KR20140071364A - 촉매작용에 사용하기 위한 코팅 기판 및 촉매 변환기 및 기판을 워시코트 조성물로 코팅하는 방법 - Google Patents

촉매작용에 사용하기 위한 코팅 기판 및 촉매 변환기 및 기판을 워시코트 조성물로 코팅하는 방법 Download PDF

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시왕 키
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Abstract

특히, 촉매 변환기에 사용하기 위한 코팅 기판의 형성 방법, 그뿐만 아니라 워시코트 조성물 및 코팅 기판의 제조에 사용하기에 적합한 방법, 그리고 이로써 형성된 코팅 기판이 개시된다. 촉매 재료는 플라스마-기반 방법에 의해 제조되고, 고온에서 지지체에서 이동하려는 경향이 낮은 촉매 재료를 수득하고, 따라서 장기 사용 후 촉매 노화가 덜 일어나기 쉽다. 코팅 기판을 사용하는 촉매 변환기가 또한 개시되는데, 이것은 용액 화학을 사용하여 기판상에 부착된 촉매를 사용하는 촉매 변환기와 비교해 유리한 성질을 갖는다. 코팅 기판을 사용하는 촉매 변환기 및 배기 처리 시스템을 사용하는, 배기 처리 시스템, 및 차량, 예컨대 디젤 차량, 특히 경량 디젤 차량이 또한 개시된다.

Description

촉매작용에 사용하기 위한 코팅 기판 및 촉매 변환기 및 기판을 워시코트 조성물로 코팅하는 방법{COATED SUBSTRATES FOR USE IN CATALYSIS AND CATALYTIC CONVERTERS AND METHODS OF COATING SUBSTRATES WITH WASHCOAT COMPOSITIONS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2011년 8월 19일에 출원된 미국 가 특허출원 번호 61/525,661, 및 2012년 5월 25일에 출원된 미국 가 특허출원 번호 61/652,098의 이익을 주장한다. 이 특허 출원의 전체 내용은 본원에 참고자료로 포함된다.
기술분야
본 발명은 촉매의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 나노-입자 촉매, 촉매 변환기 워시코트, 및 이러한 워시코트로부터 형성된 촉매 변환기에 관한 것이다.
내연기관에 의해 배출된 상당 부분의 오염 가스는 엔진이 초기 시동될 때("냉시동"), 그러나 배출 시스템의 촉매 변환기가 그것의 작동 온도로 예열하기 전에 생성된다. 경량 디젤 차량(예를 들어, 자동차 또는 소형 트럭)의 냉시동 단계와 같은 냉시동 단계 동안 해로운 배출을 감소시키기 위해, 제올라이트를 함유한 워시코트가 차량의 촉매 변환기에 사용된 기판을 코팅하기 위해 사용될 수 있다. 이 제올라이트는 촉매 변환기가 여전히 냉할 때, 냉시동 기간 동안 공해물질 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 및 질소 산화물(NOx)을 위한 임시 저장 영역으로서 작용한다. 촉매 변환기가 라이트-오프 온도로서 알려진, 그것의 작동 온도로 가열된 후, 저장된 가스는 방출되고 이어서 기판상의 촉매학적 활성 물질에 의해 분해된다.
높은 라이트-오프 온도는 많은 차량 이동이 짧은 기간이기 때문에 바람직하지 않고, 촉매 변환기가 그것의 작동 온도(즉, 라이트-오프 온도)에 도달하기에 필요한 시간 동안, 공해물질은 미처리되어 환경에 방출되거나, 또는 라이트-오프 온도에 도달할 때까지 배기 시스템에 저장되어야 한다. 공해물질이 라이트-오프에 앞서 효과적으로 포집될지라도, 촉매 변환기는 다수회 연속적인 짧은 이동이 행해지면 작동 온도에 도달할 수 없고, 저장을 위해 사용된 제올라이트가 포화되어, 다시 공해물질이 환경에 방출될 수 있다.
상업적으로 구매가능한 촉매 변환기는 용액으로부터 백금 이온 및/또는 팔라듐 이온의 기판상의 침전과 같은, 습식 화학 방법에 의해 기판상에 부착된 백금족 금속(PGM) 촉매를 사용한다. 이들 PGM 촉매는 촉매 변환기의 비용의 상당 부분을 차지한다. 따라서, 촉매 변환기를 제조하기 위해 사용되는 PGM 촉매 양의 어떤 감소가 바람직하다. 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기는 그것이 시간이 지남에 따라 덜 효과적이게 되는, "노화"로서 알려진 현상을 또한 나타내고; 라이트-오프 온도는 촉매 변환기가 노화됨에 따라 상승하기 시작하고, 배출 수준도 상승하기 시작한다. 따라서, 노화 효과의 감소는 배출을 제어하기 위한 촉매 변환기의 효능을 연장시키기 위해 또한 바람직하다.
개시된 촉매 및 워시코트는, 백금족 금속과 같거나 또는 보다 적은 양을 사용하면서, 특히 습식 화학 방법에 의해 제조된 노화된 상업적으로 구매가능한 촉매와 비교해, 다른 이점들 중에서도, 상당히 감소된 라이트-오프 온도를 갖는 촉매 변환기를 제공할 수 있다. 대안으로, 기술된 촉매 및 워시코트는 습식 화학 방법에 의해 제조된 노화된 상업적으로 구매가능한 촉매와 같은 라이트-오프 온도를 달성하기 위해 사용되는 백금족 금속의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 이전의 습식 화학 방법을 사용하여 제조된 촉매 변환기에 비해, 배출 제어 시스템의 개선된 성능(즉, 하나 또는 그 이상의 조절된 공해물질의 감소된 배출), 및/또는 배출 제어 시스템의 감소된 비용이 달성될 수 있다.
본원에 기술된 바와 같이, 감소된 라이트-오프 온도 및/또는 감소된 백금족 금속 로딩 요건을 갖는 촉매 변환기는 촉매학적 활성 분말을 이용하고, 고농도의 제올라이트로부터 촉매학적 활성 분말을 분리시킴으로써 제조될 수 있고, 여기서 고농도의 제올라이트는 촉매학적 활성 분말과 상이한 코팅층에 있다. 예를 들어, 한 구체예는 고농도의 제올라이트가 제1 코팅층에 사용되는 한편, 촉매학적 활성 분말은 제2 코팅층에 사용되는 다층 워시코트이다. 선택적으로, 코너-충전 워시코트는 후속 워시코트의 적용에 앞서 기판에 적용된다.
일부 구체예에서, 본 발명은 기판을 포함하는 코팅 기판; 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층; 및 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층을 포함하고; 촉매학적 활성 입자는 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하고, 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함한다. 코팅 기판의 다른 구체예에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층의 상부에 형성된다. 코팅 기판의 다른 구체예에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층의 상부에 형성된다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매 나노-입자는 적어도 하나의 백금족 금속을 포함한다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매 나노-입자는 2:1 백금:팔라듐의 중량비의 백금 및 팔라듐과 같은, 백금 및 팔라듐을 포함할 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 지지체 나노-입자는 10 nm 내지 20 nm의 평균 직경을 가질 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매 나노-입자는 1 nm 내지 5 nm의 평균 직경을 가질 수 있다.
코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 워시코트층은 제올라이트 입자를 포함할 수 있고 산화금속 입자 및 베마이트 입자를 포함한다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 산화금속 입자는 산화 알루미늄 입자일 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 제올라이트 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 60 중량% 내지 80 중량%를 포함할 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 베마이트 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 2 중량% 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 산화금속 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 15 중량% 내지 38 중량%를 포함할 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 백금족 금속을 포함하지 않거나 또는 백금족 금속이 실질적으로 없다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 워시코트층에서 제올라이트 입자는 0.2 마이크론 내지 8 마이크론의 직경을 가질 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 베마이트 입자 및 실리카 입자를 더 포함할 수 있다.
코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 제올라이트가 실질적으로 없을 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매학적 활성 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 35 중량% 내지 95 중량%를 포함할 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 실리카 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 20 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 베마이트 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 2 중량% 내지 5 중량%를 포함한다. 코팅 기판의 한 구체예에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 92 중량%의 촉매학적 활성 입자, 3 중량%의 베마이트 입자, 및 5 중량%의 실리카 입자를 포함한다.
코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 기판은 코디어라이트를 포함한다. 기판은 벌집모양 구조를 포함할 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 25 g/l 내지 90 g/l의 두께를 가질 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 50 g/l 내지 250 g/l의 두께를 가질 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것은 기판상에 직접 부착된 코너-충전층을 더 포함할 수 있다.
코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 코팅 기판은 4 g/l 또는 그 미만의 백금족 금속 로딩을 갖고, 습식 화학 방법에 의해 부착된 같은 백금족 금속 로딩을 갖는 기판의 라이트-오프 온도보다 적어도 5℃ 낮은 일산화탄소를 위한 라이트-오프 온도를 가질 수 있다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 코팅 기판은 약 3.0 g/l 내지 약 4.0 g/l의 백금족 금속 로딩을 가진다.
코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 코팅 기판은 차량 촉매 변환기에서 125,000 마일의 운전 후, 약 3.0 g/l 내지 약 5.5 g/l의 백금족 금속 로딩을 가질 수 있고, 코팅 기판은 차량 촉매 변환기에서 125,000 마일의 운전 후 같은 백금족 금속 로딩을 갖는 습식 화학 방법에 의해 백금족 금속을 부착시킴으로써 제조된 코팅 기판보다 적어도 5℃ 낮은 일산화탄소를 위한 라이트-오프 온도를 가진다. 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 코팅 기판은 800℃에서 16시간 동안의 노화 후, 약 3.0 g/l 내지 약 5.5 g/l의 백금족 금속 로딩을 가질 수 있고, 코팅 기판은 800℃에서 16시간 동안의 노화 후 같은 백금족 금속 로딩을 갖는 습식 화학 방법에 의해 백금족 금속을 부착시킴으로써 제조된 코팅 기판보다 적어도 5℃ 낮은 일산화탄소를 위한 라이트-오프 온도를 가진다.
일부 구체예에서, 본 발명은 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 코팅 기판을 포함하는 촉매 변환기를 포함한다. 추가 구체예에서, 본 발명은 배기가스를 위한 도관 및 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 코팅 기판을 포함하는 촉매 변환기를 포함하는 배기 처리 시스템을 포함한다. 추가 구체예에서, 본 발명은 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 코팅 기판을 포함하는 촉매 변환기를 포함하는 디젤 차량을 포함한다. 디젤 차량은 경량 디젤 차량일 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명은 배기가스의 처리 방법을 포함하고, 방법은 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 코팅 기판을 배기가스와 접촉하는 단계를 포함한다. 기판은 배기가스를 받도록 구성된 촉매 변환기 내에 수용될 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명은 코팅 기판의 형성 방법을 포함하며, 방법은 a) 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계; 및 b) 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계를 포함하고; 촉매학적 활성 입자는 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하고, 상기 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함한다. 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하기 전에 수행될 수 있거나, 또는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하기 전에 수행될 수 있다. 상기 방법들 중 어떤 것은 단계 a) 및 단계 b) 둘 다에 앞서 코너-충전 워시코트로 기판을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법들 중 어떤 것의 일부 구체예에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 조성물은 25 g/l 내지 90 g/l의 두께를 포함한다. 상기 방법들 중 어떤 것의 일부 구체예에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트 조성물은 50 g/l 내지 250 g/l의 두께를 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 35 중량% 내지 95 중량%의 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하는 촉매학적 활성 입자; 2 중량% 내지 5 중량%의 베마이트 입자; 및 2 중량% 내지 55 중량%의 산화금속 입자의 고체 함량을 포함하는 워시코트 조성물을 포함하고, 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함한다. 추가 구체예에서, 워시코트 조성물은 20 중량% 이하의 실리카 입자를 더 포함할 수 있다. 워시코트 조성물의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 산화금속 입자는 산화알루미늄 입자일 수 있다. 워시코트 조성물의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 고체는 pH 3 내지 5에서 수성 매질에 현탁될 수 있다. 워시코트 조성물의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 워시코트 조성물은 제올라이트가 실질적으로 없을 수 있다. 워시코트 조성물의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매학적 활성 입자는 92 중량%의 고체 함량을 포함할 수 있다. 워시코트 조성물의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매학적 활성 입자는 2:1의 Pt/Pd 중량/중량비의 백금 및 팔라듐과 같은, 백금 및 팔라듐과 같은, 적어도 하나의 백금족 금속을 포함할 수 있다. 본 발명의 추가 구체예에서, 본 발명은 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 워시코트를 포함하는 코팅 기판을 포함한다. 추가 구체예에서, 코팅 기판은 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층을 또한 포함한다.
일부 구체예에서, 본 발명은 코팅 기판의 형성 방법을 포함하며, 방법은 a) 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계; 및 b) 워시코트 조성물의 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 촉매학적 활성 입자를 함유하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계를 포함한다. 방법의 한 구체예에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하기 전에 수행된다. 방법의 다른 구체예에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하기 전에 수행된다. 방법의 상기 구체예들 중 어떤 것은 단계 a) 및 단계 b) 둘 다에 앞서 코너-충전 워시코트로 기판을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 조성물은 25 g/l 내지 90 g/l의 두께를 포함할 수 있다. 방법의 상기 구체예들 중 어떤 것에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트 조성물은 50 g/l 내지 250 g/l의 두께를 포함할 수 있다.
추가 구체예에서, 본 발명은 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 코팅 기판을 포함하는 촉매 변환기를 포함한다. 추가 구체예에서, 본 발명은 배기가스를 위한 도관 및 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 코팅 기판을 포함하는 촉매 변환기를 포함하는 배기 처리 시스템을 포함한다.
추가 구체예에서, 본 발명은 코팅 기판의 상기 구체예들 중 어떤 것에 따르는 코팅 기판을 포함하는 촉매 변환기를 포함하는 디젤 차량, 예컨대 경량 디젤 차량을 포함한다.
추가 구체예에서, 본 발명은 3.0 g/l 내지 4.0 g/l의 백금족 금속을 포함하는 촉매 변환기를 포함하는 디젤 차량을 포함하고, 차량은 유럽 배출 표준 Euro 5를 준수한다. 디젤 차량은 경량 디젤 차량일 수 있다. 추가 구체예에서, 본 발명은 3.0 g/l 내지 4.0 g/l의 백금족 금속을 포함하는 촉매 변환기를 포함하는 디젤 차량을 포함하고, 차량은 유럽 배출 표준 Euro 6을 준수한다. 디젤 차량은 경량 디젤 차량일 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매 변환기에서 촉매학적 활성 물질은 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하고, 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함한다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매 변환기는 코팅 기판을 포함하고, 상기 코팅 기판은 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 및 촉매학적 활성 물질을 포함하는 별도의 워시코트를 갖는다.
차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매 변환기는 기판을 포함하는 코팅 기판; 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층; 및 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층을 포함하고; 촉매학적 활성 입자는 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하고, 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함한다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 한 구체예에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층의 상부에 형성된다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 한 구체예에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층의 상부에 형성된다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매 나노-입자는 적어도 하나의 백금족 금속을 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매 나노-입자는 2:1 백금:팔라듐의 중량비의 백금 및 팔라듐과 같은, 백금 및 팔라듐을 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 지지체 나노-입자는 10 nm 내지 20 nm의 평균 직경을 가진다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매 나노-입자는 1 nm 내지 5 nm의 평균 직경을 가진다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 산화금속 입자 및 베마이트 입자를 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 산화금속 입자는 산화 알루미늄 입자일 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 제올라이트 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 60 중량% 내지 80 중량%를 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 베마이트 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 2 중량% 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 산화금속 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 15 중량% 내지 38 중량%를 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 백금족 금속을 포함하지 않는다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자는 0.2 마이크론 내지 8 마이크론의 직경을 가질 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 베마이트 입자 및 실리카 입자를 더 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매학적 활성 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 35 중량% 내지 95 중량%를 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 실리카 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 20 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 베마이트 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 2 중량% 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 워시코트층은 촉매학적 활성 입자를 포함할 수 있고, 92 중량%의 촉매학적 활성 입자, 3 중량%의 베마이트 입자, 및 5 중량%의 실리카 입자를 포함한다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 기판은 코디어라이트를 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 기판은 벌집모양 구조를 포함할 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 25 g/l 내지 90 g/l의 두께를 가질 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것의 추가 구체예에서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 50 g/l 내지 250 g/l의 두께를 가질 수 있다. 차량의 상기 구체예들 중 어떤 것은 기판상에 직접 부착된 코너-충전층을 더 포함할 수 있다.
본원에 기술된 본 발명의 양태 및 구체예는 양태 및 구체예로 "구성되는" 및/또는 "본질적으로 구성되는" 것을 포함한다는 것이 이해된다. 본원에 기술된 모든 방법, 시스템, 조성물, 및 장치에 대해, 방법, 시스템, 조성물, 및 장치는 열거된 성분 또는 단계를 포함할 수 있고, 혹은 열거된 성분 또는 단계로 "구성되거나" 또는 "본질적으로 구성될" 수 있다. 시스템, 조성물, 또는 장치가 열거된 성분으로 "본질적으로 구성되는" 것으로서 기술될 때, 시스템, 조성물, 또는 장치는 열거된 성분을 함유하고, 시스템, 조성물, 또는 장치의 성능에 실질적으로 영향을 주지 않는 다른 성분을 함유할 수 있지만, 명확히 열거된 그 성분들 이외의 시스템, 조성물, 또는 장치의 성능에 실질적으로 영향을 주는 어떤 다른 성분도 함유하지 않거나; 또는 시스템, 조성물, 또는 장치의 성능에 실질적으로 영향을 주도록 여분 성분의 충분한 농도 또는 양을 함유하지 않는다. 방법이 열거된 단계로 "본질적으로 구성되는" 것으로서 기술될 때, 방법은 열거된 단계를 함유하고, 방법의 결과에 실질적으로 영향을 주지 않는 다른 단계를 함유할 수 있지만, 방법은 명확히 열거된 그 단계들 이외에 방법의 결과에 실질적으로 영향을 주는 어떤 다른 단계도 함유하지 않는다.
상기 및 본원에 기술된 구체예들 중 어떤 것은 경량 디젤 엔진과 같은 디젤 엔진, 및 경량 디젤 차량과 같은 디젤 차량에 사용하기에 적합하다.
본원에 기술된 본 발명의 어떤 구체예를 포함하는, 본원에 기술된 시스템, 조성물, 기판, 및 방법은 단독으로 사용될 수 있거나 또는 다른 시스템, 조성물, 기판, 및 방법과 조합하여 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 구체예에 따르는 촉매 변환기를 예시하는 한편, 도 1a는 도 1의 도면의 일부의 확대도이다.
도 2는 본 발명의 일부 구체예에 따르는 코팅 기판의 형성 방법을 예시한다.
도 3a-c는 본 발명의 일부 구체예에 따르는 워시코트 코팅 방법의 상이한 단계로 코팅 기판의 형성을 예시한다.
도 4는 본 발명의 한 구체예의 성능(채워진 원)을 조합된 워시코트(채워진 사각형)와 비교한다.
도 5는 발명의 일부 구체예에 따르는 코팅 기판의 형성 방법을 예시한다.
도 6a-c는 본 발명의 일부 구체예에 따르는 워시코트 코팅 방법의 상이한 단계로 코팅 기판의 형성을 예시한다.
도 7은 본 발명의 일부 구체예에 따르는 코팅 기판의 형성 방법을 예시한다.
도 8a-d는 본 발명의 일부 구체예에 따르는 워시코트 코팅 방법의 상이한 단계로 코팅 기판의 형성을 예시한다.
도 9는 본 발명의 한 구체예에 따라 제조된 코팅 기판의 단일 직사각형 채널을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 한 구체예의 성능(채워진 원)을 표준 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기(채워진 사각형)와 비교한다.
도 11은 본 발명의 특정 구체예의 미드베드 촉매 변환기 가스 대 표준 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기의 비교를 나타낸다.
복합체 나노입자 촉매, 워시코트 조제물, 코팅 기판, 및 촉매 변환기가 기술된다. 이들 복합체 나노입자 촉매, 워시코트 조제물, 코팅 기판, 및 촉매 변환기를 만들고 사용하는 방법이 또한 기술된다. 본 발명은 촉매-함유 워시코트 조성물, 및 여러 가지 워시코트 성분을 조합함으로써 워시코트를 만드는 방법을 또한 포함한다. 기술된 복합체 나노입자 촉매 및 워시코트 용액은 촉매 변환기를 제조하기 위해 사용될 때 종래의 촉매 및 워시코트 조제물에 비해 증가된 성능을 제공한다는 것이 발견되었으며, 습식 화학 방법을 사용하여 제조된 촉매를 갖는 촉매 변환기와 비교해, 감소된 라이트-오프 온도, 감소된 배출, 및/또는 감소된 백금족 금속 로딩 요건을 갖는 촉매 변환기의 제조를 허용한다.
본원에 기술된 코팅 기판, 본원에 기술된 코팅 기판을 사용하는 촉매 변환기, 및 본원에 기술된 코팅 기판을 사용하는 배기 처리 시스템은 특히 디젤 엔진 및 디젤 차량, 특히 경량 디젤 엔진 및 경량 디젤 차량에 유용하다는 것이 이해된다.
복합체 나노-입자는 함께 결합된 촉매 나노입자 및 지지체 나노입자를 포함하여 나노-온-나노(nano-on-nano) 복합체 나노 입자를 형성할 수 있다. 이들 복합체 나노 입자는 그 다음 마이크론-크기 담체 입자에 결합되어 마이크론 크기 촉매학적 활성 입자를 형성할 수 있다. 복합체 나노-입자는 예를 들어 플라스마 반응기에서 일관된 나노-온-나노 복합체 입자가 생성되는 방식으로 생성될 수 있다. 이들 복합체 입자는 그 다음 마이크론-크기 담체 입자에 결합되어 복합체 나노입자를 지니는 마이크론-크기 촉매학적 활성 입자를 생성하는데, 이것은 습식 화학 방법을 사용하여 제조된 촉매와 같은, 촉매 변환기에 사용된 이전의 촉매와 비교해, 더 양호한 초기 (엔진 시동) 성능, 촉매의 수명에 걸쳐 더 양호한 성능, 및/또는 촉매의 수명에 걸쳐 더 적은 성능의 감소를 제공할 수 있다.
게다가, 워시코트 조제물은 촉매 변환기 기판과 같은 촉매 기판상에 하나 또는 그 이상의 층을 제공하기 위해 조제될 수 있다. 일부 구체예에서, 워시코트 조제물은 복합체 나노 입자를 지니는 마이크론-크기 촉매학적 활성 입자와 같은 촉매학적 활성 물질이 고농도의 제올라이트를 함유하는 층과 별도의 층에 있는 둘 또는 그 이상의 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 한 구체예는 제1 워시코트층이 비교적 더 높은 농도의 제올라이트를 포함하고, 제2의 분명한 워시코트층은 제1 층에 비해 더 높은 농도의 촉매학적 활성 물질을 포함하는 다층 워시코트이다. 바람직하게는, 고농도의 제올라이트를 갖는 층은 촉매학적 활성 물질을 포함하지 않고, 촉매학적 활성 물질을 갖는 제2 층은 제올라이트를 포함하지 않는다. 기판상에 이들 2개 층의 순서 및 배치는 상이한 구체예에서 변화될 수 있고, 추가 구체예에서, 추가 워시코트 조제물/층은 워시코트들 위에, 아래에, 또는 사이에, 예를 들어 코팅된 기판상에 초기에 부착된 코너-충전 워시코트층이 또한 사용될 수 있다. 다른 구체예에서, 2개 층은 서로 직접 배치되어, 즉, 제1과 제2의 워시코트층 사이에 드는 층이 없을 수 있다. 기술된 워시코트 조제물은 이전의 워시코트 조제물과 비교할 때, 특히 이들 워시코트 조제물이 복합체 나노-입자를 지니는 마이크론-크기 입자를 이용할 때, 보다 낮은 양의 백금족 금속을 포함하고, 및/또는 더 양호한 성능을 제공할 수 있다.
본 명세서의 여러 가지 양태는 순서도의 사용을 통해 기술될 수 있다. 종종, 본 명세서의 양태의 단일 예를 나타낸다. 그러나, 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 본원에 기술된 프로토콜, 공정, 및 과정은 연속적으로 또는 본원에 기술된 요구를 만족시키기에 필요한 만큼 종종 반복될 수 있다. 추가로, 특정 방법 단계가 순서도에 개시된 것들에 대한 대안의 순서로 수행될 수 있다는 것이 고려된다.
수치가 용어 "약" 또는 용어 "대략"을 사용하여 본원에 표시될 때, 명시된 값뿐만 아니라 명시된 값에 합리적으로 가까운 값이 둘 다 포함되는 것으로 이해된다. 예를 들어, 기술 "약 50℃" 또는 "대략 50℃"는 50℃ 자체뿐만 아니라 50℃에 가까운 값의 기술을 둘 다 포함한다. 따라서, 문구 "약 X" 또는 "대략 X"는 X 값 자체의 기술을 포함한다. "대략 50℃ 내지 60℃"와 같은 범위가 표시되면, 말단지점들에 의해 명시된 값이 둘 다 포함되고, 각 말단지점 또는 말단지점들 둘 다에 가까운 값이 각 말단지점 또는 말단지점들 둘 다에 대해 포함되는 것으로 이해되며; 즉, "대략 50℃ 내지 60℃"는 "50℃ 내지 60℃" 및 "대략 50℃ 내지 대략 60℃"를 둘 다 열거하는 것과 동일한 것으로 이해된다.
"어떤 백금족 금속의 실질적인 부재"는 약 5 중량% 미만, 약 2 중량% 미만, 약 1 중량% 미만, 약 0.5 중량% 미만, 약 0.1 중량% 미만, 약 0.05 중량% 미만, 약 0.025 중량% 미만, 또는 약 0.01 중량% 미만의 백금족 금속이 존재하는 것을 의미한다. 바람직하게는, 어떤 백금족 금속의 실질적인 부재는 약 1 중량% 미만의 백금족 금속이 존재한다는 것을 표시한다.
여러 가지 구체예에서 특정 성분, 특정 조성물, 특정 화합물, 또는 특정 성분이 "실질적으로 없는" 것은 약 5 중량% 미만, 약 2 중량% 미만, 약 1 중량% 미만, 약 0.5 중량% 미만, 약 0.1 중량% 미만, 약 0.05 중량% 미만, 약 0.025 중량% 미만, 또는 약 0.01 중량% 미만의 특정 성분, 특정 조성물, 특정 화합물, 또는 특정 성분이 존재한다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 특정 성분, 특정 조성물, 특정 화합물, 또는 특정 성분이 "실질적으로 없는" 것은 약 1 중량% 미만의 특정 성분, 특정 조성물, 특정 화합물, 또는 특정 성분이 존재한다는 것을 표시한다.
제작 동안, 또는 작동 동안 (특히 시간의 긴 기간에 걸쳐), 한 워시코트층에 존재하는 적은 양의 재료는 다른 워시코트층으로 확산하고, 이동하고, 또는 달리 움직일 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 용어 "…의 실질적인 부재" 및 "…가 실질적으로 없음"의 사용은 언급된 미세한 양의 재료를 절대적으로 제외하는 것으로 해석되지 않는다.
여러 가지 구체예에서 "실질적으로 각각"의 특정 성분, 특정 조성물, 특정 화합물, 또는 특정 성분은 적어도 약 95%, 적어도 약 98%, 적어도 약 99%, 적어도 약 99.5%, 적어도 약 99.9%, 적어도 약 99.95%, 적어도 약 99.975%, 또는 적어도 약 99.99%의 특정 성분, 특정 조성물, 특정 화합물, 또는 특정 성분이 수에 의해 또는 중량에 의해 존재한다는 것을 의미한다. 바람직하게는, "실질적으로 각각"의 특정 성분, 특정 조성물, 특정 화합물, 또는 특정 성분은 적어도 약 99%의 특정 성분, 특정 조성물, 특정 화합물, 또는 특정 성분이 수에 의해 또는 중량에 의해 존재한다는 것을 의미한다.
본 명세서는 몇 가지의 구체예를 제공한다. 어떤 구체예로부터의 어떤 특징부들은 어떤 다른 구체예로부터의 어떤 특징부들과 조합될 수 있다는 것이 고려된다. 이 방식으로, 개시된 특징부들의 하이브리드 구성은 본 발명의 범위 내에 있다.
조성물의 상대 중량 백분율에 대한 언급은 조성물의 모든 성분을 합한 총 중량 백분율의 합계가 100인 것으로 가정하는 것으로 이해된다. 어떤 특정 성분의 중량 퍼센트가 그 성분에 대해 명시된 범위의 한계 밖으로 떨어지지 않는다는 조건하에서, 조성물의 성분들의 중량 퍼센트가 총 100으로 합해지도록, 하나 또는 그 이상의 성분의 상대 중량 백분율이 위로 또는 아래로 조정될 수 있다는 것이 추가로 이해된다.
본 명세서는 입자 및 분말을 둘 다 언급한다. 단수 "분말"이 입자들의 집합을 언급한다는 점을 제외하고는, 이들 2개의 용어는 동등하다. 본 발명은 크게 다양한 분말 및 입자에 적용할 수 있다. 용어 "나노-입자" 및 "나노-크기 입자"는 일반적으로 직경이 나노미터 정도의 입자, 전형적으로 약 0.5 nm 내지 500 nm, 약 1 nm 내지 500 nm, 약 1 nm 내지 100 nm, 또는 약 1 nm 내지 50 nm를 포함하는 것으로 당업자에 의해 이해된다. 바람직하게는, 나노-입자는 250 나노미터 미만의 평균 결정립 크기 및 1 내지 100만의 종횡비를 가진다. 일부 구체예에서, 나노-입자는 약 50 nm 또는 그 미만, 약 30 nm 또는 그 미만, 또는 약 20 nm 또는 그 미만의 평균 결정립 크기를 가진다. 추가 구체예에서, 나노-입자는 약 50 nm 또는 그 미만, 약 30 nm 또는 그 미만, 또는 약 20 nm 또는 그 미만의 평균 직경을 가진다. 입자의 가장 긴 치수를 입자의 가장 짧은 치수로 나눈 것으로서 정의된, 입자의 종횡비는 바람직하게는 1 내지 100, 더 바람직하게는 1 내지 10, 아직 더 바람직하게는 1 내지 2이다. "결정립 크기"는 ASTM(American Society for Testing and Materials) 표준(ASTM E112 - 10 참조)을 사용하여 측정된다. 입자의 직경을 계산할 때, 그것의 가장 길고 가장 짧은 치수의 평균을 취하며; 따라서, 장축 20 nm 및 단축 10 nm를 갖는 타원형 입자의 직경은 15 nm이다. 입자들의 집단의 평균 직경은 개별 입자의 직경들의 평균이고, 당업자에 공지된 여러 가지 기술에 의해 측정될 수 있다.
추가 구체예에서, 나노-입자는 약 50 nm 또는 그 미만, 약 30 nm 또는 그 미만, 또는 약 20 nm 또는 그 미만의 결정립 크기를 가진다. 추가 구체예에서, 나노-입자는 약 50 nm 또는 그 미만, 약 30 nm 또는 그 미만, 또는 약 20 nm 또는 그 미만의 직경을 가진다.
용어 "마이크로-입자", "마이크로-크기 입자", "마이크론-입자", 및 "마이크론-크기 입자"는 일반적으로 직경이 마이크로미터 정도의 입자, 전형적으로 약 0.5 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 내지 50 ㎛를 포함하는 것으로 이해된다. 추가로, 본 명세서에 사용된 용어 "백금족 금속"("PGM"으로 약기됨)은 주기율표에 함께 밀집된 6개 금속 원소를 위해 사용된 총체적인 명칭을 언급한다. 6개의 백금족 금속은 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 및 백금이다.
복합체 나노입자 촉매
복합체 나노입자 촉매는 지지체 나노입자에 부착된 촉매 나노입자를 포함하여 "나노-온-나노" 복합체 나노-입자를 형성할 수 있다. 다중 나노-온-나노 입자는 그 다음 마이크론-크기 담체 입자에 결합되어 복합체 마이크로/나노입자, 즉, 복합체 나노-입자를 지니는 마이크로-입자를 형성할 수 있다. 이들 복합체 마이크로/나노입자는 본원에 기술된 바와 같이 워시코트 조제물 및 촉매 변환기에 사용될 수 있다. 이들 입자의 사용은 습식 화학 방법에 의해 제조된 현재 구매가능한 상업적 촉매 변환기와 비교해, 백금족 금속 함량에 대한 요건을 감소시키고, 및/또는 성능, 특히 감소된 라이트-오프 온도에 관하여 상당히 향상시킬 수 있다. 습식 화학 방법은 일반적으로 백금족 금속 이온 또는 금속염의 용액의 사용을 포함하는데, 이것은 지지체(전형적으로 마이크론-크기 입자)에 함침되고, 촉매로서 사용하기 위한 원소 형태의 백금족 금속으로 환원된다. 예를 들어, 염화백금산, H2PtCl6의 용액은 알루미나 마이크로-입자에 적용되고, 이어서 건조시키고 하소시켜, 알루미나 상에 백금의 침전을 가져올 수 있다. 알루미나와 같은 산화금속 지지체 상에 습식 화학 방법에 의해 부착된 백금족 금속은 촉매 변환기에서 발생한 온도와 같은 고온에서 이동한다. 즉, 높은 온도에서, PGM 원자는 그것이 부착된 표면 위에서 이동할 수 있고, 다른 PGM 원자와 함께 덩어리질 것이다. PGM의 미세-분할된 부분들은 고온에 노출의 시간이 증가할수록 백금족 금속이 더 크고 큰 응집으로 합해진다. 이 응집은 감소된 촉매 표면적을 가져오고 촉매 변환기의 성능을 감퇴시킨다. 이 현상은 촉매 변환기의 "노화"로서 언급된다.
반면, 복합체 백금족 금속 촉매는 플라스마-기반 방법에 의해 제조된다. 한 구체예에서, 백금족 나노 크기 금속 입자는 나노 크기 산화금속 지지체 상에 부착되는데, 이것은 습식 화학 방법에 의해 부착된 PGM보다 훨씬 낮은 이동성을 가진다. 결과되는 플라스마-생성 촉매는 습식 화학 생성 촉매보다 훨씬 더 느린 속도로 노화한다. 따라서, 플라스마-생성 촉매를 사용하는 촉매 변환기는 시간의 더 긴 기간에 걸쳐 엔진에 의해 배출된 가스에 노출된 촉매의 더 큰 표면적을 유지시켜, 더 양호한 배출 성능을 가져올 수 있다.
플라스마 -기반 방법에 의한 복합체 나노-입자의 제조("나노-온-나노" 입자 또는 " NN " 입자)
적합한 촉매를 제조하는 초기 단계는 복합체 나노-입자를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 복합체 나노-입자는 하나 또는 그 이상의 백금족 금속을 포함하는 촉매 나노-입자, 및 지지체 나노-입자, 전형적으로 산화알루미늄과 같은 산화금속을 포함한다. 명칭 "나노-입자"가 의미한 바와 같이, 나노-입자는 나노미터 정도의 크기를 가진다.
복합체 나노-입자는 재료가 기화되는 플라스마 건으로 백금족 금속(들) 및 지지체 재료를 이송시킴으로써, 플라스마 반응기 방법에 의해 형성될 수 있다. US 2011/0143041에 개시된 것들과 같은 플라스마 건이 사용될 수 있고, US 5,989,648, US 6,689,192, US 6,755,886, 및 US 2005/0233380에 개시된 것들과 같은 기술이 플라스마를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 아르곤과 같은 작업 가스는 플라스마의 발생을 위해 플라스마 건에 공급되고; 한 구체예에서는, (10:2의 Ar/H2 비의) 아르곤/수소 혼합이 작업 가스로서 사용된다. 백금, 팔라듐, 또는 중량에 의한 2:1 백금:팔라듐, 또는 중량에 의한 약 2:1 백금:팔라듐과 같은 어떤 비의 백금/팔라듐과 같은 백금족 금속 또는 금속들, 그리고 일반적으로 직경이 약 0.5 내지 6 마이크론의 금속 입자의 형태인, 백금족 금속 또는 금속들은 아르곤과 같은 담체 가스 스트림의 유동 분말로서 플라스마 반응기에 도입될 수 있다. 약 15 내지 25 마이크론 직경의 입자 크기의 산화금속, 전형적으로 산화알루미늄이 담체 가스의 유동 분말로서 또한 도입된다. 그러나, 재료를 반응기에 도입하는 다른 방법, 예컨대 액체 슬러리가 사용될 수 있다. 약 35% 내지 45%의 백금족 금속(들) 및 약 65% 내지 55%의 산화금속(중량에 의함), 바람직하게는 약 40% 백금족 금속(들) 대 약 60% 산화금속의 비의 조성물이 전형적으로 사용된다. 사용될 수 있는 재료들의 예는 약 0% 내지 약 40% 백금, 약 0% 내지 약 40% 팔라듐, 및 약 55% 내지 약 65% 산화알루미늄; 일부 구체예에서, 약 20% 내지 약 30% 백금, 약 10% 내지 약 15% 팔라듐, 및 약 50% 내지 약 65% 산화알루미늄이 사용되고; 추가 구체예에서, 약 23.3% 내지 약 30% 백금, 약 11.7% 내지 약 15% 팔라듐, 및 약 55% 내지 약 65% 산화알루미늄이 사용된다. 예시적인 조성물은 약 26.7% 백금, 약 13.3% 팔라듐, 및 약 60% 산화알루미늄을 함유한다. 어떤 고체 또는 액체 재료는 신속히 기화되거나 또는 플라스마가 된다. 20,000 내지 30,000 켈빈 온도에 도달할 수 있는, 과열된 재료의 운동 에너지는 극히 모든 성분의 혼합을 통해 보장한다.
플라스마 스트림의 과열된 재료는 그 다음 US 2008/0277267에 개시된 난류 퀀칭 챔버로서 이러한 방법을 사용하여 신속히 퀀칭된다. 분당 2400 내지 2600 리터와 같은, 높은 흐름 속도의 아르곤 퀀칭 가스가 과열된 재료에 주입된다. 재료는 냉각관에서 더 냉각되고, 수집되고 분석되어 재료의 적당한 크기 범위를 보장한다.
상기 기술된 플라스마 제조 방법은 매우 균일한 복합체 나노-입자를 제조하는데, 여기서 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자에 결합된 촉매 나노-입자를 포함한다. 촉매 나노-입자는 중량에 의해 2:1 비의 Pt:Pd와 같은 백금족 금속 또는 금속들을 포함한다. 일부 구체예에서, 촉매 나노-입자는 대략 0.3 nm 내지 대략 10 nm, 바람직하게는 대략 1 nm 내지 대략 5 nm, 즉, 대략 3 nm +/- 2 nm의 평균 직경 또는 평균 결정립 크기를 가진다. 일부 구체예에서, 산화알루미늄과 같은 산화금속을 포함하는 지지체 나노-입자는 대략 20 nm 또는 그 미만, 또는 대략 15 nm 또는 그 미만, 또는 대략 10 nm 내지 대략 20 nm, 즉, 대략 15 nm +/- 5nm, 또는 대략 10 nm 내지 대략 15 nm, 즉, 대략 12.5 nm +/- 2.5nm의 평균 직경을 가진다. 일부 구체예에서, 산화알루미늄과 같은 산화금속을 포함하는 지지체 나노-입자는 대략 20 nm 또는 그 미만, 또는 대략 15 nm 또는 그 미만, 또는 대략 10 nm 내지 대략 20 nm, 즉, 대략 15 nm +/- 5nm, 또는 대략 10 nm 내지 대략 15 nm, 즉, 대략 12.5 nm +/- 2.5nm의 직경을 가진다.
환원 조건하에서, 예컨대 아르곤/수소 작업 가스를 사용함으로써 생성될 때, Pt/Pd-알루미나 복합체 나노입자는 US2011/0143915의 단락 0014-0022에 기술된 바와 같이, PGM 나노-입자가 결합된 지지체 나노-입자상에서 부분적으로 환원된 알루미나 표면을 가져온다. 부분적으로 환원된 알루미나 표면, 또는 Al2O(3-x)(여기서 x는 0보다 크지만 3 미만임)는 고온에서 알루미나 표면상에서 백금족 금속의 이동을 억제시킨다. 이것은 입자가 연장된 높은 온도에 노출될 때 차례로 백금족 금속의 응집을 제한한다. 이러한 응집은 많은 촉매 적용에 바람직하지 않은데, 이것이 반응에 이용가능한 PGM 촉매의 표면적을 감소시키기 때문이다.
2개의 나노-입자(촉매 또는 지지체)를 포함하는 복합체 나노-입자는 "나노-온-나노" 입자 또는 "NN" 입자로서 언급된다.
복합체 나노-입자를 지니는 마이크론-크기 담체 입자의 제조( " 나노-온-나노-온-마이크론 " 입자 또는 " NNm " 입자)
복합체 나노-입자(나노-온-나노 입자)는 마이크론-크기 담체 입자에 더 결합되어 복합체 마이크로/나노-입자를 제조할 수 있으며, "나노-온-나노-온-마이크론" 입자 또는 "NNm" 입자로서 언급된다. 담체 입자는 전형적으로 알루미나(Al2O3)와 같은 산화금속 입자이다. 마이크론-크기 입자는 약 1 마이크론 내지 약 100 마이크론의 평균 크기, 예컨대 약 1 마이크론 내지 약 10 마이크론, 약 3 마이크론 내지 약 7 마이크론, 또는 약 4 마이크론 내지 약 6 마이크론을 가질 수 있다.
일반적으로, 나노-온-나노-온-마이크론 입자는 복합체 나노-입자(나노-온-나노 입자)를 물에 현탁시키고, 현탁액의 pH를 약 2 내지 약 7, 약 3 내지 약 5, 또는 약 4로 조정하고, 계면활성제를 현탁액에 첨가하고(또는, 대안으로, 계면활성제를 물에 첨가한 후 복합체 나노-입자를 물에 현탁시키고), 복합체 나노-입자 현탁액을 초음파처리하고, 현탁액을 마이크론-크기 산화금속 입자에 초기 습식의 지점까지 적용하고, 이로써 마이크론-크기 입자를 복합체 나노-입자와 함께 함침시키고, 복합체 나노-입자와 함께 함침된 마이크론-크기 산화금속 입자를 건조시키고, 복합체 나노-입자와 함께 함침된 마이크론-크기 산화금속 입자를 하소시키는 공정에 의해 제조된다.
전형적으로, 복합체 나노-입자는 물에 현탁되고, 현탁액은 pH 약 2 내지 약 7, 바람직하게는 약 3 내지 약 5, 더 바람직하게는 pH 약 4로 조정된다(pH는 아세트산 또는 다른 유기산으로 조정됨). 분산제 및/또는 계면활성제는 복합체 나노-입자에 첨가된다. 사용하기에 적합한 계면활성제는 Huntsman으로부터의 Jeffsperse® X3202(Chemical Abstracts Registry No. 68123-18-2, 및 2-(클로로메틸)옥시란, 2-메틸옥시란, 및 옥시란을 갖는 4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스-페놀 중합체로서 기술됨), Jeffsperse® X3204, 및 Jeffsperse® X3503 계면활성제를 포함하는데(JEFFSPERSE는 분산제 및 안정제로서 사용하기 위한 화학물질에 대한 미국 텍사스 우드랜즈의 Huntsman Corporation의 등록 상표임), 이들은 비이온성 중합체 분산제이다. 다른 적합한 계면활성제는 Lubrizol로부터의 Solsperse® 24000 및 Solsperse® 46000을 포함한다(SOLSPERSE는 화학 분산제에 대한 영국 더비셔의 Lubrizol Corporation의 등록 상표임). Jeffsperse® X3202 계면활성제, Chemical Abstracts Registry No. 68123-18-2(2-(클로로메틸)옥시란, 2-메틸옥시란, 및 옥시란을 갖는 4,4'-(1-메틸에틸리덴)비스-페놀 중합체로서 기술됨)가 바람직하다. 계면활성제는 약 0.5% 내지 약 5%의 범위로, 약 2%가 전형적인 값으로 첨가된다.
수성 계면활성제 및 복합체 나노-입자의 혼합물은 초음파처리되어 복합체 나노-입자를 분산시킨다. 분산물 중의 복합체 나노-입자인 입자의 양은 통상적으로 약 2% 내지 약 15 %(질량에 의함)의 범위이다. 분산물은 그 다음 다공성 마이크론 크기 Al2O3에 적용되는데, 이것은 Rhodia 또는 Sasol과 같은 회사로부터 구입될 수 있다. 다공성 마이크론 크기 Al2O3 분말은 적은 백분율의 란탄(약 2% 내지 약 4% La)으로 안정화될 수 있다. 사용하기에 적합한 하나의 상용 알루미나 분말은 Grace Davison 또는 Rhodia로부터 구입된 MI-386이다. 0.28 ㎛보다 큰 기공 크기에 의해 한정된, 이 분말을 위한 사용가능 표면은 대략 2.8 ㎡/g이다. 사용된 복합체 나노-입자 대 사용된 마이크론-크기 담체 입자의 비는 (복합체 나노입자의 중량):(마이크론 담체 입자의 중량)에 관하여, 약 3:100 내지 약 10:100, 약 5:100 내지 약 8:100, 또는 약 6.5:100일 수 있다. 일부 구체예에서, 약 8 그램의 복합체 나노-입자는 약 122 그램의 담체 마이크로-입자와 함께 사용될 수 있다. 복합체 나노-입자의 수성 분산물은 초기 습식의 지점까지 마이크론-크기 분말에 (예컨대 드리핑 또는 다른 방법에 의해) 조금씩 적용되어, 습사(damp sand)와 유사한 재료를 생성한다.
복합체 나노-입자와 함께 함침된, 마이크론-크기 담체 입자는 그 다음 (예를 들어, 약 30℃ 내지 약 95℃, 바람직하게는 약 60℃ 내지 약 70℃에서, 대기압에서 또는 약 1 파스칼 내지 약 90,000 파스칼과 같은 감압에서) 건조될 수 있다. 건조 후, 입자는 그 다음 (높은 온도에서, 예컨대 400℃ 내지 약 700℃에서, 바람직하게는 약 500℃ 내지 약 600℃에서, 더 바람직하게는 약 540℃ 내지 약 560℃에서, 여전히 더 바람직하게는 약 550℃ 내지 약 560℃에서, 또는 약 550℃에서; 대기압에서 또는 감압에서, 예를 들어, 약 1 파스칼 내지 약 90,000 파스칼, 주위 분위기에서 혹은 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 분위기 하에서) 하소되어 복합체 마이크로/나노-입자를 산출할 수 있으며, 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 또는 NNm 입자로서 또한 언급된다. 건조 단계는 하소 단계 전에 수행되어 더 높은 하소 온도에서 가열하기 전에 물을 제거할 수 있고; 이것은 마이크론-크기 담체의 기공에 수용되는 함침된 나노-입자를 파열하는, 물의 비등을 피한다.
NNm 입자는 약 1 중량% 내지 약 6 중량% PGM, 또는 다른 구체예에서, 약 2 중량% 내지 3 중량%, 또는 다른 구체예에서, 약 2.5 중량%의 NNm 입자의 총 질량을 함유할 수 있다. NNm 입자는 그 다음 코팅 기판을 위한 조제물을 위해 사용될 수 있는데, 여기서 코팅 기판은 촉매 변환기에 사용될 수 있다.
NNm 재료의 제조 예는 하기 공동 소유의 특허 및 특허 출원에 기술된다: 미국 특허 공개 번호 2005/0233380, 미국 특허 공개 번호 2006/0096393, 미국 특허 출원 번호 12/151,810, 미국 특허 출원 번호 12/152,084, 미국 특허 출원 번호 12/151,809, 미국 특허 번호 7,905,942, 미국 특허 출원 번호 12/152,111, 미국 특허 공개 2008/0280756, 미국 특허 공개 2008/0277270, 미국 특허 출원 번호 12/001,643, 미국 특허 출원 번호 12/474,081, 미국 특허 출원 번호 12/001,602, 미국 특허 출원 번호 12/001,644, 미국 특허 출원 번호 12/962,518, 미국 특허 출원 번호 12/962,473, 미국 특허 출원 번호 12/962,490, 미국 특허 출원 번호 12/969,264, 미국 특허 출원 번호 12/962,508, 미국 특허 출원 번호 12/965,745, 미국 특허 출원 번호 12/969,503, 및 미국 특허 출원 번호 13/033,514, WO 2011/081834(PCT/US2010/59763) 및 US 2011/0143915(미국 특허 출원 번호 12/962,473).
백금족 금속의 억제된 이동을 갖는 NNm 입자
복합체 나노-입자가 환원 조건하에서 생성되고, 복합체 나노-입자를 지니는 산화알루미늄 마이크론-크기 담체 입자를 포함하는 NNm 입자는 특히 촉매 변환기 적용에 사용하기에 유리하다. 촉매 나노-입자의 백금족 금속은 마이크론-크기 담체 입자의 Al2O3 표면에 대해보다 지지체 나노-입자의 부분적으로 환원된 Al2O(3-x) 표면에 대해 더 높은 친화성을 가진다. 따라서, 높은 온도에서, 이웃의 Al2O(3-x) 지지체 나노-입자에 결합된 이웃의 PGM 나노입자는 Al2O3 마이크론-크기 담체 입자 표면상에서 이동하고 더 큰 촉매 덩어리로 응집할 가능성이 더 낮다. 촉매의 응집이 클수록 표면적이 더 작아지고, 촉매로서 덜 효과적이기 때문에, 이동 및 응집의 억제는 NNm 입자에 상당한 이점을 제공한다. 반면, 알루미나 지지체 상에 습식 화학 침전에 의해 부착된 백금 입자는 더 높은 이동성 및 이동을 나타내어, 시간이 지남에 따라 촉매의 응집을 형성하고 감소된 촉매 효능을 가져온다(즉, 촉매 노화).
나노-온-나노-온-마이크론 촉매 입자를 사용하는 워시코트 조성물 및 층: 기판에 적용
나노-온-나노-온-마이크론 입자(즉, 복합체 나노-입자를 지니는 마이크론-크기 담체 입자인, 복합체 마이크로/나노-입자)를 포함하는 워시코트 조제물은 촉매 변환기 기판과 같은, 촉매작용을 위해 사용된 기판상에 하나 또는 그 이상의 층을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 추가 워시코트는 개선된 성능을 위해 또한 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 워시코트 조제물은 촉매 변환기 기판상에서, 상기 기술된 NNm 입자와 같은, 백금족 금속 촉매를 함유하는 하나 또는 그 이상의 워시코트층으로부터 고농도의 제올라이트 입자를 함유하는 하나 또는 그 이상의 워시코트층의 분리를 허용하는 둘 또는 그 이상의 상이한 워시코트 조제물을 포함할 수 있다. 조제물은 이전의 워시코트층 및 조제물 및 촉매 변환기 기판과 비교할 때 감소된 양의 백금족 금속을 포함하고 및/또는 더 양호한 성능을 제공하는 워시코트층 및 촉매 변환기 기판을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
워시코트 조제물의 일부 구체예는 조제되어 하기 4개의 기본 워시코트층 구성 중 하나 또는 그 이상을 형성할 수 있다:
기판-코너 충전-촉매층-제올라이트층(S-F-C-Z)
기판-촉매층-제올라이트층(S-C-Z)
기판-코너 충전-제올라이트층-촉매층(S-F-Z-C)
기판-제올라이트층-촉매층(S-Z-C)
상기 구성에서: 1) 기판(S)은 촉매 변환기에서 사용하기에 적합한 어떤 기판일 수 있고, 2) 제올라이트층(Z)은 촉매층보다 높은 백분율의 제올라이트를 포함하는 워시코트층이고, 3) 촉매층(C)은 제올라이트층보다 높은 백분율의 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층이고, 4) 코너 충전(F)은 추가 층의 부착에 앞서 기판의 코너를 충전하기 위해 사용될 수 있는 충전제 층이다. 바람직한 구체예에서, 제올라이트층은 백금족 금속이 없거나(또는 대안의 구체예에서, 백금족 금속이 실질적으로 없음) 또는 촉매학적 활성 입자가 없는 것을 포함하고, 촉매층은 제올라이트가 없거나 또는 제올라이트가 실질적으로 없는 것을 함유한다.
일부 구체예에서, 추가 워시코트층은 이들 4개의 기본 구성에 표시된 워시코트층들 중 어떤 것 아래, 위에 또는 사이에 배치될 수 있고; 즉, 추가 층은 상기 구성에 열거된 것들에 더하여 촉매 변환기 기판상에 존재할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 다른 구체예에서, 추가 워시코트층은 적용되지 않고; 즉, 상기 구성에 열거된 워시코트는 단지 촉매 변환기 기판상에 존재하는 워시코트이다.
기판상에 배치된 워시코트층의 여러 가지 구성이 도 3, 6, 8, 및 9와 같은 도면에 묘사된다. 도 3, 6, 8, 및 9와 같은 도면에서 기판, 워시코트층, 및 다른 요소들의 상대 두께는 축척으로 표시되지 않는다.
기판
초기 기판은 바람직하게는 열 충격에 저항성을 포함하는 양호한 열 안정성을 나타내는 촉매 변환기 기판이고, 여기에 기술된 워시코트가 안정한 방법으로 붙여질 수 있다. 적합한 기판은 코디어라이트 또는 다른 세라믹 재료로부터 형성된 기판, 및 금속으로부터 형성된 기판을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 기판은 벌집모양 구조를 포함할 수 있는데, 이것은 많은 채널을 제공하고 높은 표면적을 가져온다. 촉매 변환기에서 적용된 워시코트를 갖는 코팅 기판의 높은 표면적은 촉매 변환기를 통한 배기가스 흐름의 효과적인 처리를 위해 제공한다.
일반적인 워시코트 제조 과정
워시코트는 지칭된 재료를 수용액에 현탁시키고, pH를 약 2 내지 약 7, 약 3 내지 약 5, 또는 내지 약 4로 조정하고, 필요하면, 셀룰로스, 옥수수녹말, 또는 다른 증점제를 사용하여, 점도를 약 300 cP 내지 약 1200 cP의 값으로 조정함으로써 제조된다.
워시코트는 기판을 수용액으로 코팅하고, 기판의 과량 워시코트를 취입하고(그리고 선택적으로 기판의 취입된 과량의 워시코트를 수집하고 재순환시키고), 기판을 건조시키고, 기판을 하소시킴으로써 기판(이것은 이미 이전에-적용된 워시코트들 중 하나 또는 그 이상을 갖고 있을 수 있음)에 제공된다.
코너-충전 워시코트 조성물 및 층
코너 충전 워시코트층(F)은 비교적 저렴한 층일 수 있는데, 이것은 기판에 적용되어 배기가스가 상당한 양으로 침투할 수 없는 기판의 "코너" 및 다른 영역을 충전시킨다. 바람직하게는, 이 층은 어떤 PGM 또는 제올라이트도 포함하지 않는다. 코너 충전층은 도 9에 개략적으로 도식화되는데, 이것은 S-F-C-Z 구성으로 코팅된 기판에서 단일 직사각형 채널(900)을 나타낸다. 기판 채널의 벽(910)은 코너-충전 워시코트층(920), 그 다음 촉매-함유 워시코트층(930), 그 다음 제올라이트 입자-함유 워시코트층(940)으로 코팅되었다. 코팅 기판이 촉매 변환기에서 작동하고 있을 때, 배기가스는 채널의 루멘(950)을 통과한다. 채널의 코너들(960)(이들 중 하나가 화살표에 의해 표시됨)은 비교적 두꺼운 코팅을 가지고, 배기가스는 그 영역을 접촉할 가능성이 더 적을 것이다. 예를 들어, S-C-Z 구성에서, 층들(920 및 930)은 단일 층, 촉매-함유 워시코트층이고, 상당한 양의 값비싼 백금족 금속은 촉매작용에 비교적 접근하기 어려운 코너(예컨대 960)에 위치된다. 따라서, S-C-Z 구성이 사용될 수 있는 한편, 이것은 비용-효과적이지 않을 수 있다. 코너 충전 워시코트층은 S-Z-C 구성에서 균등한 비용 절약을 제공하지 않을 수 있는데, 이는 제올라이트가 비교적 저렴하기 때문이다.
직사각형 형태는 예시를 위해 나타내는 한편, 균등한 분석이 다각형-형태 채널을 갖는 어떤 기판, 또는 본질적으로 원통형이지 않는 채널을 갖는 어떤 기판에 대해도 적용된다. 정의에 의해 코너를 갖지 않고, 본질적으로 원통형 채널을 갖는 기판을 위해, 코너-충전 워시코트는 경제적인 이유로 필요치 않을 수 있다(하지만 이것은 다른 이유로, 예컨대 채널의 직경을 조정하기 위해서 여전히 적용될 수 있음).
코너-충전 워시코트 조성물은 산화알루미늄 입자(즉, 알루미나)를 포함할 수 있다. 예를 들어, Grace Davison으로부터의 MI-386 재료, 등과 같은 산화 알루미늄 입자가 사용될 수 있다. 산화알루미늄 입자의 크기는 일반적으로 약 0.2 마이크론보다 위, 바람직하게는 약 1 마이크론보다 위이다. 코너-충전 워시코트의 고체 함량은 약 80 중량% 내지 약 98 중량%의 다공성 알루미나(MI-386 등) 및 약 20% 내지 약 2% 베마이트, 예컨대 약 90% 내지 97% 알루미나 및 약 10% 내지 3% 베마이트, 또는 약 95% 내지 97% 알루미나 및 약 5% 내지 약 3% 베마이트, 예컨대 약 97% 다공성 알루미나 및 약 3% 베마이트를 포함하는 코너-충전 워시코트를 포함한다.
일부 구체예에서, 각각의 산화알루미늄 입자들 또는 코너-충전 워시코트 조성물의 실질적으로 각각의 산화알루미늄 입자는 대략 0.2 마이크론 내지 대략 8 마이크론, 예컨대 약 4 마이크론 내지 약 6 마이크론의 직경을 가진다. 일부 구체예에서, 코너-충전 워시코트 조성물의 산화알루미늄 입자는 대략 0.2 마이크론 내지 대략 8 마이크론, 예컨대 약 4 마이크론 내지 약 6 마이크론의 평균 결정립 크기를 가진다. 일부 구체예에서, 코너-충전 워시코트 조성물의 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%의 산화알루미늄 입자는 대략 0.2 마이크론 내지 대략 8 마이크론 범위 내에, 예컨대 약 4 마이크론 내지 약 6 마이크론 범위 내에 떨어지는 입자 크기를 가진다. 워시코트층이 기판에 적용된 후, 이것은 기판상에서 건조된 다음, 하소될 수 있다. 코너-충전 워시코트는 약 30 g/l로부터 약 100 g/l 이하의 두께로 적용될 수 있고; 전형적인 값은 약 50 g/l일 수 있다.
제올라이트 워시코트 조성물 및 제올라이트층
제올라이트 입자는 내연기관의 냉시동 동안, 탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물과 같은 유해한 가스를 포집하기 위해 사용될 수 있다. 제올라이트층(Z)은 촉매층보다 높은 백분율의 제올라이트를 포함하는 워시코트 조성물을 사용하여 부착된 워시코트층이다. 일부 구체예에서, 제올라이트층 및 워시코트는 촉매학적 활성 입자가 없는 것을 포함한다.
일부 구체예에서, 제올라이트층 및 워시코트 조성물은 제올라이트 입자, 베마이트 입자, 및 산화금속 입자를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성된다. 산화금속 입자는 바람직하게는 다공성이다. 산화금속 입자는 산화 알루미늄 입자(예를 들어, Grace Davison으로부터의 MI-386 등)일 수 있다. 산화 알루미늄 입자는 다공성일 수 있다. 제올라이트 입자, 베마이트 입자, 및 산화금속 입자의 중량 농도들의 상이한 구성이 사용될 수 있다. 하기 설명에서, 워시코트 조성물의 성분들의 백분율은 워시코트 조성물에 존재하는 고체들의 양에 관하여 제공되는데, 이는 워시코트 조성물이 수성 현탁액에 제공되거나, 또는 일부 예에서, 건조한 분말로서 제공될 수 있기 때문이다. 제올라이트층은 제올라이트 워시코트 조성물이 기판에 적용되고, 건조되고, 하소된 후의 제올라이트 워시코트 조성물을 말한다.
일부 구체예에서, 제올라이트 입자는 제올라이트 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 제올라이트 입자, 베마이트 입자, 및 산화금속 입자의 조합물의 적어도 50 중량%를 포함하거나, 약 50 중량% 이상을 포함하거나, 또는 약 50 중량% 내지 약 100 중량%를 포함한다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자는 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 제올라이트 입자, 베마이트 입자, 및 산화금속 입자의 조합물의 대략 60 중량% 내지 대략 80 중량%, 예를 들어, 대략 65 중량% 내지 대략 70 중량% 또는 대략 70 중량% 내지 대략 80 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 제올라이트 입자 각각은 코팅에 앞서, 대략 0.2 마이크론 내지 대략 8 마이크론, 예컨대 약 4 마이크론 내지 약 6 마이크론의 직경을 가진다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%의 제올라이트 입자는 대략 0.2 마이크론 내지 대략 8 마이크론의 범위 내에, 예컨대 약 4 마이크론 내지 약 6 마이크론의 범위 내에 떨어지는 입자 크기를 가진다. 일부 구체예에서, 베마이트 입자는 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 제올라이트 입자, 베마이트 입자, 및 산화금속 입자의 혼합물의 대략 2 중량% 내지 대략 5 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 베마이트 입자는 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 제올라이트 입자, 베마이트 입자, 및 산화금속 입자의 조합물의 대략 3 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 산화금속 입자는 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 대략 15 중량% 내지 대략 38 중량%, 예를 들어, 대략 15 중량% 내지 대략 30 중량%, 대략 17 중량% 내지 대략 23 중량% 또는 대략 17 중량% 내지 대략 22 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 산화금속 입자는 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 대략 15 중량% 내지 대략 23 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 산화금속 입자는 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층에 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 대략 25 중량% 내지 대략 35 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 제올라이트-입자 함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 약 3% 베마이트 입자, 약 67% 제올라이트 입자, 및 약 30%의 다공성 산화 알루미늄 입자를 함유한다.
일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 백금족 금속도 포함하지 않는다. 상기 논의된 바와 같이, 6개의 백금족 금속은 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 및 백금이다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 백금족 금속의 실질적인 부재를 특징으로 한다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 백금족 금속이 100% 없다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 백금족 금속이 대략 100% 없다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 촉매 입자도 포함하지 않는다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 촉매 입자의 실질적인 부재를 특징으로 한다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 촉매 입자가 100% 없다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 촉매 입자가 대략 100% 없다.
일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 약 2 중량% 내지 약 5 중량% 베마이트 입자, 약 60 중량% 내지 약 80 중량% 제올라이트 입자, 및 나머지 다공성 산화 알루미늄 입자(즉, 약 15 중량% 내지 약 38 중량%)를 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 약 2 중량% 내지 약 5 중량% 베마이트 입자, 약 75 중량% 내지 약 80 중량% 제올라이트 입자, 및 나머지 다공성 산화 알루미늄 입자(즉, 약 15 중량% 내지 약 23 중량%)를 포함한다. 다른 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 약 2 중량% 내지 약 5 중량% 베마이트 입자, 약 65 중량% 내지 약 70 중량% 제올라이트 입자, 및 나머지 다공성 산화 알루미늄 입자(즉, 약 25 중량% 내지 약 33 중량%)를 포함한다. 일부 구체예에서, 제올라이트-입자 함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 약 3% 베마이트 입자, 약 67% 제올라이트 입자, 및 약 30% 다공성 산화 알루미늄 입자를 함유한다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 촉매 재료도 함유하지 않는다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물 또는 제올라이트층은 어떤 백금족 금속도 함유하지 않는다.
일부 구체예에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물은 기판을 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물로 코팅하기에 앞서, 물 및 산, 예컨대 아세트산과 혼합되고, 이로써 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물, 물, 및 산의 수성 혼합물을 형성한다. 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물, 물, 및 산의 이러한 수성 혼합물은 그 다음 기판(여기서 기판은 이미 그것에 적용된 다른 워시코트층을 갖거나 또는 갖지 않을 수 있음)에 적용될 수 있다. 일부 구체예에서, 이 수성 혼합물의 pH는 그것이 기판에 적용되기에 앞서 pH 약 2 내지 약 7의 수준으로 조정될 수 있다. 일부 구체예에서, 이 수성 혼합물의 pH는 그것이 기판에 적용되기에 앞서 pH 약 4의 수준으로 조정될 수 있다.
일부 구체예에서, 제올라이트층(즉, 기판에 적용되는 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물, 또는 제올라이트-입자 함유 워시코트층)은 대략 25 g/l 내지 대략 90 g/l(그램/리터), 대략 50 g/l 내지 대략 80 g/l, 또는 대략 70 내지 대략 90 g/l의 두께를 가진다. 일부 구체예에서, 제올라이트층은 대략 50 g/l, 60 g/l, 70 g/l, 80 g/l, 또는 90 g/l의 두께를 가진다. 일부 구체예에서, 제올라이트층은 대략 80 g/l의 두께를 가진다.
일부 구체예에서, 제올라이트층이 촉매-함유 층의 상부에 적용되는 경우(즉, 촉매-함유 층은 제올라이트층보다 기판에 더 가까움), 제올라이트층은 약 70 g/l 내지 약 90 g/l의 두께를 가진다.
일부 구체예에서, 제올라이트층이 촉매-함유 층의 하부에 적용되는 경우(즉, 제올라이트층은 촉매-함유 층보다 기판에 더 가까움), 제올라이트층은 약 50 g/l 내지 약 80 g/l의 두께를 가진다.
촉매 활성 입자-함유 워시코트 조성물 및 촉매학적 활성층
기판상의 촉매-함유 워시코트 조성물 및 촉매층은 촉매학적 활성 물질을 함유하고 여러 가지 방식으로 형성될 수 있다. 바람직한 촉매는 백금족 금속(PGM)이다. 백금족 금속은 금속 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴, 및 이리듐이다. 개별 금속은 촉매로서 사용될 수 있고, 금속들의 여러 가지 조합이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기술된 NNm 마이크론-크기 입자가 바람직하게 사용된다. 촉매학적 활성 입자는 복합체 나노-입자를 가질 수 있는데, 여기서 복합체 나노입자는 백금을 포함하는 촉매 나노-입자를 지니는 지지체 나노-입자들의 집단 및 팔라듐을 포함하는 촉매 나노-입자를 지니는 지지체 나노-입자들의 집단을 가진다. 복합체 입자를 지니는 마이크론-크기 지지체 입자는 촉매 나노-입자를 지니는 지지체 나노-입자를 포함할 수 있는데, 여기서 촉매 나노입자는 2:1 Pt/Pd 비(중량/중량)과 같은 백금/팔라듐 합금을 포함한다. 일부 구체예에서, 마이크론-크기 담체 입자는 다수의 복합체 나노-입자가 부착된 알루미나(산화알루미늄) 입자이고, 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함한다. 한 구체예에서, Grace Davison으로부터의 MI-386 알루미나 분말은 마이크론-크기 알루미나 입자로서 사용된다.
하기 설명에서, 워시코트 조성물의 성분들의 백분율은 워시코트 조성물에 존재하는 고체들의 양에 관하여 제공되는데, 이는 워시코트 조성물이 수성 현탁액에 또는, 일부 예에서는, 건조한 분말로서 제공될 수 있기 때문이다. 촉매층(또는 촉매-함유 층)은 촉매-함유 워시코트 조성물이 기판에 적용되고, 건조되고, 하소된 후의 촉매-함유 워시코트 조성물을 말한다.
이전에 기술된 제올라이트-입자 함유 워시코트 조성물 및 제올라이트-입자 함유 층은 촉매 입자 또는 백금족 금속이 바람직하게 없거나, 또는 대안의 구체예에서는, 실질적으로 없다. 촉매-함유 워시코트 조성물 및 층은 제올라이트가 없거나, 또는 실질적으로 없다는 것이 바람직하다. 그러나, 일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물 및 촉매층은 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층의 총 고체의 약 20% 이하, 약 10% 이하, 또는 약 5% 이하와 같은 양의 제올라이트를 함유할 수 있다.
일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물은 "스페이서" 또는 "충전제" 입자를 더 포함하는데, 여기서 스페이서 입자는 세라믹, 산화금속, 또는 금속 입자일 수 있다. 일부 구체예에서, 스페이서 입자는 실리카, 알루미나, 베마이트, 또는 제올라이트 입자, 또는 어떤 비의 베마이트 입자, 실리카 입자 및 제올라이트 입자와 같은 상기의 어떤 혼합물일 수 있다.
촉매-함유 워시코트 조성물 및 촉매층이 제올라이트가 실질적으로 없는 일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물은 실리카 입자, 베마이트 입자, 및 NNm 입자를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성된다. 일부 구체예에서, NNm 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 NNm 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 35 중량% 내지 대략 95 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, NNm 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 NNm 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 40 중량% 내지 대략 92 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, NNm 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 NNm 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 60 중량% 내지 대략 95 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, NNm 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 NNm 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 80 중량% 내지 대략 95 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, NNm 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 NNm 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 80 중량% 내지 대략 92 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, NNm 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 NNm 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 92 중량%로 구성된다.
일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물 및 촉매층에 백금족 금속의 백분율은 약 0.25% 내지 약 4%, 약 0.5% 내지 약 4%, 약 0.5% 내지 약 3%, 약 1% 내지 약 3%, 약 1% 내지 약 2%, 약 1% 내지 약 1.5%, 약 1.5% 내지 약 3%, 약 1.5% 내지 약 2.5%, 약 1.5% 내지 약 2%, 약 2% 내지 약 3%, 약 2.5% 내지 약 3%, 또는 약 2% 내지 약 2.5%의 범위이다. 일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물 및 촉매층에 백금족 금속의 백분율은 약 0.5%, 약 0.75%, 약 1%, 약 1.25%, 약 1.5%, 약 1.75%, 약 2%, 약 2.25%, 약 2.5%, 약 2.75%, 또는 약 3%이다. 일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물 및 촉매층에 백금족 금속의 백분율은 약 2.3%이다.
일부 구체예에서, 실리카 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 20 중량% 또는 그 미만으로 구성되고; 또는 실리카 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 10 중량% 또는 그 미만으로 구성되고; 추가 구체예에서, 실리카 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 5 중량% 또는 그 미만으로 구성된다. 여러 가지 구체예에서, 실리카 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 1 중량% 내지 대략 20 중량%, 대략 1 중량% 내지 대략 10 중량%, 대략 1 중량% 내지 대략 5 중량%, 약 20 중량%, 약 10 중량%, 약 5 중량%, 또는 약 1 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 베마이트 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 2 중량% 내지 대략 5 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 베마이트 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 대략 3 중량%로 구성된다.
일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층은 상기 논의된 산화금속 입자들과 같은 산화금속 입자(예를 들어, 다공성 산화금속, 산화 알루미늄, 다공성 산화 알루미늄, 등)를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 이들 산화금속 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 실리카 입자, 및 산화금속 입자의 조합물의 대략 65 중량% 이하, 대략 60 중량% 이하, 대략 55 중량% 이하, 또는 대략 54 중량% 이하, 예컨대 대략 2 중량% 내지 대략 54 중량%를 더 포함한다. 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자에 대한 상기 논의된 농도 범위는 그 재료들과 산화금속 입자의 조합에 적용될 수 있다는 것이 고려된다.
다른 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층은 제올라이트 입자, 베마이트 입자, 및 나노-온-나노-온-마이크론 입자를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성된다. 일부 구체예에서, 나노-온-나노-온-마이크론 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 35 중량% 내지 대략 95 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 나노-온-나노-온-마이크론 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 40 중량% 내지 대략 92 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 나노-온-나노-온-마이크론 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 60 중량% 내지 대략 95 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 나노-온-나노-온-마이크론 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 80 중량% 내지 대략 95 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 나노-온-나노-온-마이크론 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 80 중량% 내지 대략 92 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 나노-온-나노-온-마이크론 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 92 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 20 중량% 미만, 대략 10 중량% 미만, 또는 대략 5 중량% 미만으로 구성된다. 일부 구체예에서, 제올라이트 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 1 중량% 내지 대략 5 중량%, 예컨대 대략 5 중량%으로 구성된다. 일부 구체예에서, 베마이트 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 2 중량% 내지 대략 5 중량%로 구성된다. 일부 구체예에서, 베마이트 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자의 조합물의 대략 3 중량%로 구성된다.
일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층은 상기 논의된 산화금속 입자들과 같은 산화금속 입자를 더 포함한다(예를 들어, 다공성 산화금속, 산화 알루미늄, 다공성 산화 알루미늄, 등). 일부 구체예에서, 이들 산화금속 입자는 촉매-함유 워시코트 조성물 또는 촉매-함유 층에 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 제올라이트 입자, 및 산화금속 입자의 조합물의 대략 0 중량% 내지 대략 54 중량%, 예컨대 대략 2 중량% 내지 대략 54 중량%로 구성된다. 나노-온-나노-온-마이크론 입자, 베마이트 입자, 및 제올라이트 입자를 위해 상기 논의된 농도 범위는 그 재료들과 산화금속 입자의 조합에 적용될 수 있다는 것이 고려된다.
일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물은 기판을 촉매-함유 워시코트 조성물로 코팅하기에 앞서, 물 및 산, 예컨대 아세트산과 혼합되고, 이로써 촉매-함유 워시코트 조성물, 물, 및 산의 수성 혼합물을 형성한다. 촉매-함유 워시코트 조성물, 물, 및 산의 이러한 수성 혼합물은 그 다음 기판(여기서 기판은 이미 그것에 적용된 다른 워시코트층을 갖거나 또는 갖지 않을 수 있음)에 적용될 수 있다. 일부 구체예에서, 이 수성 혼합물의 pH는 그것이 기판에 적용되기에 앞서 pH 약 2 내지 약 7의 수준으로 조정된다. 일부 구체예에서, 이 수성 혼합물의 pH는 그것이 기판에 적용되기에 앞서 pH 약 4의 수준으로 조정된다. 일부 구체예에서, 수성 워시코트의 점도는 셀룰로스 용액과, 옥수수 녹말과, 또는 유사한 증점제와 혼합함으로써 조정된다. 일부 구체예에서, 점도는 약 300 cP 내지 약 1200 cP의 값으로 조정된다.
일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물은 대략 50 g/l 내지 대략 250 g/l, 예컨대 대략 50 g/l 내지 대략 140 g/l, 대략 70 g/l 내지 대략 140 g/l, 대략 90 g/l 내지 대략 140 g/l, 또는 대략 110 g/l 내지 대략 130 g/l의 두께를 포함한다. 일부 구체예에서, 촉매-함유 워시코트 조성물은 대략 50 g/l, 대략 60 g/l, 대략 70 g/l, 대략 80 g/l, 대략 90 g/l, 대략 100 g/l, 대략 110 g/l, 대략 120 g/l, 대략 130 g/l, 또는 대략 140 g/l의 두께를 포함한다. 바람직하게는, 촉매-함유 워시코트 조성물은 대략 120 g/l의 두께를 포함한다.
건조 및 하소 조건
각 워시코트가 기판(이것은 이미 이전의 기판들로 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있음)에 적용되면, 과량의 워시코트가 취입되고 잔류물은 수집되고 재순환된다. 워시코트는 그 다음 건조될 수 있다. 워시코트의 건조는 실온 또는 높은 온도(예를 들어, 약 30℃ 내지 약 95℃, 바람직하게는 약 60℃ 내지 약 70℃)에서, 대기압에서 또는 감압(예를 들어, 약 1 파스칼 내지 약 90,000 파스칼, 또는 약 7.5 mTorr 내지 약 675 Torr)에서, 주위 분위기에서 또는 비활성 분위기(예컨대 질소 또는 아르곤) 하에서, 그리고 기판 위에서 가스(예를 들어, 건조한 공기, 건조한 질소 가스 또는 건조한 아르곤 가스)의 스트림을 통과시키거나 통과시키지 않고 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, 건조 공정은 고온-건조 공정이다. 고온 건조 공정은 실온보다 높은 온도에서, 하지만 표준 하소 온도보다 낮은 온도에서 용매를 제거하는 어떤 방식을 포함한다. 일부 구체예에서, 건조 공정은 압력의 급감소를 통해 또는 가온 공기의 상승기류에 기판을 위치시킴으로써 기판으로부터 수분의 신속한 증발을 포함하는, 플래시 건조 공정일 수 있다. 다른 건조 공정이 또한 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
기판상에서 워시코트를 건조시킨 후, 워시코트는 그 다음 기판상에서 하소될 수 있다. 하소는 높은 온도에서, 예컨대 400℃ 내지 약 700℃, 바람직하게는 약 500℃ 내지 약 600℃, 더 바람직하게는 약 540℃ 내지 약 560℃에서 또는 약 550℃에서 일어난다. 하소는 대기압에서 또는 감압에서(예를 들어, 약 1 파스칼 내지 약 90,000 파스칼, 또는 약 7.5 mTorr 내지 약 675 Torr), 주위 분위기에서 또는 비활성 분위기(예컨대 질소 또는 아르곤) 하에서, 그리고 기판 위에서 가스(예를 들어, 건조한 공기, 건조한 질소 가스 또는 건조한 아르곤 가스)의 스트림을 통과시키거나 통과시키지 않고 일어날 수 있다.
촉매 변환기 및 촉매 변환기의 제조 방법
일부 구체예에서, 본 발명은 본원에 기술된 워시코트층 및 워시코트 구성 중 어떤 것을 포함할 수 있는 촉매 변환기를 위해 제공한다. 촉매 변환기는 여러 가지 적용에, 예컨대 디젤 차량에, 예컨대 경량 디젤 차량에 유용하다.
도 1은 일부 구체예에 따르는 촉매 변환기를 예시한다. 촉매학적 활성 물질은 워시코트 조성물에 포함되는데, 이것은 기판상에 코팅되어 코팅 기판을 형성한다. 코팅 기판(114)은 절연 재료(112) 내에 포함되는데, 이것은 차례로 (예를 들어, 스테인리스강의) 금속 용기(110) 내에 포함된다. 열 쉴드(108) 및 가스 센서(예를 들어, 산소 센서)(106)가 묘사된다. 촉매 변환기는 플랜지(104 및 118)를 통해 차량의 배기 시스템에 붙여질 수 있다. 탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물의 원료 배출을 포함하는, 배기가스는 102에서 촉매 변환기에 진입한다. 원료 배출이 촉매 변환기를 통과하기 때문에, 그것은 코팅 기판상에서 촉매학적 활성 물질과 반응하여, 120에서 배출되는 물, 이산화탄소, 및 질소의 테일파이프 배출을 가져온다. 도 1a는 코팅 기판(114)의 섹션의 확대도인데, 이것은 코팅 기판의 벌집모양 구조를 보여준다. 아래 추가로 상세히 논의되는, 코팅 기판은 차량 배출 제어 시스템에 사용하기 위한 촉매 변환기로 포함될 수 있다.
도 2-8은 촉매 변환기에서 사용하기 위한 코팅 기판을 형성하는 여러 가지 방법을 예시한다. 본원에 개시된 촉매-함유 워시코트 또는 제올라이트 입자-함유 워시코트 중 어떤 것은 이들 예시적인 방법에 사용될 수 있다. 본원에 개시된 코너-충전 워시코트 중 어떤 것은 코너-충전 워시코트가 사용되는 예시적인 방법들 중 어떤 것에 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 구체예에 따라서 코팅 기판의 형성 방법(200)을 예시한다. 방법은 기판을 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물로 코팅하는 단계, 여기서 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물은 제올라이트 입자를 고농도로 포함하고; 결과되는 코팅 기판을 촉매-함유 워시코트 조성물로 코팅하여 코팅 기판을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서 촉매-함유 워시코트 조성물은 촉매 분말을 포함한다. 바람직하게는, 건조 공정 및 하소 공정이 각 코팅 단계 사이에서 수행된다. 이 구성은 S-Z-C(기판-제올라이트층-촉매층)로 지칭된다.
단계 210에서, 제1 워시코트 조성물, 제올라이트 입자-함유 조성물은 기판을 제1 워시코트층으로 코팅하기 위해, 기판에 적용된다. 바람직하게는, 기판은 코디어라이트를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되고, 벌집모양 구조를 포함한다. 그러나, 기판은 본원에 논의된, 다른 재료로부터 그리고 다른 구성에서 또한 형성될 수 있다는 것이 고려된다.
단계 220에서, 제1 건조 공정이 기판상에서 수행된다. 이러한 건조 공정의 예는 고온-건조 공정, 또는 플래시 건조 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
단계 230에서, 제1 하소 공정이 기판상에서 수행된다. 하소 공정의 길이 및 온도는 특정 구체예에서 성분들의 특성에 따라 다양할 수 있다는 것이 고려된다.
단계 240에서, 제2 워시코트 조성물, 촉매-함유 워시코트 조성물은 제1 워시코트층을 제2 워시코트층으로 코팅하기 위해, 기판에 적용된다.
단계 250에서, 제2 건조 공정이 기판상에서 수행된다. 이러한 건조 공정의 예는 고온-건조 공정, 또는 플래시 건조 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
단계 260에서, 제2 하소 공정이 기판상에서 수행된다. 하소 공정의 길이 및 온도는 특정 구체예에서 성분들의 특성에 따라 다양할 수 있다는 것이 고려된다.
제2 하소 공정 후, 코팅 기판은 그것의 표면상에 제1 층 및 제2 층을 포함한다. 제1 층은 고농도의 제올라이트를 포함한다. 제1 층 위에 배치된, 제2 층은 촉매 재료를 포함한다. 이 방법은 추가 워시코트층이 없이 기판-제올라이트 입자-촉매 분말 구성(S-Z-C)의 제조를 예시하고; 방법은 예시된 어떤 단계 전에 또는 후에, 추가 워시코트층을 원하는 대로 적용하도록 쉽게 변형될 수 있다. 바람직하게는, 건조 공정 및 하소 공정이 각 코팅 단계 사이에서 수행된다.
도 3a-c는 본 발명의 일부 구체예에 따라서 워시코트 코팅 방법의 상이한 단계로 코팅 기판의 제조를 예시한다.
도 3a는 제1 워시코트 조성물로 코팅되기 전의 기판(310)을 예시한다. 바람직하게는, 기판(310)은 코디어라이트를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되고, 벌집모양 구조를 포함한다. 그러나, 기판(310)의 다른 구성도 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 고려된다. 도 3a-c에서 기판(310)의 묘사는 단지 코팅되는 표면의 일부를 예시하고, 따라서 기판의 이러한 일부가 코팅되는 것으로서 예시된 후속 워시코트층은 단지 기판의 일부의 상부 표면을 코팅하는 것으로서 나타낸다는 것이 주목되어야 한다. 도 3a-c에서 기판(310)의 묘사가 전체 기판을 예시하는 것을 의미한다면, 워시코트층은 상부 표면만이 아닌 기판의 전체 표면을 코팅하는 것으로서 나타날 것이며, 나타낸 기판의 일부에 대해 도 3a-c에 묘사된 바와 같다.
도 3b는 도 2에 묘사된 공정에서 논의된 바와 같이, 표면이 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물로 코팅된 후의 기판(310)을 예시한다. 제올라이트 입자를 포함하는 제1 워시코트 조성물이 적용되고, 건조되고, 하소될 수 있다. 결과되는 제1 워시코트층(320)이 기판(310)의 표면상에 형성된다. 이러한 제1 워시코트층(320)은 고농도의 제올라이트 입자를 포함한다.
도 3c는 도 2에 묘사된 공정에서 논의된 바와 같이, 제1 워시코트층(320)이 제2 워시코트 조성물로 코팅된 후의 기판(310)을 예시한다. 촉매 분말을 함유하는 제2 워시코트 조성물이 적용되고, 건조되고, 하소될 수 있다. 그 결과, 제2 워시코트층(330)은 제1 워시코트층(320) 위에 형성된다. 이러한 제2 워시코트층(330)은 촉매학적 활성 분말을 포함한다. 이 코팅 기판은 추가 워시코트층이 없이 기판-제올라이트 입자-촉매 분말 구성(S-Z-C)이고; 추가 워시코트층은 예시된 어떤 층들 아래에, 위에 또는 사이에, 원하는 대로 포함될 수 있다.
도 5는 일부 구체예에 따라서 코팅 기판의 형성 방법(500)을 예시한다. 방법은: 촉매 입자를 포함하는 조성물을 포함하는 워시코트 조성물(촉매-함유 워시코트 조성물, 촉매학적 활성 분말-함유 워시코트 조성물, 또는 촉매 분말-함유 워시코트 조성물로서 언급됨)로 기판을 코팅하여 촉매 입자-코팅 기판을 형성하는 단계; 및 제올라이트 입자를 고농도로 포함하는 아직 다른 후속 워시코트 조성물(제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물로서 언급됨)로 결과되는 촉매 입자-코팅 기판을 코팅하여, 촉매 입자-코팅/제올라이트 입자-코팅 기판인, 완전 코팅 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 건조 공정 및 하소 공정이 각 코팅 단계 사이에서 수행된다. 이 구성은 S-C-Z(기판-촉매층-제올라이트층)로 지칭된다.
단계 510에서, 제1 워시코트 조성물, 촉매 분말-함유 조성물은 기판을 제1 워시코트층으로 코팅하기 위해 기판에 적용된다. 바람직하게는, 기판은 코디어라이트를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되고, 벌집모양 구조를 포함한다. 그러나, 기판은 본원에 논의된, 다른 재료로부터 그리고 다른 구성에서 또한 형성될 수 있다는 것이 고려된다.
단계 520에서, 제1 건조 공정이 기판상에서 수행된다. 이러한 건조 공정의 예는 고온-건조 공정, 또는 플래시 건조 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
단계 530에서, 제1 하소 공정이 기판상에서 수행된다. 하소 공정의 길이 및 온도는 특정 구체예에서 성분들의 특성에 따라 다양할 수 있다는 것이 고려된다.
단계 540에서, 제2 워시코트 조성물, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물은 제1 워시코트층을 제2 워시코트층으로 코팅하기 위해 기판에 적용된다.
단계 550에서, 제2 건조 공정이 기판상에서 수행된다. 이러한 건조 공정의 예는 고온-건조 공정, 또는 플래시 건조 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
단계 560에서, 제2 하소 공정이 기판상에서 수행된다. 하소 공정의 길이 및 온도는 특정 구체예에서 성분들의 특성에 따라 다양할 수 있다는 것이 고려된다.
제2 하소 공정 후, 코팅 기판은 그것의 표면상에 제1 층 및 제2 층을 포함한다. 제1 층은 촉매 재료를 포함한다. 제1 층 위에 배치된, 제2 층은 고농도의 제올라이트를 포함한다. 이 방법은 추가 워시코트층이 없이 기판-촉매 분말-제올라이트 입자 구성(S-C-Z)의 제조를 예시하고; 방법은 예시된 어떤 단계 전에 또는 후에, 추가 워시코트층을 원하는 대로 적용하도록 쉽게 변형될 수 있다.
도 6a-c는 일부 구체예에 따라서 워시코트 코팅 방법의 상이한 단계로 코팅 기판의 제조를 예시한다.
도 6a는 제1 워시코트 조성물로 코팅되기 전의 기판(610)을 예시한다. 바람직하게는, 기판(610)은 코디어라이트를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되고, 벌집모양 구조를 포함한다. 그러나, 기판(610)의 다른 구성도 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 고려된다. 도 6a-c에서 기판(610)의 묘사는 단지 코팅되는 표면의 일부를 예시하고, 따라서 기판의 이러한 일부가 코팅되는 것으로서 예시된 후속 워시코트층은 단지 기판의 일부의 상부 표면을 코팅하는 것으로서 나타낸다는 것이 주목되어야 한다. 도 6a-c에서 기판(610)의 묘사가 전체 기판을 예시하는 것을 의미한다면, 워시코트층은 상부 표면만이 아닌 기판의 전체 표면을 코팅하는 것으로서 나타날 것이며, 나타낸 기판의 일부에 대해 도 6a-c에 묘사된 바와 같다.
도 6b는 도 5에 묘사된 공정에서 논의된 바와 같이, 표면이 촉매-함유 워시코트 조성물로 코팅된 후의 기판(610)을 예시한다. 촉매 분말을 함유하는 제1 워시코트 조성물이 적용되고, 건조되고, 하소될 수 있다. 결과되는 제1 워시코트층(620)이 기판(610)의 표면상에 형성된다. 이러한 제1 워시코트층(620)은 촉매 분말을 포함한다.
도 6c는 도 5에 묘사된 공정에서 논의된 바와 같이, 제1 워시코트층(620)이 제2 워시코트 조성물로 코팅된 후의 기판(610)을 예시한다. 제올라이트 입자를 함유하는 제2 워시코트 조성물이 적용되고, 건조되고, 하소될 수 있다. 그 결과, 제2 워시코트층(630)은 제1 워시코트층(620) 위에 형성된다. 이러한 제2 워시코트층(630)은 제올라이트 입자를, 바람직하게는 고농도로 포함한다. 이 코팅 기판은 추가 워시코트층이 없이 기판-촉매 분말-제올라이트 입자 구성(S-C-Z)이고; 추가 워시코트층은 예시된 어떤 층들 아래에, 위에 또는 사이에, 원하는 대로 포함될 수 있다.
도 7은 일부 구체예에 따라서 코팅 기판의 형성 방법(700)을 예시한다. 방법은: 알루미나를 포함하는 코너-충전 워시코트 조성물을 포함하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계; 촉매 입자를 포함하는 조성물을 포함하는 후속 워시코트 조성물(촉매-함유 워시코트 조성물, 촉매학적 활성 분말-함유 워시코트 조성물, 또는 촉매 분말-함유 워시코트 조성물로서 언급됨)로 결과되는 코너-충전-코팅 기판을 코팅하여 코너-충전-코팅/촉매 입자-코팅 기판을 형성하는 단계; 및 제올라이트 입자를 고농도로 포함하는 아직 다른 후속 워시코트 조성물(제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물로서 언급됨)로 결과되는 코너-충전-코팅/촉매층-코팅 기판을 코팅하여, 코너-충전-코팅/촉매 입자-코팅/제올라이트 입자-코팅 기판인, 완전-코팅 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 건조 공정 및 하소 공정이 각 코팅 단계 사이에서 수행된다. 이 구성은 S-F-C-Z(기판-코너 충전층-촉매층-제올라이트층)로 지칭된다.
단계 710에서, 제1 워시코트 조성물, 코너-충전 워시코트 조성물은 기판을 제1 워시코트층으로 코팅하기 위해 기판에 적용된다. 바람직하게는, 기판은 코디어라이트를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되고, 벌집모양 구조를 포함한다. 그러나, 기판은 본원에 논의된, 다른 재료로부터 그리고 다른 구성에서 또한 형성될 수 있다는 것이 고려된다.
단계 720에서, 제1 건조 공정이 기판상에서 수행된다. 이러한 건조 공정의 예는 고온-건조 공정, 또는 플래시 건조 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
단계 730에서, 제1 하소 공정이 기판상에서 수행된다. 하소 공정의 길이 및 온도는 특정 구체예에서 성분들의 특성에 따라 다양할 수 있다는 것이 고려된다.
단계 740에서, 제2 워시코트 조성물, 촉매-함유 워시코트 조성물은 제1 워시코트층을 제2 워시코트층으로 코팅하기 위해 기판에 적용된다.
단계 750에서, 제2 건조 공정이 기판상에서 수행된다. 이러한 건조 공정의 예는 고온-건조 공정, 또는 플래시 건조 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
단계 760에서, 제2 하소 공정이 기판상에서 수행된다. 하소 공정의 길이 및 온도는 특정 구체예에서 성분들의 특성에 따라 다양할 수 있다는 것이 고려된다.
단계 770에서, 제3 워시코트 조성물, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물은 제2 워시코트층을 제3 워시코트층으로 코팅하기 위해 기판에 적용된다.
단계 780에서, 제3 건조 공정이 기판상에서 수행된다. 이러한 건조 공정의 예는 고온-건조 공정, 또는 플래시 건조 공정을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
단계 790에서, 제3 하소 공정이 기판상에서 수행된다. 하소 공정의 길이 및 온도는 특정 구체예에서 성분들의 특성에 따라 다양할 수 있다는 것이 고려된다.
제3 하소 공정 후, 코팅 기판은 그것의 표면상에 제1 층, 제2 층, 및 제3 층을 포함한다. 기판 위에 배치된, 제1 층은 산화알루미늄과 같은 코너-충전 재료를 함유한다. 제1 층 위에 배치된, 제2 층은 촉매 재료를 포함한다. 제2 층 위에 배치된, 제3 층은 고농도의 제올라이트를 포함한다. 이 방법은 추가 워시코트층이 없이 기판-코너 충전-촉매 분말-제올라이트 입자 구성(S-F-C-Z)의 제조를 예시하고; 방법은 예시된 어떤 단계 전에 또는 후에, 원하는 대로 추가 워시코트층에 적용시키도록 쉽게 변형될 수 있다.
도 8a-d는 일부 구체예에 따라서 워시코트 코팅 방법의 상이한 단계로 코팅 기판의 제조를 예시한다.
도 8a는 제1 워시코트 조성물로 코팅되기 전의 기판(810)을 예시한다. 바람직하게는, 기판(810)은 코디어라이트를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 또는 구성되고, 벌집모양 구조를 포함한다. 그러나, 기판(810)의 다른 구성도 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 도 8a-d에서 기판(810)의 묘사는 단지 코팅되는 표면의 일부를 예시하고, 따라서 기판의 이러한 일부가 코팅되는 것으로서 예시된 후속 워시코트층은 단지 기판의 일부의 상부 표면을 코팅하는 것으로서 나타낸다는 것이 주목되어야 한다. 도 8a-d에서 기판(810)의 묘사가 전체 기판을 예시하는 것을 의미한다면, 워시코트층은 상부 표면만이 아닌 기판의 전체 표면을 코팅하는 것으로서 나타날 것이며, 나타낸 기판의 일부에 대해 도 8a-d에 묘사된 바와 같다.
도 8b는 도 7에 묘사된 공정에서 논의된 바와 같이, 표면이 코너-충전 워시코트 조성물로 코팅된 후의 기판(810)을 예시한다. 코너 충전 재료를 함유하는 제1 워시코트 조성물이 적용되고, 건조되고, 하소될 수 있다. 결과되는 제1 워시코트층(820)이 기판(810)의 표면상에 형성된다. 이러한 제1 워시코트층(820)은 산화알루미늄과 같은 코너 충전 재료를 포함한다.
도 8c는 도 7에 묘사된 공정에서 논의된 바와 같이, 제1 워시코트층(820)이 제2 워시코트 조성물로 코팅된 후의 기판(810)을 예시한다. 촉매 분말을 함유하는 제2 워시코트 조성물이 적용되고, 건조되고, 하소될 수 있다. 그 결과, 제2 워시코트층(830)은 제1 워시코트층(820) 위에 형성된다. 이러한 제2 워시코트층(830)은 촉매 분말을 포함한다.
도 8d는 도 7에 묘사된 공정에서 논의된 바와 같이, 제2 워시코트층(830)이 제3 워시코트 조성물로 코팅된 후의 기판(810)을 예시한다. 제올라이트 입자를 함유하는 제3 조성물이 적용되고, 건조되고, 하소될 수 있다. 그 결과, 제3 워시코트층(840)은 제2 워시코트층(830) 위에 형성된다. 이러한 제3 워시코트층(840)은 제올라이트 입자를 바람직하게는 고농도로 포함한다. 이 코팅 기판은 추가 워시코트층이 없이 기판-코너 충전-촉매 분말-제올라이트 입자 구성(S-F-C-Z)이고; 추가 워시코트층은 예시된 어떤 층들 아래에, 위에 또는 사이에, 원하는 대로 포함될 수 있다.
예시되지 않으면서, 본 발명은 S-F-Z-C(기판-코너 충전층-제올라이트층-촉매층) 구체예에 따라서 코팅 기판의 형성 방법을 또한 포함한다. 방법은 알루미나를 포함하는 코너-충전 워시코트 조성물을 포함하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계; 제올라이트 입자를 포함하는 조성물을 포함하는 후속 워시코트 조성물(제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물로서 언급됨)로 결과되는 코너-충전-코팅 기판을 코팅하여 코너-충전-코팅/제올라이트 입자-코팅 기판을 형성하는 단계; 및 촉매 입자를 포함하는 아직 다른 후속 워시코트 조성물(촉매-함유 워시코트 조성물, 촉매학적 활성 분말-함유 워시코트 조성물, 또는 촉매 분말-함유 워시코트 조성물로서 언급됨)로 결과되는 코너-충전-코팅/제올라이트층-코팅 기판을 코팅하여, 코너-충전-코팅/제올라이트 입자-코팅/촉매 입자-코팅 기판인 완전-코팅 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 건조 공정 및 하소 공정이 각 코팅 단계 사이에서 수행된다. 이 구성은 S-F-Z-C(기판-코너 충전층-제올라이트층-촉매층)로 지칭된다.
도 9는 추가 워시코트층이 없이, S-F-C-Z 구성으로 코팅된 코팅 기판의 단일 직사각형 채널(900)을 나타낸다. 기판 채널의 벽(910)은 코너-충전 워시코트층(920), 그 다음 촉매-함유 워시코트층(930), 그 다음 제올라이트 입자-함유 워시코트층(940)으로 코팅되었다. 배기가스는 코팅 기판이 배출 제어 시스템의 부품으로서 촉매 변환기에 사용될 때 채널의 루멘(950)을 통과한다.
배기 시스템, 차량, 및 배출 성능
본 발명의 일부 구체예에서, 본원에 개시된 코팅 기판은 내연기관으로부터 배기가스를 받도록 구성된 위치에서, 예컨대 내연기관의 배기 시스템에서의 촉매 변환기 내에 수용된다. 촉매 변환기는 경량 디젤 엔진과 같은 디젤 엔진으로부터의 배기로 사용될 수 있다. 촉매 변환기는 경량 디젤 엔진과 같은 디젤 엔진을 함유하는 차량에 설치될 수 있다.
코팅 기판은 도 1에 나타낸 것과 같은 하우징에 위치되는데, 이것은 차례로 내연기관의 배기 시스템(또한 배기 처리 시스템으로서 언급됨)에 위치될 수 있다. 내연기관은 경량 디젤 차량의 엔진과 같은, 경량 디젤 엔진과 같은, 디젤 엔진일 수 있다. 내연기관의 배기 시스템은 엔진으로부터 전형적으로 배기 다기관으로 배기가스를 받고, 배기가스를 배기 처리 시스템으로 전달한다. 촉매 변환기는 배기 시스템의 부분을 형성하고 종종 디젤 산화 촉매(DOC)로서 언급된다. 배기 시스템은 디젤 미립자 필터(DPF) 및/또는 선택적인 촉매 환원 장치(SCR 장치) 및/또는 희박 NOx 트랩(LNT)을 또한 포함할 수 있고; 배기가스를 엔진으로부터 받는 순서에서, 전형적인 배열은 DOC-DPF 및 DOC-DPF-SCR이다. 배기 시스템은 산소 센서, HEGO(가열된 배기가스 산소) 센서, UEGO(보편적인 배기가스 산소) 센서, 다른 가스를 위한 센서, 및 온도 센서와 같은 다른 부품을 또한 포함할 수 있다. 배기 시스템은 환경으로 방출된 배출을 관리하기 위해, 배기 처리 시스템에 도달하는 배기가스의 성분을 최적화하기 위해 차량의 여러 가지 파라미터(연료 흐름 속도, 연료/공기 비, 연료 주입, 엔진 타이밍, 밸브 타이밍, 등)를 조정할 수 있는, 엔진 제어 장치(ECU), 마이크로프로세서, 또는 엔진 관리 컴퓨터와 같은 제어기를 또한 포함할 수 있다.
경량 디젤 엔진과 같은, 디젤 엔진으로부터의 배기가스와 같은, 배기가스를 "처리하는 것"은 환경으로 방출하기에 앞서 배기 시스템(배기 처리 시스템)을 통해 배기가스를 진행시키는 것을 말한다. 상기 주목된 바와 같이, 전형적으로 엔진으로부터의 배기가스는 환경으로 방출하기에 앞서, 디젤 산화 촉매 및 디젤 미립자 필터를 포함하는 배기 시스템을 통해, 또는 디젤 산화 촉매, 디젤 미립자 필터, 및 선택적인 촉매 환원 장치(SCR)를 포함하는 배기 시스템을 통해 흐를 것이다.
미국 환경보호국(United States Environmental Protection Agency)은 디젤 버스 이외의 디젤-구동 모터 차량으로서 "경량 디젤 차량"("LDDV")을 정의하는데, 이것은 8,500 파운드 또는 그 미만의 총 차량 중량 등급을 갖고 주로 사람 또는 물건을 수송하기 위해 설계된다. 유럽에서, "경량 디젤 엔진"은 3.5 미터 단위계 톤 또는 그 미만(7,716 파운드 또는 그 미만)의 차량에 사용된 엔진으로 고려되었다(유럽 지시 1992/21 EC 및 1995/48 EC 참조). 본 발명의 일부 구체예에서, 경량 디젤 차량은 약 8,500 파운드 또는 그 미만, 또는 약 7,700 파운드 또는 그 미만의 무게의 디젤 차량이고, 경량 디젤 엔진은 경량 디젤 차량에 사용되는 엔진이다.
촉매 변환기에 사용될 때, 본원에 개시된 코팅 기판은 다른 촉매 변환기에 대해 상당한 개선을 제공할 수 있다. 코팅 기판의 제올라이트는 배기가스를 위한 중간 저장 장치로서 작용하는 한편 배기가스는 여전히 냉하다. 바람직하지 않은 가스(탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물 또는 NOx를 포함하나 이에 제한되지 않음)는 냉시동 단계 동안 제올라이트에 흡착하는 한편, 촉매는 아직 활성이 아니며, 가스를 효과적으로 분해하기에 충분한 온도(즉, 라이트-오프 온도)에 촉매가 도달한 후에 방출된다.
일부 구체예에서, 본원에 개시된 코팅 기판을 사용하는 촉매 변환기 및 배기 처리 시스템은 3400 mg/마일 또는 그 미만의 CO 배출 및 400 mg/마일 또는 그 미만의 NOx 배출; 3400 mg/마일 또는 그 미만의 CO 배출 및 200 mg/마일 또는 그 미만의 NOx 배출; 또는 1700 mg/마일 또는 그 미만의 CO 배출 및 200 mg/마일 또는 그 미만의 NOx 배출의 배출을 나타낸다. 촉매 변환기 기판으로서 사용된, 개시된 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 배출 시스템에 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다.
유럽의 배출 제한은 URL europa.eu/legislation_summaries/environment/air_pollution/l28186_en.htm에 요약된다. 2009년 9월 시행된, Euro 5 배출 표준은 500 mg/km의 CO 배출, 180 mg/km의 NOx 배출, 및 230 mg/km의 HC(탄화수소) + NOx 배출의 제한을 명시한다. 2014년 9월 시행 예정인, Euro 6 배출 표준은 500 mg/km의 CO 배출, 80 mg/km의 NOx 배출, 및 170 mg/km의 HC(탄화수소) + NOx 배출의 제한을 명시한다. 개시된 촉매 변환기 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 배출 시스템에 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다.
일부 구체예에서, 5.0 g/l 또는 그 미만의 PGM으로 로딩된, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어지고 같거나 유사한 PGM 로딩을 갖는 촉매 변환기보다 적어도 5℃ 낮은 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타낸다. 일부 구체예에서, 5.0 g/l 또는 그 미만의 PGM으로 로딩된, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어지고 같거나 유사한 PGM 로딩을 갖는 촉매 변환기보다 적어도 10℃ 낮은 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타낸다. 일부 구체예에서, 4.0 g/l 또는 그 미만의 PGM으로 로딩된, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어지고 같거나 유사한 PGM 로딩을 갖는 촉매 변환기보다 적어도 5℃ 낮은 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기의 일산화탄소 라이트-오프 온도의 +/- 3℃ 내의 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타내는 한편, 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기보다 30% 미만의 촉매를 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 이러한 성능을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기의 일산화탄소 라이트-오프 온도의 +/- 2℃ 내의 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타내는 한편, 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기보다 30% 미만의 촉매를 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 이러한 성능을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기의 일산화탄소 라이트-오프 온도의 +/- 4℃ 내의 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타내는 한편, 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기보다 40% 미만의 촉매를 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 이러한 성능을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기의 일산화탄소 라이트-오프 온도의 +/- 2℃ 내의 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타내는 한편, 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기보다 40% 미만의 촉매를 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 이러한 성능을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기의 일산화탄소 라이트-오프 온도의 +/- 5℃ 내의 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타내는 한편, 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기보다 50% 미만의 촉매를 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 이러한 성능을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기의 일산화탄소 라이트-오프 온도의 +/- 2℃ 내의 일산화탄소 라이트-오프 온도를 나타내는 한편, 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기보다 50% 미만의 촉매를 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 이러한 성능을 보여준다.
일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 미국 EPA 배출 요건을 준수하는 한편, 같은 표준을 준수하는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 배출 요건은 중간 수명 요건 또는 전체 수명 요건일 수 있다. 요건은 TLEV 요건, LEV 요건, 또는 ULEV 요건일 수 있다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 EPA TLEV/LEV 중간 수명 요건을 준수한다. 일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 EPA TLEV/LEV 전체 수명 요건을 준수한다. 일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 EPA ULEV 중간 수명 요건을 준수한다. 일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 EPA ULEV 전체 수명 요건을 준수한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 EPA TLEV/LEV 중간 수명 요건을 준수하는 한편, 표준을 준수하는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 EPA TLEV/LEV 전체 수명 요건을 준수하는 한편, 표준을 준수하는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 EPA ULEV 중간 수명 요건을 준수하는 한편, 표준을 준수하는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 EPA ULEV 전체 수명 요건을 준수하는 한편, 표준을 준수하는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 Euro 5 요건을 준수한다. 일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 Euro 6 요건을 준수한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 Euro 5 요건을 준수하는 한편, Euro 5 요건을 준수하는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 Euro 6 요건을 준수하는 한편, Euro 6 요건을 준수하는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 4200 mg/마일 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 3400 mg/마일 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 2100 mg/마일 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타낸다. 다른 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 1700 mg/마일 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 500 mg/km 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 375 mg/km 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 250 mg/km 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 180 mg/km 또는 그 미만의 NOx 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 80 mg/km 또는 그 미만의 NOx 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 40 mg/km 또는 그 미만의 NOx 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 230 mg/km 또는 그 미만의 NOx 더하기 HC 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 170 mg/km 또는 그 미만의 NOx 더하기 HC 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 85 mg/km 또는 그 미만의 NOx 더하기 HC 배출을 나타낸다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 500 mg/km 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 375 mg/km 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 250 mg/km 또는 그 미만의 일산화탄소 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 180 mg/km 또는 그 미만의 NOx 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 80 mg/km 또는 그 미만의 NOx 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 40 mg/km 또는 그 미만의 NOx 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 230 mg/km 또는 그 미만의 NOx 더하기 HC 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 170 mg/km 또는 그 미만의 NOx 더하기 HC 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어지고 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 디젤 차량에 사용된 촉매 변환기는 85 mg/km 또는 그 미만의 NOx 더하기 HC 배출을 나타내는 한편, 같은 또는 유사한 배출을 나타내는 습식 화학 방법으로 만들어진 촉매 변환기와 비교해, 적어도 약 30% 미만, 약 30% 미만 이하, 적어도 약 40% 미만, 약 40% 미만 이하, 적어도 약 50% 미만, 또는 약 50% 미만 이하의 백금족 금속 또는 백금족 금속 로딩을 사용한다. 일부 구체예에서, 코팅 기판은 이들 표준을 충족시키거나 또는 초과하기 위해 구성 DOC-DPF 또는 DOC-DPF-SCR에서 촉매 변환기(디젤 산화 촉매)에 사용된다. 일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기는 (본 발명의 코팅 기판으로 만들어진 촉매 변환기 및 비교되는 촉매 변환기 둘 다에 대해) 약 50,000 km, 약 50,000 마일, 약 75,000 km, 약 75,000 마일, 약 100,000 km, 약 100,000 마일, 약 125,000 km, 약 125,000 마일, 약 150,000 km, 또는 약 150,000 마일의 작동 후 상기 성능 표준들 중 어떤 것을 보여준다.
일부 구체예에서, 상기-기술된 비교를 위해, 본 발명의 기판으로 만들어진 촉매 변환기를 위한 백금족 금속의 절약(감소)을, 1) 개시된 적용을 위한(예를 들어, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 차량에 사용하기 위한), 습식 화학을 사용하여 만들어진 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기, 또는 2) 표시된 성능 표준을 달성하기 위해 최소량의 백금족 금속을 사용하는, 습식 화학으로 만들어진 촉매 변환기 중 한가지와 비교한다.
일부 구체예에서, 상기-기술된 비교를 위해, 본 발명에 따르는 코팅 기판, 및 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기에 사용되는 촉매 또는 습식 화학 방법을 사용하여 제조되는 촉매는 둘 다 시험에 앞서 (같은 양으로) 노화된다. 일부 구체예에서, 본 발명에 따르는 코팅 기판, 및 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기에 사용되는 촉매 또는 습식 화학 방법을 사용하여 제조되는 촉매는 둘 다 약 50,000 킬로미터 (또는 그 이하), 약 50,000 마일 (또는 그 이하), 약 75,000 킬로미터 (또는 그 이하), 약 75,000 마일 (또는 그 이하), 약 100,000 킬로미터 (또는 그 이하), 약 100,000 마일 (또는 그 이하), 약 125,000 킬로미터 (또는 그 이하), 약 125,000 마일 (또는 그 이하), 약 150,000 킬로미터 (또는 그 이하), 또는 약 150,000 마일 (또는 그 이하)로 노화된다. 일부 구체예에서, 상기-기술된 비교를 위해, 본 발명에 따르는 코팅 기판, 및 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기에 사용되는 촉매 또는 습식 화학 방법을 사용하여 제조되는 촉매는 둘 다 시험에 앞서 (같은 양으로) 인위적으로 노화된다. 일부 구체예에서, 그것들은 약 400℃, 약 500℃, 약 600℃, 약 700℃, 약 800℃, 약 900℃, 약 1000℃, 약 1100℃, 또는 약 1200℃로 약 4시간 (또는 그 이하), 약 6시간 (또는 그 이하), 약 8시간 (또는 그 이하), 약 10시간 (또는 그 이하), 약 12시간 (또는 그 이하), 약 14시간 (또는 그 이하), 약 16시간 (또는 그 이하), 약 18시간 (또는 그 이하), 약 20시간 (또는 그 이하), 약 22시간 (또는 그 이하), 또는 약 24시간 (또는 그 이하) 동안 가열함으로써 인위적으로 노화된다. 일부 구체예에서, 그것들은 약 800℃로 약 16시간 동안 가열함으로써 인위적으로 노화된다.
일부 구체예에서, 상기-기술된 비교를 위해, 본 발명의 기판으로 만들어진 촉매 변환기를 위한 백금족 금속의 절약(감소)을, 1) 개시된 적용을 위한(예를 들어, 경량 디젤 엔진 또는 경량 디젤 차량과 같은 디젤 엔진 또는 차량에 사용하기 위한), 습식 화학을 사용하여 만들어진 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기, 또는 2) 표시된 성능 표준을 달성하기 위해 최소량의 백금족 금속을 사용하는, 습식 화학으로 만들어진 촉매 변환기 중 한가지와 비교하되, 본 발명에 따르는 코팅 기판 및 상업적으로 구매가능한 촉매를 사용된 촉매 기판 또는 표시된 성능 표준을 달성하기 위해 최소량의 PGM을 갖는 습식 화학을 사용하여 만들어진 촉매를 상기 기술된 바와 같이 노화시킨 후에 하였다.
일부 구체예에서, 본 발명의 코팅 기판을 사용하는 상기-기술된 촉매 변환기를 위해, 본 발명의 코팅 기판을 사용하는 촉매 변환기를 사용하는 배기 처리 시스템을 위해, 그리고 이들 촉매 변환기 및 배기 처리 시스템을 사용하는 차량을 위해, 촉매 변환기는 디젤 미립자 필터와 함께 디젤 산화 촉매로서 사용되거나, 또는 촉매 변환기는 디젤 미립자 필터 및 선택적인 촉매 환원 장치와 함께 디젤 산화 촉매로서 사용되어, 상기 기술된 CO 및/또는 NOx, 및/또는 HC에 대한 표준을 충족시키거나 또는 초과한다.
실시예
상기 논의된 바와 같이, 워시코트 조성물은 여러 가지 상이한 방식으로 구성되고 적용될 수 있다. 구성은 워시코트로 코팅된 기판을 제조하는 실시예들을 제공한다.
워시코트의 제조를 위한 일반적인 과정
고체 성분(약 30 중량%)을 물(약 70 중량%)과 혼합시킴으로써 워시코트를 만든다. 아세트산을 첨가하여 pH를 약 4로 조정한다. 그 다음, 워시코트 슬러리를 밀링하여 약 4 ㎛ 내지 약 6 ㎛의 평균 입자 크기에 도달하게 한다. 워시코트의 점도를 셀룰로스 용액과 또는 옥수수 녹말과 혼합시킴으로써 원하는 점도, 전형적으로 약 300 cP 내지 약 1200 cP로 조정한다. 워시코트를 셀룰로스 또는 옥수수 녹말 첨가 후 약 24시간 내지 약 48시간 동안 노화시킨다. 워시코트를 기판상에서 침지-코팅 또는 진공 코팅에 의해 코팅한다. 코팅될 부품(들)을 코팅에 앞서 선택적으로 사전에 적신다. 기판상에 코팅된 워시코트 양은 약 50 g/l 내지 약 250 g/l의 범위일 수 있다. 과량의 워시코트를 날려버리고 재순환한다. 그 다음, 워시코트-코팅 기판은 중량 수준이 떨어질 때까지, 코팅된 부품 위에 공기를 흘림으로써 약 25℃ 내지 약 95℃에서 건조된다. 워시코트-코팅 기판을 그 다음 약 450℃ 내지 약 650℃에서 약 1시간 내지 약 2시간 동안 하소시킨다.
이들 구성들 중 하나에서, 기판에 적용되는 제1 워시코트 조성물은 3%(또는 대략 3%) 베마이트, 80%(또는 대략 80%) 제올라이트, 및 17%(또는 대략 17%) 다공성 알루미나(예를 들어, MI-386 등)를 포함하는 한편, 제2 워시코트 조성물은 3%(또는 대략 3%) 베마이트, 5%(또는 대략 5%) 실리카(또는, 다른 구체예에서, 실리카 대신, 5% 제올라이트 또는 대략 5% 제올라이트), 및 92%(또는 대략 92%) 촉매 분말(즉, 촉매 재료를 함유하는 분말)을 포함하는데, 여기서 촉매 분말은 NNm 분말(촉매 나노-입자 온 지지체 나노-입자 온 지지체 마이크로-입자)이다.
제1 워시코트 조성물을 위해 상기 논의된 성분들을 물 및 산, 예컨대 아세트산과 혼합하고, pH를 약 4로 조정한다. 점도를 적당한 수준으로 조정한 후, 70 g/l의 대략의 층 두께를 갖는 기판상에 코팅된 이러한 제1 워시코트를 얻는다.
그 다음, 이러한 제1 워시코트층을 건조시키고 하소시킨다. 이러한 제1 워시코팅 단계 후, 제2 워시코팅 단계를 적용하는데, 여기서 제2 워시코트 조성물을 위해 상기 논의된 성분들을 물 및 산, 예컨대 아세트산과 혼합하고, pH를 약 4로 조정한다. 점도를 적당한 수준으로 조정한 후, 120 g/l의 대략의 층 두께를 갖는 기판상에 코팅된 이러한 제2 워시코트를 얻는다. 그 다음, 이러한 제2 워시코트층을 건조시키고 하소시킨다.
실시예 1: 기판-제올라이트 입자-촉매 분말 구성, 또는 S-Z-C 구성: 제올라이트가 촉매-함유 워시코트에 없음
(a) 제1 워시코트 조성물: 대략 70 g/l, 하기와 같음:
3% 베마이트
80% 제올라이트
17% 다공성 알루미나(MI-386 등)
(b) 제2 워시코트 조성물: 대략 120 g/l, 하기와 같음:
3% 베마이트;
5% 실리카;
92% NNm 분말(나노-입자 온 나노-입자 온 마이크로-입자), PGM, 즉 백금족 금속 또는 귀금속을 함유하는 분말.
(a)로부터의 워시코트 성분들을 물 및 아세트산과 혼합하고 pH를 약 4로 조정한다. 점도를 적당한 수준으로 조정한 후, 70 g/l의 대략의 층 두께를 갖는 기판상에 코팅된 워시코트를 얻는다. 과량의 워시코트를 날려버리고 재순환한다. 그 다음, 이러한 제1 워시코트층을 건조시키고 하소시킨다. 이러한 제1 워시코팅 단계 후, 제2 워시코팅 단계를 수행한다: (b)로부터의 성분들을 물 및 아세트산과 혼합하고 pH를 약 4로 조정한다. 점도를 적당한 수준으로 조정한 후 120 g/l의 대략의 층 두께를 갖는 기판상에 코팅된 워시코트를 얻는다. 다시, 과량의 워시코트를 날려버리고 재순환한다. 그 다음, 이러한 제2 워시코트층을 건조시키고 하소시킨다.
실시예 2: 기판-제올라이트 입자-촉매 분말 구성, 또는 S-Z-C 구성: 제올라이트가 촉매-함유 워시코트에 존재함
(a) 제1 워시코트 조성물: 대략 70 g/l, 하기와 같음:
3% 베마이트
80% 제올라이트
17% 다공성 알루미나(MI-386 등)
(b) 제2 워시코트 조성물: 대략 120 g/l, 하기와 같음:
3% 베마이트;
5% 제올라이트;
92% NNm 분말(촉매 나노-입자 온 지지체 나노-입자 온 지지체 마이크로-입자), PGM, 즉 백금족 금속 또는 귀금속을 함유하는 분말.
실시예 1에 기술된 같은 과정이 이 실시예의 기판을 코팅하기 위해 사용된다.
실시예 3: 기판-제올라이트 입자-촉매 분말, 또는 S-Z-C 구성의 추가 실시예
(a) 제1 워시코트 조성물: 25 g/l 내지 90 g/l(대략 60 g/l 또는 대략 70 g/l이 바람직함), 하기와 같음:
2-5% 베마이트(약 3%가 바람직함);
60-80% 제올라이트, 예컨대 75-80% 제올라이트(약 80%가 바람직함);
15-38% 다공성 알루미나(MI-386 등), 예컨대 15-22% 다공성 알루미나(약 17% 내지 약 22%가 바람직함).
(b) 제2 워시코트 조성물: 50 g/l 내지 250 g/l(대략 120 g/l가 바람직함), 하기와 같음:
2-5% 베마이트(약 3%가 바람직함);
0-20% 실리카(약 5%가 바람직함);
40-92% 촉매학적 활성 분말(약 92%가 바람직함); 및
0-52% 다공성 알루미나(약 0%가 바람직함).
실시예 1에 기술된 같은 과정이 이 실시예의 기판을 코팅하기 위해 사용된다. 다른 구체예에서, 0-20% 제올라이트를 0-20% 실리카를 대신해 사용한다(사용된 제올라이트의 바람직한 양은 약 5%).
실시예 4: 기판-코너 충전-촉매 입자-제올라이트, 또는 S-F-C-Z 구성
다른 유리한 구성에서, 기판에 적용된 제1 워시코트 조성물은 기판에 적용된 코너-충전 워시코트이다. 코너-충전 워시코트의 고체 함량은 약 97 중량% 다공성 알루미나(MI-386) 및 약 3 중량% 베마이트를 포함한다. 물 및 아세트산을 코너 충전 워시코트에 첨가하고, pH를 약 4로 조정하고, 점도를 조정한다. 코너-충전 워시코트 조성물을 기판에 적용하고, 과량의 워시코트를 날려버리고 재순환하고, 워시코트를 건조시키고 하소시킨다. 상기 실시예에서 예시된 제올라이트-함유 워시코트 조성물 및 촉매-함유 워시코트 조성물을 이 실시예에서 또한 사용할 수 있다. 따라서, 제2 워시코트 조성물을 코너-충전 워시코트층 위에 적용하는데, 이것은 3%(또는 대략 3%) 베마이트, 5%(또는 대략 5%) 실리카, 및 92%(또는 대략 92%) 분말(즉, 촉매 재료를 함유하는 분말)을 포함한다. 과량의 촉매-함유 워시코트를 날려버리고 재순환한다. 적용 후, 촉매-함유 워시코트 조성물을 건조시키고 하소시킨다. 촉매-함유 워시코트층 위에 적용된 제3 워시코트 조성물은 3%(또는 대략 3%) 베마이트, 67%(또는 대략 67%) 제올라이트, 및 30%(또는 대략 30%) 다공성 알루미나(예를 들어, MI-386 등)를 포함한다. 적용 후, 과량의 제올라이트 입자-함유 워시코트를 날려버리고 재순환하고, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물을 건조시키고 하소시킨다.
도 4는 제올라이트가 촉매 입자로부터 분리되지 않은 워시코트로 제조된 나노미립자 코팅 기판에 사용된 구성과 비교해, 한 구체예에 따라 제조된 코팅 기판의 성능을 예시한다. 아래 기술된 모든 시험 결과는 자동차에서 125,000 마일 후의 작동을 모의시험하기 위해 800℃에서 16시간 동안 인위적으로 노화된 촉매를 이용한다.
채워진 원(●) 및 이들 데이터 지점에 맞춰진 곡선은 하기 코팅 스킴을 나타낸다:
a) 코너 충전 워시코트인 제1 층, 이어서
b) 5% 제올라이트(즉, 매우 낮은 제올라이트 농도)를 함유하는, 나노-온-나노-온-마이크론 촉매를 사용하는 PGM 워시코트인 제2 층. PGM은 2:1 Pt/Pd이다.
모의 시험을 위해, 이러한 제2 층은 제올라이트 입자-함유 워시코트층으로 이어지거나 또는 이어지지 않을 수 있다. 실제 실시에서, 제올라이트 입자-함유 워시코트 조성물을 PGM 층 아래에(즉, PGM 워시코트를 적용하기에 앞서 기판에 적용되고, 건조되고, 하소됨) 또는 PGM 층 위에(즉, PGM 워시코트를 적용한 후 기판에 적용되고, 건조되고, 하소됨) 적용할 것이다.
사각형(■) 및 이들 데이터 지점에 맞춰진 채워진 선은 하기 코팅 스킴을 나타낸다:
a) 코너 충전 워시코트인 제1 층, 이어서
b) 전체 제올라이트 양을 함유하는, PGM 워시코트인 제2 층(즉, 제올라이트-함유 워시코트층의 모든 제올라이트는 나노-온-나노-온-마이크론 촉매 분말-함유 층과 조합됨). PGM은 2:1 Pt/Pd이다.
모의 시험은 실험적인 목적을 위해 정지 상태 조건하에서 수행된다(실제 운전에서, 냉시동 조건은 정지 상태가 아님). 일산화탄소, NOx, 및 탄화수소를 함유하는 담체 가스는 디젤 배기를 모의 시험하기 위해, 코팅 기판 위로 통과시킨다. 기판의 온도는 라이트-오프 온도가 달성될 때까지(즉, 코팅 기판이 CO를 CO2로 변환시키기에 충분한 온도에 도달할 때) 서서히 높인다.
그래프로부터 분명한 바와 같이, 제올라이트 및 PGM의 조합된 워시코트로 제조된 코팅 기판과 비교할 때, 본 발명에 따라 제조된 코팅 기판은 백금족 금속의 같은 로딩에서 일산화탄소를 위한 더 낮은 라이트-오프 온도를 나타내거나(즉, 본원에 기술된 코팅 기판은 같은 양의 PGM을 사용하면서, 조합된 제올라이트-PGM 워시코트를 갖는 코팅 기판과 비교해 더 양호한 성능을 나타냄), 또는 같은 라이트-오프 온도에서 백금족 금속의 더 낮은 로딩을 필요로 했다(즉, 조합된 제올라이트-PGM 워시코트를 갖는 코팅 기판과 비교해 본원에 기술된 코팅 기판으로 같은 성능을 얻기 위해, 본원에 기술된 코팅 기판에 비싼 PGM이 더 적게 필요했음).
구체적으로, 조합된 제올라이트-PGM 워시코트로 달성된 가장 낮은 라이트-오프 온도는 3.3 g/l 백금족 금속 로딩에서 157℃인 한편, (낮은 제올라이트 함량을 갖는 촉매층을 사용하여) 본원에 기술된 바에 따라 제조되고 같은 3.3 g/l PGM 로딩을 갖는 코팅 기판은 10℃의 라이트-오프 온도가 감소된, 147℃의 라이트-오프 온도를 갖는다. 따라서, 낮은 제올라이트-함유 워시코팅 기판은 같은 PGM 로딩에서 뛰어난 성능을 나타내었다.
157℃의 가장 낮은 라이트-오프 온도는 3.3 g/l 백금족 금속 로딩에서 조합된 제올라이트-PGM 워시코트를 갖는 코팅 기판으로 달성되었다. 157℃의 라이트-오프 온도는 1.5 g/l 또는 45%의 백금족 금속 로딩이 감소된, 1.8 g/l의 백금족 금속 로딩에서 낮은 제올라이트-함유 워시코트를 갖는 코팅 기판으로 달성되었다. 따라서, 낮은 제올라이트-함유 워시코트를 갖는 코팅 기판은 상당히 감소된 PGM 로딩에서, 조합된 제올라이트-PGM 워시코트를 갖는 코팅 기판과 동일한 성능을 나타내었다.
본원에 기술된 촉매 변환기 대 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기의 성능 비교
A. 라이트- 오프 온도의 개선
도 10은 습식 화학 방법을 사용하여 제조된 기판을 갖는 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기와 비교해, 촉매 변환기에서 코팅 기판의 성능을 예시하는데, 여기서 코팅 기판은 본 발명의 한 구체예에 따라 제조된다. 코팅 기판은 도 4 결과의 설명에서 상기 색션에 표시된 바와 같은 유사한 방식으로 인위적으로 노화되고 시험된다.
채워진 원은 나노-온-나노-온-마이크론(NNm) 촉매를 갖는 워시코트로 제조된 코팅 기판(여기서 PGM은 2:1 Pt:Pd)을 위한 일산화탄소 라이트-오프 온도에 대한 데이터 지점을 나타낸다. 채워진 사각형은 습식 화학 방법에 의해 제조된 상업적으로 구매가능한 코팅 기판(또한 2:1 Pt:Pd 비를 가짐)을 위한 CO 라이트-오프 온도를 표시한다.
상업적으로 구매가능한 코팅 기판은 5.00 g/l의 PGM 로딩에서 141℃ 및 143℃의 CO 라이트-오프 온도를 나타낸다(평균 142℃). NNm 워시코트를 갖는 코팅 기판은 5.1 g/l PGM 로딩에서 133℃ 및 5.2 g/l PGM 로딩에서 131℃, 또는 유사한 PGM 로딩에서 상업적으로 구매가능한 코팅 기판보다 약 8 내지 약 10℃ 낮은 CO 라이트-오프 온도를 나타낸다. NNm 워시코트를 갖는 코팅 기판은 상업적으로 구매가능한 코팅 기판과 유사한 라이트-오프 성능에 대해, 하지만 34%의 PGM 로딩의 절약(감소)인, 3.3 g/l의 PGM 로딩에서 142℃의 CO 라이트-오프 온도를 나타낸다.
B. 차량에서 배출 프로파일의 개선
도 11은 습식 화학 방법을 사용하여 제조된 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기와 비교해, 촉매 변환기에 설치되고 디젤 산화 촉매로서 사용된 본 발명의 일부 구체예에 따라 제조된 코팅 기판의 성능을 예시한다. 이들 측정은 실제 디젤 엔진 차량에서 만들어지고, 롤러 상에 장착되고, 시험을 위해 로봇으로 구동되었다. 엔진으로부터의 배기는 디젤 산화 촉매(DOC)를 통과하고, 센서는 배기가 DOC를 통과한 후 배출 프로파일을 측정한다(배출은 그 다음 환경으로 방출하기에 앞서 디젤 미립자 필터(DPF)를 통과함). 시험된 DOC는 자동차에서 125,000 마일 후의 작동을 모의 시험하기 위해 800℃에서 16시간 동안 인위적으로 노화되었다.
DOC를 통과한 후 및 DPF로 진입하기 전의, 배기의 미드베드 배출 프로파일을 도 11에 나타낸다. 일산화탄소의 미드베드 배출은 왼쪽 군의 막대로 나타내는 한편, 탄화수소 및 질소 산화물의 미드베드 배출은 오른쪽 군의 막대로 나타낸다. 상업적으로 구매가능한 디젤 산화 촉매(DOC)를 통과한 후의 배출 프로파일은 각 군의 왼쪽 막대로 나타내고, 1.0으로 정규화된다. 본원에 기술된 방법에 따라 제조된 촉매 변환기를 사용하는 DOC의 배출 프로파일은 각 군의 중앙과 오른쪽 막대에 의해 예시된다. 각 군의 중앙 막대는 40% 절약된(즉, 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기보다 40% 미만의 PGM 함유) 본 발명에 따라 제조된 촉매 변환기인 한편, 각 군의 오른쪽 막대는 50% 절약된(즉, 상업적으로 구매가능한 촉매 변환기보다 50% 미만의 PGM 함유) 본 발명에 따라 제조된 촉매 변환기이다. 본 발명의 40% 절약된 변환기는 상업적으로 구매가능한 촉매의 85.3%의 CO 배출 및 89.5%의 HC/NOx 배출을 나타내었다. 본 발명의 50% 절약된 변환기는 상업적으로 구매가능한 촉매의 89.3%의 CO 배출 및 94.7%의 HC/NOx 배출을 나타내었다. 따라서, 본 발명에 따르는 코팅 기판으로 제조된 촉매 변환기는 상당히 더 적은 PGM을 사용하면서, 상업적으로 구매가능한 습식 화학 촉매보다 뛰어난 배출 성능을 나타내었다.
확인 인용에 의해 본원에 언급된 모든 공개, 특허, 특허 출원 및 공개된 특허 출원의 명세서는 그 전체가 참고자료로 본원에 포함된다.
본 발명은 본 발명의 구조 및 작동의 원리의 이해를 용이하게 하기 위해, 상세설명을 포함하는 특정 구체예에 관하여 기술되었다. 특정 구체예 및 그것의 상세설명에 대한 본원의 이러한 참조는 본원에 첨부된 청구범위의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 다른 여러 가지 변형은 본 발명의 개념 및 범위에서 벗어나지 않고 예시를 위해 선택된 구체예에서 행해질 수 있다는 것이 당업자에게 쉽게 분명할 것이다. 그러므로, 설명 및 실시예는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (92)

  1. 기판;
    제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층; 및
    촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층을 포함하는 코팅 기판으로서;
    촉매학적 활성 입자는 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하고, 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함하는 코팅 기판.
  2. 제1 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  3. 제1 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 나노-입자는 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 나노-입자는 백금 및 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  6. 제5 항에 있어서, 촉매 나노-입자는 2:1 백금:팔라듐의 중량비의 백금 및 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 지지체 나노-입자는 10 nm 내지 20 nm의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 나노-입자는 1 nm 내지 5 nm의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 산화금속 입자 및 베마이트 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  10. 제9 항에 있어서, 산화금속 입자는 산화 알루미늄 입자인 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 60 중량% 내지 80 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서, 베마이트 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서, 산화금속 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 15 중량% 내지 38 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 백금족 금속을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자 각각은 0.2 마이크론 내지 8 마이크론의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 베마이트 입자 및 실리카 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  17. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 제올라이트가 실질적으로 없는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  18. 제17 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 35 중량% 내지 95 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  19. 제17 항 또는 제18 항에 있어서, 실리카 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 20 중량% 이하의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  20. 제17 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서, 베마이트 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  21. 제17 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 92 중량%의 촉매학적 활성 입자, 3 중량%의 베마이트 입자, 및 5 중량%의 실리카 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  22. 제1 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판은 코디어라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  23. 제1 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판은 벌집모양 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  24. 제1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 25 g/l 내지 90 g/l의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  25. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 50 g/l 내지 250 g/l의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  26. 제1 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판상에 직접 부착된 코너-충전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  27. 제1 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅 기판은 4 g/l 또는 그 미만의 백금족 금속 로딩을 갖고, 습식 화학 방법에 의해 부착된 같은 백금족 금속 로딩을 갖는 기판의 라이트-오프 온도보다 적어도 5℃ 낮은 일산화탄소를 위한 라이트-오프 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  28. 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅 기판은 약 3.0 g/l 내지 약 4.0 g/l의 백금족 금속 로딩을 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  29. 제1 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 기판은 차량 촉매 변환기에서 125,000 마일의 운전 후, 약 3.0 g/l 내지 약 5.5 g/l의 백금족 금속 로딩을 갖고, 코팅 기판은 차량 촉매 변환기에서 125,000 마일의 운전 후 같은 백금족 금속 로딩을 갖는 습식 화학 방법에 의해 백금족 금속을 부착시킴으로써 제조된 코팅 기판보다 적어도 5℃ 낮은 일산화탄소를 위한 라이트-오프 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  30. 제1 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 기판은 800℃에서 16시간 동안 노화 후, 약 3.0 g/l 내지 약 5.5 g/l의 백금족 금속 로딩을 갖고, 코팅 기판은 800℃에서 16시간 동안 노화 후 같은 백금족 금속 로딩을 갖는 습식 화학 방법에 의해 백금족 금속을 부착시킴으로써 제조된 코팅 기판보다 적어도 5℃ 낮은 일산화탄소를 위한 라이트-오프 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅 기판.
  31. 제1 항 내지 제30 항 중 어느 한 항에 따르는 코팅 기판을 포함하는 촉매 변환기.
  32. 배기가스를 위한 도관 및 제31 항에 따르는 촉매 변환기를 포함하는 배기 처리 시스템.
  33. 제32 항에 따르는 촉매 변환기를 포함하는 디젤 차량.
  34. 제33 항에 있어서, 상기 디젤 차량은 경량 디젤 차량인 것을 특징으로 하는 디젤 차량.
  35. 제1 항 내지 제34 항 중 어느 한 항의 코팅 기판을 배기가스와 접촉하는 단계를 포함하는 배기가스의 처리 방법.
  36. 제1 항 내지 제34 항 중 어느 한 항의 코팅 기판을 배기가스와 접촉하는 단계를 포함하는 배기가스의 처리 방법으로서, 기판은 배기가스를 받도록 구성된 촉매 변환기 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 배기가스의 처리 방법.
  37. 코팅 기판의 형성 방법으로서, 방법은:
    a) 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계; 및
    b) 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계를 포함하고,
    촉매학적 활성 입자는 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하고, 상기 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함하는 방법.
  38. 제37 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제37 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제37 항 내지 제39 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a) 및 단계 b) 둘 다에 앞서 코너-충전 워시코트로 기판을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제37 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 조성물은 25 g/l 내지 90 g/l의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제37 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트 조성물은 50 g/l 내지 250 g/l의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 35 중량% 내지 95 중량%의 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하는 촉매학적 활성 입자;
    2 중량% 내지 5 중량%의 베마이트 입자; 및
    2 중량% 내지 55 중량%의 산화금속 입자의 고체 함량을 포함하고,
    복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함하는 워시코트 조성물.
  44. 제43 항에 있어서, 20 중량% 이하의 실리카 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워시코트 조성물.
  45. 제43 항 또는 제44 항에 있어서, 산화금속 입자는 산화알루미늄 입자인 것을 특징으로 하는 워시코트 조성물.
  46. 제43 항 내지 제45 항 중 어느 한 항에 있어서, 고체는 pH 3 내지 5에서 수성 매질에 현탁되는 것을 특징으로 하는 워시코트 조성물.
  47. 제43 항 내지 제46 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 워시코트 조성물은 제올라이트가 실질적으로 없는 것을 특징으로 하는 워시코트 조성물.
  48. 제43 항 내지 제47 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매학적 활성 입자는 92 중량%의 고체 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 워시코트 조성물.
  49. 제43 항 내지 제48 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매학적 활성 입자는 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 워시코트 조성물.
  50. 제49 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 백금족 금속은 2:1 Pt/Pd 중량/중량비의 백금 및 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 워시코트 조성물.
  51. 코팅 기판의 형성 방법으로서, 방법은:
    a) 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계; 및
    b) 제43 항 내지 제49 항 중 어느 한 항에 따르는 촉매학적 활성 입자를 함유하는 워시코트 조성물로 기판을 코팅하는 단계를 포함하는 방법.
  52. 제51 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제51 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층으로 기판을 코팅하는 단계 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제51 항 내지 제53 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a) 및 단계 b) 둘 다에 앞서 코너-충전 워시코트로 기판을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제51 항 내지 제54 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 조성물은 25 g/l 내지 90 g/l의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제51 항 내지 제55 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트 조성물은 50 g/l 내지 250 g/l의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제43 항 내지 제50 항 중 어느 한 항에 따르는 워시코트를 포함하는 코팅 기판.
  58. 제43 항 내지 제50 항 중 어느 한 항에 따르는 워시코트를 포함하는 코팅 기판으로서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층을 더 포함하는 코팅 기판.
  59. 제57 항 또는 제58 항에 따르는 코팅 기판을 포함하는 촉매 변환기.
  60. 배기가스를 위한 도관 및 제59 항에 따르는 촉매 변환기를 포함하는 배기 처리 시스템.
  61. 제59 항에 따르는 촉매 변환기를 포함하는 디젤 차량.
  62. 제61 항에 있어서, 디젤 차량은 경량 디젤 차량인 것을 특징으로 하는 디젤 차량.
  63. 3.0 g/l 내지 4.0 g/l의 백금족 금속을 포함하는 촉매 변환기를 포함하는 디젤 차량으로서, 차량은 유럽 배출 표준 Euro 5를 준수하는 디젤 차량.
  64. 제63 항에 있어서, 디젤 차량은 경량 디젤 차량인 것을 특징으로 하는 디젤 차량.
  65. 제61 항 내지 제64 항 중 어느 한 항에 있어서, 차량은 유럽 배출 표준 Euro 6을 준수하는 것을 특징으로 하는 차량.
  66. 제61 항 내지 제65 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 변환기에서 촉매학적 활성 물질은 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하고, 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  67. 제61 항 내지 제66 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 변환기는 코팅 기판을 포함하고, 상기 코팅 기판은 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트 및 촉매학적 활성 물질을 포함하는 별도의 워시코트를 갖는 것을 특징으로 하는 차량.
  68. 제61 항 내지 제67 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 변환기는:
    기판;
    제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층; 및
    촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층을 포함하는 코팅 기판을 포함하고;
    촉매학적 활성 입자는 마이크론-크기 담체 입자에 결합된 복합체 나노-입자를 포함하고, 복합체 나노-입자는 지지체 나노-입자 및 촉매 나노-입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  69. 제68 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량.
  70. 제68 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량.
  71. 제68 항 내지 제70 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 나노-입자는 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  72. 제68 항 내지 제71 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 나노-입자는 백금 및 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  73. 제68 항 내지 제72 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 나노-입자는 2:1 백금:팔라듐의 중량비의 백금 및 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  74. 제68 항 내지 제73 항 중 어느 한 항에 있어서, 지지체 나노-입자는 10 nm 내지 20 nm의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 차량.
  75. 제68 항 내지 제74 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 나노-입자는 1 nm 내지 5 nm의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 차량.
  76. 제68 항 내지 제75 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 산화금속 입자 및 베마이트 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  77. 제76 항에 있어서, 산화금속 입자는 산화 알루미늄 입자인 것을 특징으로 하는 차량.
  78. 제68 항 내지 제77 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 60 중량% 내지 80 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  79. 제68 항 내지 제78 항 중 어느 한 항에 있어서, 베마이트 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  80. 제68 항 내지 제79 항 중 어느 한 항에 있어서, 산화금속 입자는 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자, 산화금속 입자, 및 베마이트 입자의 혼합물의 15 중량% 내지 38 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  81. 제68 항 내지 제80 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 백금족 금속을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 차량.
  82. 제68 항 내지 제81 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층에서 제올라이트 입자 각각은 0.2 마이크론 내지 8 마이크론의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 차량.
  83. 제68 항 내지 제82 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 베마이트 입자 및 실리카 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  84. 제83 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 35 중량% 내지 95 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  85. 제83 항 또는 제84 항에 있어서, 실리카 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 20 중량% 이하의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 차량.
  86. 제83 항 내지 제85 항 중 어느 한 항에 있어서, 베마이트 입자는 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층에서 촉매학적 활성 입자, 베마이트 입자, 및 실리카 입자의 조합물의 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  87. 제83 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 92 중량%의 촉매학적 활성 입자, 3 중량%의 베마이트 입자, 및 5 중량%의 실리카 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  88. 제68 항 내지 제87 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판은 코디어라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  89. 제68 항 내지 제88 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판은 벌집모양 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  90. 제68 항 내지 제89 항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트 입자를 포함하는 워시코트층은 25 g/l 내지 90 g/l의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 차량.
  91. 제68 항 내지 제90 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매학적 활성 입자를 포함하는 워시코트층은 50 g/l 내지 250 g/l의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 차량.
  92. 제68 항 내지 제91 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판상에 직접 부착된 코너-충전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
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