KR20150121074A - NOx 트랩 조성물 - Google Patents

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KR20150121074A
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피오나-메이리드 맥켄나
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존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니
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Abstract

NOx 트랩 조성물의 제조방법, NOx 트랩에서 및 내연기관용 배기 시스템에서의 그것의 용도가 개시된다. NOx 트랩 조성물은 비활성 가스 및 유기 화합물의 존재하에 철-함유 제올라이트를 가열하여, 환원하여 하소된 철/제올라이트를 제조함으로써 제조된다. 다음에 팔라듐 화합물을, 환원하여 하소된 철/제올라이트에 첨가한 다음, 결과된 Pd-Fe/제올라이트를 산소-함유 가스의 존재하에 400 내지 600℃에서 하소하여 NOx 트랩 조성물을 제조한다. NOx 트랩 조성물은 200℃보다 아래의 저온 NO 용량을 나타내며, 뿐만 아니라 200 내지 250℃ 범위의 추가의 NO 저장 온도 창을 나타낸다.

Description

NOx 트랩 조성물{NOx TRAP COMPOSITION}
본 발명은 NOx 트랩 조성물, 내연기관용 배기 시스템에서 그것의 용도, 및 내연기관으로부터 배기 가스를 처리하는 방법에 관한 것이다.
내연기관은 질소 산화물("NOx"), 일산화탄소, 및 미연 탄화수소를 포함하는 여러가지 공해물질을 함유하는 배기 가스를 내는데, 이것은 정부 법률 제정의 대상이다. 방출 제어 시스템이 대기로 방출되는 이러한 공해물질의 양을 감소시키기 위해서 널리 이용되고 있고, 그리고 일단 그것들이 작동 온도(전형적으로 200℃ 및 그 이상)에 이르면 전형적으로 매우 높은 효율을 달성한다. 그러나, 이들 시스템은 그것들의 작동 온도 아래("냉 시동" 기간)에서는 비교적 비효율적이다.
한층 더 엄격한 국가 및 지역 법률 제정은 디젤 또는 가솔린 엔진으로부터 방출될 수 있는 공해물질의 양을 낮추어 냉 시동 기간 동안의 방출을 감소시키는 것이 주요한 도전이 되고 있다. 따라서, 냉 시동 조건 동안에 방출된 NOx 및 탄화수소의 수준을 감소시키는 방법은 계속 탐구되고 있다.
특히 린번(lean-burn) 조건하에서, 냉 시동 NOx 제어를 위해, NOx 저장 및 방출 촉매가 연구되었다. 촉매는 워밍업 기간 동안에 NOx를 흡착하고 더 높은 배기 온도에서 열적으로 NOx를 탈착한다. 선택적 촉매 환원("SCR") 또는 NOx 흡착제 촉매 ("NAC")와 같은 하류의 촉매는, 탈착된 NOx를 질소로 효율적으로 환원시킨다.
전형적으로, NOx 흡착제 재료는 적어도 하나의 백금족 금속으로 코팅된 알루미나, 실리카, 세리아, 지르코니아, 티타니아 또는 혼합 산화물과 같은 무기 산화물로 구성된다. PCT 국제출원 WO 2008/047170은 희박 배기 가스로부터 NOx가 200℃ 보다 아래의 온도에서 흡착되고, 이어서 200℃ 보다 위에서는 열적으로 탈착되는 시스템을 개시한다. NOx 흡착제는 팔라듐과 세륨 산화물 또는 세륨과 적어도 하나의 다른 천이금속을 함유하는 혼합 산화물 또는 복합 산화물로 구성된다고 교시한다.
PCT 국제출원 WO 2004/076829는 SCR 촉매의 상류에 배치된 NOx 저장 촉매를 포함하는 배기 가스 정제 시스템을 개시한다. NOx 저장 촉매는 적어도 하나의 백금족 금속(Pt, Pd, Rh 또는 Ir)으로 코팅되거나 활성화된 적어도 하나의 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 희토류 금속을 포함한다. 특히 바람직한 NOx 저장 촉매는 백금으로 코팅된 산화세륨을 포함하며, 추가로 산화 알루미늄에 기초한 지지체 상에 산화 촉매로서 백금을 포함한다고 교시한다. EP 1027919는 알루미나, 제올라이트, 지르코니아, 티타니아 및/또는 란타나와 같은 다공질 지지체 재료, 및 적어도 0.1wt%의 귀금속(Pt, Pd 및/또는 Rh)을 포함하는 NOx 흡착제 재료를 개시한다. 알루미나 상에 담지된 백금이 예시된다.
게다가, 미국특허 Nos. 5,656,244 및 5,800,793은 NOx 저장/방출 촉매를 3-원 촉매와 조합한 시스템을 기술한다. NOx 흡착제는 다른 금속들에 더하여 크롬, 구리, 니켈, 망간, 몰리브덴 또는 코발트의 산화물을 포함하며, 알루미나, 뮬라이트, 코디어라이트 또는 탄화규소 상에 지지된다고 교시한다. PCT 국제출원 WO 03/056150은 저온 NO2 트랩 물질과 그을음 필터를 조합한 시스템을 기술한다. 저온 NO2 트랩 물질은 비금속(base metal) 양이온으로 교환된 제올라이트로 이루어지며, 제올라이트는 ZSM-5, ETS-10, Y-제올라이트, 베타 제올라이트, 페리어라이트, 모데나이트, 티타늄 실리케이트 및 알루미늄 포스페이트로부터 선택되고, 비금속은 Mn, Cu, Fe, Co, W, Re, Sn, Ag, Zn, Mg, Li, Na, K, Cs, Nd 및 Pr로부터 선택된다고 교시한다.
불행하게도, 이러한 시스템의 NOx 흡착 용량은, 특히 높은 NOx 저장 효율에서 충분히 높지 않다. 미국 특허 출원 공개 No. 2012/0308439호는 철과 같은 비금속, 귀금속, 및 제올라이트을 포함하는 제올라이트 촉매, 그리고 하나 이상의 백금족 금속 및 하나 이상의 무기 산화물 담지체를 포함하는 지지된 백금족 금속 촉매를 포함한다.
여느 자동차 시스템 및 공정과 마찬가지로, 배기 가스 처리 시스템에서, 특히 냉 시동 조건하에서 여전히 추가의 개선을 달성하는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 내연기관으로부터 배기 가스의 향상된 세정을 제공하는 새로운 NOx 트랩 조성물을 개발하였다.
본 발명은 제올라이트에 지지된 팔라듐 및 철을 포함하는 NOx 트랩 조성물을 제조하는 방법이다. 방법은 비활성 가스 및 유기 화합물의 존재하에 철-함유 제올라이트를 가열하여, 환원하여 하소된 철/제올라이트를 제조하는 것을 포함한다. 다음에 팔라듐 화합물을, 환원하여 하소된 철/제올라이트에 첨가한 다음, 결과된 Pd-Fe/제올라이트를 산소-함유 가스의 존재하에 400 내지 600℃에서 하소하여 NOx 트랩 조성물을 제조한다. 본 발명은 또한 이 방법에 의해 제조된 NOx 트랩 조성물, 기판에 지지된 NOx 트랩 조성물을 포함하는 NOx 트랩, 및 배기 시스템에서의 그것의 용도를 포함한다.
NOx 트랩 조성물은 200℃보다 아래의 저온 NO 용량, 뿐만 아니라 200 내지 250℃ 범위에서 추가의 NO 저장 온도 창을 나타내어, 그것을 냉 시동 용도에서 매우 유용하게 한다.
본 발명의 방법은 비활성 가스 및 유기 화합물의 존재하에 철-함유 제올라이트를 가열하여, 환원하여 하소된 철/제올라이트를 제조하는 것을 포함한다.
철-함유 제올라이트는 어떤 공지의 수단으로도 제조될 수 있다. 바람직하게는, 철-함유 제올라이트는 제올라이트에 철 화합물을 첨가하여 철-함유 제올라이트를 형성함으로써 만들어진다. 철-함유 제올라이트는 바람직하게는 본 발명의 방법에 사용하기에 앞서 산소-함유 가스의 존재하에 400 내지 600℃에서 하소된다. 적합한 철 화합물은 철의 질산염, 황산염, 할로겐화물(예를 들면, 염화물, 브롬화물), 및 카르복실레이트(예를 들면 아세테이트)를 포함한다.
철 화합물은 어떤 공지의 수단으로도 제올라이트에 첨가될 수 있는데, 첨가의 방법은 특별히 중대한 것으로 생각되지 않는다. 예를 들면, 철 화합물(질산철과 같은 것)은 함침, 흡착, 이온교환, 초기 습식법, 침전 등에 의해 제올라이트 상에 지지될 수 있다.
제올라이트는 분자 시브를 포함하는 임의의 천연 또는 합성 제올라이트일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 규소 및/또는 인으로 이루어진다. 제올라이트는 전형적으로 산소 원자의 공유에 의해서 연결된 SiO4, AlO4 및/또는 PO4의 3차원 배열을 가진다. 제올라이트 골격은 전형적으로 음이온성이며, 이것은 전하 상쇄 양이온, 전형적으로 알칼리 및 알칼리 토류 원소(예를 들어, Na, K, Mg, Ca, Sr 및 Ba)와 또한 프로톤에 의해서 균형을 이룬다.
제올라이트는 바람직하게 베타 제올라이트, 파우자사이트(NaY 및 USY를 포함하는 X-제올라이트 또는 Y-제올라이트와 같은 것), L-제올라이트, ZSM 제올라이트(예를 들어, ZSM-5, ZSM-48), SSZ-제올라이트(예를 들어, SSZ-13, SSZ-41, SSZ-33), 모데나이트, 카바자이트, 오프레타이트, 에리오나이트, 클리놉틸로라이트, 실리칼라이트, 알루미늄 포스페이트 제올라이트(SAPO-34와 같은 메탈로알루미노포스페이트를 포함함), 메조포러스 제올라이트(예를 들어, MCM-41, MCM-49, SBA-15), 금속-포함된 제올라이트, 또는 이들의 혼합물이며; 더 바람직하게는, 제올라이트는 베타 제올라이트, ZSM-5 제올라이트, 또는 SSZ-33, 또는 Y-제올라이트이다. 제올라이트는 가장 바람직하게는 베타 제올라이트이다.
제올라이트에 철 화합물의 첨가에 이어서, 결과된 철-제올라이트 종은 바람직하게는 산소-함유 가스(공기와 같은 것)의 존재하에 400 내지 600℃에서 하소된다. 하소는 바람직하게는 1 시간이상 동안 수행된다.
철-함유 제올라이트는 비활성 가스 및 유기 화합물의 존재하에 가열하여, 환원하여 하소된 철/제올라이트를 제조한다. 비활성 가스는 산소가 실질적으로 없는(1 vol.% 미만의 산소, 바람직하게는 0.1 vol.% 미만의 산소), 가장 바람직하게는 산소가 없는 어떤 가스이다. 바람직하게는, 비활성 가스는 질소, 아르곤, 네온, 헬륨, 이산화탄소 등 및 이들의 혼합물이다.
유기 화합물은 바람직하게는 유기 폴리머 및/또는 바이폴리머이다. 적합한 유기 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리프로필렌 옥사이드와 같은 폴리올을 포함한다. 적합한 바이폴리머는 다당류, 셀룰로스, 및 폴리글루코사민 및 지질을 포함한다. 가장 바람직하게는, 유기 화합물은 폴리에틸렌 옥사이드이다. 유기 화합물은 산소 배제하에 더 높은 온도에서 분해하여 기체상 분해 생성물로 되는데, 이것은 다음에 탄화수소 분위기에 기여한다. 철을 함유하는 SCR-활성 제올라이트 촉매를 제조하기 위한 환원 탄화수소 분위기의 사용은 미국 특허 출원 공개 No. 2012/0208692에 개시되어 있고, 그 교시내용은 여기에 참고로 포함된다.
전형적으로, 철-함유 제올라이트 및 유기 화합물은 가열에 앞서 혼합하여 유기 화합물 대 철-함유 제올라이트의 중량 비율이 0.05 내지 2, 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.5가 되도록 한다. 가열은 바람직하게는 300 내지 700℃, 보다 바람직하게는 400 내지 650℃에 이르는 온도에서 행해진다.
다음에 팔라듐 화합물은 환원하여 하소된 철/제올라이트에 부가하여 Pd-Fe/제올라이트를 형성한다. 적합한 팔라듐 화합물은 팔라듐의 질산염, 황산염, 할로겐화물(예를 들면, 염화물, 브롬화물), 카르복실레이트(예를 들면 아세테이트), 및 아민 착물을 포함한다. 팔라듐 화합물은 어떤 공지의 수단으로도 환원하여 하소된 철/제올라이트에 부가될 수 있는데, 부가의 방법은 특별히 중대한 것으로 생각되지 않는다. 예를 들면, 팔라듐 화합물(질산팔라듐과 같은 것)은 함침, 흡착, 이온교환, 초기 습식법, 침전, 분무 건조 등에 의해 환원하여 하소된 철/제올라이트에 부가될 수 있다.
팔라듐 화합물의 부가에 이어서, Pd-Fe/제올라이트는 산소-함유 가스(공기와 같은 것)의 존재하에 400 내지 600℃ 범위의 온도에서 하소되어 NOx 트랩 조성물이 제조된다. 하소는 바람직하게는 1 시간이상 동안 수행된다.
본 발명은 또한 상기 방법에 따라 제조된 NOx 트랩 조성물, 및 금속 또는 세라믹 기판에 지지된 NOx 트랩 조성물을 포함하는 NOx 트랩을 포함한다.
세라믹 기판은 어떤 적합한 내화 재료, 예를 들면, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 마그네시아, 제올라이트, 질화규소, 탄화규소, 질산지르코늄, 마그네슘 실리케이트, 알루미노실리케이트 및 메탈로알루미노실리케이트(코디어라이트 및 스포듀멘과 같은 것), 또는 이들의 어떤 두가지 이상의 혼합물 또는 혼합 산화물로 만들어질 수 있다. 코디어라이트, 마그네슘 알루미노실리케이트 및 탄화규소가 특히 바람직하다.
금속 기판은 어떤 적합한 금속으로도 만들어질 수 있고, 구체적으로 티타늄 및 스테인레스 강과 같은 내열 금속 및 금속 합금, 뿐만 아니라 다른 미량 금속에 더하여 철, 니켈, 크롬, 및/또는 알루미늄을 함유하는 페라이트 합금으로 만들어질 수 있다.
기판은 바람직하게는 관통형(flow-through) 기판 또는 필터 기판이다. 가장 바람직하게는, 기판은 관통형 기판이다. 특히, 관통형 기판은 바람직하게는 기판을 통해 축상으로 이어지고 기판 도처에 연장되는 많은 작은, 평행한 얇은-벽 채널들을 갖는 벌집형 구조를 갖는 관통형 모노리스이다. 기판의 채널 단면은 어떤 모양도 될 수 있고, 바람직하게는 정사각형, 사인파모양, 삼각형, 직사각형, 육각형, 사다리꼴, 원형, 또는 난형이다.
바람직하게는, NOx 트랩은 워시코트 과정을 사용하여 기판 상에 NOx 트랩 조성물을 침착시킴으로써 제조된다. 워시코트 과정을 사용하여 NOx 트랩을 제조하는 대표적인 방법은 이하에 제시된다. 이하의 과정은 본 발명의 다른 구체예들에 따라 다양할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
워시코팅은 바람직하게는 슬러리를 형성하기 위해, 먼저 적당한 용매, 바람직하게는 물에서 NOx 트랩 조성물의 미세하게 분할된 입자들을 슬러리형성시킴으로써 수행된다. 슬러리는 바람직하게는 5 내지 70 중량 퍼센트 고형분, 보다 바람직하게는 10 내지 50 중량 퍼센트를 함유한다. 바람직하게는, 입자는 슬러리를 형성하기에 앞서, 실질적으로 모든 고형분 입자들이 평균 직경으로 20 마이크론 미만의 입자 크기를 갖는 것을 보장하기 위해 밀링하거나 또 다른 분쇄(comminution) 공정을 시킨다. 안정제 또는 프로모터와 같은 추가의 성분들도 또한 수용해성 또는 수분산성 화합물 또는 착물로서 슬러리에 포함될 수 있다.
다음에, 기판을 슬러리로 1회 이상 코팅하여 기판상에 NOx 트랩 조성물의 원하는 로딩을 침착시키게 되도록 할 수 있다.
NOx 트랩을 제조하기 위해 기판상에 NOx 트랩 조성물을 형성하는 것도 또한 가능하다. 이러한 과정에서, 철-함유 제올라이트의 슬러리는 상기한 바와 같이 기판 상에 워시코트된다. 철-함유 제올라이트가 기판에 침착된 후, 기판을 상기한 바와 같이 비활성 가스 및 유기 화합물의 존재하에 가열하여 기판상에 환원하여 하소된 철/제올라이트를 제조한다. 다음에 팔라듐 화합물은 함침, 흡착, 또는 이온교환을 포함하는 어떤 공지의 수단에 의해 기판에 부가되어 기판상에 Pd-Fe/제올라이트를 형성하는데, 이것은 다음에 산소-함유 가스의 존재하에 400 내지 600℃ 범위의 온도에서 하소되어 NOx 트랩이 제조될 수 있다.
바람직하게는, 기판의 전체 길이를 NOx 트랩 조성물로 코팅하여 NOx 트랩 조성물의 워시코트가 기판의 전체 표면을 덮도록 한다.
NOx 트랩 조성물이 기판상에 침착된 후, NOx 트랩은 전형적으로 바람직하게는 80 내지 150℃의 상승된 온도에서 가열함으로써 건조시킨 다음, 상승된 온도에서 가열함으로써 하소시킨다. 바람직하게는, 하소는 400 내지 600℃에서 대략 1 내지 8 시간동안 일어난다.
본 발명은 또한 본 발명의 NOx 트랩 조성물 그리고 하나 이상의 백금족 금속 및 하나 이상의 무기 산화물 담지체를 포함하는 지지된 백금족 금속 촉매를 포함하는 냉 시동 촉매를 포함한다. 지지된 백금족 금속 촉매는 하나 이상의 백금족 금속("PGM") 및 하나 이상의 무기 산화물 담지체를 포함한다. PGM은 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 또는 이들의 조합일 수 있고, 가장 바람직하게는 백금 및/또는 팔라듐이다. 무기 산화물 담지체는 가장 통상적으로는 2, 3, 4, 5, 13 및 14족 및 란탄족 원소의 산화물을 포함한다. 유용한 무기 산화물 담지체는 바람직하게는 10 내지 700 m2/g 범위의 표면적, 0.1 내지 4 mL/g 범위의 기공 부피, 및 약 10 내지 1000 옹스트롬의 기공 직경을 갖는다. 무기 산화물 지지체는 바람직하게는 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아, 니오비아, 탄탈 산화물, 몰리브텐 산화물, 텅스텐 산화물, 또는 이들의 어떤 두가지 이상의 혼합 산화물 또는 복합 산화물, 예를 들면 실리카-알루미나, 세리아-지르코니아 또는 알루미나-세리아-지르코니아이다. 알루미나 및 세리아가 특히 바람직하다.
지지된 백금족 금속 촉매는 어떤 공지의 수단으로도 제조될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 백금족 금속이 어떤 공지의 수단에 의해 하나 이상의 무기 산화물 상에 로딩되어 지지된 PGM 촉매를 형성하며, 부가의 방법은 특별히 중대한 것으로 생각되지 않는다. 예를 들면, 백금 화합물(질산백금과 같은 것)은 함침, 흡착, 이온교환, 초기 습식법, 침전 등에 의해 무기 산화물 상에 지지될 수 있다. 다른 금속들도 또한 지지된 PGM 촉매에 부가될 수 있다.
냉 시동 촉매는 종래 기술에서 잘 공지된 공정들에 의해 제조될 수 있다. NOx 트랩 및 지지된 백금족 금속 촉매를 물리적으로 혼합하여 냉 시동 촉매를 제조할 수 있다. 바람직하게는, 냉 시동 촉매는 관통형 기판 또는 필터 기판을 더 포함하여, NOx 트랩 조성물 및 지지된 백금족 금속 촉매가 관통형 기판 또는 필터 기판상에 코팅되도록 하고, 바람직하게는 워시코트 과정을 사용하여 관통형 기판 또는 필터 기판상에 침착시켜 냉 시동 촉매 시스템을 제조한다.
본 발명은 또한 본 발명의 NOx 트랩을 포함하는 내연기관용 배기 시스템을 포함한다. 배기 시스템은 바람직하게는 정상 작동 온도에서 내연기관 배기 가스로부터 공해물질을 제거할 수 있는 하나 이상의 추가의 후처리 장치를 포함한다. 바람직하게는, 배기 시스템은 냉 시동 촉매 그리고 (1) 선택적 촉매 환원 시스템; (2) 미립자 필터; (3) 선택적 촉매 환원 필터 시스템; (4) NOx 흡착제 촉매; (5) 3-원 촉매 시스템; 또는 이들의 어떤 다른 조합을 포함한다.
이들 후처리 장치는 본 분야에 잘 공지되어 있다. 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템은 질소 화합물들(암모니아 또는 우레아와 같은 것) 또는 탄화수소(희박 NOx 환원)와의 반응에 의해 NOx를 N2로 환원시키는 장치이다. 전형적인 SCR 촉매는 바나디아-티타니아 촉매, 바나디아-텅스타-티타니아 촉매, 또는 철/베타 제올라이트, 구리/베타 제올라이트, 구리/SSZ-13, 구리/SAPO-34, Fe/ZSM-5, 또는 구리/ZSM-5와 같은 금속/제올라이트 촉매로 이루어진다.
미립자 필터는 내연기관의 배기로부터 미립자 물질을 감소시키는 장치이다. 미립자 필터는 촉매화된 미립자 필터와 맨(비촉매화) 미립자 필터를 포함한다. 촉매화된 미립자 필터(디젤 및 가솔린 분야 용도)는 필터에 의해 포획된 그을음을 파괴하는 것에 더하여 탄화수소 및 일산화탄소를 산화하기 위해 금속 및 금속 산화물 성분(Pt, Pd, Fe, Mn, Cu 및 세리아)을 포함한다.
선택적 촉매 환원 필터(SCRF)는 SCR 및 미립자 필터의 기능성을 조합한 단일 기판 장치이다. 그것들은 내연기관으로부터 NOx 및 미립자 물질 방출을 감소시키기 위해 사용된다.
NOx 흡착제 촉매(NACs)는 희박 배기 조건하에 NOx를 흡착하고 풍부 조건하에 흡착된 NOx를 방출하도록 설계되고, 방출된 NOx를 환원하여 N2를 형성시킨다. NACs는 전형적으로 NOx-저장 성분(예를 들면, Ba, Ca, Sr, Mg, K, Na, Li, Cs, La, Y, Pr, 및 Nd), 산화 성분(바람직하게는 Pt) 및 환원 성분(바람직하게는 Rh)을 포함한다. 이들 성분들은 하나 이상의 지지체상에 함유된다.
3-원 촉매 시스템(TWCs)은 전형적으로 단일 장치상에서 NOx를 N2로, 일산화탄소를 CO2로, 그리고 탄화수소를 CO2 및 H2O로 변환시키기 위해 화학양론 조건하에서 가솔린 엔진에서 사용된다.
본 발명은, 구체적으로 디젤 엔진, 린번 가솔린 엔진, 또는 액체 석유 가스 또는 천연 가스에 의해 동력부여되는 엔진과 같은 차량 린번 내연기관으로부터 배기 가스를 처리하기 위한, 내연기관으로부터의 배기 가스를 처리하는 것을 또한 포함한다. 방법은 배기 가스를 본 발명의 NOx 트랩과 접촉시키는 것을 포함한다.
이하의 실시예들은 단지 본 발명을 예시한다. 당업자들은 본 발명의 개념과 특허청구의 범위내에 있는 많은 변형을 인식할 것이다.
실시예 1: 촉매의 제조
촉매 1A: 촉매 1A는 Beta 제올라이트(Tosoh HSZ® 931)상에 Fe 니트레이트의 습식 함침과, 이어서 공기 중에서 500℃에서 하소에 의해 제조된다. 결과된 분말은 8 wt.% 폴리에틸렌 옥사이드와 혼합하고 질소 가스의 존재하에 600℃에서 하소한다. 다음에 팔라듐을 1 wt.% Pd의 로딩으로 Fe/Beta 재료상에 함침시키고, 다음에 Pd-Fe/Beta 제품을 공기 중에서 500℃에서 하소시켜 촉매 1A (1 wt.% Pd 및 1 wt.% Fe 함유)를 제조한다.
비교용 촉매 1B: 비교용 촉매 1B는 촉매 1A의 과정에 따라 제조하되, 환원하는 하소 단계(폴리에틸렌 옥사이드 존재)를 수행하지 않는다. 비교용 촉매 1B는 1 wt.% Pd 및 1 wt.% Fe를 함유한다.
비교용 촉매 1C: 비교용 촉매 1C는 비교용 촉매 1B의 과정에 따라 제조하되, Pd-Fe/Beta 제품을 500℃의 대신에 750℃에서 하소한다. 비교용 촉매 1C는 1 wt.% Pd 및 1 wt.% Fe를 함유한다.
비교용 촉매 1D: 비교용 촉매 1D는 Beta 제올라이트(Tosoh HSZ® 931)상에 Fe 니트레이트의 습식 함침과, 이어서 공기 중에서 500℃에서 하소에 의해 제조된다. 500℃에서 2시간 동안 희박 H2에서 직접 환원 처리가 이어서 수행된다. 다음에 팔라듐을 1 wt.% Pd의 로딩으로 Fe/Beta 재료상에 함침시키고, 다음에 Pd-Fe/Beta 제품을 공기 중에서 500℃에서 하소시켜 비교용 촉매 1D(1 wt.% Pd 및 1 wt.% Fe 함유)를 제조한다.
실시예 2: NO x 저장 시험 과정
촉매(0.4 g)를 90℃에서 5분간 NO-함유 가스에서 유지시킨 다음, 온도를 20℃/분의 램핑 속도로 215℃로 증가시켜 200℃의 베드 온도를 달성시키는데, 여기서 촉매를 추가 5분 동안 유지시키고 이어서　290℃로 추가 램프 및 추가 5분 동안 275℃의 베드 온도를 유지시킨다. 이 흡착 단계는 추가 테스트를 위해 모든 저장된 NOx의 촉매를 퍼지하기 위해 베드 온도가 약 500℃에 이를 때까지 온도 프로그래밍된 탈착(Temperature Programmed Desorption: TPD)이 TPD 가스의 존재하에 이어진다.
NO-함유 가스는 10.5 vol.% O2, 50 ppm NO, 6 vol.% CO2, 1500 ppm CO, 100 ppm 탄화수소 및 6.3 vol.% H2O를 포함한다.
TPD 가스는 10.5 vol.% O2, 6 vol.% CO2, 1500 ppm CO, 100 ppm 탄화수소 및 6.3 vol.% H2O를 포함한다.
NOx 저장 결과를 표 1에 나타낸다.
저장 시험 결과는 NOx가 다른 촉매들에서 흡착되는 두개의 구별되는 온도 창이 있다는 것을 나타낸다. 대략 90℃에서 하부 온도 창은 냉-시동 성능에 중요하다. 이 낮은 온도 범위에서 더 높은 NOx 저장은 냉 시동 용도에서 사용하기 위한 더 큰 잠재성을 가리킨다. 200-250℃ 사이의 더 높은 온도 창이 높은 로드 작동 동안에 NOx 슬립을 회피하기 위해 유용하다. 표 1에서의 결과는 단지 촉매 1A 및 비교용 촉매 1C(고온 750℃ 하소를 받음)는 낮은 온도 (냉 시동) 창에서 양호한 NOx 흡수를 증명한다. 그러나, 비교용 촉매 1C를 활성화하기 위해 요구되는 높은 온도 처리는 바람직하지 않고 고비용이다. 또한, 더 높은 온도 하소된 비교용 촉매 1C 재료는 시험의 고온(200-250℃) 영역에서 NOx 흡수를 증명하지 않고 따라서 낮은 NOx 흡수 용량을 전반적으로 갖는다.
NOx 저장 결과
촉매 NO x 저장 (g/L)
저온 고온
1A 0.36 0.55
1B * 0.05 0.26
1C * 0.34 0.08
1D * 0.03 0.35
* 비교예

Claims (17)

  1. (a) 비활성 가스 및 유기 화합물의 존재하에 철-함유 제올라이트를 가열하여, 환원하여 하소된 철/제올라이트를 제조하는 단계;
    (b) 팔라듐 화합물을, 환원하여 하소된 철/제올라이트에 첨가하여 Pd-Fe/제올라이트를 형성하는 단계; 및
    (c) Pd-Fe/제올라이트를 산소-함유 가스의 존재하에 400 내지 600℃에서 하소하여 NOx 트랩 조성물을 제조하는 단계를 포함하는, NOx 트랩 조성물의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제올라이트는 베타 제올라이트, 파우자사이트, L-제올라이트, ZSM 제올라이트, SSZ-제올라이트, 모데나이트, 카바자이트, 오프레타이트, 에리오나이트, 클리놉틸로라이트, 실리칼라이트, 알루미늄 포스페이트 제올라이트, 메조포러스 제올라이트, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제올라이트는 베타 제올라이트인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 비활성 가스는 질소, 아르곤, 네온, 헬륨, 이산화탄소 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 화합물은 유기 폴리머 및/또는 바이폴리머인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 화합물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리글리콜, 다당류, 셀룰로스, 폴리글루코사민 및 지질로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 화합물은 폴리에틸렌 옥사이드인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 팔라듐 화합물은 팔라듐의 질산염, 황산염, 할로겐화물, 카르복실레이트, 또는 아민 착물인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 철-함유 제올라이트는 제올라이트에 철 화합물을 첨가하여 철-제올라이트 종을 형성하고, 철-제올라이트 종을 산소-함유 가스의 존재하에 400 내지 600℃에서 하소하여 철-함유 제올라이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 철 화합물은 철의 질산염, 황산염, 할로겐화물, 또는 카르복실레이트 착물인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되거나 또는 얻을 수 있는 NOx 트랩 조성물.
  12. 금속 또는 세라믹 기판에 지지된 제 11 항의 NOx 트랩 조성물을 포함하는 NOx 트랩.
  13. 제 12 항에 있어서, 기판은 관통형 모노리스인 것을 특징으로 하는 NOx 트랩.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항의 NOx 트랩을 포함하는 내연기관용 배기 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 선택적 촉매 환원 촉매 시스템; 미립자 필터; 선택적 촉매 환원 필터 시스템; NOx 흡착제 촉매; 3-원 촉매 시스템; 또는 이들의 조합을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  16. 배기 가스를 제 12 항 또는 제 13 항의 NOx 트랩과 접촉시키는 것을 포함하는, 내연기관으로부터의 배기 가스를 처리하는 방법.
  17. 제 11 항의 NOx 트랩 조성물 그리고 하나 이상의 백금족 금속 및 하나 이상의 무기 산화물 담지체를 포함하는 지지된 백금족 금속 촉매를 포함하는 냉 시동 촉매.
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