KR20170117410A - 휘발된 백금을 위한 포획 영역을 갖는 압축 점화 엔진용 배기 시스템 - Google Patents

휘발된 백금을 위한 포획 영역을 갖는 압축 점화 엔진용 배기 시스템 Download PDF

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크리스토퍼 달리
다니엘 해처
제임스 리랜드
프랑소와 모로
폴 리차드 필립스
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Abstract

기판 및 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하는, 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매이며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt); 및 포획 물질을 포함하는 영역을 포함하고, 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된 것인 산화 촉매가 제공된다.

Description

휘발된 백금을 위한 포획 영역을 갖는 압축 점화 엔진용 배기 시스템
본 발명은 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매 및 배기 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 산화 촉매, 배기 시스템 및 영역의 용도 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 산화 촉매 또는 배기 시스템을 포함하는 차량에 관한 것이다.
압축 점화 엔진은 전세계적으로 환경법의 대상인 다양한 오염물질을 함유하는 배기 가스를 생성한다. 이들 오염물질은 일산화탄소 (CO), 미연소 탄화수소 (HC), 질소 산화물 (NOx) 및 미립자 물질 (PM)을 포함한다.
법규로 정해진 대기 내로 배출될 수 있는 오염물질의 허용 수준을 만족시키기 위해, 압축 점화에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템은 일반적으로 여러 배출물 제어 장치를 함유한다. 이러한 배기 시스템에서, 배기 가스는 통상, 가스 내 존재하는 일산화탄소 (CO) 및 미연소 탄화수소 (HC)를 산화시킬 수 있는 제1 배출물 제어 장치로 안내된다. 제1 배출물 제어 장치는 예를 들어 디젤 산화 촉매 (DOC), 촉매화 매연 필터 (CSF), NOx 저장 촉매 (NSC), 수동적 NOx 흡착기 (PNA), 디젤 발열 촉매 (DEC) 또는 냉 시동 개념 (CSC™) 촉매일 수 있다.
NOx 배출물에 있어서, 압축 점화 엔진용 배기 시스템은 NOx의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매, 예컨대 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 함유할 수 있다. NOx의 선택적 촉매 환원 (SCR)은 주로 하기 세 반응에 의해 발생한다:
(1) 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O;
(2) 4NH3 + 2NO + 2NO2 → 4N2 + 6H2O; 및
(3) 8NH3 + 6NO → 7N2 + 12H2O.
SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매에 진입하는 배기 가스 내 NO2:NO의 비는 그의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매는 NO2:NO의 비가 약 1:1일 때 최적 성능을 나타낸다. 이는, 정상적인 사용 동안 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스가 전형적으로 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매의 최적의 성능에 불충분한 NO2 (즉, NO2:NO의 비가 1:1보다 훨씬 더 작음)를 함유하기 때문에 문제가될 수 있다. 이러한 낮은 수준의 NO2를 보상하기 위해, 제1 배출물 제어 장치는 종종, 일산화질소 (NO)를 이산화질소 (NO2)로 산화시키도록 제형화된 촉매 물질을 함유하여 배기 가스 내 NO2:NO의 비를 증가시킨다. SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매는 통상 배기 시스템 내 제1 배출물 제어 장치의 하류에 배열되어, 배기 가스는 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매를 통과하기에 앞서 제1 배출물 제어 장치를 통과할 것이다.
NO를 NO2로 산화시키기 위한 촉매 물질은 전형적으로 백금 (Pt)을 포함한다. 제1 배출물 제어 장치가 충분한 기간 동안 비교적 고온에 노출되는 경우, 낮은 수준의 백금 (Pt)이 촉매 물질로부터 휘발될 수 있고 SCR/SCRF™ 촉매 상에 트랩핑될 수 있다. 상기와 같은 비교적 고온은 정상적인 사용 동안, 특히 중하중(heavy duty) 디젤 응용에서, 또는 필터 재생 동안, 예컨대 제1 배출물 제어 장치가 CSF일 때 또는 상류 디젤 미립자 필터 (DPF)가 존재할 때 발생할 수 있다. SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매 상에 트랩핑된 Pt는 암모니아 (NH3)를 산화시킬 수 있기 때문에 촉매 성능에 고도로 악영향을 미칠 수 있다. 트랩핑된 Pt는 NOx의 선택적 촉매 환원에 사용되는 NH3를 소비 (그에 따라 NOx 전환율이 감소)할 수 있고, 바람직하지 못한 2차 배출물이 생성될 수 있다.
Pt 휘발의 문제점은 본 발명자들의 공보물 WO 2013/088133, WO 2013/088132, WO 2013/088128 및 WO 2013/050784에 논의되어 있다.
본 발명은, 기판; 기판 상에 배치된, 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질; 및 포획 물질을 포함하는 영역을 포함하며, 여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된 것인, 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매를 제공한다.
포획 물질을 포함하는 영역은 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역이다. 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스는, 특히 배기 가스가 비교적 고온일 때, 예컨대 엔진이 장기간 동안 중부하(heavy load) 하에 작동되었을 때 또는 엔진이 중하중 엔진일 때, 휘발된 Pt를 함유할 수 있다. 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
관련 기술분야에서 휘발된 Pt의 포획에 효과적인 것으로 밝혀진 물질은, 특히 NO2:NO의 비에 민감한 하류 배출물 제어 장치의 온도 영역에서 NO2의 양 (및 또한 NO2:NO의 비)을 낮출 수 있어, 특히 그것이 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매일 때 하류 장치의 성능의 잠재적 감소를 초래할 수 있다. 기존의 포획 물질은, NO2의 발생을 위한 배출물 제어 장치의 촉매 물질에 포함되는 임의의 Pt의 유익을 무색하게 만들 수 있다.
본 발명자들은, 배기 가스 내 NO2의 양 (예를 들어, NO2:NO의 비)에 영향 (즉, 감소)을 미치지 않는 휘발된 Pt를 트랩핑하기 포획 물질을 개발하였다. 포획 물질은, 산화 촉매의 촉매 물질 내 Pt에 의해 NO 산화로부터 생성된 NO2의 양을 전혀 감소시키지 않을 것이다. 산화 촉매의 촉매 물질 및 포획 물질 둘 모두를 통과한 배기 가스는 결과적으로, 압축 점화 엔진에 의해 처음에 생성된 배기 가스에 비해 더 높은 NO2:NO의 비를 함유할 것이므로 하류 SCR/SCRF™ 촉매의 최적의 성능이 수득될 수 있다.
본 발명은 또한 포획 브릭(brick)을 제공한다. 포획 브릭은 압축 점화 엔진용 배기 시스템 내 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질로부터 휘발된 백금 (Pt)을 포획하는데 적합하다. 포획 브릭은 기판 및 기판 상에 배치된 포획 물질을 포함한다.
본 발명은 추가로, 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템을 제공한다. 배기 시스템은,
(i) 기판 및 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하는, 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매이며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및
(ii) 포획 물질을 포함하는 영역
을 포함하며, 여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
포획 물질을 포함하는 영역은, 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된다. 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역은 산화 촉매의 일체형 부품(integral part)일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역은 포획 브릭의 일부일 수 있다. 포획 물질을 포함하는 영역은 포획 브릭에 의해 제공되며, 이는 배기 가스가 산화 촉매를 통과할 때 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
본 발명의 배기 시스템은,
(i) 제1 기판 및 제1 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하는, 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매이며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및
(ii) 제2 기판 및 제2 기판 상에 배치된 포획 물질을 포함하는, 촉매 물질로부터 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 포획 브릭
을 포함할 수 있고, 여기서 포획 브릭은 배기 가스가 산화 촉매를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
"제1" 기판은 "제2" 기판과 별개이다 (예를 들어, "제1" 기판은 "제2" 기판으로부터 공간적으로 분리되어 있음). 이와 관련하여 용어 "제1" 및 "제2"는 단지 각각의 기판을 식별하기 위한 라벨이며, 그것들은 본 발명의 범주를 제한하지 않는다.
상기 배기 시스템에서, 산화 촉매는 본 발명의 산화 촉매이거나 본 발명의 산화 촉매가 아니다.
본 발명은 추가로 차량을 제공한다. 차량은 압축 점화 엔진, 및 산화 촉매, 배기 시스템 또는 본 발명의 포획 브릭을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템 내 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역의 용도에 관한 것이다. 배기 시스템은, 기판 및 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하는, 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매를 포함하며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하고, 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역은 포획 물질을 포함하고, 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질 및/또는 산화 촉매와 접촉하거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
본 발명의 추가의 측면은, 압축 점화 엔진용 배기 시스템 내 촉매 물질로부터 휘발된 백금 (Pt)을 포획하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하는 방법에 관한 것이다.
각각의 상기 본 발명의 방법은, 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를,
(i) 기판 및 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하는, 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매이며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및
(ii) 포획 물질을 포함하는 영역
을 포함하며, 여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된 것인 배기 시스템에 통과시키는 단계를 포함한다.
일반적으로, 휘발된 백금은 배기 가스의 온도가 ≥ 700℃, 예컨대 ≥ 800℃, 바람직하게는 ≥ 900℃일 때 배기 가스 (즉, 배기 시스템) 중에 존재할 수 있다.
도 1은 Cu/CHA 제올라이트 SCR 촉매 상의 백금 오염을 시험하는데 사용된 실험실 반응기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 배기 시스템 실시양태를 나타내는 개략도이다. 배기 가스(20)는 포획 구역(3)을 갖는 본 발명의 산화 촉매(1)를 통과한다. 배기 가스(20)가 산화 촉매(1)를 통과한 후, 그것은 제2 배출물 제어 장치(10), 예컨대 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 통과한다. SCR을 능동적으로 수행하고자 하는 경우에는, 배기 가스 내로 암모니아 공급원(30)이 도입될 수 있다. 수동적 SCR의 경우에는, 암모니아 공급원(30)이 존재하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 산화 촉매의 개략도이다. 산화 촉매는 기판(1) 상에 배치된 영역 또는 구역(2)을 가지며, 이는 Pt를 함유하는 촉매 물질을 포함한다. 산화 촉매의 유출구 단부에 또는 그 근처에 포획 구역(3)이 존재하며, 상기 포획 구역은 휘발된 Pt를 포획하기 위한 포획 물질을 포함한다.
도 4는 본 발명의 산화 촉매의 개략도이다. 산화 촉매는 기판(1) 상에 배치된 층(2)을 가지며, 상기 층은 Pt를 함유하는 촉매 물질을 포함한다. 촉매 물질의 층(2) 상에 배치된 산화 촉매의 유출구 단부에 또는 그 근처에 포획 구역(3)이 존재한다. 포획 구역(3)은 휘발된 Pt를 포획하기 위한 포획 물질을 포함한다.
도 5는 본 발명의 산화 촉매의 개략도이다. 산화 촉매는 기판 상에 배치된 영역 또는 구역(2)을 가지며, 상기 영역 또는 구역은 Pt를 함유하는 촉매 물질을 포함한다. 산화 촉매의 유출구 단부에 또는 그 근처에 포획 영역(3)이 존재한다. 포획 영역(3)은 촉매 물질을 함유하는 영역 또는 구역(2)과 중첩된다. 포획 영역(3)은 휘발된 Pt를 포획하기 위한 포획 물질을 포함한다.
도 6은 본 발명의 배기 시스템 실시양태를 나타내는 개략도이다. 배기 가스(20)는 본 발명의 산화 촉매(1)를 통과하며, 이는 기판의 유출구 단부 표면에 배치된 포획 물질(3)을 갖는다. 배기 가스(20)가 산화 촉매(1)를 통과한 후, 그것은 제2 배출물 제어 장치(10), 예컨대 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 통과한다. SCR을 능동적으로 수행하고자 하는 경우에는, 배기 가스 내로 암모니아 공급원(30)이 도입될 수 있다. 수동적 SCR의 경우에는, 암모니아 공급원(30)이 존재하지 않을 수 있다.
도 7은 본 발명의 산화 촉매의 개략도이다. 산화 촉매는 기판(1) 상에 배치된 촉매 물질(2)을 갖는다. 기판의 유출구 단부 표면에 배치 또는 지지된 포획 물질(3)이 존재한다.
도 8은 본 발명의 산화 촉매의 개략도이다. 산화 촉매는 기판(1) 상에 배치된 촉매 물질(2)을 갖는다. 기판의 유출구 단부 표면에 배치 또는 지지된 포획 물질(3)이 존재하며, 이는 일부 촉매 물질(2) 상부에 놓여진다.
도 9는 본 발명의 배기 시스템 실시양태를 나타내는 개략도이다. 배기 가스(20)는 산화 촉매(1)를 통과하며, 이는 본 발명의 산화 촉매이거나 본 발명의 산화 촉매가 아니다. 배기 가스(20)가 산화 촉매(1)를 통과한 후, 그것은 휘발된 Pt를 포획하기 위한 영역(3) 및 기판을 포함하는 포획 브릭(4)을 통과한다. 이어서, 배기 가스(20)는 제2 배출물 제어 장치(10), 예컨대 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 상으로 유동한다. SCR을 능동적으로 수행하고자 하는 경우에는, 배기 가스가 포획 브릭(4)을 통과한 후 배기 가스 내로 암모니아 공급원(30)이 도입될 수 있다. 수동적 SCR의 경우에는, 암모니아 공급원(30)이 존재하지 않을 수 있다.
본 발명은, 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진, 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역에 관한 것이다. 상기 영역은, 전형적으로 산화 촉매의 상류 촉매 물질을 통과한 배기 가스 내 휘발된 Pt를 포획 또는 트랩핑하도록 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 상기 영역은 휘발된 Pt가 제2 하류 배출물 제어 장치, 예컨대 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매 상에서 응축되는 것을 방지하도록 배열된다.
포획 물질은,
(a) ≤ 약 50 m2/g의 평균 비표면적을 갖는 내화 산화물 입자, 및/또는
(b) ≥ 약 10 nm의 평균 입자 크기 및/또는 ≤ 약 10%의 분산도를 갖는 Pt-합금 금속 입자
를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다.
본 발명자들은, 본 발명에 따른 포획 물질을 사용하면, 포획 물질이 적절한 방식으로 배기 시스템 내 배열될 때 하류 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매 상에, 휘발된 Pt가 침착되는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있음을 발견하였다. 본 발명의 포획 물질은, 특히 CO 및/또는 미연소 HC의 산화에 대해, 그리고 특별히 NOx의 산화에 대해 낮은 촉매 활성을 갖는다. 일반적으로, 포획 물질은 또한, 특히 Pt 휘발이 발생하는 조건 하에 및/또는 하류 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매가 NO2:NO의 비에 민감한 온도 영역에서, NO2의 분해 또는 환원에 대해 실질적으로 촉매 불활성이다.
일반적으로, 포획 물질 (즉, 신규 또는 미사용일 때)에 백금이 실질적으로 없거나 또는 포획 물질이 백금을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 포획 물질이 일반적으로 바륨 또는 바나듐과 같은 비금속(base metal)을 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
전형적으로, 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역 또는 그의 포획 물질은 0.1 내지 3.5 g·in-3, 바람직하게는 0.2 내지 2.5 g·in-3, 보다 더 바람직하게는 0.3 내지 2.0 g·in-3, 더욱 더 바람직하게는 0.5 내지 1.75 g·in-3 (예를 들어 0.75 내지 1.5 g·in-3)의 내화 산화물 부하를 포함한다.
포획 물질은 ≤ 약 50 m2/g (< 약 50 m2/g), 예컨대 ≤ 약 40 m2/g (< 약 40 m2/g), 바람직하게는 ≤ 약 30 m2/g (< 약 30 m2/g), 보다 바람직하게는 ≤ 약 20 m2/g (< 약 20 m2/g), 더욱 더 바람직하게는 ≤ 약 10 m2/g (< 약 10 m2/g)의 평균 비표면적을 갖는 내화 산화물 입자를 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다.
내화 산화물 입자의 평균 비표면적 (SSA)은 -196℃에서 질소 물리흡착에 의해 부피 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 평균 SSA는 BET 흡착 등온선 방정식을 사용하여 결정된다.
내화 산화물은 < 100 마이크로미터의 d90을 가질 수 있다. 내화 산화물은 바람직하게는 < 75 마이크로미터, 예컨대 < 50 마이크로미터 (예를 들어 < 30 마이크로미터), 보다 바람직하게는 < 20 마이크로미터의 d90을 가질 수 있다. 내화 산화물이 더 작은 d90을 가질 때 보다 우수한 패킹(packing) 및 접착을 수득할 수 있음이 밝혀졌다. 불확실함을 피하기 위해, d90 측정치는 레이저 회절 입자 크기 분석에 의해 맬버른 마스터사이저(Malvern Mastersizer) 2000을 사용하여 수득하였고, 이는 부피-기반 기술 (즉, D90은 Dv90 (또는 D(v,0.90)이라 지칭될 수도 있음)이며, 입자 크기 분포를 결정하기 위해 수학적 미(Mie) 이론 모델을 적용한다.
전형적으로, 내화 산화물은 > 0.1 마이크로미터의 d90을 갖는다. 내화 산화물이 > 1.0 마이크로미터, 예컨대 > 5.0 마이크로미터의 d90을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 사용되는 내화 산화물 입자는, 종래 기술 배출물 제어 장치 (예를 들어, DOC, CSF 또는 NSC) 내 지지체 물질 (예를 들어, 백금족 금속과 같은 촉매 활성 금속을 위한 것)로서 사용되는 동일한 내화 산화물 입자의 평균 비표면적에 비해 비교적 낮은 평균 비표면적을 갖는다. 일반적으로, 촉매 활성을 최대화하기 위해 큰 평균 비표면적을 갖는 작은 내화 산화물 입자가 사용된다. 반면, 본 발명에 따라 사용되는 내화 산화물 입자는 비교적 크다 (즉, 종래 기술 배출물 제어 장치 내 지지체 물질로서 사용될 때보다 일반적으로 훨씬 더 큼).
≤ 약 50 m2/g의 평균 비표면적을 갖는 내화 산화물은 관련 기술분야에 공지되어 있고, 상업적으로 입수가능할 수 있다. 또한, > 50 m2/g의 평균 비표면적을 갖는 내화 산화물을 고온으로, 통상, 내화 산화물이 정상적인 사용 동안 차량의 배기 시스템 내에서 직면하는 온도보다 유의하게 더 높은 온도 (예를 들어, 1200℃ 이상)로 가열함으로써 상기와 같은 내화 산화물을 제조하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 내화 산화물 (즉, 낮은 표면적을 갖는 것)은 산화 촉매의 사용 동안 계내 형성되지 않는다.
내화 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아 및 그의 혼합 또는 복합 산화물, 예컨대 그의 둘 이상의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 내화 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아, 실리카-알루미나, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 티타니아-실리카, 지르코니아-실리카, 지르코니아-티타니아, 세리아-지르코니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
내화 산화물은 임의로 도핑 (예를 들어, 도펀트(dopant)로)될 수 있다. 도펀트는 지르코늄 (Zr), 티타늄 (Ti), 규소 (Si), 이트륨 (Y), 란타넘 (La), 프라세오디뮴 (Pr), 사마륨 (Sm), 네오디뮴 (Nd) 및 그의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 도펀트를 함유하면 내화 산화물을 열적으로 안정화시킬 수 있다. 이와 관련하여 "도핑"에 대한 임의의 기재는, 내화 산화물의 벌크(bulk) 또는 호스트(host) 격자가 도펀트로 치환 도핑 또는 삽입(interstitially) 도핑된 물질을 지칭함을 이해하여야 한다. 일부 경우에서, 소량의 도펀트가 내화 산화물의 표면에 존재할 수 있다. 그러나, 대부분의 도펀트는 일반적으로 내화 산화물의 몸체에 존재할 것이다.
내화 산화물이 도핑되는 경우, 도펀트의 총량은 내화 산화물의 0.25 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량% (예를 들어 약 1 중량%)이다.
내화 산화물이 세리아-지르코니아를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 세리아-지르코니아가 20 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 80 중량%의 지르코니아 (예를 들어 50 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 50 중량%의 지르코니아), 바람직하게는 35 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 65 중량%의 지르코니아 (예를 들어 55 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 45 중량%의 지르코니아), 더욱 더 바람직하게는 45 내지 75 중량%의 세리아 및 25 내지 55 중량%의 지르코니아로 본질적으로 이루어질 수 있다.
내화 산화물이 알루미나, 실리카, 세리아, 실리카-알루미나, 세리아-알루미나, 세리아-지르코니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 내화 산화물은 알루미나, 세리아, 실리카-알루미나 및 세리아-지르코니아로 이루어진 군으로부터 선택된다. 내화 산화물은 알루미나 또는 실리카-알루미나일 수 있다.
한 실시양태에서, 포획 물질은 특히 Pt-합금 물질 (PAM)이 팔라듐을 포함할 때 Pt-합금 물질을 포함하지 않는다. 본 실시양태는 본원에서 "PAM 무함유 실시양태"라 지칭된다. 보다 바람직하게는, 포획 물질은 팔라듐 및 백금을 포함하지 않는다. 추가로, 포획 물질이 하나 이상의 백금족 금속 (PGM) 및/또는 하나 이상의 주화(coinage) 금속 금 (Au) 및/또는 은 (Ag)을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 더욱 더 바람직하게는, 포획 물질은 하나 이상의 전이 금속을 포함하지 않는다 (즉, 지르코니아와 같은, 내화 산화물의 일부일 수 있는 임의의 전이 금속은 제외). 이러한 상황에서, ≤ 50 m2/g의 평균 비표면적을 갖는 내화 산화물 입자는 주로 또는 단지 포획 물질로서 사용될 수 있다.
PAM 무함유 실시양태에서, 내화 산화물은 바람직하게는 세리아, 세리아-알루미나 또는 세리아-지르코니아이다. 보다 바람직하게는, 내화 산화물은 세리아를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 더욱 더 바람직하게는, 내화 산화물은 세리아로 본질적으로 이루어진다.
추가적으로 또는 대안적으로, 포획 물질은 팔라듐 (Pd)과 같은 Pt-합금 물질 (PAM) 입자를 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. Pt-합금 물질이 포획 물질 내에 포함되는 본 발명의 실시양태는 본원에서 "PAM 함유 실시양태"라 지칭된다.
포획 물질 내에 Pt-합금 물질 (PAM)을 함유하면 그것이 휘발된 Pt와 용이하게 합금을 형성할 수 있기 때문에 유리한 것으로 밝혀졌다. 포획 물질 내에서 Pt와 Pt-합금 물질 간에 합금 (예를 들어, Pt-Pd 합금)을 형성하면, 휘발된 Pt가 합금의 안정성으로 인해 효과적으로 트랩핑된다.
전형적으로, Pt-합금 물질은 금속 및/또는 그의 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 금속은 바람직하게는 팔라듐 (Pd); 금 (Au); 구리 (Cu); Pd 및 Au의 혼합물; Pd 및 Cu의 혼합물; Au 및 Cu의 혼합물; Pd, Au 및 Cu의 혼합물; Pd 및 Au의 2금속성 합금; Pd 및 Cu의 2금속성 합금; Au 및 Cu의 2금속성 합금; 및 Pd, Au 및 Cu의 3금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 금속이 팔라듐 (Pd), Pd 및 Au의 혼합물, 및 Pd 및 Au의 2금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 금속은 팔라듐 (Pd)이다.
불확실함을 피하기 위해, Pt-합금 물질은 백금을 포함하지 않는다 (예를 들어, 신규 또는 미사용일 때).
Pt-합금 물질 입자가 ≥ 약 10 nm의 평균 입자 크기, 예컨대 > 약 10 nm의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Pt-합금 물질 입자는 ≥ 약 15 nm, 예컨대 ≥ 약 20 nm, 보다 더 바람직하게는 ≥ 약 50 nm, 예컨대 ≥ 약 75 nm의 평균 입자 크기를 갖는다.
일반적으로, Pt-합금 물질로서 작용할 수 있는 금속은 그의 촉매 활성을 위해 산화 촉매 내로 포함된다. 통상의 배출물 제어 장치 내의 이러한 금속 (예를 들어, 팔라듐)의 평균 입자 크기는 10 nm보다 훨씬 더 작다. 본 발명에 따른 포획 물질에서 사용되는 Pt-합금 물질 입자는 비교적 크다. 놀랍게도 이러한 큰 Pt-합금 물질 입자는, 비교적 촉매 불활성이면서 휘발된 Pt를 트랩핑 또는 포획할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
전형적으로, Pt-합금 물질은 10 nm 내지 1000 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는다. Pt-합금 물질이 15 nm 내지 100 마이크로미터, 보다 바람직하게는 20 nm 내지 20 마이크로미터, 특히 50 nm 내지 5 마이크로미터, 예컨대 75 nm 내지 3 마이크로미터의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
Pt-합금 물질 입자의 입자는 전형적으로 ≤ 약 10% (예를 들어 < 약 10%), 바람직하게는 ≤ 약 7.5%, 예컨대 ≤ 약 5%, 보다 바람직하게는 ≤ 약 2.5%의 분산도를 갖는다. 분산도의 측정치는 미사용 Pt-합금 물질 입자 (즉, 반복 또는 장시간 사용되지 않은 신선(fresh) 입자)를 지칭한다.
특히 Pt-합금 물질이 팔라듐일 때 Pt-합금 물질과 관련하여 본원에 사용되는 "평균 입자 크기" 및 "분산도"는 다음과 같이 CO 화학흡착에 의해 결정하였다. Pt-합금 물질 함량은 유도 커플링형 플라즈마 광학 방출 분광법(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy, ICP-OES)에 의해 측정하였다. 샘플의 CO 흡수율은 마이크로메리틱스 오토켐(Micromeritics Autochem) 2920 기구를 사용하여 측정하였다. 샘플은 300℃에서 수소 가스로 전처리하였다. 일산화탄소 흡수율은 50℃에서 펄스 화학흡착에 의해 측정하였다. 이어서, Pt-합금 물질 분산도 및 입자 크기를 샘플에 대한 Pt-합금 물질 함량 및 CO 흡수율에 기반하여 오토켐 2920 소프트웨어를 사용하여 계산하였다. 계산 시 1:1의 CO:Pd에 대한 화학흡착 비를 사용하였다.
Pt-합금 물질의 분산도는 Pt-합금 물질의 입자 크기의 척도이다. 낮은 표면적을 갖는 큰 입자는 낮은 분산도를 갖는다. 팔라듐 또는 금과 같은 물질이 그의 촉매 활성을 위해 조성물에 포함된 경우, 입자는 높은 표면적이 바람직하기 때문에 높은 분산도를 갖는다. 촉매 조성물 중의 팔라듐 또는 다른 상기와 같은 물질의 분산도는 일반적으로 10%보다 훨씬 더 크다.
일반적으로, 포획 물질 또는 포획 영역은 1 g·ft-3 내지 50 g·ft-3, 바람직하게는 4 g·ft-3 내지 40 g·ft-3, 더욱 더 바람직하게는 8 g·ft-3 내지 30 g·ft-3의 Pt-합금 물질의 총 부하 (예를 들어, Pt-합금 물질의 금속 함량)를 갖는다.
팔라듐과 같은 Pt-합금 물질은, 포획 브릭 또는 산화 촉매의 기판과 같은 기판 상에 배치 또는 지지 (예를 들어, Pt-합금 물질이 기판 상으로 직접 코팅됨)될 수 있다.
Pt-합금 물질이 지지체 물질 (예를 들어, 미립자 지지체 물질) 상에 배치 또는 지지되는 것이 바람직하다. Pt-합금 물질은 지지체 물질 상으로 직접 배치될 수 있거나 또는 그에 의해 직접 지지된다 (예를 들어, Pt-합금 물질과 지지체 물질 사이에 개재되는 지지체 물질이 존재하지 않음). 예를 들어, Pt-합금 물질, 예컨대 팔라듐은 지지체 물질의 표면 상에 분산 및/또는 지지체 물질 내로 함침될 수 있다.
일반적으로, 지지체 물질은 내화 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 전형적으로, 내화 산화물은, 특히 Pt-합금 물질이 팔라듐을 포함할 때 Pt-합금 물질의 촉매 활성 (예를 들어, CO 및/또는 미연소 HC의 산화에서의 팔라듐의 촉매 활성)을 촉진시키는 물질이 아니다.
적어도 하나의 Pt-합금 물질 입자는 적어도 하나의 내화 산화물 입자 상에 배치 또는 지지될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 Pt-합금 물질 입자가 적어도 하나의 내화 산화물 입자 상에 배치 또는 지지된다. 보다 바람직하게는, 복수의 내화 산화물 입자가 존재하며, 여기서 복수의 Pt-합금 물질 입자는 각각의 내화 산화물 입자 상에 배치 또는 지지된다.
내화 산화물은 상기 규정된 바와 같은 것일 수 있다. 따라서, 내화 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아 및 그의 혼합 또는 복합 산화물, 예컨대 그의 둘 이상의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
예를 들어, 내화 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아, 실리카-알루미나, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 티타니아-실리카, 지르코니아-실리카, 지르코니아-티타니아, 세리아-지르코니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
내화 산화물은 임의로 도핑 (예를 들어, 도펀트로)될 수 있다. 도펀트는 지르코늄 (Zr), 티타늄 (Ti), 규소 (Si), 이트륨 (Y), 란타넘 (La), 프라세오디뮴 (Pr), 사마륨 (Sm), 네오디뮴 (Nd) 및 그의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
내화 산화물이 도핑되는 경우, 도펀트의 총량은 내화 산화물의 0.25 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량% (예를 들어 약 1 중량%)이다.
내화 산화물이 세리아-지르코니아를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 세리아-지르코니아가 20 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 80 중량%의 지르코니아 (예를 들어 50 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 50 중량%의 지르코니아), 바람직하게는 35 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 65 중량%의 지르코니아 (예를 들어 55 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 45 중량%의 지르코니아), 더욱 더 바람직하게는 45 내지 75 중량%의 세리아 및 25 내지 55 중량%의 지르코니아로 본질적으로 이루어질 수 있다.
내화 산화물이 알루미나, 실리카, 세리아, 실리카-알루미나, 세리아-알루미나, 세리아-지르코니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 내화 산화물은 알루미나, 세리아, 실리카-알루미나 및 세리아-지르코니아로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 더 바람직하게는, 내화 산화물은 알루미나 또는 실리카-알루미나, 특히 실리카-알루미나이다.
제1 PAM 함유 실시양태에서, 내화 산화물 입자는 촉매 물질을 위한 지지체 물질로서 사용되는 유형의 것이다 (예를 들어, 그것들은 비교적 작고, 높은 표면적을 가짐).
제1 PAM 함유 실시양태에서, 내화 산화물 입자는 전형적으로 > 약 50 m2/g, 바람직하게는 ≥ 약 60 m2/g, 예컨대 ≥ 약 100 m2/g의 평균 비표면적을 갖는다.
제1 PAM 함유 실시양태에서, 내화 산화물이 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 실리카-알루미나, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 티타니아-실리카, 지르코니아-실리카, 지르코니아-티타니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 내화 산화물은 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
제2 PAM 함유 실시양태에서, 내화 산화물은, 비교적 큰 입자를 가지며 비교적 낮은 평균 비표면적을 갖는 상기 규정된 유형의 것이다.
제2 PAM 함유 실시양태는,
(a) ≤ 약 50 m2/g의 평균 비표면적을 갖거나 또는 달리 상기 규정된 바와 같은 내화 산화물 입자, 및
(b) 상기 규정된 바와 같은 Pt-합금 물질 입자
를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 포획 물질에 관한 것이다.
본원에 상기 기재된 바와 같이, Pt-합금 물질은 전형적으로 지지체 물질 (예를 들어, 미립자 지지체 물질) 상에 배치 또는 지지되고, 상기 지지체 물질은, ≤ 약 50 m2/g의 평균 비표면적을 갖거나 또는 달리 상기 규정된 바와 같은 내화 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. Pt-합금 물질은 지지체 물질 상으로 직접 배치될 수 있거나 또는 그에 의해 직접 지지된다 (예를 들어, Pt-합금 물질과 지지체 물질 사이에 개재되는 지지체 물질이 존재하지 않음). 예를 들어, Pt-합금 물질, 예컨대 팔라듐은 지지체 물질의 표면 상에 분산 및/또는 지지체 물질 내로 함침될 수 있다.
적어도 하나의 Pt-합금 물질 입자는 적어도 하나의 내화 산화물 입자 상에 배치 또는 지지될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 Pt-합금 물질 입자가 적어도 하나의 내화 산화물 입자 상에 배치 또는 지지된다. 보다 바람직하게는, 복수의 내화 산화물 입자가 존재하며, 여기서 복수의 Pt-합금 물질 입자는 각각의 내화 산화물 입자 상에 배치 또는 지지된다.
본 발명은, 산화 촉매의 일부인 (Pt)를 포함하는 촉매 물질에 대한 다양한 배열의 포획 물질을 포함한다. 원칙적으로, 포획 물질은 상기와 같은 촉매 물질을 포함하는 산화 촉매와 함께 사용될 수 있다.
산화 촉매 자체가 포획 물질을 포함하는 경우에는 (즉, 포획 물질이 촉매 물질과 동일한 기판 상에 배치 또는 지지됨), 산화 촉매가 본 발명의 산화 촉매이다.
포획 물질이 포획 브릭의 일부인 경우에는, 산화 촉매가 포획 물질을 포함하는 영역이 없는 산화 촉매 또는 본 발명의 산화 촉매일 수 있다.
산화 촉매가 본 발명의 산화 촉매인 경우에는, 그것이 제1 포획 물질을 포함하는 영역을 포함할 수 있고, 포획 브릭이 제2 포획 물질을 포함할 수 있다. 제1 포획 물질은 제2 포획 물질의 조성과 동일하거나 상이한 조성을 가질 수 있다. 제1 포획 물질 및 제2 포획 물질의 조성이 상이한 경우에는, 각각의 포획 물질이 독립적으로 상기 규정된 바와 같은 조성을 가질 수 있다.
산화 촉매가 포획 물질을 포함하는 영역이 없는 산화 촉매인 경우에는, 산화 촉매가 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어지며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함한다.
산화 촉매에 대해 하기 기재된 특징은 문맥에 달리 나타내지 않는 한, 포획 물질을 포함하는 영역이 없는 산화 촉매 및/또는 본 발명의 산화 촉매에 관한 것이다.
산화 촉매는 디젤 산화 촉매 (DOC), 촉매화 매연 필터 (CSF), NOx 저장 촉매 (NSC), 수동적 NOx 흡착기 (PNA), 디젤 발열 촉매 (DEC), 냉 시동 개념 (CSC™) 촉매 [각각 본원에 참조로 포함되는 WO 2012/166868 및 국제 특허 출원 제PCT/US14/69079호 참조] 또는 암모니아 슬립 촉매 (ASC)일 수 있다. 산화 촉매가 DOC, CSF, NSC, PNA 또는 DEC인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 산화 촉매는 DOC 또는 CSF이다.
불확실함을 피하기 위해, 포획 물질 및 촉매 물질은 상이한 조성을 갖는다.
일반적으로, 촉매 물질은 지지체 물질 (본원에서 촉매 물질의 지지체 물질 또는 "CM 지지체 물질"이라 지칭됨) 상에 배치 또는 지지된 백금 (Pt)을 포함한다. 백금은 지지체 물질 상으로 직접 배치될 수 있거나 또는 그에 의해 직접 지지된다 (예를 들어, 백금과 지지체 물질 사이에 개재되는 지지체 물질이 존재하지 않음). 예를 들어, 백금은 지지체 물질의 표면에 걸쳐 분산 및/또는 지지체 물질 내로 함침될 수 있다.
CM 지지체 물질은 내화 산화물 (본원에서 촉매 물질의 내화 산화물이라 지칭됨)을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 내화 산화물 입자는 전형적으로 ≥ 75 m2/g, 예컨대 ≥ 100 m2/g, 바람직하게는 ≥ 100 m2/g의 평균 비표면적을 갖는다.
CM 지지체 물질의 내화 산화물은 전형적으로 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아 및 그의 혼합 또는 복합 산화물, 예컨대 그의 둘 이상의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 예를 들어, 내화 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아, 실리카-알루미나, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 티타니아-실리카, 지르코니아-실리카, 지르코니아-티타니아, 세리아-지르코니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화 산화물이 알루미나의 혼합 또는 복합 산화물 (예를 들어, 실리카-알루미나, 알루미나-마그네슘 산화물, 또는 알루미나 및 세리아의 혼합물)을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 바람직하게는 알루미나의 혼합 또는 복합 산화물이 적어도 50 내지 99 중량%의 알루미나, 보다 바람직하게는 70 내지 95 중량%의 알루미나, 더욱 더 바람직하게는 75 내지 90 중량%의 알루미나를 포함한다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화 산화물이 세리아-지르코니아를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 세리아-지르코니아가 20 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 80 중량%의 지르코니아 (예를 들어 50 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 50 중량%의 지르코니아), 바람직하게는 35 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 65 중량%의 지르코니아 (예를 들어 55 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 45 중량%의 지르코니아), 더욱 더 바람직하게는 45 내지 75 중량%의 세리아 및 25 내지 55 중량%의 지르코니아로 본질적으로 이루어질 수 있다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화 산화물은 임의로 도핑 (예를 들어, 도펀트로)될 수 있다. 도펀트는 지르코늄 (Zr), 티타늄 (Ti), 규소 (Si), 이트륨 (Y), 란타넘 (La), 프라세오디뮴 (Pr), 사마륨 (Sm), 네오디뮴 (Nd) 및 그의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화 산화물이 도핑되는 경우, 도펀트의 총량은 0.25 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량% (예를 들어 약 1 중량%)이다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화 산화물은 도펀트로 도핑된 알루미나를 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. 촉매 물질이 알칼리 토금속을 포함할 때, 바람직하게는 산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC) 또는 촉매화 매연 필터 (CSF)일 때, CM 지지체 물질 또는 그의 내화 산화물이 도펀트로 도핑된 알루미나를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 것이 특히 바람직하다.
알루미나는, 규소 (Si), 마그네슘 (Mg), 바륨 (Ba), 란타넘 (La), 세륨 (Ce), 티타늄 (Ti) 또는 지르코늄 (Zr), 또는 그의 둘 이상의 조합을 포함하는 도펀트로 도핑될 수 있다. 도펀트는 규소 산화물, 마그네슘 산화물, 바륨 산화물, 란타넘 산화물, 세륨 산화물, 티타늄 산화물 또는 지르코늄 산화물을 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 도펀트는 규소, 마그네슘, 바륨, 세륨 또는 그의 산화물, 특히 규소 또는 세륨, 또는 그의 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 보다 바람직하게는, 도펀트는 규소, 마그네슘, 바륨 또는 그의 산화물; 특히 규소, 마그네슘 또는 그의 산화물; 특별히 규소 또는 그의 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다.
도펀트로 도핑된 알루미나의 예는 실리카로 도핑된 알루미나, 마그네슘 산화물로 도핑된 알루미나, 바륨 또는 바륨 산화물로 도핑된 알루미나, 란타넘 산화물로 도핑된 알루미나, 또는 세리아로 도핑된 알루미나, 특히 실리카로 도핑된 알루미나, 란타넘 산화물로 도핑된 알루미나, 또는 세리아로 도핑된 알루미나를 포함한다. 도펀트로 도핑된 알루미나가 실리카로 도핑된 알루미나, 바륨 또는 바륨 산화물로 도핑된 알루미나, 또는 마그네슘 산화물로 도핑된 알루미나인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 도펀트로 도핑된 알루미나는 실리카로 도핑된 알루미나, 또는 마그네슘 산화물로 도핑된 알루미나이다. 더욱 더 바람직하게는, 도펀트로 도핑된 알루미나는 실리카로 도핑된 알루미나이다.
알루미나가 실리카로 도핑된 알루미나인 경우에는, 알루미나가 0.5 내지 45 중량% (즉, 알루미나 기준의 중량%), 바람직하게는 1 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 1.5 내지 30 중량% (예를 들어 1.5 내지 10 중량%), 특히 2.5 내지 25 중량%, 보다 특히 3.5 내지 20 중량% (예를 들어 5 내지 20 중량%), 더욱 더 바람직하게는 4.5 내지 15 중량%의 총량의 실리카로 도핑된다.
알루미나가 마그네슘 산화물로 도핑된 알루미나인 경우에는, 알루미나가 상기 규정된 바와 같은 양 또는 1 내지 40 중량% (즉, 알루미나 기준의 중량%), 예컨대 5 내지 28 중량%의 양의 마그네슘 산화물로 도핑된다. 보다 바람직하게는, 알루미나는 10 내지 25 중량%의 양의 마그네슘 산화물로 도핑된다.
대안적으로 또는 추가적으로, CM 지지체 물질 또는 그의 내화 산화물은 알칼리 토금속 알루미네이트를 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. 용어 "알칼리 토금속 알루미네이트"란 일반적으로 식 MAl204 (여기서, "M"은 알칼리 토금속, 예컨대 Mg, Ca, Sr 또는 Ba를 나타냄)의 화합물을 지칭한다. 이러한 화합물은 스피넬 구조를 포함할 수 있다.
전형적으로, 알칼리 토금속 알루미네이트는 마그네슘 알루미네이트 (MgAl2O4), 칼슘 알루미네이트 (CaAl2O4), 스트론튬 알루미네이트 (SrAl2O4), 바륨 알루미네이트 (BaAl2O4), 또는 그의 둘 이상의 혼합물이다. 바람직하게는, 알칼리 토금속 알루미네이트는 마그네슘 알루미네이트 (MgAl2O4)이다.
산화 촉매에서, 촉매 물질은 단일 백금족 금속 (PGM)을 포함할 수 있으며, 이는 백금이다 (예를 들어, 촉매 물질이 유일한 백금족 금속으로서 백금을 포함함).
대안적으로, 산화 촉매의 적용에 따라, 촉매 물질은 (i) 백금 (Pt), 및 (ii) 팔라듐 (Pd) 및/또는 로듐 (Rh)을 포함할 수 있다.
촉매 물질이 팔라듐 (Pd)을 포함하면, 전형적으로 촉매 물질은 < 10 nm, 바람직하게는 ≤ 8 nm의 평균 입자 크기를 갖는 팔라듐 (Pd) 입자를 포함한다.
촉매 물질이 팔라듐 (Pd)을 포함하면, 전형적으로 촉매 물질은 > 10%, 바람직하게는 ≥ 15% (예를 들어 15 내지 35%), 예컨대 ≥ 20% (예를 들어 20 내지 30%)의 분산도를 갖는 팔라듐 (Pd) 입자를 포함한다.
일반적으로, 촉매 영역 또는 그의 촉매 물질이 Pt 및 Pd (및 임의로 Rh)를 포함하는 경우에는, 전형적으로 Pt 대 Pd의 질량비가 ≥ 1:1이다. 촉매 물질은 Pt 대 Pd의 질량비가 1:0 내지 1:1이도록 Pt 및 임의로 Pd를 포함할 수 있다. 백금의 휘발은 촉매 물질이 비교적 Pt 풍부할 때 발생하는 것으로 밝혀졌다.
촉매 물질이 Pt 및 Pd (및 임의로 Rh)를 포함하는 경우에는, Pt 대 Pd의 질량비가 ≥ 1.5:1, 보다 바람직하게는 ≥ 2:1 (예를 들어 ≥ 3:1), 더욱 더 바람직하게는 ≥ 4:1, 예컨대 ≥ 10:1인 것이 바람직하다. Pt 대 Pd의 질량비 (즉, 질량 비)는 바람직하게는 50:1 내지 1:1, 보다 바람직하게는 30:1 내지 2:1 (예를 들어 25:1 내지 4:1), 더욱 더 바람직하게는 20:1 내지 5:1, 예컨대 15:1 내지 7.5:1이다.
일반적으로, 촉매 물질이 Pt 및 Rh (및 임의로 Pd)를 포함하는 경우에는, 전형적으로 Pt 대 Rh의 질량비가 ≥ 1:1이다. 촉매 물질은 Pt 대 Rh의 질량비가 1:0 내지 1:1이도록 Pt 및 임의로 Rh를 포함할 수 있다. 촉매 물질이 Pt 및 Rh (및 임의로 Pd)를 포함하는 경우에는, 바람직하게는 Pt 대 Rh의 질량비가 ≥ 1.5:1, 보다 바람직하게는 ≥ 2:1 (예를 들어 ≥ 3:1), 더욱 더 바람직하게는 ≥ 4:1, 예컨대 ≥ 10:1이다. Pt 대 Rh의 질량비 (즉, 질량 비)는 바람직하게는 50:1 내지 1:1, 보다 바람직하게는 30:1 내지 2:1 (예를 들어 25:1 내지 4:1), 더욱 더 바람직하게는 20:1 내지 5:1, 예컨대 15:1 내지 7.5:1이다.
촉매 물질이 Pd (및 임의로 Rh)를 포함하면, 촉매 물질은 CM 지지체 물질 상에 배치 또는 지지된 Pd를 포함할 수 있다. Rh가 또한 존재하면, 촉매 물질은 CM 지지체 물질 상에 배치 또는 지지된 Pd 및 Rh를 포함할 수 있다.
전형적으로, 산화 촉매는 5 내지 500 g·ft-3의 PGM의 총 부하를 갖는다. 바람직하게는, PGM의 총 부하는 10 내지 400 g·ft-3, 보다 바람직하게는 20 내지 300 g·ft-3, 보다 더 바람직하게는 25 내지 250 g·ft-3, 더욱 더 바람직하게는 30 내지 200 g·ft-3이다.
제1 산화 촉매 실시양태 (포획 물질이 존재하거나 부재함)에서, 산화 촉매는 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC) 또는 수동적 NOx 흡착기 (PNA)이다.
산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC), 수동적 NOx 흡착기 (PNA), 냉 시동 개념 (CSC™) 촉매 또는 암모니아 슬립 촉매 (ASC)인 경우에는, 전형적으로 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이 20 내지 200 g·ft-3, 보다 바람직하게는 40 내지 160 g·ft-3의 PGM의 총 부하를 갖는다.
제2 산화 촉매 실시양태 (포획 물질이 존재하거나 부재함)에서, 산화 촉매는 촉매화 매연 필터 (CSF)이다.
산화 촉매가 촉매화 매연 필터 (CSF)인 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이 1 내지 100 g·ft-3, 보다 바람직하게는 5 내지 50 g·ft-3의 PGM의 총 부하를 갖는다.
산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC), 수동적 NOx 흡착기 (PNA), 냉 시동 개념 (CSC™) 촉매, 암모니아 슬립 촉매 (ASC) 또는 촉매화 매연 필터 (CSF)인 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이 로듐 (Rh)을 포함하지 않는다. 촉매 물질은 전형적으로 유일한 백금족 금속 (PGM)으로서 백금 (Pt) 또는 백금 (Pt) 및 팔라듐 (Pd)을 포함할 수 있다.
산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC) 또는 촉매화 매연 필터 (CSF)인 경우에는, 내화 산화물이 알루미나, 예컨대 도펀트로 임의로 도핑된 알루미나 (예를 들어, 여기서 도펀트는 규소 또는 그의 산화물을 포함하거나, 또는 도펀트는 실리카임), 또는 알루미나의 혼합 또는 복합 산화물 (예를 들어 실리카-알루미나)을 포함하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 내화 산화물은 알루미나로 본질적으로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 산화 촉매 실시양태에서 촉매 물질은 촉매 프로모터를 추가로 포함할 수 있다. 촉매 프로모터는 알칼리 토금속을 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. 알칼리 토금속은 마그네슘 (Mg), 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr), 바륨 (Ba) 및 그의 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 알칼리 토금속이 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr) 또는 바륨 (Ba), 보다 바람직하게는 스트론튬 (Sr) 또는 바륨 (Ba)인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 알칼리 토금속은 바륨 (Ba)이다.
일반적으로, 촉매 물질은 10 내지 500 g·ft-3 (예를 들어 60 내지 400 g·ft-3 또는 10 내지 450 g·ft-3), 특히 20 내지 400 g·ft-3, 보다 특히 35 내지 350 g·ft-3, 예컨대 50 내지 300 g·ft-3, 특히 75 내지 250 g·ft-3의 알칼리 토금속의 총량을 포함한다.
전형적으로, 촉매 프로모터 (예를 들어, 알칼리 토금속) 및 백금 (및 임의로 팔라듐)은 CM 지지체 물질 상에 지지된다.
제3 산화 촉매 실시양태 (포획 물질이 존재하거나 부재함)에서, 산화 촉매는 NOx 저장 촉매 (NSC)이다.
산화 촉매가 NOx 저장 촉매 (NSC)인 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이,
(a) 백금 (Pt) 및 팔라듐 (Pd), 바람직하게는 유일한 PGM으로서의 Pt 및 Pd; 또는
(b) 백금 (Pt) 및 로듐 (Rh), 바람직하게는 유일한 PGM으로서의 Pt 및 Rh; 또는
(c) 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd) 및 로듐 (Rh), 바람직하게는 유일한 PGM으로서의 Pt, Pd 및 Rh
를 포함할 수 있다.
산화 촉매가 NOx 저장 촉매 (NSC)인 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이 20 내지 200 g·ft-3, 보다 바람직하게는 40 내지 160 g·ft-3의 PGM의 총 부하를 갖는다.
촉매 물질이 Pd를 포함하면, Pd는 CM 지지체 물질 상에 배치 또는 지지될 수 있다.
촉매 물질이 Pd를 포함하면, Pd는 CM 지지체 물질 상에 배치 또는 지지될 수 있다.
제3 산화 촉매 실시양태에서, CM 지지체가, 알루미나-마그네슘 산화물 (예를 들어, 그의 혼합 또는 복합 산화물), 마그네슘 산화물로 도핑된 알루미나 및 마그네슘 알루미네이트 (MgAl2O4)로 이루어진 군으로부터 선택된 내화 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 내화 산화물은 알루미나-마그네슘 산화물 (예를 들어, 그의 혼합 또는 복합 산화물) 및 마그네슘 산화물로 도핑된 알루미나로 이루어진 군으로부터 선택된다. 알루미나-마그네슘 산화물 또는 마그네슘 산화물로 도핑된 알루미나는 1 내지 40 중량% (즉, 알루미나 기준의 중량%), 예컨대 5 내지 28 중량%의 양의 마그네슘 산화물을 포함한다. 보다 바람직하게는, 알루미나는 10 내지 25 중량%의 양의 마그네슘 산화물로 도핑된다.
산화 촉매가 NOx 저장 촉매 (NSC)인 경우에는, 전형적으로 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이 NOx 저장 성분을 포함한다.
NOx 저장 성분은 마그네슘 (Mg), 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr), 바륨 (Ba) 및 그의 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리 토금속을 포함한다. 알칼리 토금속이 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr) 또는 바륨 (Ba), 보다 바람직하게는 스트론튬 (Sr) 또는 바륨 (Ba)인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 알칼리 토금속은 바륨 (Ba)이다.
전형적으로, NOx 저장 성분은 알칼리 토금속의 산화물, 탄산염 또는 수산화물로 이루어진다.
산화 촉매가 NOx 저장 촉매 (NSC)인 경우에는, 전형적으로 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이 100 내지 6000 g·ft-3, 바람직하게는 250 내지 900 g·ft-3 (예를 들어 250 내지 500 g·ft-3), 특히 300 내지 850 g·ft-3 (예를 들어 300 내지 450 g·ft-3), 보다 특히 400 내지 800 g·ft-3, 예컨대 450 내지 600 g·ft-3의 NOx 저장 성분 (예를 들어 알칼리 토금속)의 총량을 포함한다. 일부 상황에서, CM 지지체 물질 및/또는 NSC 지지체 물질은, 예컨대 지지체 물질이 세리아를 포함할 때 일부 NOx 저장 활성을 제공할 수 있다. 불확실함을 피하기 위해, NOx 저장 성분의 총량은 전형적으로 CM 지지체 물질의 양 및/또는 NSC 지지체 물질의 양은 포함하지 않는다.
NOx 저장 성분은 CM 지지체 물질 상에 배치 또는 지지될 수 있다.
산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 NOx 저장 성분 지지체 물질 (본원에서 "NSC 지지체 물질"이라 지칭됨)를 추가로 포함할 수 있다. CM 지지체 물질 상에 NOx 저장 성분을 배치 또는 지지하는 것에 추가로 또는 그의 대안으로서, NOx 저장 성분은 NSC 지지체 물질 상에 배치 또는 지지될 수 있다.
NSC 지지체 물질은 내화 산화물, 예컨대 세리아 및 그의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 내화 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 세리아의 혼합 또는 복합 산화물은 세리아-알루미나 및 세리아-지르코니아로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 내화 산화물이 세리아 및 세리아-지르코니아로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
NSC 지지체 물질 또는 그의 내화 산화물이 세리아-지르코니아를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 세리아-지르코니아는 20 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 80 중량%의 지르코니아 (예를 들어 50 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 50 중량%의 지르코니아), 바람직하게는 35 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 65 중량%의 지르코니아 (예를 들어 55 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 45 중량%의 지르코니아), 더욱 더 바람직하게는 45 내지 75 중량%의 세리아 및 25 내지 55 중량%의 지르코니아로 본질적으로 이루어질 수 있다.
산화 촉매 (및 제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태) 또는 그의 촉매 물질은 제올라이트를 추가로 포함할 수 있다. 제올라이트가 중(medium) 기공 제올라이트 (예를 들어, 10개 사면체 원자의 최대 고리 크기를 갖는 제올라이트) 또는 대(large) 기공 제올라이트 (예를 들어, 12개 사면체 원자의 최대 고리 크기를 갖는 제올라이트)인 것이 바람직하다. 적합한 제올라이트의 예 또는 제올라이트의 유형은 파우자사이트(faujasite), 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 모데나이트(mordenite), 실리카라이트(silicalite), 페리에라이트(ferrierite), 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 초안정(ultrastable) 제올라이트 Y, AEI 제올라이트, ZSM-5 제올라이트, ZSM-12 제올라이트, ZSM-20 제올라이트, ZSM-34 제올라이트, CHA 제올라이트, SSZ-3 제올라이트, SAPO-5 제올라이트, 오프레타이트(offretite), 베타 제올라이트 또는 구리 CHA 제올라이트를 포함한다. 제올라이트는 바람직하게는 ZSM-5, 베타 제올라이트 또는 Y 제올라이트이다.
전형적으로, 제올라이트는 적어도 25:11, 바람직하게는 적어도 25:1의 실리카 대 알루미나 몰비를 가지며, 여기서 유용한 범위는 25:1 내지 1000:1, 50:1 내지 500:1뿐만 아니라 25:1 내지 100:1, 25:1 내지 300:1, 100:1 내지 250:1이다.
산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이 제올라이트를 포함하는 경우에는, 전형적으로 제올라이트의 총 부하가 0.05 내지 3.00 g·in-3, 특히 0.10 내지 2.00 g·in-3, 보다 특히 0.2 내지 0.8 g·in-3이다.
일반적으로, 산화 촉매는 촉매 물질을 포함하는 영역을 포함한다. 촉매 물질을 포함하는 영역은 본원에서 "촉매 영역"이라 지칭된다. 촉매 영역은 전형적으로 기판 상에 배치 또는 지지된다. 촉매 영역은 기판 상으로 직접 배치 (즉, 촉매 영역이 기판의 표면과 접촉함)될 수 있다.
포획 영역은,
(a) 촉매 영역 상에 배치 또는 지지될 수 있고/거나;
(b) 기판 상으로 직접 배치 [즉, 포획 영역이 기판의 표면과 접촉함]될 수 있고/거나;
(c) 촉매 영역과 접촉 [즉, 포획 영역이 촉매 영역에 인접하거나 또는 그 부근임]할 수 있다.
일반적으로, 포획 영역은 기판의 복수의 채널 벽 (즉, 기판 내 각각의 채널 벽) 상에 배치 또는 지지된다.
본 발명의 산화 촉매는 또한, 포획 물질을 포함하는 영역을 포함하며, 이는 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된다. 포획 물질을 포함하는 영역은 본원에서 "포획 영역"이라 지칭된다.
일반적으로, 포획 영역은 배기 가스가 산화 촉매를 이탈할 때 배기 가스와 접촉하도록 배열된다. 촉매 영역은 포획 영역에 앞서 배기 가스와 접촉하도록 배열 또는 배향될 수 있다. 본 발명의 산화 촉매의 제1 내지 제3 배열에서, 포획 영역은 배기 가스가 산화 촉매를 이탈할 때 배기 가스와 접촉하도록 배열되고, 임의로 촉매 영역은 포획 영역에 앞서 배기 가스와 접촉하도록 배열 또는 배향된다.
포획 영역이 포획 구역인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 포획 구역은 기판의 유출구 단부에 또는 그 근처에 배치 또는 지지된다.
일반적으로, 포획 구역은 ≥ 1 인치 (≥ 25.4 mm)의 길이를 갖는다. 상기 포획 구역의 길이는 기판의 길이와 무관하다.
포획 구역은 전형적으로 기판 길이의 2.5 내지 50% (예를 들어 5 내지 45%), 바람직하게는 기판 길이의 10 내지 40% (예를 들어 15 내지 35%), 보다 바람직하게는 기판 길이의 15 내지 30%의 길이를 갖는다.
본 발명의 산화 촉매의 제1 배열 (및 제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태)에서, 촉매 영역은 포획 구역의 상류에 배치 또는 지지된다. 바람직하게는, 촉매 영역은 촉매 구역이다. 보다 바람직하게는, 촉매 구역은 기판의 유입구 단부에 또는 그 근처에 배치 또는 지지된다.
전형적으로, 촉매 구역은 기판 길이의 10 내지 90% (예를 들어 50 내지 90%), 바람직하게는 기판 길이의 15 내지 80% (예를 들어 55 내지 80%), 보다 바람직하게는 기판 길이의 20 내지 75% (예를 들어 30 내지 65%), 보다 더 바람직하게는 30 내지 65%의 길이를 갖는다.
촉매 구역은 포획 구역에 접할 수 있다. 바람직하게는, 촉매 구역은 포획 구역과 접촉한다. 촉매 구역이 포획 구역에 접하거나 또는 촉매 구역이 포획 구역과 접촉하는 경우에는, 촉매 구역 및 포획 구역이 층 (예를 들어, 단일 층)으로서 기판 상에 배치 또는 지지될 수 있다. 따라서, 층 (예를 들어, 단일)은 촉매 및 포획 구역이 서로 접하거나 또는 접촉할 때 기판 상에 형성될 수 있다. 이러한 배열은 배압의 문제를 피할 수 있다.
촉매 구역은 포획 구역과 별개일 수 있다. 촉매 구역과 포획 구역 사이에 간격 (예를 들어, 공간)이 존재할 수 있다.
포획 구역은 촉매 구역과 중첩될 수 있다. 포획 구역의 단부 부분 또는 일부가 촉매 구역 상에 배치 또는 지지될 수 있다. 포획 구역은 일반적으로 촉매 구역과 일부만 중첩된다.
본 발명의 제2 산화 촉매 배열 (및 제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태)에서, 촉매 영역은 촉매 층이다. 촉매 층이 실질적으로 기판의 전체 길이, 특히 모노리스 기판 채널의 전체 길이에 대해 연장되는 것이 바람직하다.
포획 구역은 전형적으로 촉매 층 상에 배치 또는 지지된다. 바람직하게는 포획 구역은 촉매 층 상으로 직접 배치 (즉, 포획 구역이 촉매 층의 표면과 접촉함)된다.
포획 구역이 촉매 층 상에 배치 또는 지지되는 경우, 포획 구역의 전체 길이가 촉매 층 상에 배치 또는 지지되는 것이 바람직하다. 포획 구역의 길이는 촉매 층의 길이보다 더 작다.
제3 산화 촉매 배열 (및 제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태)에서, 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된 포획 영역이, 유출구 단부 표면 (즉, 기판의) 상에 배치 또는 지지된 포획 물질이다. 따라서, 산화 촉매는, 유입구 단부 표면 및 유출구 단부 표면을 갖는 기판; 기판 상에 배치된 촉매 물질; 및 유출구 단부 표면 (즉, 기판의) 상에 배치 또는 지지된 포획 물질을 포함한다.
제3 산화 촉매 배열은 귀금속 또는 희토류 금속과 같은 값비싼 물질의 대량 사용을 필요로 하지 않기 때문에, 휘발된 백금이 백금-함유 산화 촉매에서 탈출하는 것을 감소 또는 방지 (또한 촉매에 의해 발생된 NO2의 양이 감소하는 것을 막을 수 있음)하는 비용 효과적인 해결책을 제공한다.
포획 물질은 기판의 유출구 단부 표면 상으로 직접 배치 또는 지지 (예를 들어, 포획 물질이 기판의 유출구 단부 표면과 접촉함)될 수 있다.
제3 산화 촉매 배열 (및 제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태)에서, 포획 물질이 Pt-합금 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매가 1 g·ft-3 내지 500 g·ft-3 (예를 들어 50 내지 400 g·ft-3), 바람직하게는 4 g·ft-3 내지 250 g·ft-3 (예를 들어 75 내지 250 g·ft-3), 더욱 더 바람직하게는 8 g·ft-3 내지 150 g·ft-3 (예를 들어 100 내지 150 g·ft-3)의 Pt-합금 물질의 총 부하 (예를 들어, Pt-합금 물질의 금속 함량)를 갖는다. 포획 물질은 기판의 비교적 작은 부피를 차지할 수 있으며, 높은 부하의 Pt-합금 물질이 존재하는 것이 필요할 수 있다.
Pt-합금 물질, 예컨대 팔라듐은 기판의 유출구 단부 표면 상에 배치 또는 지지 (예를 들어, Pt-합금 물질이 기판의 유출구 단부 표면 상으로 직접 코팅됨)될 수 있다.
포획 물질은 기판의 유출구 단부 표면 (예를 들어, 기판의 하류 단부면) 상에 배치 또는 지지된다. 기판의 유출구 단부 표면은 전형적으로 복수의 채널 벽 에지(edge)를 포함한다.
기판의 유출구 단부 표면은 평면 (예를 들어, 통상의 허니콤(honeycomb) 기판에서와 같이) 또는 비-평면일 수 있다. 기판의 유출구 단부 표면이 비-평면인 경우에는, 유출구 단부 표면이 3차원 표면형상(topographical) 구성을 가질 수 있다. 비-평면 단부 표면을 갖는 기판의 예는 US 8,257,659에 기재되어 있다. 비-평면 단부 표면을 갖는 기판은, 휘발된 백금을 트랩핑하는 포획 물질에 대해, 평면 단부 표면을 갖는 기판보다 더 큰 표면적을 제공할 수 있다.
일반적으로, 기판의 유출구 단부 표면이 평면인 것이 바람직하다.
기판의 유출구 단부 표면 상에 배치 또는 지지되는 것에 추가로, 포획 물질은 기판 내 복수의 채널 벽 상에 배치 또는 지지될 수 있다. 포획 물질의 적용 동안, 포획 물질 중 일부는 기판 채널에 진입하여 기판 내 채널 벽을 일부 코팅한다.
포획 물질이 기판 내 복수의 채널 벽 상에 배치 또는 지지되는 경우에는, 산화 촉매가, 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 포획 구역을 포함한다.
포획 구역은 전형적으로 ≤ 25 mm, 바람직하게는 ≤ 20 mm, 예컨대 ≤ 15 mm, 보다 바람직하게는 ≤ 10 mm (예를 들어 ≤ 5 mm), 더욱 더 바람직하게는 ≤ 3 mm (예를 들어 < 3 mm)의 평균 길이 (예를 들어, 기판의 유출구 단부 표면에서부터의 길이)를 갖는다. 불확실함을 피하기 위해, 평균 길이는 기판의 축방향의 길이를 지칭한다.
일반적으로, 산화 촉매는 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함한다. 촉매 물질은 기판 내 복수의 채널 벽 상에 배치 또는 지지된다.
제3 산화 촉매 배열 (및 제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태)에서, 기판이 여과형 모노리스 기판인 경우, 촉매 물질은 유입구 채널의 폐색 또는 밀봉된 단부 상에 배치 또는 지지될 수 있다. 촉매 물질이 복수의 유입구 채널의 폐색 또는 밀봉된 단부 상에 배치 또는 지지되는 것이 바람직하다. 유입구 채널의 각각의 폐색 또는 밀봉된 단부는 기판의 하류 단부 (즉, 배기 가스 유출구 측)에 존재한다.
본 발명의 산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC), 수동적 NOx 흡착기 (PNA), NOx 저장 촉매 (NSC), CSC™ 촉매, ASC 또는 촉매화 매연 필터 (CSF)인 경우에는, 산화 촉매가 상기 제1, 제2 또는 제3 산화 촉매 배열을 가질 수 있다.
본 발명의 산화 촉매가 촉매화 매연 필터 (CSF)인 경우에는, 촉매 영역 (또는 촉매 층 또는 촉매 구역) 및 포획 영역 (또는 포획 구역) 둘 모두, (i) 기판의 복수의 유입구 채널 벽 및/또는 (ii) 기판의 복수의 유출구 채널 벽 상에 배치 또는 지지될 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 산화 촉매가 촉매화 매연 필터 (CSF)인 경우에는, 촉매 영역 (또는 촉매 층 또는 촉매 구역)이 기판의 복수의 유입구 채널 벽 상에 배치 또는 지지되고, 포획 영역 (또는 포획 구역)이 기판의 복수의 유출구 채널 벽 상에 배치 또는 지지되는 것이 바람직하다.
산화 촉매를 지지하기 위한 기판은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다. 기판 상으로 촉매 물질 또는 포획 물질을 적용하는 워시코트(washcoat)의 제조 방법, 및 기판 상으로 워시코트를 적용하기 위한 방법 또한 관련 기술분야에 공지되어 있다 (예를 들어, 본 발명자들의 WO 99/47260, WO 2007/077462 및 WO 2011/080525 참조).
기판은 전형적으로 복수의 채널 (예를 들어, 배기 가스가 관통하기 위한 것)을 갖는다. 일반적으로, 기판은 세라믹 물질 또는 금속성 물질이다.
기판이 코르디에라이트 (SiO2-Al2O3-MgO), 규소 탄화물 (SiC), Fe-Cr-Al 합금, Ni-Cr-Al 합금, 또는 스테인레스 강 합금으로 제조되거나 또는 그로 구성되는 것이 바람직하다.
전형적으로, 기판은 모노리스 (본원에서 모노리스 기판이라고도 지칭됨)이다. 이러한 모노리스 기판은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다. 모노리스 기판은 관통형 모노리스 기판 또는 여과형 모노리스 기판일 수 있다.
관통형 모노리스 기판은 전형적으로, 그를 관통하여 연장되어 있는 복수의 채널을 갖는 허니콤 모노리스 (예를 들어, 금속 또는 세라믹 허니콤 모노리스)를 포함하며, 상기 채널은 양쪽 단부에서 개방되어 있다. 기판이 관통형 모노리스 기판인 경우에는, 본 발명의 산화 촉매가 전형적으로 디젤 산화 촉매 (DOC), NOx 저장 촉매 (NSC), 수동적 NOx 흡착기 (PNA), 디젤 발열 촉매 (DEC), 냉 시동 개념 (CSC™) 촉매 또는 암모니아 슬립 촉매 (ASC)이다.
여과형 모노리스 기판은 일반적으로 복수의 유입구 채널 및 복수의 유출구 채널을 포함하며, 여기서 유입구 채널은 상류 단부 (즉, 배기 가스 유입구 측)에서 개방되어 있고 하류 단부 (즉, 배기 가스 유출구 측)에서 폐색 또는 밀봉되어 있으며, 유출구 채널은 상류 단부에서 폐색 또는 밀봉되어 있고 하류 단부에서 개방되어 있으며, 각각의 유입구 채널은 다공성 구조물에 의해 유출구 채널로부터 분리되어 있다. 기판이 여과형 모노리스 기판인 경우에는, 본 발명의 산화 촉매가 전형적으로 촉매화 매연 필터 (CSF), 또는 필터 상의 NOx 저장 촉매 (NSC), 바람직하게는 촉매화 매연 필터 (CSF)이다.
모노리스 기판이 여과형 모노리스 기판인 경우, 여과형 모노리스 기판이 벽-유동(wall-flow) 필터인 것이 바람직하다. 벽-유동 필터에서, 각각의 유입구 채널은 다공성 구조물의 벽에 의해 유출구 채널로부터 교대로 분리되어 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 유입구 채널 및 유출구 채널이 허니콤 배열로 배열되는 것이 바람직하다. 허니콤 배열이 존재하는 경우, 유입구 채널에 수직으로 및 측방향으로 인접한 채널이 상류 단부에서 폐색되는 것이 바람직하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다 (즉, 유출구 채널에 수직으로 및 측방향으로 인접한 채널이 하류 단부에서 폐색됨). 양 단부에서 볼 때, 교대로 폐색 및 개방된 채널 단부는 체스판(chessboard)의 외관을 띤다.
원칙적으로, 기판은 임의의 형상 또는 크기일 수 있다. 그러나, 기판의 형상 및 크기는 통상, 촉매 내 촉매 활성 물질의 배기 가스에의 노출을 최적화하도록 선택된다. 기판은 예를 들어 튜브형, 섬유상 또는 미립자 형태를 가질 수 있다. 적합한 지지 기판의 예는 모노리식(monolithic) 허니콤 코르디에라이트 유형의 기판, 모노리식 허니콤 SiC 유형의 기판, 층화된 섬유 또는 편직물 유형의 기판, 발포체 유형의 기판, 교차유동 유형의 기판, 금속 와이어 메쉬 유형의 기판, 금속 다공성 물체 유형의 기판 및 세라믹 입자 유형의 기판을 포함한다.
본 발명은 또한, 기판 및 기판 상에 배치된 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 포획 브릭을 제공한다. 포획 물질은 상기 규정된 바와 같은 포획 물질일 수 있다.
전형적으로, 포획 브릭은, 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 층을 포함한다. 층은 기판 상에 배치 또는 지지된다. 층이 실질적으로 기판의 전체 길이, 특히 기판 채널의 전체 길이에 대해 연장되는 것이 바람직하다.
포획 브릭은 기판, 및 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 층으로 본질적으로 이루어질 수 있다.
포획 물질이 내화 산화물 입자를 포함하는 경우에는, 포획 브릭이 0.1 내지 3.5 g·in-3, 바람직하게는 0.2 내지 2.5 g·in-3, 보다 더 바람직하게는 0.3 내지 2.0 g·in-3, 더욱 더 바람직하게는 0.5 내지 1.75 g·in-3 (예를 들어 0.75 내지 1.5 g·in-3)의 내화 산화물의 부하를 가질 수 있다.
포획 브릭의 기판은 일반적으로 상기 규정된 바와 같은 모노리스 (본원에서 모노리스 기판이라고도 지칭됨)이다. 모노리스 기판은 바람직하게는 관통형 모노리스 기판이다.
전형적으로, 포획 브릭의 기판은 30 mm 내지 300 mm (예를 들어 30 mm 내지 100 mm), 바람직하게는 40 mm 내지 200 mm, 예컨대 50 mm 내지 150 mm의 축 길이를 갖는다.
본 발명은 추가로, 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템을 제공한다. 전형적으로, 배기 시스템은 (i) 본 발명의 산화 촉매 및/또는 본 발명의 포획 브릭, 및 (ii) 배출물 제어 장치를 포함한다.
배출물 제어 장치의 예는 디젤 미립자 필터 (DPF), NOx 저장 촉매 (NSC), 희박 NOx 촉매 (LNC), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 디젤 산화 촉매 (DOC), 촉매화 매연 필터 (CSF), 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매, 암모니아 슬립 촉매 (ASC) 및 그의 둘 이상의 조합을 포함한다. 이러한 배출물 제어 장치는 모두 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다.
배기 시스템이 NOx 저장 촉매 (NSC), 암모니아 슬립 촉매 (ASC), 디젤 미립자 필터 (DPF), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 촉매화 매연 필터 (CSF), 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 및 그의 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 배출물 제어 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 배출물 제어 장치는 디젤 미립자 필터 (DPF), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 촉매화 매연 필터 (CSF), 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 및 그의 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 더 바람직하게는, 배출물 제어 장치는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매이다.
본 발명의 배기 시스템이 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매를 포함하는 경우에는, 배기 시스템이, SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매 상류의 배기 가스 내로 질소 환원제, 예컨대 암모니아, 또는 암모니아 전구체, 예컨대 우레아 또는 암모늄 포르메이트, 바람직하게는 우레아를 주입하기 위한 주입기를 추가로 포함할 수 있다. 전형적으로, 주입기는 산화 촉매 및/또는 포획 브릭의 하류에 있다. 이러한 주입기는 질소 환원제 전구체의 공급원 (예를 들어, 탱크)에 유체 연결될 수 있다. 배기 가스 내로의 전구체의 밸브-제어 투여량은, 배기 가스의 조성을 모니터링하는 센서에 의해 제공된 폐쇄 루프 또는 개방 루프 피드백, 및 적합하게 프로그래밍된 엔진 관리 수단에 의해 규제될 수 있다. 암모니아는 또한 암모늄 카바메이트 (고체)를 가열함으로써 발생될 수 있고, 발생된 암모니아는 배기 가스 내로 주입될 수 있다.
주입기에 추가로 또는 대안적으로, 암모니아는 계내 (예를 들어, SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매의 상류에 배치된 NSC의 풍부한 재생 동안)발생될 수 있다. 따라서, 배기 시스템은 배기 가스를 탄화수소로 풍부화시키기 위한 엔진 관리 수단을 추가로 포함할 수 있다.
SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매는 Cu, Hf, La, Au, In, V, 란타나이드 및 VIII족 전이 금속 (예를 들어, Fe) 중 적어도 하나로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함할 수 있으며, 여기서 금속은 내화 산화물 또는 분자체(molecular sieve) 상에 지지된다. 금속은 바람직하게는 Ce, Fe, Cu 및 그의 임의의 둘 이상의 조합으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 금속은 Fe 또는 Cu이다.
SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매를 위한 내화 산화물은 Al2O3, TiO2, CeO2, SiO2, ZrO2, 및 그의 둘 이상을 함유하는 혼합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 비-제올라이트 촉매는 또한 텅스텐 산화물, 예를 들어 V2O5/WO3/TiO2, WOx/CeZrO2, WOx/ZrO2 또는 Fe/WOx/ZrO2를 포함할 수 있다.
SCR 촉매, SCRF™ 촉매 또는 그의 워시코트가 적어도 하나의 분자체, 예컨대 알루미노실리케이트 제올라이트 또는 SAPO를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 적어도 하나의 분자체는 소(small), 중(medium) 또는 대(large) 기공 분자체일 수 있다. 본원에서 "소 기공 분자체"란 8의 최대 고리 크기를 함유하는 분자체, 예컨대 CHA를 의미하고; 본원에서 "중 기공 분자체"란 10의 최대 고리 크기를 함유하는 분자체, 예컨대 ZSM-5를 의미하고; 본원에서 "대 기공 분자체"란 12의 최대 고리 크기를 갖는 분자체, 예컨대 베타를 의미한다. 소 기공 분자체는 SCR 촉매에 사용하기에 잠재적으로 유리하다.
본 발명의 배기 시스템에서, SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매에 바람직한 분자체는, 약 10 대 약 50, 예컨대 약 15 대 약 40의 실리카-대-알루미나 비를 가지며 AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI, 예컨대 ZSM-34, 모데나이트, 페리에라이트, BEA, 예컨대 베타, Y, CHA, LEV, 예컨대 Nu-3, MCM-22 및 EU-1, 바람직하게는 AEI 또는 CHA로 이루어진 군으로부터 선택된 합성 알루미노실리케이트 제올라이트 분자체이다.
제1 배기 시스템 배열에서, 배기 시스템은 본 발명의 산화 촉매를 포함한다 (예를 들어, 산화 촉매가 포획 물질을 포함하는 영역을 포함함).
제1 배기 시스템 배열의 제1 실시양태에서, 배기 시스템은 본 발명의 산화 촉매 (예를 들어, DOC, DEC, NSC, PNA, CSC™ 촉매 또는 ASC로서) 및 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 포함한다. 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 사이에 질소 환원제 주입기가 배열될 수 있다. 따라서, 산화 촉매는 질소 환원제 주입기의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 질소 환원제 주입기는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있다.
제1 배기 시스템 배열의 제2 실시양태에서, 배기 시스템은 본 발명의 산화 촉매 (예를 들어, CSF, DOC, DEC, NSC, PNA, CSC™ 촉매 또는 ASC로서) 및 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 및 임의로 촉매화 매연 필터 (CSF) 또는 디젤 미립자 필터 (DPF)를 포함한다.
제1 배기 시스템 배열의 제2 실시양태에서, 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소 환원제 주입기가 배열될 수 있다. 따라서, 산화 촉매는 질소 환원제 주입기의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 질소 환원제 주입기는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있다. 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매는 촉매화 매연 필터 (CSF) 또는 디젤 미립자 필터 (DPF)의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있다.
제1 배기 배열의 제3 실시양태는, 디젤 산화 촉매 (DOC), 본 발명의 산화 촉매 (바람직하게는, 촉매화 매연 필터 (CSF)로서), 및 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매를 포함하는 배기 시스템에 관한 것이다. 디젤 산화 촉매 (DOC)는 전형적으로 본 발명의 산화 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있다. 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소 환원제 주입기가 배열될 수 있다. 따라서, 산화 촉매는 질소 환원제 주입기의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 질소 환원제 주입기는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있다.
제2 배기 시스템 배열에서, 배기 시스템은, (i) 제1 기판 및 제1 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하는, 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매이며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및 (ii) 배기 가스가 산화 촉매를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된 본 발명의 포획 브릭을 포함한다. 산화 촉매는 본 발명의 산화 촉매이거나 본 발명의 산화 촉매가 아니다.
제2 배기 시스템 배열의 제1 실시양태에서, 배기 시스템은 산화 촉매 (예를 들어, DOC, DEC, NSC, PNA, CSC™ 촉매 또는 ASC로서), 예컨대 상기 규정된 바와 같은 산화 촉매 또는 본 발명의 산화 촉매, 본 발명의 포획 브릭, 및 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 포함한다. 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 포획 브릭의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있다. 포획 브릭은 전형적으로 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매의 앞에 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 사이에, 바람직하게는 포획 브릭과 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 사이에 질소 환원제 주입기가 배열될 수 있다. 따라서, 산화 촉매는 포획 브릭의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 포획 브릭은 질소 환원제 주입기의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 질소 환원제 주입기는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있다.
제2 배기 시스템 배열의 제2 실시양태에서, 배기 시스템은 산화 촉매 (예를 들어, CSF, DOC, DEC, NSC, PNA, CSC™ 촉매 또는 ASC로서), 예컨대 상기 규정된 바와 같은 산화 촉매 또는 본 발명의 산화 촉매, 본 발명의 포획 브릭, 및 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 및 임의로 촉매화 매연 필터 (CSF) 또는 디젤 미립자 필터 (DPF)를 포함한다.
제2 배기 시스템 배열의 제2 실시양태에서, 산화 촉매는 전형적으로 포획 브릭의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있고, 포획 브릭은 전형적으로 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소 환원제 주입기가 배열될 수 있고, 바람직하게는 포획 브릭과 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소 환원제 주입기가 배열된다. 따라서, 산화 촉매는 포획 브릭의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 포획 브릭은 질소 환원제 주입기의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 질소 환원제 주입기는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있다. 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매는 촉매화 매연 필터 (CSF) 또는 디젤 미립자 필터 (DPF)의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있다.
제2 배기 시스템 배열의 제3 실시양태는, 디젤 산화 촉매 (DOC), 상기 기재된 바와 같은 산화 촉매 또는 본 발명의 산화 촉매 (촉매화 매연 필터 (CSF)로서), 포획 브릭 및 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매를 포함하는 배기 시스템에 관한 것이다. 디젤 산화 촉매 (DOC)는 전형적으로 산화 촉매 (예를 들어, CSF)의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있다. 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 포획 브릭의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있고, 포획 브릭은 전형적으로 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소 환원제 주입기가 배열될 수 있고, 바람직하게는 포획 브릭과 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소 환원제 주입기가 배열된다. 따라서, 산화 촉매는 포획 브릭의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 포획 브릭은 질소 환원제 주입기의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있고, 질소 환원제 주입기는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어, 상류에) 있을 수 있다.
상기 본원에 기재된 제1 또는 제2 배기 시스템 배열의 임의의 실시양태에서, ASC 촉매가 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매 (즉, 별도의 기판 모노리스로서)로부터 하류에 배치될 수 있거나, 또는 보다 바람직하게는 SCR 촉매를 포함하는 기판 모노리스의 하류 또는 트레일링 단부 상의 구역이 ASC를 위한 지지체로서 사용될 수 있다.
본 발명은 추가로 차량을 제공한다. 차량은 압축 점화 엔진, 및 산화 촉매, 배기 시스템 또는 본 발명의 포획 브릭을 포함한다. 압축 점화 엔진은 바람직하게는 디젤 엔진이다. 디젤 엔진은 균일 충전 압축 점화 (homogeneous charge compression ignition, HCCI) 엔진, 예비혼합 충전 압축 점화 (pre-mixed charge compression ignition, PCCI) 엔진 또는 저온 연소 (low temperature combustion, LTC) 엔진일 수 있다. 디젤 엔진이 통상의 (즉, 전형적인) 디젤 엔진인 것이 바람직하다.
차량은 미국 또는 유럽 법규에서 규정된 바와 같은 경하중(light-duty) 디젤 차량 (LDV)일 수 있다. 경하중 디젤 차량은 전형적으로 < 2840 kg의 중량, 보다 바람직하게는 < 2610 kg의 중량을 갖는다.
미국에서, 경하중 디젤 차량 (LDV)이란 ≤ 8,500 파운드 (US lbs)의 총중량을 갖는 디젤 차량을 지칭한다. 유럽에서, 용어 경하중 디젤 차량 (LDV)이란, (i) 운전자 좌석에 추가로 8개 이하의 좌석을 포함하고 5톤을 초과하지 않는 최대 질량을 갖는 승용차, 및 (ii) 12톤을 초과하지 않는 최대 질량을 갖는 화물 운송용 차량을 지칭한다.
대안적으로, 차량은 미국 법규에서 규정된 바와 같은 중하중 디젤 차량 (HDV), 예컨대 > 8,500 파운드 (US lbs)의 총중량을 갖는 디젤 차량일 수 있다.
여과형 기판을 갖는 배출물 제어 장치는 디젤 미립자 필터 (DPF), 촉매화 매연 필터 (CSF), 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 및 그의 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
정의
본원에 사용되는 용어 "혼합 산화물"이란 일반적으로, 관련 기술분야에 통상적으로 공지된 바와 같이 단일 상의 산화물의 혼합물을 지칭한다. 본원에 사용되는 용어 "복합 산화물"이란 일반적으로, 관련 기술분야에 통상적으로 공지된 바와 같이 1개 초과의 상을 갖는 산화물의 조성을 지칭한다.
본원에 사용되는 두문자어 "PGM"이란 "백금족 금속"을 지칭한다. 용어 "백금족 금속"이란 일반적으로 Ru, Rh, Pd, Os, Ir 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 금속, 바람직하게는 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 지칭한다. 일반적으로, 용어 "PGM"이란 바람직하게는 Rh, Pt 및 Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 지칭한다.
본원에 사용되는 표현 "주화 금속"이란 금속 구리 (Cu), 은 (Ag) 및 금 (Au)을 지칭한다.
본원에 사용되는 용어 "포획 영역"은 "휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역"과 동의어이다.
특히 "유입구 단부 표면" 또는 "유출구 단부 표면"과 관련하여 본원에 사용되는 표현 "단부 표면"은 표현 "단부면"과 동일한 의미이다. 기판의 단부 표면 또는 단부면은 전형적으로, 기판을 통해 채널을 규정 또는 한정하는 벽 에지 (예를 들어, 기판의 외부 표면의)에 의해 형성된다.
본원에 사용되는 표현 "Pt-합금 물질"란, 바람직하게는 배기 가스의 온도가 < 900℃, 특히 < 800℃, 예컨대 < 700℃일 때 백금 (즉, 백금 금속)과 합금을 형성할 수 있는 물질을 지칭한다.
본원에 사용되는 표현 "본질적으로 이루어진다"는 특징의 범주를 명시된 물질, 및 예컨대 미량의 불순물과 같이 해당 특징의 기본 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 임의의 다른 물질 또는 단계를 포함하도록 제한한다. 표현 "로 본질적으로 이루어진"은 표현 "로 이루어진"을 포괄한다.
전형적으로 워시코트 영역, 워시코트 층 또는 워시코트 구역의 함량에서 물질과 관련하여 본원에 사용되는 표현 "가 실질적으로 없는"이란 ≤ 5 중량%, 바람직하게는 ≤ 2 중량%, 보다 바람직하게는 ≤ 1 중량%와 같은 미량의 물질을 의미한다. 표현 "가 실질적으로 없는"은 표현 "를 포함하지 않는"을 포괄한다.
수치 범위의 끝점과 관련하여 본원에 사용되는 표현 "약"은 명시된 수치 범위의 정확한 끝점을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 파라미터를 "약 0.2"까지로 규정하는 표현은 파라미터가 0.2를 포함하고 그 까지인 것을 포함한다.
본원에 사용되는 용어 "선택적 촉매 환원 필터 촉매"는, 관련 기술분야에 공지된, 디젤 미립자 필터 상으로 코팅된 선택적 촉매 환원 제형 (SCR-DPF)을 포함한다.
실시예
이하 본 발명을 하기 비-제한적 실시예에 의해 예시할 것이다.
실시예 1
20 마이크로미터 미만의 d90으로 밀링된 실리카-알루미나를 포함하는 워시코트 슬러리에 적절한 양의 Pt 및 Pd 염을 첨가하였다. 워시코트를 통상의 코팅 기술을 사용하여 600 cpsi(cells per square inch, 제곱인치 당 셀 수)를 갖는 1.9 리터 세라믹 관통형 기판에 기판에 적용하였다. 생성된 코팅된 부품을 건조시키고, 500℃에서 하소시켜 산화 촉매를 생성하였다. 생성된 산화 촉매는 150 g·ft-3의 총 PGM 부하 및 3:1의 Pt:Pd 중량 비를 가졌다.
실시예 2
20 마이크로미터 미만의 d90으로 밀링된 실리카-알루미나를 포함하는 워시코트 슬러리에 적절한 양의 Pt 및 Pd 염을 첨가하였다. 워시코트를 통상의 코팅 기술을 사용하여 600 cpsi를 갖는 1.9 리터 세라믹 관통형 기판에 기판에 적용하였다. 생성된 코팅된 부품을 건조시키고, 500℃에서 하소시켜 산화 촉매를 생성하였다. 생성된 산화 촉매는 150 g·ft-3의 총 PGM 부하 및 3:1의 Pt:Pd 중량 비를 가졌다.
< 10 m2/g의 비표면적 (SSA)을 갖는 알파 알루미나를 Pd 염 및 포름산으로 함침시켰다. 혼합물을 건조시키고, 500℃에서 하소시켰다. 생성된 분말은 CO 화학흡착에 의해 측정된 Pd 분산도가 1%였다. 분말을 20 마이크로미터 미만의 d90으로 밀링하였고, 부품의 유출구 단부 상에 1"의 깊이로 적용하였다. 코팅을 건조시키고, 500℃에서 하소시켰다. 1 인치 깊이에 걸친 Pd 부하가 20 g·ft-3이었다.
실시예 3
20 마이크로미터 미만의 d90으로 밀링된 실리카-알루미나를 포함하는 워시코트 슬러리에 적절한 양의 Pt 및 Pd 염을 첨가하였다. 워시코트를 통상의 코팅 기술을 사용하여 600 cpsi를 갖는 1.9 리터 세라믹 관통형 기판에 기판에 적용하였다. 생성된 코팅된 부품을 건조시키고, 500℃에서 하소시켜 산화 촉매를 생성하였다. 생성된 산화 촉매는 150 g·ft-3의 총 PGM 부하 및 3:1의 Pt:Pd 중량 비를 가졌다.
< 10 m2/g의 SSA를 갖는 알파 알루미나를 포름산 없이 Pd 염으로 함침시켰다. 혼합물을 건조시키고, 500℃에서 하소시켰다. 생성된 분말은 CO 화학흡착에 의해 측정된 분산도가 13%였다. 분말을 20 마이크로미터 미만의 d90으로 밀링하였고, 부품의 유출구 단부 상에 1"의 깊이로 적용하였다. 코팅을 건조시키고, 500℃에서 하소시켰다. 1 인치 깊이에 걸친 Pd 부하가 20 g·ft-3이었다.
실험 결과
노화
실시예 1, 2 및 3의 촉매를 각각 < 10 ppm 황 연료를 사용하여 2.4 리터 벤치(bench) 탑재된 엔진 상에서 발열 노화시켰다. 250 kg/시간의 배기 유동 속도로 20분 동안 750℃의 인-브릭(in-brick) 온도를 생성하도록 연료를 후분사(post injecting)하여 발열 사이클을 가동시켰다. 각 촉매에 대해 80 발열 사이클을 완료하였다 (1600분의 노화에 상응함).
평가
실시예 1, 2 및 3의 노화 촉매를 1200 rpm의 엔진 속도로 가동하는 2.4 리터 벤치 탑재된 엔진 상에서 시험함으로써 NO 산화 성능에 대해 평가하였다. 결과를 250℃ 촉매 유입구 온도에서 기록하였고, 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1의 결과는 250℃에서 실시예 1, 2 및 3의 NO 산화 성능을 나타낸다.
<표 1>
Figure pct00001
실시예 1 및 2의 NO 산화 성능은 매우 유사하다. 실시예 1은 포획 물질이 없는 촉매이다. 실시예 2는 < 10%의 Pd 분산도를 가지며 본 발명에 따른 포획 물질이 있는 촉매이다. 실시예 1 및 2의 NO 산화 성능이 매우 유사함에 따라, 실시예 2에서의 포획 물질은 촉매의 다른 성분의 NO 산화 성능에 유의하게 영향을 미치지 않는다. 실시예 3의 NO 산화 성능은 양쪽 실시예 1 및 2보다 유의하게 더 낮다. 실시예 3에서 사용된 포획 물질은 > 10%의 Pd 분산도를 갖는다. 표 1의 결과로부터, 실시예 3의 포획 물질은 촉매의 다른 성분의 NO 산화 성능에 유의하게 영향을 미침을 알 수 있다
실시예 4
3 wt% Cu / CHA 제올라이트로 코팅된 기판의 제조
상업적으로 입수가능한 알루미노실리케이트 CHA 제올라이트를 교반과 함께 Cu(NO3)2 수용액에 첨가하였다. 슬러리를 여과한 다음, 세척하고, 건조시켰다. 목적하는 금속 부하를 달성하기 위해 절차를 반복할 수 있다. 최종 생성물을 하소시켰다. 혼합 후, 결합제 및 레올로지 개질제를 첨가하여 워시코트 조성물을 형성하였다.
400 cpsi 코르디에라이트 관통형 기판 모노리스를 WO 99/47260에 개시된 방법을 사용하여 3 wt% Cu/CHA 제올라이트 샘플의 수성 슬러리로 코팅하였다. 상기 코팅된 생성물 (한쪽 단부로부터만 코팅됨)을 건조시킨 다음 하소시키고, 이 공정을 실질적으로 전체 기판 모노리스가 코팅되도록 다른쪽 단부로부터 반복하며, 여기서 두 코팅 사이의 연결부에서 축방향으로 미량이 중첩된다. 코팅된 기판 모노리스를 공기 중 로(furnace)에서 500℃에서 5시간 동안 노화시켰다. 1 인치 (2.54 cm) 직경 × 3 인치 (7.62 cm) 길이의 코어를 완성된 물품으로부터 절단하였다.
실시예 5
실리카-알루미나 분말을 물 중에 슬러리화시키고, < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 슬러리에 바륨 아세테이트에 이어 적절한 양의 가용성 백금 및 팔라듐 염을 첨가하였다. 슬러리가 77% 실리카-알루미나 및 23% 제올라이트 (질량 기준)를 포함하도록 베타 제올라이트를 첨가하였다. 이어서, 슬러리를 교반하여 균질화시켰다. 생성된 워시코트를 통상의 코팅 기술을 사용하여 400 cpsi를 갖는 코르디에라이트 관통형 모노리스의 유입구 채널에 적용하였다. 그런 다음, 부품을 건조시켰다.
실리카-알루미나의 제2 슬러리를 < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 가용성 백금 염을 첨가하고, 혼합물을 교반하여 균질화시켰다. 슬러리를 확립된 코팅 기술을 사용하여 기판의 유출구 단부에 적용하였다. 이어서, 부품을 건조시키고, 500℃에서 하소시켰다. 생성된 촉매는 150 g·ft-3의 총 PGM 부하 및 3:1의 Pt:Pd 중량 비를 가졌다.
실시예 6
대략 150 m2/g의 표면적을 갖는 실리카-알루미나 분말을 물 중에 슬러리화시키고, < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 가용성 팔라듐 염을 첨가하고, 혼합물을 교반하여 균질화시켰다. 슬러리를 통상의 코팅 기술을 사용하여 실시예 5에 따라 제조된 촉매의 유출구 단부에 1 인치의 코팅 깊이로 적용하였다. 상기 1 인치 포획 코팅의 Pd 부하는 20 g·ft-3이었다.
실시예 7
< 10 m2/g의 비표면적 (SSA)을 갖는 알파 알루미나를 Pd 염 및 포름산으로 함침시켰다. 혼합물을 건조시키고, 500℃에서 하소시켰다. 생성된 분말은 CO 화학흡착에 의해 측정된 Pd 분산도가 1%였다. 분말을 20 마이크로미터 미만의 d90으로 밀링하였고, 통상의 코팅 기술을 사용하여 실시예 5에 따라 제조된 촉매의 유출구 단부에 1 인치의 코팅 깊이로 적용하였다. 코팅을 건조시키고, 500℃에서 하소시켰다. 1 인치 깊이에 걸친 Pd 부하가 20 g·ft-3이었다.
실험 결과
시스템 시험
도 1에 예시된 제1 합성 촉매 활성 시험 (SCAT) 실험실 반응기 상에서 시험을 수행하였으며, 여기서 실시예 4의 코팅된 Cu/CHA 제올라이트 SCR 촉매의 노화 코어를 실시예 5, 6 또는 7의 촉매 코어 하류의 도관에 배치하였다. 합성 가스 혼합물을 6 리터/분의 속도로 도관을 통과시켰다. 로를 사용하여, 정상-상태 온도의 산화 촉매 샘플을 900℃의 촉매 유출구 온도에서 2시간 동안 가열 (또는 "노화")하였다. SCR 촉매는 산화 촉매 샘플의 하류에 배치되었고, 로 유출구와 SCR 유입구 사이의 튜브 길이를 조절함으로써 노화 공정 동안 300℃의 촉매 온도로 유지시켰지만, 수 냉각 열 교환기 재킷(jacket)이 적절하게 사용될 수 있었다. 적절하게 위치한 열전쌍을 사용하여 온도를 결정하였다 (T1 및 T2). 노화 동안 사용된 가스 혼합물은 40% 공기, 50% N2 및 10% H2O였다.
산화 촉매의 노화에 이어, SCR 촉매를 제1 SCAT 반응기로부터 제거하고, 제2 SCAT 반응기 내로 삽입하여 구체적으로 노화 샘플의 NH3-SCR 활성을 시험하였다. 그런 다음, SCR 촉매를 합성 가스 혼합물 (O2 = 10%; H2O = 5%, CO2 = 330 ppm; NH3 = 400 ppm; NO = 500 ppm; NO2 = 0 ppm; N2 = 나머지, 즉, 유효한 최대 가능 NOx 전환율이 80%이도록 알파 값 0.8을 사용 (NH3:NOx 비)하였음)을 사용하여 500℃에서 SCR 활성 (NOx 전환율)에 대해 시험하였고, 초래된 NOx 전환율은 하기 표 2에 나타내었다.
<표 2>
Figure pct00002
표 2는 900℃에서 2시간 동안 상류 산화 촉매 코어에 의한 노화 후 실시예 4로부터 취한 노화된 SCR 촉매 코어의 NOx 전환 활성을 나타낸다. "블랭크" 샘플은, 노화 장치 내 SCR 코어의 상류에 백금 함유 산화 촉매가 놓이지 않은 기준 샘플이다. 즉, 블랭크 노화는 백금 함유 촉매 부재 하에 수행되어, 백금 휘발이 발생할 수 없었다. 500℃에서의 NOx 전환율은 60%였고, 백금 휘발 없이 노화 후 달성된 기준치 전환율을 나타낸다.
상류 위치에서 실시예 5로부터의 코어로 노화된 SCR 샘플은 NOx 전환율에 대해 유의한 감소를 나타낸다. 실시예 5의 촉매는 백금 포획 물질을 갖지 않는다. 상류 위치에서 실시예 6으로부터의 코어로 노화된 SCR 샘플은 블랭크 가동과 유사한 NOx 전환 성능을 나타낸다. 실시예 6은 고표면적 산화물 지지체를 사용한 포획 물질을 포함한다. 상류 위치에서 실시예 7로부터의 코어로 노화된 SCR 샘플은 블랭크 가동과 유사한 NOx 전환 성능을 나타낸다. 실시예 7은 < 1%의 Pd 분산도 및 저표면적 산화물 지지체를 사용한 포획 물질을 포함한다. 저표면적 지지체를 갖는 팔라듐의 사용은 휘발성 백금을 포획하는 포획 물질로서 여전히 효과적이다.
어떠한 불확실함도 피하기 위해, 본원에 인용된 임의의 및 모든 문헌의 전체 내용은 본 출원에 참조로 포함된다.

Claims (32)

  1. 기판;
    기판 상에 배치된, 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질; 및
    포획 물질을 포함하는 영역
    을 포함하며, 여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된 것인,
    압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매.
  2. 제1항에 있어서, 포획 물질이 ≥ 약 10 nm의 평균 입자 크기를 갖는 Pt-합금 금속 입자를 포함하는 것인 산화 촉매.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 포획 물질이 ≤ 약 10%의 분산도를 갖는 Pt-합금 금속 입자를 포함하는 것인 산화 촉매.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, Pt-합금 물질이 금속 및/또는 그의 산화물을 포함하고, 여기서 금속은 팔라듐 (Pd); 금 (Au); 구리 (Cu); Pd 및 Au의 혼합물; Pd 및 Cu의 혼합물; Au 및 Cu의 혼합물; Pd, Au 및 Cu의 혼합물; Pd 및 Au의 2금속성 합금; Pd 및 Cu의 2금속성 합금; Au 및 Cu의 2금속성 합금; 및 Pd, Au 및 Cu의 3금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 산화 촉매.
  5. 제4항에 있어서, 금속이 팔라듐 (Pd), Pd 및 Au의 혼합물, 및 Pd 및 Au의 2금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 산화 촉매.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 포획 물질이 ≤ 약 50 m2/g의 평균 비표면적을 갖는 내화 산화물 입자를 포함하는 것인 산화 촉매.
  7. 제6항에 있어서, 내화 산화물이 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아 및 그의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서 혼합 또는 복합 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아, 실리카-알루미나, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 티타니아-실리카, 지르코니아-실리카, 지르코니아-티타니아, 세리아-지르코니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 산화 촉매.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 물질이 지지체 물질 상에 배치 또는 지지된 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 물질이 (i) 백금 (Pt), 및 (ii) 팔라듐 (Pd) 및/또는 로듐 (Rh)을 포함하는 것인 산화 촉매.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 물질이 Pt 및 Pd를 ≥ 1:1의 Pt 대 Pd 질량비로 포함하는 것인 산화 촉매.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 물질이 Pt 및 Rh를 ≥ 1:1의 Pt 대 Rh 질량비로 포함하는 것인 산화 촉매.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 포획 영역이 촉매 영역 상에 배치 또는 지지된 것인 산화 촉매.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 포획 영역이 기판 상으로 직접 배치된 것인 산화 촉매.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 포획 영역이 촉매 영역과 접촉하는 것인 산화 촉매.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 포획 영역이 포획 구역이고, 촉매 영역이 포획 구역의 상류에 배치 또는 지지된 것인 산화 촉매.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 영역이 촉매 층이고, 포획 영역이 포획 구역이며, 여기서 포획 구역은 촉매 층 상에 배치 또는 지지된 것인 산화 촉매.
  17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 유입구 단부 표면 및 유출구 단부 표면을 가지며, 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된 포획 물질을 포함하는 영역이 기판의 유출구 단부 표면 상에 배치된 포획 물질인 산화 촉매.
  18. 제17항에 있어서, 포획 구역을 추가로 포함하며, 여기서 포획 구역은 기판 내 복수의 채널 벽 상에 배치 또는 지지된 포획 물질을 포함하며, 포획 구역은 ≤ 25 mm의 평균 길이를 갖는 것인 산화 촉매.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 관통형(flow-through) 모노리스 기판인 산화 촉매.
  20. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 여과형 모노리스 기판인 산화 촉매.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 디젤 산화 촉매 (DOC), 촉매화 매연 필터 (CSF), NOx 저장 촉매 (NSC), 수동적 NOx 흡착기 (PNA) 또는 디젤 발열 촉매 (DEC)인 산화 촉매.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 산화 촉매, 및 배출물 제어 장치를 포함하는, 압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템.
  23. 기판; 및
    기판 상에 배치된 포획 물질
    을 포함하는, 압축 점화 엔진의 배기 시스템 내 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질로부터 휘발된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 포획 브릭(brick).
  24. 제23항에 있어서, 포획 물질이 ≥ 약 10 nm의 평균 입자 크기를 갖는 Pt-합금 금속 입자를 포함하는 것인 포획 브릭.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 포획 물질이 ≤ 약 10%의 분산도를 갖는 Pt-합금 금속 입자를 포함하는 것인 포획 브릭.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, Pt-합금 물질이 금속 및/또는 그의 산화물을 포함하며, 여기서 금속은 팔라듐 (Pd); 금 (Au); 구리 (Cu); Pd 및 Au의 혼합물; Pd 및 Cu의 혼합물; Au 및 Cu의 혼합물; Pd, Au 및 Cu의 혼합물; Pd 및 Au의 2금속성 합금; Pd 및 Cu의 2금속성 합금; Au 및 Cu의 2금속성 합금; 및 Pd, Au 및 Cu의 3금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 포획 브릭.
  27. 제26항에 있어서, 금속이 팔라듐 (Pd), Pd 및 Au의 혼합물, 및 Pd 및 Au의 2금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 포획 브릭.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 포획 물질이 ≤ 약 50 m2/g의 평균 비표면적을 갖는 내화 산화물 입자를 포함하는 것인 포획 브릭.
  29. 제28항에 있어서, 내화 산화물이 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아 및 그의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 여기서 혼합 또는 복합 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아, 실리카-알루미나, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 티타니아-실리카, 지르코니아-실리카, 지르코니아-티타니아, 세리아-지르코니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 포획 브릭.
  30. 제23항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 관통형 모노리스 기판인 포획 브릭.
  31. (i) 제1 기판 및 제1 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하는, 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매이며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및
    (ii) 제23항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 포획 브릭
    을 포함하며, 여기서 포획 브릭은 배기 가스가 산화 촉매를 통과한 후 배기 가스와 접촉하도록 배열된 것인,
    압축 점화 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 산화 촉매가 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 규정된 것인 배기 시스템.
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