KR20160083886A - 은-함유 압출 제올라이트 기판을 포함하는 쓰리-웨이 촉매 및 배기 시스템에서 그것의 사용 - Google Patents
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Abstract
쓰리-웨이 촉매가 개시된다. 이 쓰리-웨이 촉매는 은-함유 압출 제올라이트 기판과 은-함유 압출 제올라이트 기판 상에 배치된 촉매층을 포함한다. 촉매층은 하나 이상의 백금족 금속과 하나 이상의 무기 산화물 담체를 포함하는 지지된 백금족 금속 촉매를 포함한다. 또한, 본 발명은 쓰리-웨이 촉매를 포함하는 배기 시스템을 포함한다. 쓰리-웨이 촉매는 특히 냉 시동 기간 동안 개선된 탄화수소 저장 및 전환을 가져온다.
Description
본 발명은 쓰리-웨이 촉매 및 내연 엔진을 위한 배기 시스템에서 그것의 사용에 관한 것이다.
내연 엔진은 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물("NOx")을 포함하는 여러 오염물질을 함유하는 배기 가스를 생성한다. 배기 가스 촉매를 포함하는 배출 제어 시스템이 대기로 배출되는 이들 오염물질의 양을 감소시키기 위해 널리 이용된다. 가솔린 엔진 용도에 통상 사용되는 촉매는 "쓰리-웨이 촉매"(TWC)이다. TWC는 세 가지 주 기능, 즉 (1) CO의 산화; (2) 미연소 탄화수소의 산화; 및 (3) NOx의 N2로의 환원을 수행한다.
다른 배기 가스 촉매와 마찬가지로 TWC는 전형적으로 일단 작동 온도(전형적으로 200℃ 이상)에 도달한 후 매우 높은 효율을 달성한다. 그러나, 이들 시스템은 작동 온도 이하에서는 비교적 비효율적이다("냉 시동" 기간). 훨씬 더 엄격한 국제 및 국내 규제가 디젤이나 가솔린 엔진으로부터 배출될 수 있는 오염물질의 양을 저하시킴에 따라 냉 시동 기간 동안 배출물을 감소시키는 것이 주된 과제가 되고 있다. 따라서, 냉 시동 조건 동안 배출되는 NOx 및 탄화수소의 수준을 감소시키는 방법이 계속 조사되고 있다.
냉 시동 탄화수소 제어를 위해 탄화수소 포집 성분으로서 제올라이트를 포함하는 탄화수소(HC) 트랩이 조사되었다. 이들 시스템에서 제올라이트 성분은 시동 기간 동안 탄화수소를 흡착해서 저장하고, 배기 온도가 탄화수소를 탈착시킬 만큼 충분히 높을 때는 저장된 탄화수소를 방출한다. 탈착된 탄화수소는 이어서 HC 트랩에 포함된 TWC 성분에 의해서 또는 HC 트랩의 하류에 위치된 분리된 TWC에 의해서 전환된다.
예를 들어, 미국특허 No. 5,772,972는 탄화수소 포집 재료와 백금계 쓰리-웨이 촉매 재료의 하이브리드 시스템을 개시한다. 미국특허 No. 6,617,276은 탄화수소-흡착 제올라이트와 제올라이트 상에 함침된 K, Rb 또는 Cs 활성 금속으로 필수적으로 구성된 제1 층, 적어도 하나의 백금족 금속으로 필수적으로 구성된 적어도 하나의 추가층, 및 제1 층과 하나 이상의 추가층이 위에 배치된 촉매 기판을 포함하는 촉매 구조물을 교시한다. EP 1129774에서는 SiO2:Al2O3 비가 100 이상이고 평균 일차 입자 직경이 1μm 이하이며 1가 금속 원소를 갖지 않는 제올라이트를 포함하는 탄화수소 흡착 부재가 교시된다. 미국특허 No. 6,074,973은 고 표면적 금속 산화물 지지체(support) 상에 분산된 팔라듐과 은 및 ZSM-5, 베타, Y 및 다른 적합한 제올라이트 중 하나 이상과 같은 제올라이트 재료를 포함하는 촉매화된 탄화수소 트랩 재료를 교시한다.
미국 출원공개 No. 2012/01 17953 A1은 10-100 중량 퍼센트의 적어도 하나의 바인더/매트릭스 성분, 5-90 중량 퍼센트의 제올라이트 분자체, 비-제올라이트 분자체 또는 이들 중 임의의 둘 이상의 혼합물, 및 0-80 중량 퍼센트의 선택적인 안정화 세리아를 포함하는 압출 고형체를 포함하는 쓰리-웨이 촉매를 교시한다. 이 촉매는 적어도 하나의 귀금속과 선택적으로 적어도 하나의 비-귀금속을 포함하며, 여기서 (i) 적어도 하나의 귀금속은 압출 고형체의 표면 상에 하나 이상의 코팅층(들)으로 보유되거나; (ii) 적어도 하나의 금속은 압출 고형체 전체에 존재하고 적어도 하나의 귀금속은 또한 압출 고형체의 표면 상에 하나 이상의 코팅층(들)으로 보유되거나; 또는 (iii) 적어도 하나의 금속은 압출 고형체 전체에 존재하고, 압출 고형체의 표면에 더 높은 농도로 존재하며, 적어도 하나의 귀금속은 또한 압출 고형체의 표면 상에 하나 이상의 코팅층(들)으로 보유된다. 이에 더하여, 미국 출원공개 No. 2012/0308439 A1은 (1) 비금속, 귀금속 및 제올라이트를 포함하는 제올라이트 촉매, 및 (2) 하나 이상의 백금족 금속과 하나 이상의 무기 산화물 담체를 포함하는 지지된(supported) 백금족 금속 촉매를 포함하는 냉 시동 촉매를 교시한다.
임의의 자동차 시스템 및 과정과 마찬가지로, 특히 냉 시동 조건에서, 배기 가스 처리 시스템에 추가의 개선을 획득하는 것이 바람직하다. 우리는 내연 엔진으로부터의 배기 가스의 증진된 정화를 제공하는 새로운 쓰리-웨이 촉매를 발견했다.
본 발명은 배기 시스템에서 사용하기 위한 쓰리-웨이 촉매이다. 이 쓰리-웨이 촉매는 은-함유 압출 제올라이트 기판을 포함한다. 또한, 이 쓰리-웨이 촉매는 은-함유 압출 제올라이트 기판 상에 배치된 촉매층을 포함한다. 촉매층은 하나 이상의 백금족 금속과 하나 이상의 무기 산화물 담체를 포함하는 지지된 백금족 금속 촉매를 포함한다. 또한, 본 발명은 이 쓰리-웨이 촉매를 포함하는 배기 시스템을 포함한다.
본 발명의 쓰리-웨이 촉매는 은-함유 압출 제올라이트 기판을 포함한다.
은-함유 압출 제올라이트 기판의 제올라이트는 분자체를 포함하여 임의의 천연 또는 합성 제올라이트일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 규소 및/또는 인으로 이루어진다. 제올라이트는 전형적으로 산소 원자의 공유에 의해서 이어진 SiO4, AlO4 및/또는 PO4의 3차원 배열을 가진다. 제올라이트 프레임워크는 전형적으로 음이온성이며, 이것은 전하 보상 양이온, 전형적으로 알칼리 금속 및 알칼리 토금속(예를 들어, Na, K, Mg, Ca, Sr, 및 Ba) 및 또한 양성자에 의해서 상쇄된다.
제올라이트는 바람직하게 베타 제올라이트, 파우자사이트(예컨대 X-제올라이트 또는 NaY 및 USY를 포함하는 Y-제올라이트), L-제올라이트, ZSM 제올라이트(예를 들어 ZSM-5, ZSM-48), SSZ-제올라이트(예를 들어 SSZ-13, SSZ-41, SSZ-33), AEI 프레임워크 제올라이트, 모데나이트, 카바자이트, 오프레타이트, 에리오나이트, 클리놉틸로라이트, 실리칼라이트, 알루미늄 포스페이트 제올라이트(SAPO-34 등의 메탈로알루미노포스페이트를 포함), 메조포러스 제올라이트(예를 들어 MCM-41, MCM-49, SBA-15), 또는 이들의 혼합물이며, 더 바람직하게 제올라이트는 베타 제올라이트, ZSM-5 제올라이트, 또는 SSZ-33, 또는 Y-제올라이트이다. 제올라이트는 가장 바람직하게 베타 제올라이트, ZSM-5 제올라이트, 또는 SSZ-33이다.
압출 제올라이트 기판은 임의의 공지된 수단에 의해서 형성될 수 있다.
전형적으로, 제올라이트는 플로-스로 기판 또는 필터 기판을 형성하도록 압출되며, 바람직하게는 벌집 플로-스로 모노리스를 형성하도록 압출된다. 압출 제올라이트 기판 및 벌집체, 및 이들의 제조 과정은 본 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 미국특허 No. 5,492,883, 5,565,394 및 5,633,217, 및 미국특허 No. Re. 34,804를 참조한다. 전형적으로, 제올라이트 재료는 실리콘 수지와 같은 영구 바인더 및 메틸셀룰로오스와 같은 임시 바인더와 혼합되고, 혼합물이 압출되어 생 벌집체를 형성하며, 이것이 이어서 하소되고 소결되어 최종 압출 제올라이트 기판이 형성된다.
압출 제올라이트 기판은 플로-스로 또는 필터 기판으로 형성될 수 있다. 플로-스로 기판으로 형성되는 경우, 많은 작은 평행한 얇은 벽의 채널이 기판을 통해 축을 따라 이어져 기판의 입구나 출구로부터 전체에 연장된 벌집 구조를 가진 플로-스로 모노리스가 바람직하다. 기판의 채널 단면은 임의의 모양일 수 있지만, 바람직하게는 정사각형, 사인파형, 삼각형, 직사각형, 육각형, 사다리꼴, 원형 또는 타원형이다.
필터 기판으로 형성되는 경우, 은-함유 압출 제올라이트 기판은 바람직하게 월-플로 모노리스 필터이다. 월-플로 필터의 채널은 교대로 차단되는데, 이것은 배기 가스 스트림이 입구로부터 채널로 들어간 다음 채널 벽을 통해 유동하여 출구로 이어진 상이한 채널로부터 필터를 빠져나갈 수 있게 한다. 배기 가스 스트림 중의 미립자가 이로써 필터에 포집된다.
제올라이트는 은-함유 압출 제올라이트 기판이 압출 과정에 의해서 제조되도록 압출 전에 은을 함유할 수 있다. 제올라이트가 압출 전에 은을 함유한다면, 은은 임의의 공지된 수단에 의해서 은-함유 제올라이트를 형성하기 위해 제올라이트에 첨가될 수 있으며, 첨가 수단은 특별히 중요하게 생각되지 않는다. 예를 들어, 은 화합물(예컨대 질산은)은 함침, 흡착, 이온-교환, 초기 습윤, 침전 등에 의해서 제올라이트에 첨가될 수 있다.
압출 제올라이트 기판이 은 없이 먼저 형성된다면, 이어서 압출 제올라이트 모노리스가 은으로 로딩되어 은-함유 압출 제올라이트 기판을 생성한다. 바람직하게, 압출 제올라이트 모노리스는 제올라이트 모노리스 위에 은을 로딩하기 위해 함침 과정을 거친다.
바람직하게, 은-함유 압출 제올라이트 기판은 1 내지 700 g/ft3 은, 더 바람직하게 10 내지 200 g/ft3 은을 포함한다.
또한, 쓰리-웨이 촉매는 은-함유 압출 제올라이트 기판 상에 배치된 촉매층을 포함한다. 촉매층은 지지된 백금족 금속 촉매를 포함한다. 지지된 백금족 금속 촉매는 하나 이상의 백금족 금속("PGM")과 하나 이상의 무기 산화물 담체를 포함한다. PGM은 백금, 팔라듐, 로듐 또는 이들의 조합일 수 있고, 팔라듐과 로듐이 가장 바람직하다. 무기 산화물 담체는 가장 통상적으로 2, 3, 4, 5, 13 및 14족 원소의 산화물을 포함한다. 유용한 무기 산화물 담체는 바람직하게 10 내지 700㎡/g의 범위의 표면적, 0.1 내지 4mL/g의 범위의 기공 부피, 및 약 10 내지 1000 옹스트롬의 기공 직경을 가진다. 무기 산화물 담체는 바람직하게 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아, 니오비아, 탄탈륨 산화물, 몰리브데늄 산화물, 텅스텐 산화물, 또는 이들 중 임의의 둘 이상의 혼합 산화물 또는 복합 산화물, 예를 들어 실리카-알루미나, 세리아-지르코니아 또는 알루미나-세리아-지르코니아이다. 알루미나 및 세리아-지르코니아가 특히 바람직하다.
지지된 백금족 금속 촉매는 임의의 공지된 수단에 의해서 제조될 수 있다. 바람직하게, 하나 이상의 백금족 금속이 지지된 PGM 촉매를 형성하기 위해 임의의 공지된 수단에 의해서 하나 이상의 무기 산화물 위에 로딩되며, 부가 방식은 특별히 중요하게 생각되지 않는다. 예를 들어, 팔라듐 화합물(예컨대 질산팔라듐)이 함침, 흡착, 이온-교환, 초기 습윤, 침전 등에 의해서 무기 산화물 상에 지지될 수 있다. 다른 금속도 또한 지지된 PGM 촉매에 부가될 수 있다.
지지된 PGM 촉매층이 은-함유 압출 제올라이트 기판 상에 배치된다. 지지된 PGM 촉매층은 선행기술에서 잘 공지된 과정에 의해서 은-함유 압출 제올라이트 기판 상에 배치될 수 있다. 바람직하게, 지지된 백금족 금속 촉매는 워시코트 과정을 사용하여 은-함유 압출 제올라이트 기판 위에 코팅되며, 이로써 본 발명의 쓰리-웨이 촉매가 제조된다.
워시코트 과정을 사용하여 쓰리-웨이 촉매를 제조하기 위한 대표적인 과정이 아래 제시된다. 아래 과정은 본 발명의 상이한 실시형태에 따라서 변화될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
워시코팅 과정은 바람직하게 먼저 지지된 백금족 촉매의 미분된 입자들을 적절한 용매, 바람직하게 물에서 슬러리화하여 슬러리를 형성함으로써 수행된다. 또한, 전이금속 산화물, 바인더, 안정제 또는 촉진제와 같은 추가의 성분들이 수용성 또는 수-분산성 화합물의 혼합물로서 슬러리에 포함될 수 있다. 슬러리는 바람직하게 10 내지 70 중량 퍼센트, 더 바람직하게 30 내지 50 중량 퍼센트의 고형분을 함유한다. 슬러리를 형성하기 전 지지된 백금족 촉매 입자는 바람직하게 고체 입자의 평균 입자 크기가 직경이 20 마이크론 미만이 되도록 크기 감소 처리(예를 들어, 밀링)된다.
다음에, 은-함유 압출 제올라이트 기판은 슬러리에 한 번 이상 침지될 수 있거나, 또는 슬러리가 기판에 코팅될 수 있으며, 이로써 원하는 로딩량의 촉매 재료가 은-함유 압출 제올라이트 기판 상에 부착될 것이다. 또는 달리, 무기 산화물(들)만을 함유하는 슬러리가 먼저 제올라이트 촉매-코팅 기판 상에 부착되어 무기 산화물-코팅 기판을 형성할 수 있으며, 이후 건조 및 하소 단계가 이어질 수 있다. 다음에, 백금족 금속(들)이 백금족 금속 화합물(예컨대 질산백금)의 함침, 흡착 또는 이온-교환을 포함하는 임의의 공지된 수단에 의해 무기 산화물-코팅 기판에 부가될 수 있다.
바람직하게, 은-함유 압출 제올라이트 기판의 전체 길이가 슬러리로 코팅되며, 이로써 지지된 백금족 촉매의 워시코트가 기판의 전체 표면을 피복한다.
은-함유 압출 제올라이트 기판이 지지된 백금족 촉매 슬러리로 코팅된 후 코팅된 기판은 바람직하게 건조되고, 이어서 승온에서 가열함으로써 하소되어 쓰리-웨이 촉매를 형성한다. 바람직하게, 하소는 대략 1 내지 8시간 동안 400 내지 600℃에서 일어난다.
본 발명은 또한 쓰리-웨이 촉매를 포함하는 내연 엔진을 위한 배기 시스템을 포함한다. 배기 시스템은 바람직하게 내연 엔진 배기 가스로부터 오염물질을 제거할 수 있는 하나 이상의 추가의 후-처리 장치를 포함한다.
바람직하게, 배기 시스템은 일체-결합형 촉매와 본 발명의 쓰리-웨이 촉매를 포함한다. 일체-결합형 촉매는 쓰리-웨이 촉매의 상류에 위치된다. 바람직하게, 미립자 필터가 또한 이 시스템에 부가될 수 있다. 미립자 필터는 일체-결합형 촉매의 하류이고 쓰리-웨이 촉매의 상류인 곳에 위치될 수 있거나, 또는 미립자 필터는 쓰리-웨이 촉매의 하류에 위치될 수 있다.
일체-결합형 촉매는 본 분야에 잘 알려져 있다. 일체-결합형 촉매는 전형적으로 쓰리-웨이 촉매에서 측정되었을 때 온도가 약 150 내지 220℃의 온도 범위 이하일 때 엔진의 시동 후 냉 시동 기간 동안 탄화수소 배출물을 감소시키기 위해서 활용된다. 일체-결합형 촉매는 엔진 구획 내에, 전형적으로 배기 매니폴드에 인접해서 후드 아래에 위치되며, 이로써 이들은 엔진 워밍업 후 엔진을 즉시 빠져나가는 고온 배기 가스에 노출된다.
일체-결합형 촉매는 바람직하게 Pt, Pd 및 Rh로부터 선택된 적어도 하나의 귀금속을 함유하는 내열성 무기 산화물의 촉매층으로 코팅된 기판 구조물을 포함한다. 내열성 기판은 전형적으로 모노리스 기판, 바람직하게 세라믹 기판 또는 금속 기판이다. 세라믹 기판은 임의의 적합한 내열 내화성 재료, 예를 들어 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 마그네시아, 제올라이트, 질화규소, 탄화규소, 규산지르코늄, 규산마그네슘, 알루미노실리케이트 및 메탈로 알루미노실리케이트(예컨대 코디어라이트 및 스포듀멘), 또는 이들 중 임의의 둘 이상의 혼합물이나 혼합 산화물로 제조될 수 있다. 금속 기판은 임의의 적합한 금속, 특히 내열성 금속 및 금속 합금, 예컨대 티타늄 및 스테인리스 스틸은 물론 다른 미량 금속(전형적으로 희토류 금속)에 더하여 철, 니켈, 크로뮴, 및/또는 알루미늄을 함유하는 페라이트 합금으로 제조될 수 있다.
기판은 바람직하게 플로-스로 기판이지만, 또한 필터 기판일 수도 있다. 플로-스로 기판은 바람직하게 많은 작은 평행한 얇은 벽의 채널이 기판을 통해 축을 따라 이어져 기판 전체에 연장된 벌집 구조를 가진다. 기판이 필터 기판이면 월-플로 모노리스 필터인 것이 바람직하다. 월-플로 필터의 채널은 교대로 차단되는데, 이것은 배기 가스 스트림이 입구로부터 채널로 들어간 다음 채널 벽을 통해 유동하여 출구로 이어진 상이한 채널로부터 필터를 빠져나갈 수 있게 한다. 배기 가스 스트림 중의 미립자가 이로써 필터에 포집된다.
일체-결합형 촉매의 촉매층은 전형적으로 바람직하게는 하나 이상의 무기 산화물과 하나 이상의 백금족 금속을 포함하는 워시코트로서 기판에 부가된다. 무기 산화물은 가장 통상적으로 2, 3, 4, 5, 13 및 14족 원소의 산화물을 포함한다. 유용한 무기 산화물은 바람직하게 10 내지 700㎡/g의 범위의 표면적, 0.1 내지 4mL/g의 범위의 기공 부피, 및 약 10 내지 1000 옹스트롬의 기공 직경을 가진다. 무기 산화물은 바람직하게 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 니오비아, 탄탈륨 산화물, 몰리브데늄 산화물, 텅스텐 산화물, 희토류 산화물(특히 세리아 또는 네오디뮴 산화물), 또는 이들 중 임의의 둘 이상의 혼합 산화물 또는 복합 산화물, 예를 들어 실리카-알루미나, 세리아-지르코니아 또는 알루미나-세리아-지르코니아이며, 또한 제올라이트일 수 있다. PGM은 백금, 팔라듐 및 로듐 중 하나 이상을 포함한다. 일체-결합형 촉매는 또한 다른 금속이나 금속 산화물을 함유할 수 있다.
다른 유용한 실시형태에서, 배기 시스템은 또한 바람직하게 종래의 산화 촉매 성분과 본 발명의 쓰리-웨이 촉매를 포함한다. 이 구성에서, 배기 시스템은 바람직하게 밸브 또는 다른 가스-지향 수단을 함유하며, 이로써 냉-시동 기간 동안(쓰리-웨이 촉매에서 측정되었을 때 약 150 내지 220℃의 온도 범위 이하) 배기 가스는 종래의 산화 촉매 성분으로 유동하기 전에 쓰리-웨이 촉매와 접촉하도록 지향된다. 일단 후 처리 장치(들)가 작동 온도(쓰리-웨이 촉매에서 측정되었을 때 약 150 내지 220℃)에 도달한 후, 배기 가스 유동은 쓰리-웨이 촉매와 접촉하기 전에 종래의 산화 촉매 성분과 접촉하도록 다시 지향된다. 또한, 미립자 필터가 이 우회 시스템에 부가될 수 있다. 본원에 참고로 포함되는 미국특허 No. 5,656,244는, 예를 들어 냉-시동 및 정상 작동 조건 동안 배기 가스의 유동을 제어하기 위한 수단을 교시한다.
종래의 산화 촉매 성분은 바람직하게 TWC 층으로 코팅된 기판을 포함하는 종래의 TWC 촉매이다. 기판은 전형적으로 모노리스 기판, 바람직하게는 세라믹 기판 또는 금속 기판이고, 바람직하게 플로-스로 기판이지만, 또한 필터 기판일 수도 있다. TWC 촉매층은 바람직하게 상기 설명된 대로 하나 이상의 백금족 금속("PGM")과 하나 이상의 무기 산화물 담체를 포함하는 지지된 백금족 금속 촉매를 포함한다.
다음의 실시예들은 단지 본 발명을 예시한다. 당업자는 본 발명의 정신 및 청구항의 범위 내에서 많은 변형을 인정할 것이다.
실시예
1: 본 발명의 촉매의 제조
촉매 1A: 압출 베타 제올라이트 상의 Ag + Pd-Rh 층
베타 제올라이트 모노리스(벌집 모노리스로 베타 제올라이트를 압출하여 형성, 55% 베타 제올라이트를 함유; 예를 들어 미국특허 No. 5,492,883, 5,565,394 및 5,633,217 참조)를 수성 질산은 용액으로 함침시키고, 이후 건조시키고, 4시간 동안 500℃에서 가열하여 하소하여 150g/ft3의 Ag 로딩을 달성한다.
다음에, Ag/베타 제올라이트 모노리스를 Pd 및 Rh를 위한 지지체로서 알루미나 및 세리아-지르코니아 혼합 산화물로 구성되는 전형적인 TWC 층으로 코팅한다. Pd 로딩은 76.5g/ft3이고, Rh 로딩은 8.5g/ft3이다. 지지된 코팅된 기판을 건조시키고, 이어서 4시간 동안 500℃에서 가열하여 하소한다.
실시예
2: 비교 촉매 제조
비교 촉매 2A: 압출 베타 제올라이트 + Pd-Rh 층
비교 촉매 2A를 압출 베타 제올라이트가 은으로 함침되지 않은 것을 제외하고 촉매 1A와 동일한 과정에 따라서 제조한다.
비교 촉매 2B: 코디어라이트 기판 + Pd-Rh 층
비교 촉매 2B를 코디어라이트 기판 모노리스가 Ag/베타 제올라이트 모노리스 대신 사용된 것을 제외하고 촉매 1A와 동일한 과정에 따라서 제조한다.
실시예
3: 실험실 시험 과정 및 결과
모든 촉매를 플로-스로 촉매-코팅 기판의 코어 샘플(2.54cm x 8.4cm)에서 시험한다. 새 촉매와 노화된 촉매가 모두 시험된다. 촉매 코어는 80시간 동안 800℃에서 열수 조건(5% H2O, 나머지 공기)에서 노에서 플로-스로 조건에서 노화된다. 다음에, 코어를 실험실 반응기에서 개별 배기 가스 성분의 질량 유동을 조정함으로써 제조된 원료 가스 스트림을 사용하여 탄화수소 흡착에 대해 시험한다. 가스 유량은 30,000 h-1의 가스 시간 공간 속도(GHSV = 30,000 h-1)을 가져오는 21.2 L min-1으로 유지한다.
실온으로 냉각시키기 전에 촉매를 2250ppm 02, 10% C02, 10% H20 및 나머지 질소의 가스 유동에서 650℃에서 전처리한다. 전처리 후, 촉매에 HC 흡착 단계를 행하는데, 촉매가 30초 동안 1500ppm(C1 기준) HC(17 vol.% 톨루엔, 24 vol.% 이소펜탄 및 59 vol.% 프로펜), 1000ppm NO, 1000ppm CO, 2250ppm 02, 10% H20, 10% C02 및 나머지 질소로 구성되는 HC-함유 가스와 접촉된다. 다음에, HC 흡착 단계 이후 HC 탈착 기간이 이어지는데, 촉매가 200ppm(C1 기준) HC, 300ppm 02, 10% H20, 10% C02 및 나머지 질소로 구성되는 탈착 가스에 노출된다.
흡착 기간 및 산화 기간 동안 HC 배출물에 대한 새 촉매와 노화된 촉매의 결과는 물론 제거된 총 HC가 표 1에 제시된다.
실시예
4: 엔진 시험 과정
실시예 1A와 비교예 2A 및 2B의 풀-사이즈 촉매를 2.4L 가솔린 차량에서 평가한다. 각 시험에서 상업용 Pd-Rh TWC 촉매가 실시예 촉매의 상류에 일체-결합형 위치에 위치된다. CCC TWC 촉매는 정면 구역에서 405g/ft3 Pd 및 15g/ft3 Rh를 함유하고, 후면 구역에서 105g/ft3 Pd 및 15g/ft3 Rh를 함유한다. 각 시스템은 800℃에서 최고인 실시예 촉매층 온도로 150시간 동안 노화된다. FTP 75 시험 프로토콜 하에서 시스템의 테일파이프 총 HC(THC) 배출물이 표 2에 제시된다. 촉매 1A는 두 비교예에 비해서 추가로 4mg/마일 THC를 제거한다.
결과는 표 2에 나타낸다.
촉매 | 흡착된 HC % (30 sec; 80℃) | 산화된 HC % (80-650℃) | 제거된 총 HC % | |
1A | 새것 | 93.1 | 78.1 | 81.3 |
노화 | 90.4 | 62.6 | 68.8 | |
2A* | 새것 | 83.5 | 70.4 | 73.4 |
노화 | 71.7 | 61.7 | 63.9 | |
2B * |
새것 | 7.8 | 69.8 | 55.9 |
노화 | 9.2 | 65.4 | 53.3 | |
*비교예 |
촉매 | 누적 테일파이프 THC (mg/마일) |
1A | 10 |
2A * | 14 |
2B * | 14 |
*비교예 |
Claims (10)
- (1) 은-함유 압출 제올라이트 기판; 및 (2) 은-함유 압출 제올라이트 기판 상에 배치된 촉매층을 포함하는 쓰리-웨이 촉매로서, 상기 촉매층이 하나 이상의 백금족 금속과 하나 이상의 무기 산화물 담체를 포함하는 지지된 백금족 금속 촉매를 포함하는 쓰리-웨이 촉매.
- 제 1 항에 있어서, 제올라이트가 베타 제올라이트, 파우자사이트, L-제올라이트, ZSM 제올라이트, SSZ-제올라이트, AEI 프레임워크 제올라이트, 모데나이트, 카바자이트, 오프레타이트, 에리오나이트, 클리놉틸로라이트, 실리칼라이트, 알루미늄 포스페이트 제올라이트, 메조포러스 제올라이트, 금속-포함 제올라이트, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 쓰리-웨이 촉매.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제올라이트는 베타 제올라이트, ZSM-5, SSZ-33, Y-제올라이트, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 쓰리-웨이 촉매.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 백금족 금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 쓰리-웨이 촉매.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 백금족 금속은 팔라듐 및 로듐인 것을 특징으로 하는 쓰리-웨이 촉매.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 무기 산화물 담체는 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아, 니오비아, 탄탈륨 산화물, 몰리브데늄 산화물, 텅스텐 산화물, 및 이들의 혼합 산화물 또는 복합 산화물로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 쓰리-웨이 촉매.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 압출 제올라이트 기판은 플로-스로 기판인 것을 특징으로 하는 쓰리-웨이 촉매.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 은-함유 압출 제올라이트 기판은 1 내지 700g/ft3 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰리-웨이 촉매.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 쓰리-웨이 촉매를 포함하는 내연 엔진을 위한 배기 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 선택적 촉매 환원 촉매 시스템; 미립자 필터; 선택적 촉매 환원 필터 시스템; NOx 흡착제 촉매; 또는 이들의 조합을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
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