KR20170043693A - Lnt촉매 - Google Patents
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Abstract
서로 직렬연결된 복수개의 담체;로 이루어지고, 각각의 담체에는, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2), 바륨(Ba) 및 귀금속을 포함하는 제1워시코트; 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2), 바륨(Ba) 및 제1워시코트보다 낮은 함량의 귀금속을 포함하는 제2워시코트; 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2) 및 제1워시코트보다 높은 함량의 귀금속을 포함하는 제3워시코트; 및 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2) 및 제1워시코트보다 높은 함량의 귀금속을 포함하며, 제3워시코트보다 세리아(CeO2)에 대한 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나의 비가 낮은 제4워시코트; 중 적어도 어느 하나 이상이 내장되되, 배기가스가 통과되는 최전방 담체 내부에는 전방부터 제3워시코트 및 제1워시코트가 순차적으로 배치된 LNT촉매가 소개된다.
Description
본 발명은 워시코트가 포함된 복수개의 담체를 직렬로 배치하되, 배기가스가 통과하는 고온의 최전방 담체의 전방에는 다량의 귀금속을 포함하는 워시코트를 배치하여 CO, HC 등을 일부 제거시키고, 최전방 담체의 후방에는 비교적 낮은 산화력을 가지는 워시코트를 배치하여 산화열에 의한 최전방담체의 열화를 방지함과 동시에 직렬연결된 다음의 담체의 흡장능력을 증대시키는 LNT촉매에 관한 것이다.
1990년대 초 제안된 흡장형 NOx 저감촉매(LNT: Lean NOx Trap or NSC: NOx Storage Catalyst)는 초기에 희박한 가솔린 연소 촉매용으로 개발되었다. LNT촉매 전단에는 별도의 삼원촉매가 배치되고, 가솔린 엔진의 특성상 촉매온도는 승용 디젤 엔진에 비해 높았다. 따라서 알루미나(Al2O3)를 촉매 지지체로 사용하고, 바륨(Ba), 칼륨(K) 등의 고온 흡장물질을 다량(10~20wt%) 포함한 촉매가 사용되었다. 그러나 이와 같은 촉매의 사용시 바륨(Ba)과 알루미나(Al2O3)가 반응하여 BaAl2O4를 형성함으로써 바륨(Ba)의 NOx 흡장성능이 저하되는 문제가 발생하였다.
이 문제는 저온 흡장을 위한 세륨(Ce) 성분과 Mg 치환 알루미나(스피넬, MgAl2O4)의 도입을 통해 해결되었다. 이에 따라 LNT촉매는 승용 디젤 엔진의 후처리 촉매에 적용할 수 있게 되었는데, 촉매 지지체는 알루미나(Al2O3)와 세리아(CeO2)의 혼합물을 사용한다. 특히 세리아(CeO2)는 승용 디젤 엔진 특유의 낮은 온도에서 NOx를 흡장할 수 있도록 촉매 온도가 낮은 물질로 중요한 역할을 하고 있다.
LNT촉매를 제조하기 위해, 전체 워시코트 대비 5~20wt%의 바륨 및 귀금속을 알루미나와 세리아 입자에 분산시킨다.
스피넬은 알루미나 합성공정 중에 Mg를 MgO 기준 28wt% 전후 첨가하여 MgAl2O4 구조를 형성시키는데, 일반적으로 이 수치 이하의 MgO 치환 비율을 적용하여 제조된 스피넬에 바륨을 함침시켜 바륨-스피넬을 제조하게 된다. 이러한 바륨-스피넬은 상대적으로 고온 영역에서의 NOx 흡장성능을 담당하게 된다.
일반적으로 엔진 배기량 부피의 70~90%에 달하는 양이 필요한 LNT 촉매의 특성상 단일 브릭으로 제작하는 것은 어렵기 때문에, 일정 이하의 직경과 길이를 갖는 브릭을 직렬로 배치하는 더블 브릭 또는 다중 브릭 방법을 사용한다.
종래 일반적으로 사용되고 있는 더블 브릭 촉매의 경우, 전단부(엔진 방향) 브릭의 전체에 걸쳐서 귀금속, 즉 PGM(Platinum Group Metal: Pt, Pd, Rh)을 집중 배치한다. 이는 엔진 배기열을 우선적으로 흡수하는 전단부 브릭에서 촉매 반응에 의한 발열을 추가로 촉진시킴으로써, 전단부 브릭을 조기 승온시켜 시동 직후에 촉매를 활성화시키기 위함이다. 다만 이 경우 산화열에 의해 전단부 브릭이 열화되어 NOx이 그대로 슬립(배출)되는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 워시코트가 포함된 복수개의 담체를 직렬로 배치하되, 배기가스가 통과하는 고온의 최전방 담체의 전방에는 다량의 귀금속을 포함하는 워시코트를 배치하여 CO, HC 등을 일부 제거시키고, 최전방 담체의 후방에는 비교적 낮은 산화력을 가지는 워시코트를 배치하여 산화열에 의한 최전방담체의 열화를 방지함과 동시에 직렬연결된 다음의 담체의 흡장능력을 증대시키는 LNT촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LNT촉매는 서로 직렬연결된 복수개의 담체;로 이루어지고, 각각의 담체에는, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2), 바륨(Ba) 및 귀금속을 포함하는 제1워시코트; 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2), 바륨(Ba) 및 제1워시코트보다 낮은 함량의 귀금속을 포함하는 제2워시코트; 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2) 및 제1워시코트보다 높은 함량의 귀금속을 포함하는 제3워시코트; 및 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2) 및 제1워시코트보다 높은 함량의 귀금속을 포함하며, 제3워시코트보다 세리아(CeO2)에 대한 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나의 비가 낮은 제4워시코트; 중 적어도 어느 하나 이상이 내장되되, 배기가스가 통과되는 최전방 담체 내부에는 전방부터 제3워시코트 및 제1워시코트가 순차적으로 배치된다.
배기가스가 통과되는 최후방 담체 내부에는 전방부터 제1워시코트 및 제3워시코트가 순차적으로 배치될 수 있다.
배기가스가 통과되는 최후방 담체 내부에는 전방부터 제2워시코트 및 제3워시코트가 순차적으로 배치될 수 있다.
배기가스가 통과되는 최후방 담체 내부에는 전방부터 제1워시코트 및 제4워시코트가 순차적으로 배치될 수 있다.
배기가스가 통과되는 최후방 담체 내부에는 전방부터 제2워시코트 및 제4워시코트가 순차적으로 배치될 수 있다.
제1워시코트는 중량%로, 세리아(CeO2) : 36~46%, 바륨(BaO 기준) : 8~12%, 귀금속 : 0.3~0.9% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함할 수 있다.
제2워시코트는 중량%로, 세리아(CeO2) : 36~46%, 바륨(BaO 기준) : 8~12%, 귀금속 : 0.2~0.6% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함할 수 있다.
제3워시코트는 중량%로, 세리아(CeO2) : 25~33%, 귀금속 : 0.7~1.3% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함할 수 있다.
제4워시코트는 중량%로, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나 : 25~33%, 귀금속: 0.7~1.3% 및 잔부 세리아(CeO2)를 포함할 수 있다.
제3워시코트의 귀금속은 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하며, 제4워시코트의 귀금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 LNT촉매에 따르면, 배기가스를 기준으로 최전방담체의 전방에 귀금속 함유량이 많은 워시코트를 집중 배치함으로써 고온의 최전방담체가 산화열에 의해 전체적으로 열화됨을 방지하여 바륨(Ba), 세리아(CeO2)의 NOx 흡장성능이 떨어짐을 방지해준다. 또한, 귀금속의 효율적인 활용을 도모하여 생산비가 절감되는 효과를 갖게 된다.
도 1은 종래의 LNT촉매와 본 발명의 실시예에 따른 LNT촉매를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LNT촉매를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예의 조건을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도별 NOx정화율을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리치(Rich) 분위기에서 NOx Slip량을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LNT촉매를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예의 조건을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도별 NOx정화율을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리치(Rich) 분위기에서 NOx Slip량을 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 LNT촉매는 서로 직렬연결된 복수개의 담체;로 이루어지고, 각각의 담체에는, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2), 바륨(Ba) 및 귀금속을 포함하는 제1워시코트(100); 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2), 바륨(Ba) 및 제1워시코트(100)보다 낮은 함량의 귀금속을 포함하는 제2워시코트(200); 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2) 및 제1워시코트(100)보다 높은 함량의 귀금속을 포함하는 제3워시코트(300); 및 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2) 및 제1워시코트(100)보다 높은 함량의 귀금속을 포함하며, 제3워시코트(300)보다 세리아(CeO2)에 대한 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나의 비가 낮은 제4워시코트(400); 중 적어도 어느 하나 이상이 내장되되, 배기가스가 통과되는 최전방 담체(500) 내부에는 전방부터 제3워시코트(300) 및 제1워시코트(100)가 순차적으로 배치된다.
복수개의 담체는 서로 직렬로 연결되어 내부에 정화 및 흡장성능을 가지는 촉매를 담지한다. 또한, 차량의 배기가스가 배출되는 배기기관에 연결되어 담체 내부로 배기가스가 통과되는 구조이다.
상기 촉매는 린(Lean) 분위기의 운전영역에서 Ba, Ce 등 염기성 흡장물질에 NOx를 질산염의 형태로 흡장함으로써 그 배출을 억제시킨다. 일정시간 NOx 흡장이 진행되어 촉매의 NOx 흡장 용량의 한계에 도달하면, 엔진 연소 제어를 통하여 리치(Rich) 분위기의 운전영역, 즉 배기가스 중 산소농도를 낮추고 CO, HC 등 환원성분을 증가시키는 환경을 조성한다. 이를 통해 흡장되었던 질산염이 탈리되고, HC, CO, H2등의 환원제 성분에 의해 NOx가 N2로 환원되는 것이다.
상기 촉매는 촉매 온도 기준으로 100~400℃ 범위에서 NOx 흡장 성능을 나타내며, 또한 250℃ 이상에서 NOx 환원 성능을 나타낸다. 특히 디젤엔진용 촉매는 낮은 배기온도에 의한 낮은 촉매 온도에서의 NOx 흡장이라는 성능을 구현하기 위하여 기존 NOx 흡장물질인 Ba에 더하여 Ce 성분을 추가로 사용한다. 리치 분위기에서 NOx가 환원되는 반응은 주로 Pt와 Rh에 의해 이루어지는데, 차속이 60km/h를 넘지 않는 시내주행에서는 촉매온도가 250℃ 이상으로 가열되지 않아 NOx 환원반응이 활성화되지 않기 때문에 다량의 NOx가 배출(slip)되는 문제를 나타낸다.
배기가스가 통과하게 되는 최전방의 담체 전방에 CO, HC 등을 산화(정화)시키는 기능을 하는 Pt, Pd, Rh와 같은 귀금속을 다량 함유시킨 제3워시코트(300)와 같은 특성을 가지는 워시코트를 배치하고 최전방의 담체 후방에 바륨(Ba)이 충분히 함유되고 귀금속의 함유량이 상대적으로 적은 제1워시코트(100)와 같은 특성을 가지는 워시코트를 배치할 경우 배기가스가 제3워시코트(300)를 통과하면서 CO, HC 등이 귀금속에 의해 산화되고 배기가스가 제1워시코트(100)를 통과하면서 NOx가 바륨(Ba) 등에 의해 흡장된다.
종래 Dual brick 촉매에서 배기가스가 통과하는 첫번째 담체에 담지되는 워시코트의 전역에 귀금속이 균일하게 분포되어있던 구성에 비해 본 발명에서와 같이 최전방 담체(500) 전방과 후방을 구분하여 전방에는 높은 귀금속 함량을 가지되, 내열성이 좋은 워시코트를, 후방에는 낮은 귀금속함량을 가지는 워시코트를 배치시켜 기대할 수 있는 효과는 다음과 같다.
본디 귀금속이 CO, HC 등을 산화시킬 때 발생하는 산화열이 배기가스에 의해 이미 온도가 상승된 고온의 첫번째 담체 온도를 더욱 상승시켜 워시코트에 존재하는 바륨(Ba) 및 세리아(CeO2)의 흡장기능을 방해하여 NOx가 그대로 배출되는 문제가 존재하였으나, 본 발명과 같은 구성의 경우 내열성이 좋은 귀금속(Pt, Pd)의 집중배치로 CO, HC 등을 전방에서만 일부 제거하고 이에따라 최전방 워시코트의 온도를 더 이상 상승시키지 않음을 이유로 바륨(Ba) 및 세리아(CeO2)의 흡장기능이 유지되어 상기와 같은 문제를 해결할 수 있게 된다.
또한, 귀금속 투입 대비 그에 상응하는 효과를 기대할 수 없어 생산원가 적인 측면에서도 존재하였던 문제를, 전방에만 효율적으로 배치시킴으로써 동일 원가대비 향상된 효과를 기대할 수 있다.
뿐만아니라, 제1워시코트(100)의 경우 귀금속 함유량을 낮춰 산화력을 제한시킴을 이유로 최전방 담체(500)에서 산화되지 않은 CO, HC 등이 다음의 담체로 이동하면서 산화제 역할을 하게 됨으로써 이 후 담체의 전체적인 탈황성능이 개선되는 효과도 기대할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따른 일실시예로서, 귀금속 함량이 높아 상대적으로 원가가 높은 제3워시코트(300)를 상대적으로 원가가 낮은 제1워시코트(100)보다 적은 양을 배치하여도 충분한 정화효과를 기대할 수 있다. 담체의 길이대비 전방에 약 20~40% 정도 제3워시코트(300)를 배치시키고 나머지 자리에 제1워시코트(100)를 배치시킴이 타당할 것이다.
또한, 담체 하부에 배치된 기지체(10)와 제3워시코트(300) 및 제1워시코트(100)로 구성된 복합워시코트층 사이에 원가가 낮은 제1워시코트(100)로 구성된 제1워시코트(100) 층을 배치시키는 경우 마찬가지로 원가대비 충분한 정화효과를 기대할 수 있어 생산비를 낮춤에 있어 효과적일 수 있다.
본 발명의 핵심이 되는 기술적 사상은 워시코트가 포함된 복수개의 담체를 직렬로 배치하되, 배기가스가 통과하는 고온의 최전방 담체(500)의 전방에는 다량의 귀금속을 포함하는 워시코트를 배치하여 CO, HC 등을 일부 제거시키고, 최전방 담체(500)의 후방에는 비교적 낮은 산화력을 가지는 워시코트를 배치하여 산화열에 의한 최전방담체의 열화를 방지함과 동시에 직렬연결된 다음의 담체의 흡장능력을 증대시키는 LNT촉매를 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 LNT촉매에서 배기가스가 통과되는 최후방 담체(600) 내부에는 전방부터 제1워시코트(100) 및 제3워시코트(300)가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.
전방의 담체들을 통과한 배기가스가 최후방의 담체에 도달하여 바륨(Ba)이 충분히 함유되고 귀금속의 함유량이 상대적으로 적은 제1워시코트(100)를 통과할 경우 이때까지 흡장되지 않았던 NOx가 마저 흡장된다. 바람직하게는 담체가 두개로써 구성되는 경우 상기 최전방담체을 통과한 배기가스에는 산화되지 않은 CO, HC 등이 충분히 잔존하여 흡장된 NOx과 환원반응이 일어날 수 있다.
제1워시코트(100)를 통과한 배기가스가 최종적으로는 귀금속 함유량이 높은 제3워시코트(300)를 통과하게 되어 배기가스에 잔존하는 CO, HC 등을 산화시켜 정화작업을 마무리하게 된다.
바람직하게는 최후방의 담체 후방에 배치되는 워시코트가 포함하는 귀금속에는 Pt, Pd보다는 반응성이 좋은 Rh의 비율을 높이는 것이 효과적일 것이다. 최후방의 담체의 경우 온도가 최전방에 비해 높지 않아 내열 특성을 요구하지 않기 때문이다.
상기에서 언급했던 바와 같이 최전방의 담체처럼 최후방의 담체에 워시코트를 배치함에 있어서도 귀금속 함량이 높아 상대적으로 원가가 높은 제3워시코트(300)를 상대적으로 원가가 낮은 제1워시코트(100)보다 적은 양을 배치하여도 충분한 정화효과를 기대할 수 있다. 담체의 길이대비 후방에 약 20~40% 정도 제3워시코트(300)를 배치시키고 나머지 자리에 제1워시코트(100)를 배치시킴이 타당할 것이다.
또한, 담체 하부에 배치된 기지체(10)와 제1워시코트(100) 및 제3워시코트(300)로 구성된 복합워시코트층 사이에 원가가 낮은 제1워시코트(100)로 구성된 제1워시코트(100) 층을 배치시키는 경우 원가대비 충분한 정화효과를 기대할 수 있어 생산비를 낮춤에 있어 효과적일 수 있다.
본 발명에 따른 LNT촉매에서 배기가스가 통과되는 최후방 담체(600) 내부에는 전방부터 제2워시코트(200) 및 제3워시코트(300)가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.
제2워시코트(200)의 경우 바륨(Ba)이 충분히 함유되되, 제1워시코트(100)와 비교하여 귀금속 함량이 낮은 워시코트이다. 최후방담체의 전방에 배치되는 워시코트는 배기가스의 NOx를 흡장하는 기능을 우선으로 하기 때문이다. 귀금속 사용량을 줄여 정화기능의 저하를 최소로하면서 생산비를 절감시키는 효과를 기대할 수 있을 것이다.
제2워시코트(200)를 통과한 배기가스가 최종적으로는 귀금속 함유량이 높은 제3워시코트(300)를 통과하게 되어 배기가스에 잔존하는 CO, HC 등을 산화시켜 정화작업을 마무리하게 된다.
상기와 유사한 이유로 최후방의 담체에 워시코트를 배치함에 있어서도 귀금속 함량이 높아 상대적으로 원가가 높은 제3워시코트(300)를 원가가 낮은 제2워시코트(200)보다 적은 양을 배치하여도 충분한 정화효과를 기대할 수 있다. 담체의 길이대비 후방에 약 20~40% 정도 제3워시코트(300)를 배치시키고 나머지 자리에 제2워시코트(200)를 배치시킴이 타당할 것이다.
또한, 담체 하부에 배치된 기지체(10)와 제2워시코트(200) 및 제3워시코트(300)로 구성된 복합워시코트층 사이에 원가가 낮은 제1워시코트(100)로 구성된 제1워시코트(100) 층을 배치시키는 경우 원가대비 충분한 정화효과를 기대할 수 있어 생산비를 낮춤에 있어 효과적일 수 있다. 바람직하게는 제1워시코트(100)층 대신에 제1워시코트(100)보다도 귀금속 함유량이 낮아 원가가 낮은 제2워시코트(200)로 구성된 제2워시코트(200) 층을 배치시키는 것이 타당할 것이다.
본 발명에 따른 LNT촉매에서 배기가스가 통과되는 최후방 담체(600) 내부에는 전방부터 제1워시코트(100) 및 제4워시코트(400)가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.
제4워시코트(400)의 경우 제3워시코트(300)와 마찬가지로 귀금속의 함유량이 높은 것이 특징이다. 다만 제3워시코트(300)와 비교하여 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나의 함유량이 적고 세리아(CeO2)의 함유량이 높다는 특징이 있다.
높은 귀금속의 함량으로 인해 배기가스에 잔존하는 CO, HC 등에 대한 높은 산화력은 물론이고 세리아(CeO2)의 함유량이 높음으로써 제3워시코트(300) 대비 저온에서의 산화력이 더욱 증대된다는 효과를 가진다. 다시말해 제3워시코트(300)와는 달리 내열성보다 반응성이 강조된 워시코트인 것이다. 이는 제4워시코트(400)가 배기가스가 통과되는 최후방의 담체의 후방에 배치됨을 이유로 한다.
상기와 같이 최후방의 담체에 워시코트를 배치함에 있어서도 귀금속 함량이 높아 상대적으로 원가가 높은 제4워시코트(400)를 원가가 낮은 제1워시코트(100)보다 적은 양을 배치하여도 충분한 정화효과를 기대할 수 있다. 담체의 길이대비 후방에 약 20~40% 정도 제4워시코트(400)를 배치시키고 나머지 자리에 제1워시코트(100)를 배치시킴이 타당할 것이다.
또한, 담체 하부에 배치된 기지체(10)와 제1워시코트(100) 및 제4워시코트(400)로 구성된 복합워시코트층 사이에 원가가 낮은 제1워시코트(100)로 구성된 제1워시코트(100) 층을 배치시키는 경우 원가대비 충분한 정화효과를 기대할 수 있어 생산비를 낮춤에 있어 효과적일 수 있다. 바람직하게는 제1워시코트(100)층 대신에 제1워시코트(100)보다도 귀금속 함유량이 낮아 원가가 낮은 제2워시코트(200)로 구성된 제2워시코트(200) 층을 배치시키는 것이 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명에 따른 LNT촉매에서 배기가스가 통과되는 최후방 담체(600) 내부에는 전방부터 제2워시코트(200) 및 제4워시코트(400)가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 언급한 바와 같이 최후방담체의 특성으로 인해 최후방담체의 전방에는 제1워시코트(100) 대신 제2워시코트(200)가, 후방에는 제3워시코트(300) 대신 제4워시코트(400)가 배치되는 것이 전체적인 정화능력 및 생산원가에 있어서 더욱 효율적일 것이다.
상기와 같이 최후방의 담체에 워시코트를 배치함에 있어서도 귀금속 함량이 높아 상대적으로 원가가 높은 제4워시코트(400)를 원가가 낮은 제2워시코트(200)보다 적은 양을 배치하여도 충분한 정화효과를 기대할 수 있다. 담체의 길이대비 후방에 약 20~40% 정도 제4워시코트(400)를 배치시키고 나머지 자리에 제2워시코트(200)를 배치시킴이 타당할 것이다.
또한, 담체 하부에 배치된 기지체(10)와 제2워시코트(200) 및 제4워시코트(400)로 구성된 복합워시코트층 사이에 원가가 낮은 제1워시코트(100)로 구성된 제1워시코트(100) 층을 배치시키는 경우 원가대비 충분한 정화효과를 기대할 수 있어 생산비를 낮춤에 있어 효과적일 수 있다. 바람직하게는 제1워시코트(100)층 대신에 제1워시코트(100)보다도 귀금속 함유량이 낮아 원가가 낮은 제2워시코트(200)로 구성된 제2워시코트(200) 층을 배치시키는 것이 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명에 따른 LNT촉매에서 제3워시코트(300)의 귀금속은 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하며, 제4워시코트(400)의 귀금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제3워시코트(300)의 경우는 고온의 최전방담체에 배치될 경우 내열성이 강조되고 제4워시코트(400)의 경우는 최후방담체에 배치될 경우 내열성보다는 반응성이 강조되는 바 제3워시코트(300)에는 귀금속 중 내열성이 좋지 못한 로듐(Rh)이 제외되고 제4워시코트(400)에는 내열성 대신 반응성이 좋은 로듐(Rh)이 포함됨이 타당할 것이다.
(
워시코트
제법)
본 발명에 따른 LNT촉매에서 제1워시코트(100)는 중량%로, 세리아(CeO2) : 36~46%, 바륨(BaO 기준) : 8~12%, 귀금속 : 0.3~0.9% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나가 제1워시코트(100) 전체의 48wt%, 세리아(CeO2)가 제1워시코트(100) 전체의 41.4wt%, NOx 흡장 물질인 Ba가 BaO 기준으로 제1워시코트(100) 전체의 10wt%, 귀금속이 전체 제1워시코트(100)의 0.6wt%가 되도록 하였고 Ba, Pt, Pd, Rh를 순차적으로 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나 및 세리아(CeO2) 상에 일반적인 고정법으로 분산 담지하였다. 이 후 슬러리화된 워시코트를 허니컴 담체에 코팅하고, 건조/소성(500℃)한다.
본 발명에 따른 LNT촉매에서 제2워시코트(200)는 중량%로, 세리아(CeO2) : 36~46%, 바륨(BaO 기준) : 8~12%, 귀금속 : 0.2~0.6% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 제2워시코트(200)의 경우에는 제1워시코트(100)와 동일하게 제작하나 귀금속을 2/3만 담지하였다. 이 후 슬러리화된 워시코트를 허니컴 담체에 코팅하고, 건조/소성(500℃)한다.
본 발명에 따른 LNT촉매에서 제3워시코트(300)의 경우에는 중량%로, 세리아(CeO2) : 25~33%, 귀금속 : 0.7~1.3% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나가 제3워시코트(300) 전체의 70wt%, 세리아(CeO2)가 제3워시코트(300) 전체의 29wt%, 귀금속이 전체 와시코트의 1wt%가 되도록 하였고 Rh는 배제한 채 Pt, Pd를 순차적으로 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나 및 세리아(CeO2) 상에 일반적인 고정법으로 분산 담지하였다. 이 후 슬러리화된 워시코트를 허니컴 담체에 코팅하고, 건조/소성(500℃)한다.
본 발명에 따른 LNT촉매에서 제4워시코트(400)는 중량%로, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나 : 25~33%, 귀금속: 0.7~1.3% 및 잔부 세리아(CeO2)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나가 제4워시코트(400) 전체의 29wt%, 세리아(CeO2)가 제4워시코트(400) 전체의 70wt%, 귀금속이 전체 제4워시코트(400)의 1wt%가 되도록 하였으며 Pt, Pd, Rh를 순차적으로 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나 및 세리아(CeO2) 상에 일반적인 고정법으로 분산 담지하였다. 이 후 슬러리화된 워시코트를 허니컴 담체에 코팅하고, 건조/소성(500℃)한다.
(기능평가)
평가조건은 온도별 Steady-state 180s Lean/8s Rich의 총 188초간 유입된 NOx 대비 정화된 NOx의 비율을 정화율로 산출한다. 린(Lean) 분위기의 경우 NO 200ppm, 1000ppm CO, 1000ppmC1 Propylene, O2 8%, CO2 5%, H2O 5%, N2 balance이고, 리치(Rich) 분위기의 경우 NO 200ppm, 20000ppm CO, 6000ppmC1 Propylene, O2 0.7%, CO2 5%, H2O 5%, N2 balance이다. 실시예와 비교예의 조건은 도 3에 나타나 있다.
도 4에서 확인할 수 있듯이 온도별 NOx정화율의 경우 저온 영역에서 NOx 흡장이 성능 개선되었고 일반적으로 열적 열화로 성능이 악화되는 저온영역에서 성능이 개선되는 현상은 최전방담체에 열부하 집중으로 인한 집중 열화가 방지됨을 입증하였다.
도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이 리치(Rich) 분위기에서 NOx Slip량 비교했을 때 최후방담체 제4워시코트(400)에서의 Rh, 세리아(CeO2) 환원에 의한 NOx slip(배출) 저감을 확인할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 기지체 100 : 제1워시코트
200 : 제2워시코트 300 : 제3워시코트
400 : 제4워시코트 500 : 최전방 담체
600 : 최후방 담체
200 : 제2워시코트 300 : 제3워시코트
400 : 제4워시코트 500 : 최전방 담체
600 : 최후방 담체
Claims (10)
- 서로 직렬연결된 복수개의 담체;로 이루어지고,
각각의 담체에는, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2), 바륨(Ba) 및 귀금속을 포함하는 제1워시코트;
마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2), 바륨(Ba) 및 제1워시코트보다 낮은 함량의 귀금속을 포함하는 제2워시코트;
마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2) 및 제1워시코트보다 높은 함량의 귀금속을 포함하는 제3워시코트; 및
마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나, 세리아(CeO2) 및 제1워시코트보다 높은 함량의 귀금속을 포함하며, 제3워시코트보다 세리아(CeO2)에 대한 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나의 비가 낮은 제4워시코트; 중 적어도 어느 하나 이상이 내장되되,
배기가스가 통과되는 최전방 담체 내부에는 전방부터 제3워시코트 및 제1워시코트가 순차적으로 배치된 LNT촉매. - 청구항 1에 있어서,
배기가스가 통과되는 최후방 담체 내부에는 전방부터 제1워시코트 및 제3워시코트가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 하는 LNT촉매. - 청구항 1에 있어서,
배기가스가 통과되는 최후방 담체 내부에는 전방부터 제2워시코트 및 제3워시코트가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 하는 LNT촉매. - 청구항 1에 있어서,
배기가스가 통과되는 최후방 담체 내부에는 전방부터 제1워시코트 및 제4워시코트가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 하는 LNT촉매. - 청구항 1에 있어서,
배기가스가 통과되는 최후방 담체 내부에는 전방부터 제2워시코트 및 제4워시코트가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 하는 LNT촉매. - 청구항 1에 있어서,
제1워시코트는 중량%로, 세리아(CeO2) : 36~46%, 바륨(BaO 기준) : 8~12%, 귀금속 : 0.3~0.9% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNT촉매. - 청구항 1에 있어서,
제2워시코트는 중량%로, 세리아(CeO2) : 36~46%, 바륨(BaO 기준) : 8~12%, 귀금속 : 0.2~0.6% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNT촉매. - 청구항 1에 있어서,
제3워시코트는 중량%로, 세리아(CeO2) : 25~33%, 귀금속 : 0.7~1.3% 및 잔부 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNT촉매. - 청구항 1에 있어서,
제4워시코트는 중량%로, 마그네슘(Mg)이 치환된 알루미나 : 25~33%, 귀금속: 0.7~1.3% 및 잔부 세리아(CeO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNT촉매. - 청구항 2에 있어서,
제3워시코트의 귀금속은 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함하며, 제4워시코트의 귀금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 로듐(Rh)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNT촉매.
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