉매체의 일부의 단면도이다. 촉매 구조체(60)의 유동 채널(61)은 내부 격벽들(62, 63)에 의해 한정된다. 내부 격벽들(62, 63) 및 상호간의 연결부들 또는 교차부들은 인접한 유동 채널(61)의 경계로서 작용한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 파형 촉매체(60)는 A와 C 사이의 거리에 의해 한정되는 너비를 갖는 편평한 내부 격벽들(63)을 포함한다. 상기 파형 촉매체는 또한 A와 B 사이의 거리에 의해 한정된 너비를 갖는 곡선형 내부 격벽(62)을 포함한다. 내부 격벽들(62, 63)은 제1 표면(64) 및 제2 표면(65)을 포함한다. 제1 표면(64) 및/또는 제2 표면(65)은 본 명세서에 기재된 바와 같이 제1 표면 및/또는 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배를 갖는다. 더욱이, 지점 A, B 및 C에서 내부 격벽들(62)의 상호간의 교차는 예를 들어 센터포스트 구조(66)를 제공한다.
외부 주변 벽이 벌크성 제1 촉매 물질을 포함하는 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽은 외부 주변 벽보다 더 많은 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 외부 주변 벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 약 1.1 내지 약 10배 더 크다.
외부 주변 벽이 벌크성 제2 촉매 물질을 포함하는 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽은 외부 주변 벽보다 더 많은 벌크성 제2 촉매 물질을 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 외부 주변 벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 약 1.1 내지 약 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 폐쇄 구조물을 포함하며, 상기 폐쇄 구조물 중에, 상기 폐쇄 구조물 중의 판형 촉매 부재 또는 파형 촉매 부재의 배열에서와 같이 내부 격벽이 배치된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 벌집형의 내부 격벽들(11)의 교차는 센터포스트 구조(17)를 형성한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 판형 촉매 부재의 스페이서 구조물 및/또는 벽의 교차는 센터포스트 구조를 형성한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 파형 촉매 부재의 교차 벽들은 센터포스트 구조를 형성한다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체는 센터포스트에 연결된 적어도 하나의 내부 격벽과 센터포스트 사이에 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 상기 적어도 하나의 내부 격벽은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 센터포스트에 연결된 복수의 내부 격벽들과 센터포스트 사이에 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 센터포스트에 연결된 내부 격벽 각각은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 3배 또는 적어도 3.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 4배 또는 적어도 4.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 복수의 지점들에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 하나 이상의 지점들에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 복수의 지점들에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 하나 이상의 지점들에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체는, 센터포스트에 연결된 적어도 하나의 내부 격벽과 센터포스트 사이에 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 상기 적어도 하나의 내부 격벽은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제2 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는, 센터포스트에 연결된 복수의 내부 격벽들과 센터포스트 사이에 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 센터포스트에 연결된 내부 격벽 각각은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제2 촉매 물질을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 3배 또는 적어도 3.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 4배 또는 적어도 4.5배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 복수의 지점들에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 하나 이상의 지점들에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.1배 또는 적어도 1.3배 더 크다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 복수의 지점들에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는, 상기 센터포스트의 하나 이상의 지점들에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 1.3배 내지 10배 더 크다.
본 명세서에 기재된 양태들은 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 위에 기재된 구배들의 임의의 조합을 갖는 촉매 구조체를 고려한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 본 명세서에 기재된 구조적 촉매는 도 5의 표 I에 제시된 바와 같은 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 구배들의 임의의 조합을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 외부 주변 벽 및 내부 격벽은, 내화 금속 산화물 조성물을 포함하는 무기 산화물 조성물과 같은 지지 물질로부터 형성된다. 몇몇 양태에서, 상기 무기 산화물 조성물은 티타니아(Ti02), 알루미나(Al203), 지르코니아(Zr02), 실리카(Si02), 규산염 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 화학 조성물은 Ti02, Al203, Zr02 또는 Si02 또는 이들의 혼합물의 무기 산화물 조성물을 약 70 내지 약 100중량% 범위의 양으로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 무기 산화물 조성물은 소결되거나 열처리되어 촉매 구조체의 기계적 무결성을 증가시킨다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 외부 주변 벽 및 내부 격벽은 촉매 물질을 포함하는 조성물로부터 형성된다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 외부 주변 벽 및 내부 격벽은 50 내지 99.99중량%의 무기 산화물 조성물 및 적어도 0.01중량%의 촉매적으로 활성인 금속 관능 그룹을 포함하는 화학 조성물로 형성된다. 몇몇 양태에서, 촉매적으로 활성인 금속 관능 그룹은 본 명세서에 기재된 임의의 촉매 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 양태에서, 촉매 물질을 포함하는 조성물로부터 형성된 외부 주변 벽 및 내부 격벽을 포함하는 촉매 구조체는 미국 특허 제7,807,110호, 제7,776,786호 및 제7,658,898호에 기재되어 있으며, 이들은 전문이 본 명세서에 참고로 인용된다. 몇몇 양태에서, 촉매적으로 활성인 금속 관능 그룹은 화학 조성물에 걸쳐 분산된다. 몇몇 양태에서, 촉매적으로 활성인 금속 관능 그룹은 화학 조성물에 걸쳐 균일하게 또는 실질적으로 균일하게 분산된다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 미가공 촉매 구조체를 포함한다. 몇몇 양태에서, 미가공 촉매 구조체는 사용되지 않았거나 유체 스트림에서 촉매 반응을 실시하기 위해 촉매 반응기 중으로 미리 배치되지 않았다.
몇몇 양태에서, 개시된 촉매 구조체는 사용되거나 재생된다. 몇몇 양태에서, 사용된 촉매 구조체는 유체 스트림에서 촉매 반응을 실시하기 위해 촉매 반응기 중으로 미리 배치되어 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 구배의 촉매 물질은 하나 이상의 전이 금속을 포함한다. 몇몇 양태에서, 촉매 물질의 전이 금속은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 또는 니켈 또는 이들의 합금 또는 산화물을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 구배의 하나 이상의 촉매 물질은 SCR 분야 및 공정에 적합하다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 및 니켈 및 이들의 합금 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전이 금속을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 제1 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3이다. 더욱이, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 제2 촉매 물질은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 및 니켈 및 이들의 합금 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전이 금속을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 제2 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3이다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 추가의 촉매 물질은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 및 니켈 및 이들의 합금 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전이 금속을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 상기 적어도 하나의 추가의 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3이다.
본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 본 발명의 목적에 부합되는 임의의 크기 및 기계적인 특성을 가질 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체는 SCR 분야 및 공정에 사용하기에 적합한 크기 및 기계적인 특성을 갖는다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 촉매 구조체는 미국 특허 제7,807,110호, 제7,776,786호 및 제7,658,898호에 기재된 촉매 구조체와 일치하는 하나 이상의 특성들을 가질 수 있다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 판형 촉매체 또는 파형 촉매체를 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 하나 이상의 판형 촉매 부재 또는 파형 촉매 부재를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에서, 뼈대; 및 상기 뼈대에 배치된 복수의 촉매 구조체들(이는, 본 명세서에 기재된 바와 같이 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다)을 포함하는 촉매 모듈이 본 명세서에 기재되며, 상기 모듈의 촉매체의 촉매 활성은 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 10% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 5% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 촉매 활성은 질소 산화물의 선택적 촉매 환원, 수은의 산화 또는 암모니아의 산화 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체의 황 산화물 산화 활성은 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 40% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 10% 미만으로 가변적이다.
더욱이, 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체는, 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배 이외에도 본 명세서에 기재된 하나 이상의 촉매 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 상기 모듈의 촉매체는 본 명세서에 기재된 바와 같이 적어도 하나의 내부 격벽의 너비 및/또는 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 또한 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체는 도 5의 표 I에 제시된 구배들의 임의의 조합을 가질 수 있다.
또 다른 측면에서, 복수의 촉매 구조체들을 포함하는 촉매 반응기의 적어도 하나의 촉매 층이 본 명세서에 기재되며, 상기 촉매 구조체는 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 포함하며, 상기 촉매 층의 촉매 구조체의 촉매 활성은 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 10% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 5% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 촉매 활성은 질소 산화물의 선택적 촉매 환원, 수은의 산화 또는 암모니아의 산화 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 층의 촉매체의 황 산화물 산화 활성은 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 40% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 촉매 층의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 10% 미만으로 가변적이다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 층의 촉매체는, 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따라, 제1 촉매 물질의 구배 이외에도 본 명세서에 기재된 하나 이상의 촉매 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 상기 촉매 층의 촉매체는 본 명세서에 기재된 바와 같이 적어도 하나의 내부 격벽의 너비 및/또는 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 또한 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 층의 촉매체는 도 5의 표 I에 제시된 구배들의 임의의 조합을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 층의 촉매체는 하나 이상의 모듈들에 배열된다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체를 제조하는 방법이 제공된다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체를 제조하는 방법은, 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽을 포함하는 촉매 지지체를 제조하는 단계, 상기 적어도 하나의 내부 격벽을 제1 촉매 물질 함유 용액으로 함침시키는 단계, 및 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로, 적어도 하나의 내부 격벽을 건조시키는 단계를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다.
몇몇 양태에서, 제1 촉매 물질의 구배는 또한 제2 표면의 너비를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제1 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일은, 제1 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체의 상기 적어도 하나의 내부 격벽은, 상기 내부 격벽들의 너비를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제1 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체의 적어도 하나의 내부 격벽은 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제1 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
몇몇 양태에서, 제1 촉매 물질의 구배는 또한 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제1 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일은, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제1 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구 면에 대응하고, 제2 단부는 상기 촉매 구조체의 유체 스트림 배출구 면에 대응한다. 또는, 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 단부는 상기 촉매 구조체의 배출구 면에 대응하고, 제2 단부는 유체 스트림 주입구 면에 대응한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 적어도 하나의 내부 격벽은, 상기 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제1 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도와 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서 벌크성 제1 촉매 물질을 더 큰 농도로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체는, 복수의 내부 격벽들을 포함하며, 상기 내부 격벽은, 제1 촉매 물질 함유 용액으로 함침되고, 상기 내부 격벽의 하나 이상의 표면의 너비 및/또는 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽은, 상기 내부 격벽의 너비 및/또는 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 방법에 따라 제조된 촉매 구조체의 내부 격벽은 교차하여 하나 이상의 센터포스트들을 형성한다. 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 센터포스트는 제1 촉매 물질 함유 용액으로 함침되고, 내부 격벽들 중의 적어도 하나와 센터포스트 사이에 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 적어도 하나의 내부 격벽은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 센터포스트에 연결된 내부 격벽 각각은 상기 센터포스트보다 더 큰 농도의 벌크성 제1 촉매 물질을 포함한다.
본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 함침 용액은 제2 촉매 물질을 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 금속 및 금속 산화물의 제2 촉매 물질의 구배는 내부 격벽의 너비를 따라 설정된다. 또는, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 포함하는 촉매 구조체의 적어도 하나의 내부 격벽은, 금속 또는 금속 산화물의 제2 촉매 물질을 포함하는 용액으로 추가로 함침되고, 상기 내부 격벽의 제1 표면 및/또는 제2 표면의 너비를 따라 금속 또는 금속 산화물의 촉매 물질의 구배를 설정하는 방식으로 건조된다. 몇몇 양태에서, 벌크성 금속 또는 금속 산화물의 제2 촉매 물질의 구배는 내부 격벽의 너비를 따라 설정된다.
몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제1 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다.
몇몇 양태에서, 제2 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 제2 표면의 너비를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양은 제2 표면의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 제2 표면의 너비를 따른 제2 촉매 물질의 구배 프로파일은, 제1 표면의 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 제2 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제1 표면을 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제2 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
몇몇 양태에서, 제2 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면을 따른 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 제2 촉매 물질의 양과 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에 제2 촉매 물질을 더 많은 양으로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배 프로파일은, 상기 내부 격벽의 제1 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배 프로파일에 대칭이거나 또는 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는 또한 내부 격벽의 너비를 따라 설정된다. 몇몇 양태에서, 상기 구배의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 주변부에서 감소한다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제2 촉매 물질의 농도는 상기 내부 격벽의 너비의 중심 영역을 따라 증가한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 너비를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대칭이거나 실질적으로 대칭이다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 상기 적어도 하나의 내부 격벽의 건조는 또한, 상기 내부 격벽의 길이를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 설정한다. 몇몇 양태에서, 상기 내부 격벽의 길이를 따른 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는, 상기 내부 격벽의 제2 단부에서의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도와 비교하여, 상기 내부 격벽의 제1 단부에서 벌크성 제2 촉매 물질을 더 큰 농도로 포함하며, 제2 단부는 제1 단부에 대향한다.
더욱이, 본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 제2 촉매 물질의 구배는, 촉매 구조체의 복수의 내부 격벽들의 하나 이상의 표면의 너비 및/또는 길이를 따라 또한 설정된다. 몇몇 양태에서, 벌크성 제2 촉매 물질의 구배는 또한 상기 촉매 구조체의 복수의 내부 격벽들의 너비 및/또는 길이를 따라 설정된다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 적어도 하나의 센터포스트는 제2 촉매 물질을 추가로 포함하는 용액으로 함침되며, 상기 촉매 구조체가 건조되어, 센터포스트들을 형성하는 내부 격벽들 중의 적어도 하나와 센터포스트 사이에 벌크성 제2 촉매 물질의 구배가 설정된다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 적어도 하나의 내부 격벽은 벌크성 제2 촉매 물질을 센터포스트보다 더 큰 농도로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 센터포스트를 형성하는 내부 격벽 각각은 벌크성 제2 촉매 물질을 센터포스트보다 더 큰 농도로 포함한다.
추가로, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 외부 주변 벽은 제2 촉매 물질로 함침된다. 외부 주변 벽이 벌크성 제2 촉매 물질을 포함하는 몇몇 양태에서, 상기 촉매 구조체의 내부 격벽은 벌크성 제2 촉매 물질을 외부 주변 벽보다 더 큰 농도로 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 방법에 따라 제조된 촉매 구조체의 구배의 제1 및/또는 제2 촉매 물질은 하나 이상의 전이 금속을 포함한다. 몇몇 양태에서, 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 전이 금속은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 또는 니켈 또는 이들의 합금 또는 산화물을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 구배의 제1 및 제2 촉매 물질은 SCR 분야 및 공정에 적합하다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 제1 및/또는 제2 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 몇몇 양태에서, 제1 및/또는 제2 촉매 물질은 SCR 분야에 적합한 촉매 물질을 형성하기 위한 하나 이상의 전구물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 제1 및/또는 제2 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3 또는 이들의 혼합물을 형성하는 하나 이상의 전구물질을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트를 건조시키는 단계는, 가스를, 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위로, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기에 충분한 속도 및/또는 온도로 유동시키는 것을 포함한다. 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질 및/또는 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하도록 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위로 가스를 유동시키는 것은 본 발명의 목적에 부합되는 임의의 방식으로 실시될 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 구조적 촉매 지지체의 모든 또는 실질적으로 모든 내부 격벽 및/또는 센터포스트 위로 균등한 방식 또는 실질적으로 균등한 방식으로 유동한다.
추가로, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 방법의 함침 용액은 적어도 하나의 추가의 촉매 물질을 추가로 포함한다. 이러한 양태에서, 상기 촉매 구조체의 건조는, 본 명세서에 기재된 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 임의의 구배에 부합되는 촉매 구조체 상의 구성 및/또는 위치를 갖는 추가의 촉매 물질의 하나 이상의 구배를 제공할 수 있다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체는 미가공 상태이다. 몇몇 양태에서, 미가공 구조적 촉매 지지체는 사용되지 않았거나 유체 스트림에서 촉매 반응을 실시하기 위한 촉매 반응기 중으로 미리 배치되지 않아 왔다.
몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체가 사용된다. 몇몇 양태에서, 사용된 구조적 촉매 지지체는 유체 스트림에서 촉매 반응을 실시하기 위한 촉매 반응기에 미리 배치되었다. 몇몇 양태에서, 사용된 촉매 지지체는 재생을 필요로 하는 촉매 구조체의 일부이다.
몇몇 양태에서, 미가공 또는 사용된 구조적 촉매 지지체는 벌집형 구조 지지체, 판형 구조 지지체 또는 파형 구조 지지체를 포함한다.
본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 복수의 내부 격벽들을 포함하는 구조적 촉매 지지체는 촉매 모듈의 뼈대에 배열된다. 이러한 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체를 포함하는 촉매 모듈은, 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트를 촉매 물질로 함침시키기 위해, 촉매 물질의 용액으로 침지될 수 있다.
몇몇 양태에서, 제1 촉매 물질의 용액으로 함침된 구조적 촉매 지지체는, 본 명세서에 기재된 제1 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기 위해, 촉매 모듈의 뼈대를 유지하는 동안에 건조된다. 몇몇 양태에서, 함침 용액은 제2 촉매 물질을 추가로 포함하며, 여기서, 촉매 모듈의 뼈대를 유지하는 동안의 구조적 촉매 지지체의 건조는 또한 본 명세서에 기재된 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 형성한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 가스는, 상기 모듈에 걸쳐 그리고 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위로, 본 명세서에 기재된 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기에 충분한 속도 및/또는 온도로 유동한다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 상기 모듈의 뼈대에 배열된 구조적 촉매 지지체에 걸쳐 균등하게 또는 실질적으로 균등하게 유동하여, 생성된 촉매 구조체의 촉매 활성이 상기 모듈에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 실질적으로 균일함에 있어서, 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 10% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 5% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 촉매 활성은 질소 산화물의 선택적 촉매 환원, 수은의 산화 또는 암모니아의 산화 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체의 황 산화물 산화 활성은 상기 모듈에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 40% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 10% 미만으로 가변적이다.
몇몇 양태에서, 위에 기재된 방법에 따라 제조된 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 구배는 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 구배에 대해 본 명세서에 기재된 임의의 구조적 및/또는 조성적 특성을 가질 수 있다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 본 명세서에 기재된 하나 이상의 방법에 따라 제조된 구조적 촉매는 도 5의 표 I에 제시된 바와 같은 제1 및/또는 제2 촉매 물질의 구배들의 임의의 조합을 가질 수 있다.
본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체는, 내부 격벽 및/또는 센터포스트를 촉매 물질의 용액으로 함침시키기 위해, 촉매 물질의 용액에 침지(immersion)되거나 담겨진다(dipping). 몇몇 양태에서, 상기 용액의 촉매 물질은 하나 이상의 전이 금속을 포함한다. 몇몇 양태에서, 전이 금속은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 또는 니켈 또는 이들의 합금 또는 산화물을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체의 구배의 하나 이상의 촉매 물질은 SCR 분야 및 공정에 적합하다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 촉매 물질은 V205, W03 또는 MoO3 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 용액의 제1 촉매 물질은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 및 니켈 및 이들의 합금 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전이 금속을 포함한다. 더욱이, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 용액의 제2 촉매 물질은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 및 니켈 및 이들의 합금 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전이 금속을 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 용액의 적어도 하나의 추가의 촉매 물질은 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 레늄, 철, 금, 은, 구리 및 니켈 및 이들의 합금 및 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전이 금속을 포함한다.
몇몇 양태에서, 예를 들어, 상기 수용액은 바나딜 옥살레이트, 바나딜 설페이트 또는 암모늄 메타바나데이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 바나딜 염과 같은 바나듐 염의 제1 촉매 물질을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 수용액은 암모늄 메타텅스테이트를 포함하는 텅스테이트 염과 같은 텅스텐 염의 제2 촉매 물질을 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 수용액은 몰리브덴산암모늄, 몰리브덴산나트륨 또는 이들의 혼합물과 같은 몰리브덴 염의 하나 이상의 추가의 촉매 물질을 추가로 포함한다.
촉매 물질은 본 발명의 목적에 부합되는 임의의 양으로 촉매 지지체를 함침시키기 위한 용액에 존재할 수 있다.
몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체는 제1, 제2 및/또는 추가의 촉매 물질의 용액에, 본 발명의 목적에 부합되는 임의의 목적하는 기간 동안 침지된다. 몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체는 촉매 물질의 용액에 적어도 약 5초의 기간 동안 침지된다. 몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체는 촉매 물질의 용액에 적어도 약 10초 또는 적어도 약 30초의 기간 동안 침지된다. 몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체는 촉매 물질의 용액에 적어도 약 1분의 기간 동안 침지된다. 몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체는 촉매 물질의 용액에 적어도 약 5분 또는 적어도 약 10분의 기간 동안 침지된다. 몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체는 촉매 물질의 용액에 약 1분 내지 약 15분의 범위 기간 동안 침지된다.
몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체의 세공 표면들 및/또는 기타 표면들은, 촉매 물질의 용액에 촉매 구조체를 침지하기 전에 또는 침지한 후에 내부 격벽 및/또는 센터포스트로의 촉매 물질의 용액의 함침을 억제하는 또는 용이하게 하는 능력을 갖는 블럭킹 유체 또는 기타 제제로 처리되지 않는다.
몇몇 양태에서, 구조적 촉매 지지체는 촉매 물질의 용액에 완전히 침지된다. 몇몇 양태에서, 촉매 지지체는 촉매 물질의 용액에 부분적으로만 침지된다.
더욱이, 본 명세서에 기재된 방법의 몇몇 양태에서, 복수의 내부 격벽들을 포함하는 구조적 촉매 지지체는 촉매 모듈의 뼈대에 배열된다. 이러한 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체를 포함하는 촉매 모듈은, 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트를 촉매 물질로 함침시키기 위해, 제1, 제2 및/또는 추가의 촉매 물질의 용액에 침지될 수 있다.
구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트는 본 명세서에 기재된 제1, 제2 및/또는 추가의 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하도록 건조된다. 몇몇 양태에서, 상기 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 건조 단계는, 가스를, 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위로, 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 구배들 중의 하나 이상을 설정하기에 충분한 속도 및/또는 온도로 유동시키는 단계를 포함한다.
건조 공정 동안에 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위로 유동된 가스는, 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하는데 부합되는 임의의 목적하는 유속을 가질 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 표 1에 명시된 범위 중의 임의의 범위에 따르는 유속을 갖는다.
더욱이, 건조 공정 동안에 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위로 유동된 가스는 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하는데에 부합되는 임의의 목적하는 온도를 가질 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 적어도 약 140℃의 온도로 가열한다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 적어도 약 160℃의 온도로 가열한다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 약 100℃ 내지 약 350℃ 범위의 온도로 가열한다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 약 350℃를 초과하는 온도로 가열한다.
몇몇 양태에서, 가스의 유속 및 가스의 온도는, 촉매 구조체의 생성시 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽의 너비를 따라 가변하는 정도의 촉매 물질의 구배를 생성하도록 상호적으로 또는 독립적으로 조절될 수 있다.
적어도 하나의 내부 격벽의 표면 위에서 유동하기에 적합한 가스는 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하는데에 부합되는 임의의 가스를 포함할 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 공기를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 질소 또는 아르곤을 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 연소 연도 가스를 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 구조체는 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정한 후에 하소된다.
구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트는 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하는데에 부합되는 임의의 목적하는 기간 동안 유동 가스에 노출될 수 있다. 몇몇 양태에서, 내부 격벽 및/또는 센터포스트는 약 1분 내지 약 1.5 시간 범위의 기간 동안 유동 가스에 노출된다. 몇몇 양태에서, 내부 격벽 및/또는 센터포스트는 약 5분 내지 약 45분 범위의 기간 동안 유동 가스에 노출된다. 몇몇 양태에서, 내부 격벽 및/또는 센터포스트는 약 10분 내지 약 30분 범위의 기간 동안 유동 가스에 노출된다.
본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기 위한 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위로의 가스의 유동은 본 발명의 목적에 부합되는 임의의 방식으로 실시될 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 가스는 구조적 촉매 지지체의 모든 또는 실질적으로 모든 내부 격벽 및/또는 센터포스트 위로 균등한 방식 또는 실질적으로 균등한 방식으로 유동한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 촉매 지지체의 개방면에 도관이 결합되고, 가스는 도관에 걸쳐 그리고 구조적 촉매 지지체의 유동 채널에 걸쳐 유동함으로써 내부 격벽 및/또는 센터포스트 위로 균등하게 또는 실질적으로 균등하게 유동한다. 몇몇 양태에서, 도관은 구조적 촉매 지지체의 개방면에 밀봉되거나, 또는 구조적 촉매 지지체의 외부 표면을 따라 공기가 유동하는 것을 방지하거나 억제한다.
몇몇 양태에서, 건조 공정 동안에 촉매 구조체에 걸쳐 가스가 균등하게 또는 실질적으로 균등하게 유동하는 것을 제공하는 것을 돕기 위해 분산제가 촉매 지지체의 개방면의 정면에 위치한다. 몇몇 양태에서, 분산제는 다공판을 포함할 수 있다. 추가로, 몇몇 양태에서, 분산제는 단독으로 또는 도관과 결합하여 사용될 수 있다.
몇몇 양태에서, 제1, 제2 및/또는 추가의 촉매 물질의 용액으로 함침된 구조적 촉매 지지체는, 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기 위해, 촉매 모듈의 뼈대를 유지하는 동안에 건조된다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 가스는, 모듈에 걸쳐 그리고 구조적 촉매 지지체의 내부 격벽 및/또는 센터포스트의 표면 위로, 본 명세서에 기재된 촉매 물질의 하나 이상의 구배들을 설정하기에 충분한 속도 및/또는 온도로 유동한다.
몇몇 양태에서, 상기 가스는 상기 모듈의 뼈대에 배열된 구조적 촉매 지지체를 통해 균등하게 또는 실질적으로 균등하게 유동하여, 생성된 촉매 구조체의 촉매 활성은 상기 모듈에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 약 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 10% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 촉매 활성은 5% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 촉매 활성은 질소 산화물의 선택적 촉매 환원, 수은의 산화 또는 암모니아의 산화 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 양태에서, 상기 모듈의 촉매체의 황 산화물 산화 활성은 모듈에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 40% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 20% 미만으로 가변적이다. 몇몇 양태에서, 실질적으로 균일함에 있어서, 상기 모듈의 촉매체들 사이의 황 산화물 산화 활성은 10% 미만으로 가변적이다.
몇몇 양태에서, 상기 모듈의 개방면에 도관이 결합되고, 가스는 도관에 걸쳐 그리고 모듈에서의 구조적 촉매 지지체에 걸쳐 유동한다. 몇몇 양태에서, 도관은 모듈의 개방면에 밀봉되어 모듈의 외부 표면을 따라 공기가 유동하는 것을 방지하거나 억제한다.
몇몇 양태에서, 건조 공정 동안에 촉매 구조체에 걸쳐 가스가 균등하게 또는 실질적으로 균등하게 유동하는 것을 제공하는 것을 돕기 위해, 분산제가 촉매 모듈의 개방면의 정면에 위치한다. 몇몇 양태에서, 분산제는 다공판을 포함할 수 있다. 추가로, 몇몇 양태에서, 분산제는 단독으로 또는 도관과 결합하여 사용될 수 있다.
또 다른 측면에서, 연도 가스 또는 연소 가스 스트림과 같은 유체 스트림을 처리하는 방법이 본 명세서에 기재된다. 몇몇 양태에서, 유체 스트림을 처리하는 방법은, 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽(이는 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 갖는다)을 포함하는 촉매 구조체를 제공하는 단계, 유체 스트림을 상기 촉매 구조체에 걸쳐 이동시키는 단계, 및 상기 유체 스트림 중의 적어도 하나의 화학종들을 촉매 반응시키는 단계를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 유체 스트림은 상기 촉매 구조체의 하나 이상의 유동 채널들에 걸쳐 유동한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 중의 적어도 하나의 화학종들을 촉매 반응시키는 단계는 상기 유체 스트림 중의 질소 산화물을 촉매 환원시키는 단계를 포함한다. 몇몇 양태에서, 유체 스트림 중의 적어도 하나의 화학종들을 촉매 반응시키는 단계는 상기 유체 스트림 중의 암모니아 및/또는 수은을 산화시키는 단계를 포함한다.
유체 스트림을 처리하는 방법의 몇몇 양태에서, 유체 스트림 중의 이산화황의 삼산화황으로의 산화는 감소된다. 하나의 양태에서, 예를 들어, 이산화황의 산화는 유체 스트림 중의 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 동안에 본 명세서에 기재된 촉매 구조체에 의해 감소된다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림을 처리하는 방법에서의 촉매체는, 적어도 하나의 내부 격벽의 표면의 너비를 따른 제1 촉매 물질의 구배 이외에도 본 명세서에 기재된 하나 이상의 촉매 구배들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들어, 촉매체는 또한, 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 내부 격벽의 너비 및/또는 길이를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 방법의 촉매체는 도 5의 표 I에 제시된 구배들의 임의의 조합을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 상기 촉매체는 본 명세서에 기재된 복수의 촉매체들을 포함하는 모듈의 일부인데, 이때 촉매 스트림은 상기 모듈로 그리고 촉매체에 걸쳐 이동한다. 몇몇 양태에서, 상기 모듈은 촉매 반응기의 촉매 층의 일부이다.
촉매 구조체의 상기 양태 및 기타 양태는 아래의 비제한적인 실시예에 의해 추가로 예시된다.
실시예 1
촉매 구조체
TiO2 분말을 충전제, 결합제, 압출 조제 및 윤활제와 혼합하여 압출 조성물을 제조하였다. 상기 압출 조성물은 실질적으로 바나듐을 함유하지 않았다(< 0.10% V205). 상기 압출 조성물은 1.80%(WO3) 이하의 텅스텐 함량을 포함한다. 상기 압출 조성물을 압출시켜, 외부 주변 벽 및 복수의 내부 격벽들을 포함하는 구조적 촉매 지지체를 제조하였다. 상기 내부 격벽들은, 정사각형 횡단면 프로파일을 갖는, 구조적 촉매 지지체의 복수의 유동 채널들을 형성한다. 상기 압출된 촉매 지제체를 건조시키고 하소시켰다. 상기 구조적 촉매 지지체의 다공도는 물 흡수 시험에 의해 측정되었다.
바나딜 옥살레이트 용액 및 암모늄 메타텅스테이트 분말을 탈이온수의 용기에 첨가함으로써, 바나듐 제1 촉매 물질 및 텅스텐 제2 촉매 물질의 용액을 제조하였다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 바나딜 옥살레이트 및 암모늄 메타텅스테이트의 첨가량은, 상기 구조적 촉매 지지체의 목적하는 벌크 화학 및 다공도에 따라 측정되었다. 촉매 물질의 용액 농도는 x-선 형광법(XRF)에 의해 확인하였다. 상기 촉매 구조체를 상기 촉매 물질 용액에 3분 동안 침지시키고 이어서 제거하였다.
바나듐 제1 촉매 물질 및 텅스텐 제2 촉매 물질로 함침된 상기 구조적 촉매 지지체를 고온 송풍기를 사용하여 건조시켰다. 상기 송풍기로부터 수거된 가열된 공기를 유동 채널에 걸쳐 그리고 내부 격벽 위로 실질적으로 균등한 방식으로 유동시키는 방식으로, 상기 촉매 구조체를 래핑시키고 밀봉시켰다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 가열된 공기의 이송을 위해 촉매 구조체의 정면에 도관을 밀봉시킬 수 있다. 상기 송풍기로부터의 공기를 20℃/min의 속도로 160℃의 설정점 온도까지 가열시키고, 30분 동안 유지시켜 상기 촉매 구조체를 건조시켰다. 이어서, 공기의 온도를 20℃/min의 속도로 350℃까지 상승시켜, 상기 촉매 구조체를 15분 동안 하소시켰다. 산출된 촉매 구조체는 도 1에 도시된 바에 일치하는 제1 촉매 물질(V2O5) 및 제2 촉매 물질(WO3)의 구배를 나타냈다.
또한, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 및 황 산화물 산화를 위해 본 실시예에서 따라 제조된 촉매 구조체의 촉매 활성을 측정하였다. 상기 촉매 구조체의 촉매 활성을, 상기 내부 격벽의 너비를 따라 제1 및 제2 촉매 물질의 구배가 결여된 종래의 촉매 구조체와 비교하였다. 도 4는 촉매 활성 시험의 결과를 보여 준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 촉매 구조체(A)는 종래의 촉매체(B)와 비교하여 황 산화물 산화 단위당 질소 산화물의 선택적 환원의 비율이 상당히 더 큰 것으로 입증되었다.
본 발명의 각종 목적을 충족시키기 위해 본 발명의 각종 양태들이 기재되어 있다. 이들 양태는 본 발명의 원리의 예시일뿐 임을 인식해야 한다. 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않으면서 이들의 다수의 변형 및 수정이 가능하다는 것을 당업자들은 잘 알고 있을 것이다.
Claims (69)
- 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽을 포함하는 촉매 구조체(structural catalyst body)로서, 상기 내부 격벽들이 상기 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 갖는, 촉매 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 구배의 상기 제1 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 주변부에서 감소하는, 촉매 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 구배의 상기 제1 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하는, 촉매 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 촉매 물질의 상기 구배가 프로파일(profile)을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대해 실질적으로 대칭인, 촉매 구조체.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 표면의 상기 너비의 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양이, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 표면의 상기 너비의 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양이, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 2배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 촉매 구조체가 상기 제2 표면의 너비를 따라 상기 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하는, 촉매 구조체.
- 제7항에 있어서, 상기 구배의 상기 제1 촉매 물질의 양이 상기 제2 표면의 상기 너비의 주변부에서 감소하는, 촉매 구조체.
- 제7항에 있어서, 상기 구배의 상기 제1 촉매 물질의 양이 상기 제2 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하는, 촉매 구조체.
- 제7항에 있어서, 상기 제2 표면을 따른 상기 제1 촉매 물질의 상기 구배가 상기 제1 표면을 따른 상기 제1 촉매 물질의 상기 구배에 대해 실질적으로 대칭인, 촉매 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 표면의 상기 너비를 따라 상기 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하는, 촉매 구조체.
- 제11항에 있어서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 주변부에서 감소하는, 촉매 구조체.
- 제11항에 있어서, 상기 구배의 제2 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하는, 촉매 구조체.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 표면의 상기 너비의 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제2 촉매 물질의 양이, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제11항에 있어서, 상기 촉매 구조체가 상기 제2 표면의 너비를 따라 상기 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하는, 촉매 구조체.
- 제15항에 있어서, 상기 구배의 상기 제2 촉매 물질의 양이 상기 제2 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하는, 촉매 구조체.
- 제16항에 있어서, 상기 제2 표면의 상기 너비의 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제2 촉매 물질의 양이, 상기 제2 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 표면의 길이를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하며, 여기서, 상기 촉매 구조체의 제2 단부에서의 상기 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 더 많은 양의 상기 제1 촉매 물질이 상기 촉매 구조체의 제1 단부에 존재하며, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부와 대향하는, 촉매 구조체.
- 제18항에 있어서, 상기 제1 단부가 촉매 구조체의 유체 스트림 주입구 면에 대응하는, 촉매 구조체.
- 제18항에 있어서, 상기 제1 표면의 상기 길이를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하며, 여기서, 상기 촉매 구조체의 상기 제2 단부에서의 상기 제2 촉매 물질의 양과 비교하여, 더 많은 양의 상기 제2 촉매 물질이 상기 촉매 구조체의 상기 제1 단부에 존재하는, 촉매 구조체.
- 제18항에 있어서, 상기 제2 표면의 상기 길이를 따라 상기 제1 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하며, 여기서, 상기 촉매 구조체의 상기 제2 단부에서의 상기 제1 촉매 물질의 양과 비교하여, 더 많은 양의 상기 제1 촉매 물질이 상기 촉매 구조체의 상기 제1 단부에 존재하는, 촉매 구조체.
- 제21항에 있어서, 상기 제2 표면의 길이를 따른 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하며, 여기서, 상기 촉매 구조체의 제2 단부에서의 제2 촉매 물질의 양과 비교하여, 더 많은 양의 제2 촉매 물질이 상기 촉매 구조체의 제1 단부에 존재하는, 촉매 구조체.
- 제1항에 있어서, 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하고 상기 제1 표면의 너비를 따라 상기 제1 촉매 물질의 구배를 갖는 복수의 추가의 내부 격벽들을 추가로 포함하며, 여기서, 상기 제1 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제23항에 있어서, 상기 촉매 구조체의 상기 내부 격벽들의 50%를 초과하는 격벽들이 상기 제1 표면의 너비를 따라 상기 제1 촉매 물질의 구배를 포함하는, 촉매 구조체.
- 제23항에 있어서, 상기 촉매 구조체의 상기 내부 격벽들의 90%를 초과하는 격벽들이 상기 제1 표면의 너비를 따라 상기 제1 촉매 물질의 구배를 포함하는, 촉매 구조체.
- 제24항에 있어서, 상기 제1 촉매 물질이 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원을 위해 작용하는, 촉매 구조체.
- 제24항에 있어서, 상기 제1 촉매 물질이 V2O5, WO3, MoO3 및 Ru로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 촉매 구조체.
- 제11항에 있어서, 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하고 상기 제1 표면의 너비를 따라 상기 제2 촉매 물질의 구배를 갖는 복수의 추가의 내부 격벽들을 추가로 포함하며, 여기서, 상기 제2 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제2 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제2 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제28항에 있어서, 상기 제2 촉매 물질이 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원을 위해 작용하는, 촉매 구조체.
- 제28항에 있어서, 상기 제2 촉매 물질이 V2O5, WO3, MoO3 및 Ru로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 촉매 구조체.
- 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함하는 적어도 하나의 내부 격벽을 포함하는, 촉매 구조체.
- 제31항에 있어서, 상기 구배의 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 농도가 상기 내부 격벽들의 상기 너비의 주변부에서 감소하는, 촉매 구조체.
- 제31항에 있어서, 상기 구배의 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 농도가 상기 내부 격벽들의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하는, 촉매 구조체.
- 제31항에 있어서, 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 상기 구배가 프로파일을 갖고, 상기 프로파일은 상기 프로파일의 중심점에 대해 실질적으로 대칭인, 촉매 구조체.
- 제33항에 있어서, 상기 내부 격벽들의 상기 너비의 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 상기 농도가, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제33항에 있어서, 상기 내부 격벽들의 상기 너비의 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 농도가, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 2배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제31항에 있어서, 상기 내부 격벽들의 너비를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하는, 촉매 구조체.
- 제37항에 있어서, 상기 구배의 상기 벌크성 제2 촉매 물질의 농도가 상기 내부 격벽들의 상기 너비의 주변부에서 감소하는, 촉매 구조체.
- 제37항에 있어서, 상기 구배의 상기 벌크성 제2 촉매 물질의 농도가 상기 내부 격벽들의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하는, 촉매 구조체.
- 제31항에 있어서, 상기 내부 격벽들의 너비를 따라 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함하는 복수의 추가의 내부 격벽들을 추가로 포함하며, 여기서, 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 농도가 상기 내부 격벽들의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도가 내부 격벽의 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제40항에 있어서, 상기 벌크성 제1 촉매 물질이 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원을 위해 작용하는, 촉매 구조체.
- 제40항에 있어서, 상기 벌크성 제1 촉매 물질이 V2O5, WO3, MoO3 및 Ru로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 촉매 구조체.
- 제40항에 있어서, 상기 내부 격벽의 너비를 따라 벌크성 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하며, 상기 벌크성 제2 촉매 물질의 농도가 내부 격벽의 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 벌크성 제2 촉매 물질의 농도가, 상기 내부 격벽들의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제43항에 있어서, 상기 벌크성 제2 촉매 물질이 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원을 위해 작용하는, 촉매 구조체.
- 제43항에 있어서, 상기 벌크성 제2 촉매 물질이 V2O5, WO3, MoO3 및 Ru로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 촉매 구조체.
- 제40항에 있어서, 상기 촉매 구조체의 상기 내부 격벽들의 50%를 초과하는 격벽들이 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함하는, 촉매 구조체.
- 제40항에 있어서, 상기 촉매 구조체의 상기 내부 격벽들의 90%를 초과하는 격벽들이 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 구배를 포함하는, 촉매 구조체.
- 복수의 센터포스트(centerpost)들을 형성하도록 교차하는 복수의 내부 격벽들을 포함하는 촉매 구조체로서,
상기 센터포스트들 중의 적어도 하나가, 상기 센터포스트들을 형성하는 상기 내부 격벽들 각각의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.3배 더 적은 벌크성 제1 촉매 물질의 농도를 포함하는, 촉매 구조체. - 제48항에 있어서, 상기 센터포스트들의 50%를 초과하는 센터포스트들이, 상기 센터포스트들을 형성하는 상기 내부 격벽들 각각의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.3배 더 적은 상기 벌크성 제1 촉매 물질의 농도를 포함하는, 촉매 구조체.
- 제48항에 있어서, 상기 센터포스트들 중의 적어도 하나가, 상기 센터포스트들을 형성하는 상기 내부 격벽들 각각의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.3배 더 적은 벌크성 제2 촉매 물질의 농도를 포함하는, 촉매 구조체.
- 제50항에 있어서, 상기 센터포스트들의 50%를 초과하는 센터포스트들이, 상기 센터포스트들을 형성하는 상기 내부 격벽들 각각의 벌크성 제2 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.3배 더 적은 벌크성 제2 촉매 물질의 농도를 포함하는, 촉매 구조체.
- 뼈대(framework); 및
상기 뼈대에 배치된 복수의 촉매 구조체들을 포함하는 촉매 모듈(catalyst module)로서,
상기 촉매 구조체들이 복수의 내부 격벽들을 포함하고, 상기 내부 격벽들이, 상기 내부 격벽들의 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 포함하고, 상기 제1 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양이, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 모듈. - 제52항에 있어서, 상기 촉매 구조체들의 상기 내부 격벽들의 50%를 초과하는 격벽들이 상기 제1 촉매 물질의 상기 구배를 포함하는, 촉매 모듈.
- 제52항에 있어서, 상기 내부 격벽들이 상기 제1 표면의 상기 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하는, 촉매 모듈.
- 제52항에 있어서, 상기 촉매 구조체들 사이의 촉매 활성이 실질적으로 균일한, 촉매 모듈.
- 제52항에 있어서, 상기 모듈의 촉매 구조체들 사이의 촉매 활성이 10% 미만으로 가변적인, 촉매 모듈.
- 제52항에 있어서, 상기 모듈의 상기 촉매 구조체들 사이의 이산화황 활성이 실질적으로 균일한, 촉매 모듈.
- 제52항에 있어서, 상기 모듈의 상기 촉매 구조체들 사이의 이산화황 활성이 20% 미만으로 가변적인, 촉매 모듈.
- 복수의 촉매 구조체들을 포함하는 촉매 층으로서,
상기 촉매 구조체들은 복수의 내부 격벽들을 포함하고, 상기 내부 격벽들은 상기 내부 격벽들의 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배를 포함하고, 상기 제1 촉매 물질의 양이 상기 제1 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 제1 촉매 물질의 양이, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 큰, 촉매 층. - 제59항에 있어서, 상기 촉매 구조체의 상기 내부 격벽들의 50%를 초과하는 격벽들이 상기 제1 촉매 물질의 상기 구배를 포함하는, 촉매 층.
- 제59항에 있어서, 상기 내부 격벽들이 상기 제1 표면의 상기 너비를 따라 제2 촉매 물질의 구배를 추가로 포함하는, 촉매 층.
- 제59항에 있어서, 상기 촉매 구조체들 사이의 촉매 활성이 실질적으로 균일한, 촉매 층.
- 제58항에 있어서, 상기 촉매 층의 상기 촉매 구조체들 사이의 촉매 활성이 10% 미만으로 가변적인, 촉매 층.
- 제59항에 있어서, 상기 촉매 층의 상기 촉매 구조체들 사이의 이산화황 활성이 실질적으로 균일한, 촉매 층.
- 제59항에 있어서, 상기 촉매 층의 상기 촉매 구조체들 사이의 이산화황 활성이 20% 미만으로 가변적인, 촉매 층.
- 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 복수의 내부 격벽들을 포함하는 촉매 구조체로서,
여기서, 상기 내부 격벽들의 적어도 50%가,
상기 내부 격벽들의 상기 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배(여기서, 상기 제1 촉매 물질의 양은 상기 제1 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양은, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 크다) 및
상기 내부 격벽들의 상기 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배(여기서, 상기 제1 촉매 물질의 양은 상기 제2 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양은, 상기 제2 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 크다)를 포함하는,
촉매 구조체. - 제66항에 있어서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양이, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 2배 더 큰, 촉매 구조체.
- 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함하는 복수의 내부 격벽들을 포함하는 촉매 구조체로서,
여기서, 상기 내부 격벽들의 적어도 50%가,
상기 내부 격벽들의 상기 제1 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배(여기서, 상기 제1 촉매 물질의 양은 상기 제1 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양은, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 크다) 및
상기 내부 격벽들의 상기 제2 표면의 너비를 따라 제1 촉매 물질의 구배(여기서, 상기 제1 촉매 물질의 양은 상기 제2 표면의 상기 너비의 중심 영역을 따라 증가하고, 여기서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양은, 상기 제2 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 1.3배 더 크다)를 포함하고;
상기 내부 격벽들이 교차하여 복수의 센터포스트들을 형성하고, 여기서, 상기 센터포스트들 중의 적어도 하나가, 상기 센터포스트를 형성하는 상기 내부 격벽들 각각의 벌크성 제1 촉매 물질의 농도보다 적어도 1.3배 더 적은 벌크성 제1 촉매 물질의 농도를 포함하는, 촉매 구조체. - 제68항에 있어서, 상기 중심 영역의 어느 하나의 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양이, 상기 제1 표면의 상기 너비의 어느 하나의 주변 지점에서의 상기 제1 촉매 물질의 양보다 적어도 2배 더 큰, 촉매 구조체.
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