KR20160145703A - 대역화된 촉매 복합체 - Google Patents

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안드레아스 리차드 먼딩
케네스 이. 보스
토르스텐 노이바우어
스탠리 에이. 로쓰
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Abstract

배기 스트림 내의 하나 이상의 성분을 전환시키고/거나 포획하는 특정 기능을 달성하기 위해 비교적 짧은 대역이 제공된다는 점에서 성분을 효율적으로 활용하는 대역화된 촉매가 본원에서 제공된다. 고도로 제어된 대역화가 모놀리식 캐리어의 한쪽 말단으로부터 형성된다. 대역은, 기판의 각각의 통로 내의 대역화된 촉매 물질이 캐리어의 한쪽 말단으로부터 실질적으로 균일한 거리에 있도록 편평한 프로파일을 갖는다. 이것의 제조 및 사용 방법이 또한 제공된다.

Description

대역화된 촉매 복합체 {ZONED CATALYST COMPOSITES}
본 발명은 배기 가스 정제 촉매 및 그의 사용 방법에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 발명은, 모놀리식(monolithic) 캐리어 상의 촉매 물질의 대역을 포함하며, 이 대역은 빠른 라이트-오프 및/또는 그을음 연소와 같은 요망되는 기능을 돕는 것인 대역화된 촉매 복합체에 관한 것이다. 대역은 기판의 각각의 통로 내의 대역화된 촉매 물질이 캐리어의 한쪽 말단으로부터 실질적으로 균일한 거리에 있도록 편평한 프로파일을 갖는다. 이들 대역은 촉매 활성, 성분 포획 및/또는 흡착 특성을 제공한다. 대역은 대역의 길이를 따라 실질적으로 균일한 두께 및 성분 농도를 제공한다.
촉매 전환 장치는, 엄중한 방출 기준을 충족시키기 위해 연소 엔진의 배기 가스 스트림을 처리하여 바람직하지 않은 성분을 전환, 포획 및/또는 흡착한다. 촉매 전환 장치에 사용되는 성분은, 백금족 금속 (PGM), 비귀금속 (BM), 산소 저장 성분 (OSC), 및/또는 분자체, 예컨대 제올라이트를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 촉매 전환 장치는 특정 용도, 예컨대 디젤 엔진의 배기 스트림 (예를 들어, 디젤 산화 촉매 (DOC), 선택적 촉매적 환원 (SCR) 촉매, 및 촉매화된 그을음 필터 (CSF)) 및 가솔린 엔진 (삼원 전환 (TWC) 촉매)에 대한 필요를 충족시키도록 디자인된다. 대역화된 및/또는 적층된 촉매는 추가로, 특정 위치에서의 특정 화학을 달성하기 위해 사용되도록 디자인된다.
다중-대역화된 촉매 및 트랩이 미국 특허 번호 7,189,376 (Kumar)에 개시되어 있다. 내독성 촉매를 제공하기 위한 오버코트 층이 미국 특허 번호 7,749,472 (Chen)에 제공되어 있다.
탁월한 촉매 활성, 성분 포획, 및/또는 흡착 특성을 제공하는 대역화된 촉매 물품에 대한 관련 기술분야에서의 계속적인 필요성이 존재한다.
요약
특정 기능을 달성하기 위해 비교적 짧은 대역이 제공된다는 점에서 성분을 효율적으로 활용하는 개선된 대역화된 촉매가 본원에서 제공된다. 고도로 제어된 대역화가 모놀리식 캐리어의 한쪽 말단으로부터 형성된다. 대역은, 기판의 각각의 통로 내의 대역화된 촉매 물질이 캐리어의 한쪽 말단으로부터 실질적으로 균일한 거리에 있도록 편평한 프로파일을 갖는다.
제1 측면은, 복수의 종방향 통로를 포함하는 모놀리식 캐리어; 편평한 프로파일을 갖도록, 캐리어의 한쪽 말단으로부터 시작되어 종방향 통로를 따라 축방향으로 연장되며, 배기 스트림 내의 하나 이상의 성분을 전환시키고/거나 포획하기에 효과적인 촉매 물질을 포함하는 대역을 포함하는, 내연 엔진의 배기 스트림을 위한 대역화된 촉매 복합체를 제공한다.
성분은 일산화탄소 (CO), 탄화수소 (HC), 질소 산화물 (NOx), 그을음, 암모니아 (NH3), SOx (SO2, SO3) 및/또는 이황화수소 (H2S)일 수 있다. 대역은 캐리어의 길이의 1 인치 (2.54 cm) 이하를 구성할 수 있다. 대역은 캐리어의 길이의 2 mm 내지 0.5 인치 (1.27 cm) 범위를 구성할 수 있다. 대역은 10 내지 60 ㎛ 범위의 평균 두께를 가질 수 있다. 대역은 5 내지 7 범위의 유사가소성 지수를 갖는 전단 박화되는 워시코트로부터 형성될 수 있다. 대역은 100 내지 750 센티포아즈 (cp) 범위의 점도를 갖는 워시코트로부터 형성될 수 있다. 대역은 1.5 내지 10.0 범위의 항복점을 갖는 워시코트로부터 형성될 수 있다. 대역은 0.10 내지 1.0 g/in3 범위의 워시코트 로딩으로부터 형성될 수 있다.
촉매 물질은 백금족 금속 (PGM), 비귀금속 (BM), 산소 저장 성분 (OSC), 및/또는 분자체를 포함할 수 있다. 대역은 5 내지 20 ㎛ 범위의 평균 입자 크기를 포함할 수 있다.
대역은, 중합체 증점제, 계면활성제, 및/또는 분산제를 포함하는 하나 이상의 유기 화합물을 갖는 레올로지 시스템과 조합된 촉매 물질을 포함하는 워시코트로부터 형성될 수 있다. 레올로지 시스템은 중합체 증점제, 계면활성제, 및 분산제를 포함한다.
캐리어의 한쪽 말단으로부터의 대역의 거리는 통로-대-통로로 0 내지 15% (상대적) 범위로 달라질 수 있다. 캐리어의 한쪽 말단에서 대역의 촉매 물질 중 활성 성분의 농도는 대역의 말단에서의 농도에 비해 10% 이하의 양으로 달라질 수 있다. 캐리어의 한쪽 말단에서의 각각의 통로에 대한 대역의 두께는 대역의 말단에서의 두께에 비해 15% 이하의 양으로 달라질 수 있다.
또 다른 측면은, 방출 처리 시스템이 배기 매니폴드를 통해 내연 엔진과 유체 소통되는 배기 도관; 및 본원에 제공된 임의의 대역화된 촉매 복합체를 포함하는 것인, 탄화수소, 일산화탄소, 및 다른 배기 가스 성분을 포함하는 것인, 내연 엔진 배기 스트림의 처리를 위한 시스템을 제공한다.
추가의 측면은, 탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물을 포함하는 기체상 스트림을 본원에 제공된 임의의 대역화된 촉매 복합체와 접촉시키는 것을 포함하는 배기 가스의 처리 방법을 제공한다.
추가의 측면에서는, 전단 박화 워시코트를 형성하고; 복수의 종방향 통로를 포함하는 모놀리식 캐리어의 유입구 말단을, 편평한 프로파일을 갖는 유입구 대역을 형성하는 깊이까지 워시코트 내로 침지시키는 것을 포함하는, 대역화된 촉매 복합체의 제조 방법이 제공된다. 방법은, 침치 후, 종방향 통로를 통해 기체상 펄스를 제공하여 과량의 워시코트를 제거하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 방법은, 침지 단계 동안 통로에 진공 압력을 적용하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
본 개시내용은, 첨부 도면과 관련하여 개시내용의 다양한 실시양태의 하기 상세한 설명을 고려할 때 보다 완전히 이해될 수 있으며, 도면에서,
도 1은 대역화된 촉매 복합체 및 비-대역화된 촉매 복합체의 사진을 제공하고;
도 2는 편평한 프로파일을 갖는 대역화된 촉매 복합체의 근접 사진을 제공하고;
도 3은 편평하지 않은 대역 프로파일의 사진을 제공하고;
도 4는 예시적 대역화된 촉매 복합체의 현미경사진을 제공하고;
도 5 내지 6은 예시적 대역화된 촉매 복합체의 라인 스캔에 기초한 성분 함량의 그래프를 제공하고;
도 7은 대역화된 촉매 복합체와 비-대역화된 촉매 복합체 사이의 압력 강하 그래프를 제공한다.
상세한 설명
전단 박화 점도 특성을 갖는 워시코트의 사용은, 라이트-오프 및/또는 그을음 연소 및/또는 포획 목적을 위한 백금족 금속 (PGM), 비귀금속 (BM), 산소 저장 성분 (OSC), 및/또는 분자체와 같은 활성 성분으로 농축될 수 있는 모놀리식 캐리어의 말단으로부터의 고도로 제어된 대역의 형성을 가능하게 한다는 것을 발견하였다.
"모놀리식 캐리어"의 언급은, 균일하고 연속적이며, 별도의 캐리어 단편을 함께 부착시킴으로써 형성된 것이 아닌 단일형 구조를 의미한다.
"대역"은 한쪽 말단에서 출발하여 기판의 일부에 걸쳐 기판 상에 (직접 또는 간접적으로) 배치된 촉매 물질이다. "유입구 대역"은 이러한 대역이 기판의 유입구 말단에서 유래됨을 의미하고, 이는 배기 가스가 처음으로 도입되는 말단이며, 유출구 말단을 향해 기판 아래로 일정한 축방향 거리에서 종료되지만, 기판의 전체 거리 미만인 거리로 연장된다. "유출구 대역"은 이러한 대역이 기판의 유출구 말단에서 유래됨을 의미하고, 이는 배기 가스가 배출되는 말단이며, 유입구 말단을 향해 기판 위로 일정한 축방향 거리에서 종료되지만, 캐리어의 전체 거리 미만인 거리로 연장된다. 짧은 대역, 예를 들어 1 인치 (2.54 cm) 또는 심지어 0.5 인치 (1.27 cm) 또는 심지어 0.25 인치 (0.63 cm) 이하의 대역이 바람직하다. 대역화된 촉매 복합체는 유입구 대역, 유출구 대역, 또는 유입구 및 유출구 대역 둘 다를 가질 수 있다. 각각의 대역은 용도에 따라 특정 기능에 대해 맞춤화될 수 있다.
"고도로 제어된"이란, 대역이 모놀리식 캐리어의 통로를 통해 워시코트의 균일한 분포로 인해 편평한 프로파일을 가짐을 의미한다. 따라서, "편평한 프로파일"은, 실질적으로 균일한 촉매 물질의 두께를 가지며, 그의 캐리어의 한쪽 말단으로부터의 거리 또한 실질적으로 균일한 것이다. 예를 들어, 통로-대-통로의 거리는, 디지털 x선 또는 광학 현미경에 의해 측정시, 거리의 0 내지 5%의 작은 범위로 달라질 수 있다. 또한, 대역의 두께는, 광학 또는 주사 전자 현미경검사 (SEM)에 의해 측정시, 단지 15% 이하의 양으로 달라질 수 있다. 또한, 대역 전반에 걸쳐 성분들의 농도도 실질적으로 균일할 것이 기대된다. 예를 들어, 각각의 통로에 대하여, 캐리어의 한쪽 말단에서의 대역의 촉매 물질 중 활성 성분의 농도는, 유도 결합 플라즈마 분광법 (ICP)에 의해 측정시, 통로의 거리를 따라 대역의 말단에서의 농도에 비해 10% 이하의 양으로 달라진다. 편평한 프로파일을 달성하기 위해, 워시코트는, 워시코트의 레올로지를 개질시키는 중합체 증점제, 계면활성제, 및/또는 분산제를 포함하는 하나 이상의 유기 화합물인 레올로지 개질제 시스템과 함께 촉매 물질로부터 형성된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "워시코트"는, 캐리어에 적용되는 촉매 또는 다른 물질의 얇은 접착성 코팅이라는 관련 기술분야에서의 통상의 의미를 갖는다.
"전단 박화"의 언급은 전단 응력의 적용시 유체의 점도가 감소됨을 의미한다. 유사가소성 지수는 유체의 전단 박화 특성을 나타내는 한가지 방식이며, 6 rpm에서의 점도/60 rpm에서의 점도의 무차원 비율로서 정의된다. 전단 박화 특성의 또 다른 표시는 유체의 항복점에 의한 것이며, 여기서 항복점은 유체가 비-가역적으로/가소성으로 변형되기 시작하는 응력이다. 허쉘-벌클레이(Herschel-Bulkley) 레올로지 모델을 참조하면, 항복점은 τ0으로서 정의되고, 유동 지수 n은 점도 유형을 정의하며, τ0 > 0 및 n < 1은 유사가소성 (전단 박화 거동)을 나타낸다. 바람직한 τ0의 범위는 1.5 내지 10.0이고, n 범위는 0.5 내지 0.9이다 (둘 다 단위 없음).
본원에서 사용되는 바와 같이 "평균 입자 크기"는 입자 크기 밀도 (분포)를 나타내며, 여기서 d50은 평균 입자 크기 또는 분포의 50%로서 특정된 크기를 나타내고, d10, d90, 및 d99는 추가로 분포 폭을 정의하며, 여기서는 좁은 분포가 바람직하다. 측정은 0.04 내지 500 mm 크기의 입자를 측정할 수 있는 실라스(Cilas) 1090 이중 레이저 입자 크기 분석 장치의 사용에 기초하며, 모든 측정은 다르게는 슬러리로서 공지된 습윤 분산액 (10 내지 50 wt% 고체 분율의 수성 매질 중 입자의 혼합물)으로부터 얻어진 샘플에 기초한다.
워시코트 내의 "공극" 또는 "거대세공"은 주사 전자 현미경검사 (SEM)에 의해 파악될 수 있는 물질이 없고 이들의 가장 폭넓은 부분에서 측정되는 영역을 지칭한다.
대역화된 촉매 복합체 & 촉매 물질
대역화된 촉매 복합체는, 대역의 요망되는 기능을 충족시키도록 맞춤화된 전단 박화 워시코트를 형성하고, 모놀리식 캐리어의 말단을, 캐리어의 종방향 통로를 따라 편평한 프로파일을 갖는 대역이 형성되는 깊이까지 워시코트 내로 침지시킴으로써 제조된다. 통로에 진공을 적용하여 워시코트에 의한 이들의 코팅을 촉진시킬 수 있다. 통로를 통해 침지 면의 반대 방향으로 기체상 펄스를 적용하여 임의의 과량의 워시코트를 제거하고, 이어서 편평한 프로파일을 유지할 수 있다. 일반적으로, 대역은 모놀리식 캐리어 상의 하부에 놓인 촉매 복합체 위에 적용된다. 대안적으로, 요망되는 경우, 대역은 캐리어에 직접 적용될 수 있다.
삼원 전환 (TWC) 촉매 또는 디젤 산화 촉매 (DOC)의 라이트-오프를 향상시키기 위한, 하부에 놓인 촉매 복합체 상의 대역의 일례로서, 예를 들어, 팔라듐을 포함하는 유입구 대역을, TWC 또는 DOC 기능을 충족시키도록 이미 디자인된 촉매 복합체에 적용할 수 있다. 대역 내의 가외의 귀금속 성분의 존재는 하부에 놓인 촉매 복합체에 대한 라이트-오프를 촉진시킨다. 또 다른 예로, 선택적 촉매적 환원 (SCR) 촉매 복합체는, 잔류 암모니아 (NH3)를 전환시키기에 효과적인 추가의 제올라이트 및/또는 비귀금속을 포함하는 유출구 대역의 첨가에 의해 향상될 수 있다. DOC에 대하여, 또 다른 예는, 저온 시동 동안 탄화수소 포획을 향상시키기 위해 사용될 수 있는 분자체를 포함하는 유입구 대역이다. 그을음 및 SOF (가용성 유기 분획)에 대해서는, 과량의 그을음 및 SOF를 산화시켜 축적, 후속되는 압력 강하 증가 및 DOC 및 배기 시스템 내의 하류의 임의의 추가의 성분의 오염을 막기 위해 가외의 PGM 및/또는 비귀금속의 짧은 대역이 첨가될 수 있다 (SCR 촉매와 같이). 또 다른 예는, 보다 제어된 < 750℃의 저온 조건 하에서의 방출/재생을 위한 황 화합물의 결합 및/또는 포획을 위한 고도로 농축된 Ni, Mn, Sr 및 Ce 산화물의 짧은 대역다. 이는 특히, BaSO4와 같은 Ba 함유 촉매가 전형적으로 > 850℃의 보다 높은 재생 온도를 요구하는 경우에 도움이 된다.
대역에 적합한 촉매 물질은 백금족 금속 (PGM), 비귀금속 (BM), 산소 저장 성분 (OSC), 및/또는 분자체를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 워시코트는 레올로지 개질제 시스템과 조합된 촉매 물질의 슬러리에 의해 형성된다.
특정 대역에 사용되는 물질은 또 다른 것과 상용성이고, 이는 요망되는 기능을 달성하기에 효과적임을 이해한다.
적합한 PGM은 팔라듐, 로듐, 백금, 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
적합한 비귀금속은 Ni, Fe, Mn, Cu, Co, Ba, Mg, Ga, Ca, Sr, V, W, Bi 및/또는 Mo를 포함할 수 있다.
적합한 산소 저장 성분은 세리아, 프라세오디미아, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 대역 내로의 세리아의 전달은, 예를 들어, 세리아, 세륨 및 지르코늄의 혼합 산화물, 및/또는 세륨, 지르코늄, 및 네오디뮴의 혼합 산화물의 사용에 의해 달성될 수 있다.
분자체는, 평균 세공 크기가 20 Å 이하인 실질적으로 균일한 세공 분포를 갖는 물질을 지칭한다. 제올라이트는, 제올라이트의 유형 및 제올라이트 격자 내에 포함된 양이온의 유형 및 양에 따라, 전형적으로 약 3 내지 10 옹스트롬의 직경 범위를 갖는, 다소 균일한 세공 크기를 갖는 알루미노실리케이트 결정성 물질이다. 구체적 비-제한적 예는 SSZ-13, SSZ-62, 베타 (β)를 포함한다. SAPO형 분자체는, 사면체 자리의 대부분이 알루미늄 및 인에 의해 점유된, 모서리 공유 사면체 골격을 지칭한다. SAPO형 분자체의 비-제한적 예는 실리코-알루미노-포스페이트 및 ALPO형 금속-알루미노-포스페이트를 포함한다. 구체적 비-제한적 예는 SAPO-34를 포함한다.
대역은 비교적 짧고, 캐리어의 길이의 1 인치 (2.54 cm) 이하를 구성할 수 있다. 상세한 예에서, 대역은 캐리어의 길이의 2 mm 내지 0.5 인치 (1.27 cm) 범위를 구성한다. 대역은, 대역 범위 내의 워시코트 로딩으로부터 형성될 수 있고, 이는 0.10 내지 1.0 g/in3 또는 0.20 내지 0.8 g/in3 또는 심지어 0.40 내지 0.6 g/in3 범위의 워시코트 로딩으로부터 형성된다. 두께에 대하여, 대역은 전형적으로 10 내지 60 ㎛ 범위의 평균 두께를 갖는다. 대역은 5 내지 20 ㎛ 범위의 평균 입자 크기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에 대하여, 입자 크기 범위가 좁아 또한 5 내지 20 ㎛의 범위의 워시코트 내의 유사한 랜덤 공극 (거대세공)을 생성한다는 것을 인지한다.
대역 내의 가변성은 본원에 개시된 기술에 의해 최소화된다. 예를 들어, 통로-대-통로 거리는 0 내지 5% (또는 0.5 내지 4% 또는 1 내지 3%)의 작은 범위로 달라질 수 있다. 또한, 두께는 단지 15% (또는 10% 또는 심지어 5%) 이하의 양으로 달라질 수 있다. 또한, 각각의 통로에 대해, 활성 성분의 농도는 SEM에 의해 측정시 10% (또는 7.5 또는 심지어 5%) 이하의 양으로 달라질 수 있다.
예시적 코터 기계는, 워시코트에 대한 저장소; 및 아암(arm), 아암에 작동가능하게 부착된 클램프, 및 클램프 내 기판 고정 후 침지 모듈이 복수의 종방향 통로를 포함하는 모놀리식 캐리어의 유입구 말단을 저장소 내로 일정 깊이까지 담가지게 하는 컨트롤러; 또는 침지 워시코트 또는 또 다른 워시코트를 기판의 한면에 적용하는 롤러 스테이션을 포함한다. 워시코트는 일반적으로 전단 박화 특성을 갖는다. 코터에 대한 기체 공급원은 침지 모듈 또는 롤러 스테이션 단계 후 종방향 통로를 통해 기체상 펄스를 제공할 수 있다. 코터는, 대역화된 촉매 복합체에 열을 부여하는 하소 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 캐리어가 침지되는 깊이는, 길이, 두께, 및/또는 건조 게인(gain)에 대한 대역 디자인에 기초하여 결정된다. 이렇게 형성된 대역화된 촉매 복합체는 편평한 프로파일을 갖는 유입구 대역을 갖는다. 도 1을 참조하면, 실시예 2에서 논의된 바와 같이 하부에 놓인 촉매 상에 개시된 레올로지 시스템을 사용하여 편평한 프로파일(20)을 갖는 대역화된 촉매 복합체(10)가 제조되었다. 하부에 놓인 촉매만을 가지며 대역을 갖지 않는 비-대역화된 촉매 복합체(12)가 도 1에 비교예 3으로서 나타나 있다. 도 2는, 실시예 5에서 논의된 바와 같이 제조된 편평한 프로파일, 및 0.5" (12.7 mm)의 공칭 길이를 갖는 짧은 대역을 입증한다.
도 3에는, 대역이 레올로지 개질제 시스템의 부재 하에 제조된 선행 기술 예의 사진이 제공되어 있고, 이로써 본 발명의 실시양태에 따른 편평한 프로파일에 이르지 않는, 지그재그 또는 편평하지 않은 프로파일을 입증한다.
레올로지 시스템
대역에 대한 워시코트는 레올로지 개질제 및/또는 개질제의 혼합물과 함께 촉매 물질로부터 형성된다. 레올로지 개질제는 특정 고체 로딩을 갖는 워시코트의 점도 및 전단 박화 특성을 부여하고, 또한 기판의 통로 내의 워시코트의 모세관 작용을 억제하는 화합물로 구성된다. 예시적 전단 박화 특성은 5 내지 7 범위의 유사가소성 지수일 수 있다. 워시코트의 예시적 점도는 100 내지 750 센티포아즈 (cP)의 범위일 수 있다. 워시코트의 예시적 항복점은 1.5 내지 10.0의 범위일 수 있다.
레올로지 개질제는, 예를 들어, 중합체 증점제, 계면활성제, 및/또는 분산제를 포함하는 하나 이상의 유기 화합물을 가질 수 있다. 이러한 조합은 본원에서 레올로지 시스템으로서 언급된다. 구체적 실시양태는 모든 성분: 중합체 증점제, 계면활성제, 및 분산제를 포함한다. 예시적 중합체 증점제는 회합성 증점제이나, 셀룰로스와 같은 다른 전형적인 증점제가 적합할 수 있다. 본원에서 레올로지 시스템에 사용되는 증점제는 전형적으로 소수성이다. 계면활성제는 바람직하게는, 예를 들어 2 내지 6 범위의 낮은 HLB (친수성-친유성 밸런스)를 갖고, 이는 소수성 물질과의 상용성을 상승시킨다. 분산제는 워시코트 내의 물질이 잘 산개되거나 분산되도록 유지하는 것을 도우며, 이는 유기 및 무기 물질 둘 다를 포함한다. 중합체 증점제, 저HLB 계면활성제, 및 분산제 모두를 갖는 레올로지 시스템은 전단 박화 워시코트를 제공하는 기능의 상승적 조합을 제공한다. 촉매 복합체의 하소에 따라, 레올로지 시스템의 성분이 제거되어, 무기 워시코트 성분의 입자 충전 밀도에 의해 주로 형성된 거대세공에 대하여 일부 부가된 상호연결성 (보다 작은 세공)을 생성한다.
하부에 놓인 촉매 복합체
하부에 놓인 촉매 복합체는 선행 기술에 널리 공지되어 있는 방법에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 대표적 방법을 하기에 기재한다. 요망되는 바에 따라, 하부에 놓인 촉매 복합체는 캐리어 상의 층으로 제조될 수 있다. 워시코트에 의해 형성된 임의의 층에 대하여, 고표면적 내화 금속 산화물, 예컨대 감마 알루미나의 미분된 입자를 적절한 비히클, 예를 들어 물 중에서 슬러리화한다. 하나 이상의 실시양태에서, 슬러리는 산성으로, 약 2 내지 약 7 미만의 pH를 갖는다. 슬러리의 pH는, 적절한 양의 무기 또는 유기 산을 슬러리에 첨가함으로써 감소될 수 있다. 산과 원료의 상용성이 고려되는 경우, 이들 둘의 조합이 사용될 수 있다. 무기 산은, 질산을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 유기 산은, 아세트산, 프로피온산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루탐산, 아디프산, 말레산, 푸마르산, 프탈산, 타르타르산, 시트르산 등을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 그 후, 요망되는 경우, 산소 저장 성분, 예를 들어, 세륨-지르코늄 복합체, 안정화제, 예를 들어, 아세트산바륨, 및 촉진제, 예를 들어, 질산란타넘의 수용성 또는 수-분산성 화합물이 슬러리에 첨가될 수 있다. 그 후, 슬러리를 분쇄하여 약 20 마이크로미터 미만, 즉, 약 0.1 내지 15 마이크로미터의 평균 직경의 입자 크기를 갖는 실질적으로 모든 고체를 형성할 수 있다. 분쇄는 볼 밀 또는 다른 유사한 장비에서 달성될 수 있고, 슬러리의 고체 함량은, 예를 들어, 약 10 내지 50 wt.%, 보다 특별하게는 약 10 내지 40 wt.%일 수 있다. 이어서, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 3.0 g/in3의 워시코트/금속 산화물 복합체의 요망되는 로딩으로 캐리어 상에 침착되도록, 캐리어를 이러한 슬러리 중에 1회 이상 침지시킬 수 있거나, 또는 슬러리를 캐리어 상에 코팅할 수 있다.
그 후, 코팅된 캐리어를, 예를 들어, 약 1 내지 약 3시간 동안 500 내지 600℃에서 가열함으로써 하소시킨다. 전형적으로, 팔라듐이 요망되는 경우, 팔라듐 성분은 내화 금속 산화물 지지체, 예를 들어 활성 알루미나 상의 성분의 분산을 달성하기 위해 화합물 또는 착물 형태로 사용된다. 본 발명의 목적상, 용어 "팔라듐 성분"은, 하소 또는 사용시, 촉매 활성 형태, 통상적으로는 금속 또는 금속 산화물로 분해되거나 달리 전환되는 임의의 화합물, 착물 등을 의미한다. 금속 성분을 내화 금속 산화물 지지체 입자 상에 함침시키거나 침착시키는 데 사용되는 액체 매질이 금속 또는 그의 화합물 또는 그의 착물 또는 촉매 조성물 중에 존재할 수 있는 다른 성분과 불리하게 반응하지 않고, 가열 및/또는 진공 적용시 휘발 또는 분해에 의해 금속 성분으로부터 제거될 수 있는 한, 금속 성분의 수용성 화합물 또는 수-분산성 화합물 또는 착물이 사용될 수 있다. 일부 경우, 액체 제거의 완료는, 촉매가 사용에 배치되고 작업 동안 고온에 접하게 될 때까지 수행되지 않을 수 있다. 일반적으로 경제적 및 환경적 측면의 관점 둘 다에서, 귀금속의 가용성 화합물 또는 착물의 수용액이 사용된다. 예를 들어, 적합한 화합물은 질산팔라듐 또는 질산로듐이다. 복합체의 하소 단계 동안, 또는 적어도 사용 초기 동안, 이러한 화합물이 금속 또는 그의 화합물의 촉매 활성 형태로 전환된다.
캐리어 상의 임의의 층의 침착에 대해 상기에 기재된 것과 동일한 방식으로 추가의 층이 제1 층 상에 제조 및 침착될 수 있다.
촉매 층은 또한, 요망되는 바에 따라, 안정화제 및 촉진제를 함유할 수 있다. 적합한 안정화제는 하나 이상의 비-환원성 금속 산화물을 포함하고, 여기서 금속은 바륨, 칼슘, 마그네슘, 스트론튬 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 안정화제는 바륨 및/또는 스트론튬의 하나 이상의 산화물을 포함한다. 적합한 촉진제는 란타넘, 프라세오디뮴, 이트륨, 지르코늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 희토류 금속의 하나 이상의 비-환원성 산화물을 포함한다.
촉매 층은 또한 산소 저장 성분을 함유할 수 있다. 전형적으로, 산소 저장 성분은 하나 이상의 희토류 금속의 하나 이상의 환원성 산화물을 포함한다. 적합한 산소 저장 성분의 예는 세리아, 프라세오디미아, 또는 이들의 조합을 포함한다. 층으로의 세리아의 전달은, 예를 들어, 세리아, 세륨 및 지르코늄의 혼합 산화물, 및/또는 세륨, 지르코늄, 및 네오디뮴의 혼합 산화물의 사용에 의해 달성될 수 있다.
캐리어
하나 이상의 실시양태에서, 촉매 물질은 캐리어 상에 배치된다. 캐리어는 촉매 복합체의 제조에 전형적으로 사용되는 임의의 물질일 수 있고, 바람직하게는 세라믹 또는 금속 벌집형 구조를 포함한다. 통로가 이를 통한 유체 유동에 대해 개방되도록, 기판의 유입구 또는 유출구 면으로부터 관통 연장되는 미세한 평행 기체 유동 통로를 갖는 유형의 모놀리식 기판 (벌집형 관류 기판으로서 언급됨)과 같은 임의의 적합한 캐리어를 사용할 수 있다. 유체 유입구로부터 유체 유출구까지 본질적으로 직선로인 통로는, 촉매 물질이 워시코트로서 코팅되어 있는 벽에 의해 한정되어, 통로를 통해 유동하는 기체가 촉매 물질과 접촉된다. 모놀리식 기판의 유동 통로는 얇은 벽을 갖는 채널이고, 이는 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인 곡선형, 육각형, 타원형, 원형 등과 같은 임의의 적합한 단면 형상 및 크기를 가질 수 있다. 이러한 구조는 단면적 1 평방인치 당 약 60 내지 약 900개 이상의 기체 유입구 개구 (즉, 셀)을 함유할 수 있다.
캐리어는 또한 벽-유동 필터 기판일 수 있고, 여기서 채널은, 한쪽 방향 (유입구 방향)으로부터 채널로 도입되는 기체상 스트림이 채널 벽을 통해 유동하여 다른 방향 (유출구 방향)으로부터 채널로부터 배출될 수 있게 하도록 교호 블록킹된다. 이중 산화 촉매 조성물이 벽-유동 필터 상에 코팅될 수 있다. 이러한 캐리어가 사용되는 경우, 생성된 시스템은 기체상 오염물과 함께 미립자 물질을 제거할 수 있다. 벽-유동 필터 캐리어는 관련 기술분야에서 통상적으로 공지된 물질, 예컨대 근청석 또는 탄화규소로부터 제조될 수 있다.
캐리어는 임의의 적합한 내화 물질, 예를 들어, 근청석, 근청석-알루미나, 질화규소, 지르콘 멀라이트, 스포듀민, 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 실리케이트, 규선석, 마그네슘 실리케이트, 지르콘, 페탈라이트, 알루미나, 알루미노실리케이트 등으로 제조될 수 있다.
본 발명의 촉매에 유용한 캐리어는 성질상 금속성일 수 있고, 하나 이상의 금속 또는 금속 합금으로 구성될 수 있다. 금속성 캐리어는 파형 시트 또는 모놀리식 형태와 같은 다양한 형상으로 사용될 수 있다. 바람직한 금속 지지체는 내열성 금속 및 금속 합금, 예컨대 티타늄 및 스테인레스 강 뿐만 아니라 철이 실질적 또는 주 성분인 다른 합금을 포함한다. 이러한 합금은 니켈, 크로뮴 및/또는 알루미늄 중 하나 이상을 함유할 수 있고, 이들 금속의 총량은 유리하게는 15 wt% 이상의 합금, 예를 들어, 10 내지 25 wt%의 크로뮴, 3 내지 8 wt%의 알루미늄 및 20 wt% 이하의 니켈을 포함할 수 있다. 합금은 또한 소량 또는 미량의 하나 이상의 다른 금속, 예컨대 망가니즈, 구리, 바나듐, 티타늄 등을 함유할 수 있다. 금속 캐리어의 표면은 고온, 예를 들어, 1000℃ 이상에서 산화되어, 캐리어의 표면 상에 산화물 층을 형성함으로써 합금의 내부식성을 향상시킬 수 있다. 이러한 고온-유도된 산화는 내화 금속 산화물 지지체의 접착성 및 캐리어에 대한 금속 성분의 촉매적 촉진을 향상시킬 수 있다.
대안적 실시양태에서는, 하나 이상의 촉매 조성물을 연속 셀 포움 기판 상에 침착시킬 수 있다. 이러한 기판은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있고, 전형적으로 내화 세라믹 또는 금속성 물질로 형성된다.
본 발명의 여러 예시적 실시양태를 기재하기 전에, 본 발명은 하기 설명에 기재된 구성 또는 방법 단계의 상세사항으로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시양태일 수 있으며, 다양한 방식으로 실행될 수 있다. 하기에, 단독으로 또는 비-제한적 조합으로 사용되는 언급된 바와 같은 조합을 포함한, 혼합 금속 산화물 복합체에 대한 바람직한 디자인이 제공되며, 이들에 대한 사용은 본 발명의 다른 측면의 촉매, 시스템, 및 방법을 포함한다.
실시양태 1에서는, 복수의 종방향 통로를 포함하는 모놀리식 캐리어; 편평한 프로파일을 갖도록, 캐리어의 한쪽 말단으로부터 시작되어 종방향 통로를 따라 축방향으로 연장되며, 배기 스트림 내의 하나 이상의 성분을 전환시키고/거나 포획하기에 효과적인 촉매 물질을 포함하는 대역을 포함하는, 내연 엔진의 배기 스트림을 위한 대역화된 촉매 복합체가 제공된다.
실시양태 2에서는, 방출 처리 시스템이 배기 매니폴드를 통해 내연 엔진과 유체 소통되는 배기 도관; 및 본원에 제공된 임의의 대역화된 촉매 복합체를 포함하는 것인, 탄화수소, 일산화탄소, 및 다른 배기 가스 성분을 포함하는 내연 엔진 배기 스트림의 처리를 위한 시스템이 제공된다.
실시양태 3은, 탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물을 포함하는 기체상 스트림을 본원에 제공된 임의의 대역화된 촉매 복합체와 접촉시키는 것을 포함하는, 배기 가스의 처리 방법이다.
실시양태 4는, 전단 박화 워시코트를 형성하고; 복수의 종방향 통로를 포함하는 모놀리식 캐리어의 유입구 말단을, 편평한 프로파일을 갖는 유입구 대역을 형성하는 깊이까지 워시코트 내로 침지시키는 것을 포함하는, 대역화된 촉매 복합체의 제조 방법이다.
실시양태 1 내지 4 중 임의의 것은 하기 임의적 디자인 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다:
성분은 일산화탄소 (CO), 탄화수소 (HC), 질소 산화물 (NOx), 그을음, 암모니아 (NH3), SOx (SO2, SO3) 및/또는 이황화수소 (H2S)임;
대역은 캐리어의 길이의 1 인치 (2.54 cm) 이하를 구성함;
대역은 캐리어의 길이의 2 mm 내지 0.5 인치 (1.27 cm) 범위를 구성함;
대역은 10 내지 60 ㎛ 범위의 평균 두께를 가짐;
대역은 5 내지 7 범위의 유사가소성 지수를 갖는 전단 박화되는 워시코트로부터 형성됨;
대역은 100 내지 750 센티포아즈 (cp) 범위의 점도를 갖는 워시코트로부터 형성됨;
대역은 1.5 내지 10.0 범위의 항복점을 갖는 워시코트로부터 형성됨;
대역은 0.10 내지 1.0 g/in3 범위의 워시코트 로딩으로부터 형성됨;
촉매 물질은 백금족 금속 (PGM), 비귀금속 (BM), 산소 저장 성분 (OSC), 및/또는 분자체를 포함함;
대역은 5 내지 20 ㎛ 범위의 평균 입자 크기를 가짐;
대역은 중합체 증점제, 계면활성제, 및/또는 분산제를 포함하는 하나 이상의 유기 화합물을 갖는 레올로지 시스템과 조합된 촉매 물질을 포함하는 워시코트로부터 형성됨;
레올로지 시스템은 중합체 증점제, 계면활성제, 및 분산제를 포함함;
캐리어의 한쪽 말단으로부터의 대역의 거리는 통로-대-통로로 0 내지 15% 범위로 달라짐;
캐리어의 한쪽 말단에서 대역의 촉매 물질 중 활성 성분의 농도는 대역의 말단에서의 농도에 비해 10% 이하의 양으로 달라짐;
캐리어의 한쪽 말단에서의 각각의 통로에 대한 대역의 두께는 대역의 말단에서의 두께에 비해 15% 이하의 양으로 달라짐;
침지 후, 종방향 통로를 통해 기체상 펄스를 제공하여 과량의 워시코트를 제거함; 및
침지 단계 동안 통로에 진공 압력을 적용함.
실시예
하기 실시예는 본 발명에 관한 대표적 실시양태의 제조 및 특성화를 예시하는 것이다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예로 제한되지 않는다.
실시예 1
본 실시예는 1 인치 라이트-오프 대역을 갖는 대역화된 촉매 복합체의 제조를 기재하는 것이다. 알루미나, 아세트산지르코늄, 및 백금 염을 혼합하고, pH를 약 5로 조정함으로써 슬러리를 제조하였다. 슬러리는 대략 43%의 고체 함량을 가졌다. 슬러리를 9 내지 11 마이크로미터 범위의 최종 입자 크기로 밀링하였다. 워시코트를 형성하기 위해, 슬러리의 중량을 기준으로, 0.5% 분산제, 1% 계면활성제, 및 5% 중합체 증점제를 포함하는 레올로지 시스템을 슬러리에 첨가하였다. 관류 캐리어 3.66" 3.0"400/4 (4 mil 벽을 갖는 평방인치 당 400개의 셀)의 한쪽 말단을 워시코트 내에 침지시키고, 진공을 적용하여 캐리어의 통로를 코팅하였다. 코팅된 캐리어를 연속 벨트 하소 장치 내에서 450℃ 피크 온도에서 하소시키고, 피크 온도에서 20분에 편평한 프로파일을 갖는 짧은 1 인치 대역화된 촉매 복합체를 형성하였고, 여기서 촉매 물질 함량 건조 게인은 0.55 g/in3이고, 중량 기준 함량은 91.2% 알루미나, 4.6% 지르코늄, 및 4.2% 백금이었다.
실시예 2
본 실시예는 하부에 놓인 디젤 산화 촉매 (DOC) 상의 1/2 인치 Pt-Pd 라이트-오프 대역을 갖는 대역화된 촉매 복합체의 제조를 기재하는 것이다. 75.44 in3의 단위 부피를 갖는 3 인치 기판을 사용하였다.
하부에 놓인 DOC 중의 성분은, 촉매의 하소 중량을 기준으로 하여, 각각, 대략 78.1%, 12.2%, 7.6%, 0.83%, 및 1.22% 농도의 고표면적 실리카-도핑된 감마 알루미나, 황산-침출 ("SAL") 베타 제올라이트, 6% Pd-도핑된 감마 알루미나, 산화지르코늄, 및 백금이었다. DOC 워시코트의 제조 동안, 성분을 중합체 증점제 및 계면활성제와 혼합하였다. 기판 코팅 후 하소 단계는 없었다. 하부에 놓인 촉매 층의 총 로딩은 3.0 g/in3이었다. DOC는 80 g/ft3 Pt 및 40 g/ft3 Pd를 함유하였다.
유입구 대역에 대하여, 6% Pd-도핑된 감마 알루미나 상에 백금을 지지시킴으로써 슬러리를 제조하였다. 슬러리는 대략 43%의 고체 함량을 가졌다. 슬러리를 8 내지 10 마이크로미터 범위의 최종 입자 크기로 밀링하였다. 워시코트를 형성하기 위해, 슬러리의 중량을 기준으로, 0.25% 분산제, 1% 계면활성제, 및 15% 중합체 증점제를 포함하는 레올로지 시스템을 슬러리에 첨가하였다. 기판의 한쪽 말단을 워시코트 내에 침지시키고, 진공을 적용하여 기판의 통로를 코팅하고, 이어서 이를 연속 벨트 하소 장치 내에서 450℃ 피크 온도에서 하소시키고, 피크 온도에서 20분에 DOC 촉매 상부에 놓인 편평한 프로파일을 갖는 짧은 대역화된 촉매 복합체를 형성하였다. 대역은 1.0 g/in3의 건조 게인 및 80.6% 알루미나, 9.7% 팔라듐, 및 9.7% 백금의 중량 기준 함량을 가졌다.
실시예 3
비교예
본 실시예는 실시예 2에 기재된 바와 같은 하부에 놓인 디젤 산화 촉매 (DOC)만을 제공하는 비교 실시예의 제조를 기재하는 것이다. 75.44 in3의 단위 부피를 갖는 3 인치 기판을 사용하였다.
실시예 4
시험
도 1은 실시예 2 및 비교 실시예 3의 사진을 나타내고, 여기에는 실시예 3의 편평한 대역(20)이 나타나 있다. 실시예 2 및 비교 실시예 3을 2 인치 및 3 인치둘 다의 공기 유량 하에 압력 강하에 대해 시험하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 1 g/in3의 건조 게인을 갖는 0.5 인치 대역의 존재는 압력 강하에 유의하게 영향을 주지 않았다.
<표 1>
Figure pct00001
도 4는, 유입구 말단(14)을 나타내는 실시예 2의 대역화된 촉매 복합체의 엔드-온(end-on) 주사 전자 현미경검사 (SEM) 현미경사진을 제공하며, 여기서 하부에 놓인 DOC 촉매(16)는 캐리어(22) 상에 위치하고, 대역(18)은 하부에 놓인 DOC 촉매(16) 상에 위치한다. 유출구 말단(24)는 대역을 갖지 않고, 하부에 놓인 DOC 촉매(16)는 캐리어(22) 상에 위치한다. 실시예 2의 대역화된 촉매 복합체의 라인 스캔을 도 5 내지 6에 제공하였다. 표 1은, 고도로 농축된 PGM "AdZone"의 포함이, 비-대역화된 버젼과 비교할 때 최종 촉매의 유동 특성, 예를 들어 압력 강하 (ΔP)에 대해 본질적으로 부정적 영향을 주지 않음을 입증한다. SEM 현미경사진은 얇지만 균일한 오버 코팅을 입증하고, 전자 탐침 미량분석 (EPMA) 라인 스캔은 비-대역화된 영역에 비해 5배만큼의 PGM (Pd 및 Pt 둘 다) 농도 증가를 나타낸다.
실시예 5
본 실시예는 하부에 놓인 대역화된 삼원 전환 (TWC) 촉매 상의 1/2 인치 Pd 라이트-오프 대역 또는 "AdZone"을 갖는 대역화된 촉매 복합체의 제조를 기재하는 것이다. 600/4.3 관류 기판 (4.3 mil 벽을 갖는 평방인치 당 600개의 셀)을 사용하였다.
하부에 놓인 대역화된 TWC 촉매는 0.5 g/in3의 건조 게인 및 1.25 인치의 공칭 거리 상의 67.5 g/ft3 Pd를 사용하는 전면의 하부에 놓인 촉매 대역, 및 1.8 g/in3의 건조 게인 및 1.25 인치의 공칭 거리 상의 12.5 g/ft3 Pd를 사용하는 배면의 하부에 놓인 촉매 대역을 가졌다.
0.44 g/in3의 건조 게인으로 하부에 놓인 대역화된 DOC 상에 300 g/ft3 Pd 유입구 대역을 형성하였다. 슬러리는 대략 11%의 고체 함량을 가졌다. 워시코트 형성을 위해 슬러리에 첨가된 레올로지 시스템은, 슬러리의 중량을 기준으로, 0.25% 분산제, 1.0% 계면활성제, 및 15% 중합체 증점제를 포함하였다. 기판의 한쪽 말단을 워시코트 내에 침지시키고, 진공을 적용하여 기판의 통로를 코팅하고, 이어서 이를 연속 벨트 하소 장치 내에서 450℃ 피크 온도에서 하소시키고, 피크 온도에서 20분에 대역화된 DOC 촉매 상부에 놓인 편평한 프로파일을 갖는 짧은 대역화된 촉매 복합체를 형성하였다. 도 2는, 편평한 프로파일, 및 0.5" (12.7 mm)의 공칭 길이를 갖는 생성된 짧은 대역을 입증하며, 여기서 종방향 통로 중에서의 변동은 12.5% 이하였다.
2.5 g/ft3 Rh 및 0.5 g/in3의 건조 게인을 포함하는 탑 코트를 전체 전면 대역에 적용하고, 배면 대역은 2.0 g/in3이었다. 이를 수행하여 열 용량(thermal mass)을 제한함으로써 짧은 라이트-오프 Pd 대역의 빠른 라이트-오프 특성을 향상시켰다.
실시예 6
본 실시예는 하부에 놓인 2-코트 디젤 산화 촉매 (DOC) 상의 1/2 인치 Pt-Pd 라이트-오프 대역을 갖는 대역화된 촉매 복합체의 제조를 기재하는 것이다. 2종의 상이한 캐리어를 사용하였다: 빅 보어(Big Bore) - 만텔 돌출부를 갖는 11.8" x 4.0" 에미텍(Emitec) 300/600 LS 및 만텔 돌출부를 갖는 V8 - 7.5" x 4.0" 에미텍 300/600 LS.
하부에 놓인 DOC의 저부 코트 내의 성분은, 촉매의 하소 중량을 기준으로 하여, 각각, 대략 96.9%, 1.2%, 및 1.9% 농도의 고표면적 감마 알루미나, 산화지르코늄, 및 결합제였다. 기판을 저부 코트 워시코트로 코팅하고 하소시켰다. 저부 코트의 건조 로딩은 0.8 g/in3이었다. 하부에 놓인 DOC의 탑 코트 내의 성분은, 촉매의 하소 중량을 기준으로 하여, 각각, 대략 46.95%, 46.95%, 2.9%, 1.9%, 1.1%, 및 0.2% 농도의 고표면적 감마 알루미나, 란타나-촉진된 고표면적 감마 알루미나, 산화지르코늄, 결합제, 백금, 및 팔라듐이었다. 기판을 탑 코트 워시코트로 코팅하고, 하소시켰다. 탑 코트의 건조 로딩은 2.1 g/in3이었다. DOC는 39.2 g/ft3 Pt 및 9.8 g/ft3 Pd를 함유하였다.
유입구 대역에 대하여, 6% Pd-도핑된 감마 알루미나 상에 백금을 지지시킴으로써 실시예 2에 따라 슬러리를 제조하였다. 슬러리는 대략 43%의 고체 함량을 가졌다. 슬러리를 8 내지 10 마이크로미터 범위의 최종 입자 크기로 밀링하였다. 워시코트를 형성하기 위해, 슬러리의 중량을 기준으로, 0.25% 분산제, 1% 계면활성제, 및 15% 중합체 증점제를 포함하는 레올로지 시스템을 슬러리에 첨가하였다. 기판의 한쪽 말단을 워시코트 내에 침지시키고, 진공을 적용하여 캐리어의 통로를 코팅하고, 이어서 이를 연속 벨트 하소 장치 내에서 450℃ 피크 온도에서 하소시키고, 피크 온도에서 20분에 DOC 촉매 상부에 놓인 편평한 프로파일을 갖는 짧은 대역화된 촉매 복합체를 형성하였다. 대역은 1.0 g/in3의 건조 게인 및 80.6% 알루미나, 9.7% 팔라듐, 및 9.7% 백금의 중량 기준 함량을 가졌다.
실시예 7
비교예
본 실시예는 실시예 6에 기재된 바와 같은 하부에 놓인 2-코트 디젤 산화 촉매 (DOC)만을 제공하는 비교 실시예의 제조를 기재하는 것이다. 2종의 상이한 캐리어를 사용하였다: 빅 보어 - 만텔 돌출부를 갖는 11.8" x 4.0" 에미텍 300/600 LS 및 만텔 돌출부를 갖는 V8 - 7.5" x 4.0" 에미텍 300/600 LS.
실시예 8
시험
도 7은, 실시예 6의 본 발명의 대역 복합체 ("0.5" AdZone 존재")와 비교 실시예 7의 것들 ("AdZone 부재")에 대한 시간에 따른 압력 강하의 그래프를 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 1 g/in3의 건조 게인을 갖는 0.5 인치 대역의 존재는 65시간에 걸쳐 0.7 in Hg 이하의 압력 강하를 유지하였다. 반면, 비교 실시예는 10시간 미만에 약 1.7 in Hg의 압력 급등을 나타낸다.
0.5 인치 AdZone의 사용은 감소된 그을음 로드 및 낮은 압력 강하 (ΔP)를 유지하는 데 있어 효과적이다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시양태", "특정 실시양태", "하나 이상의 실시양태" 또는 "실시양태"의 언급은, 실시양태와 관련되어 기재된 특정 특징, 구조, 물질, 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 포함되는 것임을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서의 "하나 이상의 실시양태에서", "특정 실시양태에서", "하나의 실시양태에서" 또는 "실시양태에서"와 같은 어구의 표현은 반드시 본 발명의 동일한 실시양태를 나타내는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조, 물질, 또는 특성은 하나 이상의 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시양태에 중점을 두어 설명하였지만, 바람직한 장치 및 방법의 변화가 사용될 수 있으며, 본원에 구체적으로 기재된 것 이외의 방식으로 본 발명이 실행될 수 있도록 의도된다는 것이 관련 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 취지 및 범주 내에 포함되는 모든 변형을 포함한다.

Claims (15)

  1. 복수의 종방향 통로를 포함하는 모놀리식 캐리어;
    편평한 프로파일을 갖도록, 캐리어의 한쪽 말단으로부터 시작되어 종방향 통로를 따라 축방향으로 연장되며, 배기 스트림 내의 하나 이상의 성분을 전환시키고/거나 포획하기에 효과적인 촉매 물질을 포함하는 대역
    을 포함하는, 내연 엔진의 배기 스트림을 위한 대역화된 촉매 복합체.
  2. 제1항에 있어서, 성분이 일산화탄소 (CO), 탄화수소 (HC), 질소 산화물 (NOx), 그을음, 암모니아 (NH3), SOx (SO2, SO3) 및/또는 이황화수소 (H2S)인 대역화된 촉매 복합체.
  3. 제1항에 있어서, 대역이 캐리어의 길이의 1 인치 (2.54 cm) 이하를 구성하는 것인 대역화된 촉매 복합체.
  4. 제1항에 있어서, 대역이 캐리어의 길이의 2 mm 내지 1.27 cm 범위를 구성하는 것인 대역화된 촉매 복합체.
  5. 제1항에 있어서, 촉매 물질이 백금족 금속 (PGM), 비귀금속 (BM), 산소 저장 성분 (OSC), 및/또는 분자체를 포함하는 것인 대역화된 촉매 복합체.
  6. 제1항에 있어서, 대역이 10 내지 60 ㎛ 범위의 평균 두께를 갖는 것인 대역화된 촉매 복합체.
  7. 제1항에 있어서, 대역이 100 내지 750 센티포아즈 (cp) 범위의 점도를 갖는 워시코트로부터 형성된 것인 대역화된 촉매 복합체.
  8. 제1항에 있어서, 대역이 1.5 내지 10.0 범위의 항복점을 갖는 워시코트로부터 형성된 것인 대역화된 촉매 복합체.
  9. 제1항에 있어서, 대역이 중합체 증점제, 계면활성제, 및/또는 분산제를 포함하는 하나 이상의 유기 화합물을 갖는 레올로지 시스템과 조합된 촉매 물질을 포함하는 워시코트로부터 형성된 것인 대역화된 촉매 복합체.
  10. 제9항에 있어서, 레올로지 시스템이 중합체 증점제, 계면활성제, 및 분산제를 포함하는 것인 대역화된 촉매 복합체.
  11. 제1항에 있어서, 대역이 5 내지 20 ㎛ 범위의 평균 입자 크기를 포함하는 것인 대역화된 촉매 복합체.
  12. 제1항에 있어서, 캐리어의 한쪽 말단으로부터의 대역의 거리가 통로-대-통로로 0 내지 15% 범위로 달라지는 것인 대역화된 촉매 복합체.
  13. 탄화수소, 일산화탄소, 및 다른 배기 가스 성분을 포함하는 내연 엔진 배기 스트림의 처리를 위한 시스템이며,
    방출 처리 시스템이
    배기 매니폴드를 통해 내연 엔진과 유체 소통되는 배기 도관; 및
    제1항에 따른 대역화된 촉매 복합체
    를 포함하는 것인 시스템.
  14. 탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물을 포함하는 기체상 스트림을 제1항에 따른 대역화된 촉매 복합체와 접촉시키는 것을 포함하는, 배기 가스의 처리 방법.
  15. 전단 박화 워시코트를 형성하고;
    복수의 종방향 통로를 포함하는 모놀리식 캐리어의 유입구 말단을, 편평한 프로파일을 갖는 유입구 대역을 형성하는 깊이까지 워시코트 내로 침지시키는 것
    을 포함하는, 대역화된 촉매 복합체의 제조 방법.
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