KR20180017191A - 수동적이고 선택적인 촉매적 환원에 사용하기 위한 통합된 희박 NOx 트랩을 갖는 SCR-촉매화된 매연 필터 - Google Patents
수동적이고 선택적인 촉매적 환원에 사용하기 위한 통합된 희박 NOx 트랩을 갖는 SCR-촉매화된 매연 필터 Download PDFInfo
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- B01D53/9463—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick
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Abstract
본 발명은, 다공성 벽 유동 기재, 희박(lean) NOx 트랩(LNT) 촉매, 및 선택적인 촉매적 환원(SCR)용 촉매를 포함하는 촉매화된 매연 필터(CSF)에 관한 것으로서, 이때 상기 벽 유동 기재가 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널이 개방된 입구 말단 및 폐쇄된 출구 말단을 갖는 입구 채널, 및 폐쇄된 입구 말단 및 개방된 출구 말단을 갖는 출구 채널을 포함하고, 상기 LNT 촉매가, 상기 입구 채널 벽의 표면 중 일부 상에, 및 상기 LNT 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되고, 상기 LNT 촉매로 코팅된 입구 채널 벽 부분이 상기 입구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 x%까지 연장되고, 여기서 x는 0 초과 내지 100 미만이고, 상기 SCR 촉매가, 상기 출구 채널 벽의 표면 중 일부 상에, 및 상기 SCR 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되고, 상기 SCR 촉매로 코팅된 출구 채널 벽 부분이 상기 출구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 100-x%까지 연장된다.
또한 본 발명은, 상기 촉매화된 매연 필터의 제조 방법, 상기 촉매화된 매연 필터를 포함하는 배출물 처리 시스템, 상기 촉매화된 매연 필터를 사용한 배기 가스 배출물의 처리 방법, 및 배기 가스 배출물의 처리를 위한 상기 촉매화된 매연 필터의 용도에 관한 것이다.
또한 본 발명은, 상기 촉매화된 매연 필터의 제조 방법, 상기 촉매화된 매연 필터를 포함하는 배출물 처리 시스템, 상기 촉매화된 매연 필터를 사용한 배기 가스 배출물의 처리 방법, 및 배기 가스 배출물의 처리를 위한 상기 촉매화된 매연 필터의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 내연 엔진으로부터의 배출물을 처리하기 위한 촉매화된 매연 필터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 제조 방법으로부터 수득가능한 촉매화된 매연 필터, 내연 엔진으로부터의 배출물을 처리하는 방법, 및 본 발명에 따른 촉매화된 매연 필터의 용도에 관한 것이다.
디귈리오(DiGiulio) 등의 문헌[Catalysis Today 2014, 231, pp. 33-45]에 요약되어 있는 바와 같이, 희박 연소(lean-burn) 엔진은 전통적인 화학량론적 연소 엔진보다 더욱 연료-효율적이고 CO2를 적게 생성시킨다. 그러나, 희박 연소 엔진을 완전히 상업적으로 실행하는 데에는 희박 연소 배기 조건 하에서 현행 배출물 규제를 충족시킬 수 있는 비용-효율적인 촉매의 개발이 필요하고, 이는 여전히 주요한 기술적 난제가 되고 있다. 1970년대 후반 이후, 화학량론적 연소 엔진의 배기 가스에 존재하는 산화질소(NOx)의 환원과 미연소 탄화수소 및 일산화탄소(CO)의 산화를 동시에 수행하기 위하여 3식 촉매(three-way catalyst; TWC)가 사용되어 왔다. 그러나, 이들 TWC는 화학량론적 연소 체제 근처의 매우 좁은 영역에서 작동되는 경우에만 오염물질을 충분히 개선시킬(remediate) 뿐, 희박 연소 엔진 배기 가스에서 만나게 되는 훨씬 더 높은 O2 농도하에서 작동되는 경우에는 매우 낮은 NOx 전환율을 나타낸다. 이 경우 NOx를 환원시키기 위한 두 가지 기존 해법은 희박 NOx 트랩(LNT) 촉매 및 NH3-선택적인 촉매적 환원(NH3-SCR) 촉매를 포함한다. 그러나, LNT 및 NH3-SCR 기법은 둘 다 상이하지만 중요한 결점을 갖는다. 예를 들어, LNT 촉매는 높은 백금 족 금속 담지량(loading)을 필요로 하여, 촉매당 상당한 비용을 초래한다. NH3-SCR 촉매는 덜 비싸지만, 우레아를 배기 스트림에 전달하는데 필요한 투여 시스템이 배기 시스템의 총 비용을 증가시킨다.
디귈리오 등의 문헌[Catalysis Today 2014, 231, pp. 33-45]에 보고되어 있는 바와 같이, "수동적-암모니아" 또는 "적은-우레아(urea-less)" SCR 방법으로 일컬어지는 신규 기법이 최근 입증되어 왔다. LNT 시스템의 경우에서와 같이, 수동적인-NH3 방법은 주기적인 희박-과농(lean-rich) 사이클링에 기초하지만, LNT 촉매를 포함하지 않는다. 대신, TWC를 사용하여 과농 작동 기간 동안 NH3를 발생시킨다. 이어서, 이렇게 발생된 NH3는 하류의 바닥 SCR 촉매 상에 저장된다. 충분한 양의 NH3가 저장된 후에는, 엔진을 희박 작동으로 전환시키고, 저장된 NH3를 사용하여 상류의 TWC로부터 반응하지 않고 슬립핑(slipping)되는 NOx를 환원시킨다.
상기 기법과는 별도로, 특히 디젤 연소 엔진의 사용에 관련된 용도에서 배기 가스 처리의 효율을 증가시키기 위하여 매연 필터에 SCR 촉매 기법을 포함하려는 노력이 이루어져 왔다. 따라서, WO 2012/135871 A1 호는 배출물 제어용 다성분 필터, 구체적으로는 기체-투과성 벽을 갖는 벽 유동 필터, 가수분해 촉매, 및 임의적인 매연 산화 촉매, 벽을 투과하는 선택적인 촉매적 환원 촉매, 암모니아 산화 촉매 및 CO와 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매를 포함하는 촉매 제품에 관한 것이다. 반면, WO 2011/140251 A2 호는 통합 SCR 및 암모니아 산화(AMOX) 촉매 시스템, 구체적으로는 선택적인 촉매적 환원에 의해 산화질소의 농도를 감소시키는 제 1 대역, 암모니아를 산화시키는 제 2 대역 및 일산화탄소와 탄화수소를 산화시키는 제 3 대역을 포함하는 촉매 시스템에 관한 것이다. WO 2011/041769 A2 호는 디젤 엔진 배기 가스 스트림에 존재하는 일산화탄소, 산화질소, 미립자 물질 및 탄화수소 기체를 동시에 개선하기 위한 4식 디젤 촉매에 관한 것이다.
이들에 덧붙여, 매우 효율적인 배기 가스 처리 시스템을 제공하기 위한 시도로 다성분 시스템이 또한 제안되었다. 그러므로, WO 2010/114873 A2 호는 NOx 저장 환원(NSR) 촉매 또는 희박 NOx 트랩 촉매 같은 암모니아-발생 SCR 촉매, 및 암모니아-발생 촉매 하류에 배치되는 SCR 촉매를 갖는 배출물 처리 시스템에 관한 것이다.
한편, EP 2 428 659 A1은, 구리 카바자이트가 하류 부분에 제공되고 산화바륨 및 백금 족 금속이 상류 부분에 제공된 유동 관통(flow through) 기재를 사용하여 디젤 배기 가스로부터 NOx를 제거하기 위한 촉매에 관한 것이다. WO 2004/076829 A1은, SCR 촉매의 상류에 위치한 디젤 미립자 필터에 적용되는 NOx 저장 촉매의 사용에 관여하는 내연 엔진의 희박 배기 가스 중의 산화질소의 선택적인 촉매적 환원을 위한 배기 가스 정화 시스템에 관한 것이다. WO 2014/072067 A1은 백금 족 금속을 함유하는 촉매화된 매연 필터의 상류에 위치하는 산화질소의 사용에 관여하는 NOx- 및 입자-함유 디젤 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 시스템에 관한 것이다.
그럼에도 불구하고, 여전히 배기 가스 중 NOx 및 CO의 환원과 관련하여 높은 효율을 제공하고, 각각 가능한 최소한의 수의 성분 및 소량의 함유된 백금 족 금속으로 작동되면서, 이런 과정에서 가능한 최소량의 과잉 암모니아를 생성하는 매우 효율적인 배출물 처리 시스템을 제공할 필요가 남아있다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 사용되는 백금 족 금속의 양, 특히 백금의 양과 관련하여 미립자 물질의 여과에 덧붙여 배기 가스 중 NOx 및 CO의 높은 전환율을 제공하는 촉매화된 매연 필터를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 수동적인 SCR 시스템에 사용될 때, 즉 NOx의 질소로의 전환을 위해 동일 반응계 내에서 암모니아를 발생시키는 그의 상류에 위치하는 성분과 함께 사용될 때, 탁월한 NOx 전환 효율을 나타내면서, 이런 과정에서 대량의 과잉 암모니아를 생성함이 없는 촉매화된 매연 필터를 제공하는 것이다. 따라서, 놀랍게도, 촉매화된 매연 필터의 개별적인 부분에서의 희박 NOx 트랩 촉매, 및 선택적인 촉매적 환원용 촉매의 특정 배열을 사용함으로써, 희박 NOx 트랩에서 비교적 소량의 백금 족 금속, 특히 백금, 팔라듐 및 로듐을 사용하여 NOx 전환 및 CO 산화 면에서 높은 효율을 수득할 수 있음을 발견하였다. 뿐만 아니라, 예기치 못하게, 암모니아가 동일 반응계 내에서 전술한 촉매화된 매연 필터의 상류에서 발생되는 수동적인 SCR 시스템에서, NOx 전환 및 CO 산화 면에서 상기 특히 높은 효율을 달성할 수 있음을 발견하였다. 특히, 이런 배열을 이용함으로써, 촉매화된 매연 필터를 나오는 낮은 수준의 과잉 암모니아를 유지할 수도 있다.
그러므로, 본 발명은, 다공성 벽 유동 기재, 희박 NOx 트랩(LNT) 촉매, 및 선택적인 촉매적 환원(SCR)용 촉매를 포함하는 촉매화된 매연 필터(CSF)에 관한 것으로서, 이때
상기 벽 유동 기재가 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널이 개방된 입구 말단 및 폐쇄된 출구 말단을 갖는 입구 채널, 및 폐쇄된 입구 말단 및 개방된 출구 말단을 갖는 출구 채널을 포함하고,
상기 LNT 촉매가, 상기 입구 채널 벽의 표면 중 일부 상에, 및 상기 LNT 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되고,
상기 LNT 촉매로 코팅된 입구 채널 벽 부분이 상기 입구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 x%까지 연장되고, 여기서 x는 0 초과 내지 100 미만이고,
상기 SCR 촉매가, 상기 출구 채널 벽의 표면 중 일부 상에, 및 상기 SCR 촉매로 코팅된 채널 벽의 일부의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되고,
상기 SCR 촉매로 코팅된 출구 채널 벽 부분이 상기 출구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 100-x%까지 연장된다.
개별적인 희박 NOx 트랩 촉매 및 선택적인 촉매적 환원용 촉매가 본 발명에 따른 촉매화된 매연 필터의 개별적인 입구 채널 및 출구 채널 상에 제공되는 정도와 관련하여, 입구 말단으로부터 제공되는 팔라듐 성분의 길이와 출구 말단으로부터 제공되는 백금 성분의 길이가 기재 축 길이(즉, 그의 100%)에 달한다는 전제 하에, 원칙적으로 입구 말단으로부터 전체 기재 축 길이 미만까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매가 입구 채널 벽의 임의의 부분에 제공될 수 있고, 따라서 출구 말단으로부터 전체 기재 축 길이 미만의 길이까지 연장되는 선택적인 촉매적 환원용 촉매가 출구 채널의 임의의 영역에 제공될 수 있도록, 특정한 제한이 가해지지 않는다. 따라서, 예로서, x는 5 내지 95일 수 있고, 이때 x가 15 내지 85, 더욱 바람직하게는 25 내지 75, 더욱 바람직하게는 35 내지 65, 더욱 바람직하게는 45 내지 55인 것이 바람직하다. 다르게는, x는 5 내지 65 범위일 수 있고, x는 15 내지 55, 더욱 바람직하게는 20 내지 45, 더욱 바람직하게는 25 내지 35인 것이 바람직하다.
촉매화된 매연 촉매에 사용되는 다공성 벽 유동 기재와 관련하여, 그의 형상과 치수 뿐만 아니라 그를 제조하는 물질에 대해서도 특정한 제한이 가해지지 않는다. 그러나, 본 발명에 따라, 다공성 벽 유동 기재가, 상기 벽 유동 기재의 각각의 벽이 각각 입구 채널의 표면인 제 1 표면 및 출구 채널의 표면인 제 2 표면을 갖도록, 막힌 입구 말단과 출구 말단을 교대로 갖는 벌집형 기재인 것이 바람직하다.
따라서, 공극률이 40 내지 85%, 바람직하게는 45 내지 80%, 더욱 바람직하게는 50 내지 75%, 더욱 바람직하게는 55 내지 70%, 더욱 바람직하게는 60 내지 65%일 수 있도록, 촉매화된 매연 필터에 함유되는 벽 유동 기재의 벽의 공극률과 관련하여 동일한 원리가 적용된다. 본원에 정의되는 공극률과 관련하여, 수은 관입 방법을 통해, 더욱 바람직하게는 ISO 15901-1:2005에 따라 상기 공극률을 수득하는 것이 바람직하다.
본 발명의 촉매화된 매연 필터에 사용되는 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기와 관련하여, 재차 언급하자면, 임의의 적합한 평균 공극 크기를 나타내는 벽 유동 기재가 사용될 수 있도록, 특정한 제한이 적용되지 않는다. 그러므로, 예로서, 기재의 벽의 평균 공극 크기는 5 내지 50㎛, 바람직하게는 10 내지 40㎛, 더욱 바람직하게는 13 내지 35㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 30㎛, 더욱 바람직하게는 17 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 18 내지 22㎛일 수 있다. 공극률에 대해서는, 기재 벽의 평균 공극 크기가 코팅되지 않은(즉, SCR 촉매 및 팔라듐과 백금 성분을 제공하기 전의) 벽 유동 기재의 평균 공극 크기임에 주목한다. 또한, 기재의 공극률에 있어서, 본원에서 한정되는 벽의 평균 공극 크기는 바람직하게는 수은 공극률 측정법에 의해 결정되는, 더욱 바람직하게는 ISO 15901-1:2005에 따라 수득되는 평균 공극 크기를 일컫는다.
상기 나타낸 바와 같이, 예컨대 벽 유동 기재가 금속, 금속 산화물 및 세라믹 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있도록, 벽 유동 기재를 구성하는 물질에 대해서는 특별하게 제한되는 바가 없고, 이때 바람직하게는 벽 유동 필터를 구성하는 물질은 코디어라이트, 티탄산알루미늄, 탄화규소, 물라이트 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하고, 더욱 바람직하게는 벽 유동 기재는 코디어라이트, 티탄산알루미늄 또는 탄화규소, 바람직하게는 탄화규소로 제조된다.
본 발명에 따라, 희박 NOx 트랩 촉매, 선택적인 촉매적 환원용 촉매는 각각의 벽 유동 기재의 채널 벽의 표면 상에, 및 이들로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면의 적어도 일부 상에 제공된다. 따라서, 개별적인 촉매 성분으로 코팅된 부분 아래의 벽 유동 기재의 벽 내에 함유되는 공극의 적어도 일부가 이들로 동일하게 코팅되도록, 촉매 성분이 개별적으로 제공되는 벽 유동 기재 부분에서 개별적인 촉매 성분은 채널 벽에 침투한다. 본 발명에 따라, 본 발명에 의해 주어지는 가능성이 그의 표면에 매우 근접하여 위치하는 채널 벽 내의 공극을 코팅하는 것에서부터 개별적인 촉매 성분으로 코팅된 표면 아래의 채널 벽 내에 위치하는 실질적으로 모든 공극의 표면을 코팅하는 것에 이르도록, 코팅된 부분 아래의 채널 벽 내에 위치하는 공극이 촉매 성분으로 코팅되는 한도에 대해서는 특정한 제한이 없다. 본 발명의 의미 내에서, 채널 벽 내의 공극 표면을 코팅하는 것은 소정 공극 내의 표면 중 일부만 개별적인 촉매 성분으로 코팅하는 것을 포함한다. 그러므로, 예로서, 희박 NOx 트랩 촉매와 관련하여, 이는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 입구 채널 벽의 표면으로부터 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 10% 이상의 깊이까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 희박 NOx 트랩 촉매가 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 입구 채널 벽의 표면에서 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 15% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 20% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 35% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 40% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 50% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 70% 이상의 깊이까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되는 것이 바람직하다.
SCR 촉매와 관련하여 상응하게, 본 발명에 따라 SCR 촉매는 예를 들어 SCR 촉매로 코팅된 출구 채널 벽의 표면으로부터 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 10% 이상의 깊이까지 연장되는 SCR 촉매로 코팅된 채널 벽 부분의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공될 수 있도록, 동일한 원리로 적용되고, 이때 바람직하게는 SCR 촉매는, 표면으로부터 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 15% 이상, 더욱 바람직하게는 20% 이상, 더욱 바람직하게는 35% 이상, 더욱 바람직하게는 40% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상의 깊이까지 연장되는 SCR 촉매로 코팅된 채널 벽 부분의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공된다.
본 발명의 임의의 특정의 바람직한 실시양태에 따라 채널 벽 내에서의 희박 NOx 트랩 촉매 및 선택적인 촉매적 환원용 촉매의 개별적 침투가 결정될 수 있는 방법과 관련하여, 임의의 고려가능한 방법이 이 목적으로 사용될 수 있도록, 특정한 제한은 적용되지 않는다. 그러나, 본 발명에 따르면, 희박 NOx 트랩 촉매 및 선택적인 촉매적 환원용 촉매가 각각 채널 벽 내로 연장되는 깊이는 코팅된 기재의 단면의 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 결정된다.
본 발명에 따른 촉매화된 매연 필터에 포함되는 SCR 촉매와 관련하여, 암모니아를 사용한 환원을 통한 NOx의 N2로의 선택적인 촉매적 환원이 SCR 촉매에 함유되는 물질에 의해 촉진될 수 있다는 전제 하에, 상기 물질이 특별히 제한되지는 않는다. 그러므로, 임의의 적합한 SCR-활성 물질이 SCR 촉매에 포함될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, SCR 촉매가 하나 이상의 제올라이트, 더욱 바람직하게는 BEA, CHA, FAU, FER, HEU, LEV, MEI, MEL, MFI, MOR, 및 이들 중 둘 이상의 혼합된 구조 및 조합으로 이루어진 군으로부터, 더욱 바람직하게는 BEA, CHA, LEV, MFI, 및 이들 중 둘 이상의 혼합된 구조 및 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조 유형을 갖는 하나 이상의 제올라이트를 포함하는 것이 바람직하고, 이때 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트는 BEA 및/또는 CHA 구조 유형, 바람직하게는 CHA 구조 유형이고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트는 카바자이트를 포함하고, 하나 이상의 제올라이트는 바람직하게는 카바자이트이다.
본 발명에 따라, 본 발명의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 SCR 촉매에 포함되는 하나 이상의 제올라이트가 하나 이상의 전이 금속을 함유하는 것이 추가로 바람직하다. SCR 촉매에 바람직하게 포함되는 하나 이상의 제올라이트에 바람직하게 함유되는 하나 이상의 전이 금속과 관련하여, 원칙적으로는 임의의 가능한 전이 금속이 그에 함유될 수 있도록 특정한 제한이 적용되지 않는다. 그러나, 본 발명에 따라, 하나 이상의 제올라이트가 Pt, Pd, Rh, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, V, Nb 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속, 더욱 바람직하게는 Cu, Co, Cr, Ni, Fe 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속을 함유하는 것이 바람직하고, 이때 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트는 Cu 및/또는 Fe, 바람직하게는 Cu를 함유한다.
촉매화된 매연 필터의 SCR 촉매에 바람직하게 포함되는 하나 이상의 제올라이트가 하나 이상의 전이 금속을 함유하는 본 발명의 바람직한 특정 실시양태와 관련하여, 개별적인 전이 금속이 하나 이상의 제올라이트에 함유되는 상태, 특히 하나 이상의 전이 금속을 제올라이트 내로 도입하는 방법에 대해서는 특정한 제한이 없다. 그러나, 본 발명에 따라, SCR 촉매에 바람직하게 포함되는 하나 이상의 제올라이트에 함유되는 하나 이상의 전이 금속이 이온-교환 및/또는 함침에 의해 제올라이트 내로 도입되는 것이 바람직하고, 이때 하나 이상의 전이 금속이 이온-교환에 의해 그에 도입되는 것이 특히 바람직하다.
하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 바람직한 제올라이트가 본 발명의 촉매화된 매연 필터에 함유되는 양에 대해서는, 이들이 임의의 적합한 양으로 그에 함유될 수 있도록 특정한 제한이 없다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트는, 하소된 상태에서, 또한 출구 말단으로부터 기재의 축 길이의 100-x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트의 총 중량으로서 계산될 때 0.05 내지 6g/in3, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9g/in3의 양으로 SCR 촉매로서 촉매화된 매연 필터에 함유될 수 있다.
본 발명의 의미 내에서, 용어 "하소된 상태"는 바람직하게는 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트가 공기 중에서 450℃에서 1시간 동안 하소된 후의 상태를 가리킨다.
촉매화된 매연 필터에서 벽 유동 기재 상에 제공되는 SCR 촉매의 입자 크기에 대해서는, 입자가 입구 채널 벽의 표면 뿐만 아니라 채널 벽 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에도 제공될 수 있다는 전제 하에, 특별히 제한되지 않는다. 이를 달성하기 위하여, SCR 촉매의 평균 입자 크기 D90이 기재 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 것이 바람직하다. 그러므로, 예로서, SCR 촉매의 평균 입자 크기 D90은 0.5 내지 20㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 평균 입자 크기 D90은 1 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 4 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 7㎛이다.
본 발명에 따라, 평균 입자 크기 D90은 바람직하게는 레이저 회절로부터 수득되고, 더욱 바람직하게는 ISO 13320:2009에 따라 수득되는 입자 크기 분포로부터 계산된 평균 입자 크기를 말한다.
본 발명에 따라, 촉매화된 매연 필터 상에 제공될 수 있는 희박 NOx 트랩 촉매의 양과 관련하여서는 특정한 제한이 없다. 따라서, 희박 NOx 트랩 촉매는 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정된 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 6g/in3의 양으로, 촉매화된 매연 필터에, 특히 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터 부분에 함유될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 희박 NOx 트랩 촉매는 0.1 내지 5g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9g/in3의 양으로, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터 부분에 함유되는 것이 바람직하다.
이들이 NO 및/또는 NO2로서, 바람직하게는 NO로서 배기 가스에 함유되는 NOx를 포획하기에 적합하거나 희박 NOx 트랩 촉매에 함유된 다른 성분에 의해 NOx의 저장을 방해하지 않는 한, 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 성분에 대해 본 발명에 따른 특정한 제한은 없다. 본 발명에 따르면, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 하나 이상의 알칼리 토금속, 바람직하게는 Mg, Ca, Ba, Sr, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 상기 희박 NOx 트랩 촉매은 Mg, Ca, Ba, 및 이들 중 2개 이상의 조합, 더욱 바람직하게는 Mg 및/또는 Ba로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속을 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 바람직하게는 Ba는 특정의 바람직한 본 발명의 실시양태에 따른 희박 NOx 트랩 촉매에 알칼리 토금속으로서 함유된다. 알칼리 토금속이 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 형태와 관련하여, 특정한 제한은 적용되지 않으며, 바람직하게는 특정의 바람직한 본 발명의 실시양태에 따르면 하나 이상의 알칼리 토금속은 산화물 형태로 희박 NOx 트랩 촉매에 함유된다.
본 발명에 따르면, 바람직하게는 희박 NOx 트랩 촉매에 함유되며 따라서 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유되는 하나 이상의 알칼리 토금속의 양에 대한 특정한 제한은 없다. 따라서, 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 하나 이상의 알칼리 토금속은, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 산화물로서 계산될 때 0.01 내지 2 g/in3의 하나 이상의 알칼리 토금속의 양으로 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면 하나 이상의 알칼리 토금속은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 0.05 내지 1 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.8 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.6 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.45 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.38 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.28 내지 0.35 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.33 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.31 내지 0.32 g/in3 범위의 양으로 함유되는 것이 바람직하다. 본 발명의 의미 내에서, 특정의 바람직한 실시양태에 따르면 알칼리 토금속의 산화물은 MgO, CaO, BaO, 및 SrO이다.
본 발명에 따르면, 희박 NOx 트랩 촉매는 하나 이상의 산소 저장 성분, 바람직하게는 지르코니아, 세리아, 란타나, 프라세오다이미아, 네오다이미아, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 산소 저장 성분을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 희박 NOx 트랩 촉매는 세리아, 란타나, 프라세오다이미아, 네오다이미아, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 산소 저장 성분을 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 더욱 바람직하게는 산소 저장 성분은 세리아 및/또는 프라세오다이미아를 포함한다. 본 발명에 따르면, 희박 NOx 트랩 촉매에 포함된 산소 저장 성분은 세리아를 포함하는 것이 특히 바람직하고, 더욱 바람직하게는 희박 NOx 트랩 촉매에 포함된 산소 저장 성분은 세리아 및/또는 프라세오다이미아이다. 본 발명에 따르면, 희박 NOx 트랩 촉매에 포함된 산소 저장 성분이 세리아인 것이 특히 바람직하다. 본원에 정의된 바와 같이, 지르코니아, 세리아, 란타나, 프라세오다이미아, 네오다이미아는 바람직하게는 각각 화합물 ZrO2, CeO2, La2O3, Pr6O11, 및 Nd2O3을 지칭한다.
본 발명에 따르면, 상기 하나 이상의 성분이 주어진 조건 하에 산소 가스로부터 산소를 가역적으로 저장하기에 적합하기만 하면, 바람직하게는 희박 NOx 트랩 촉매에 함유되며 따라서 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유되는 하나 이상의 산소 저장 성분의 양에 대한 특정한 제한은 없다. 따라서, 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 상기 하나 이상의 산소 저장 성분은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.01 내지 3 g/in3 범위의 양으로 함유될 수 있다. 본 발명에 따르면, 그러나, 상기 하나 이상의 산소 저장 성분은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 0.05 내지 2 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.2 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 1 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 0.8 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.45 내지 0.7 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.6 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.53 내지 0.55 g/in3 범위의 양으로 함유된다.
SCR 촉매의 양에 대하여 상응하게, 출구 말단으로부터 기재 축 길이의 100-x%까지에서 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 6g/in3의 양으로, 예컨대 촉매화된 매연 필터에, 특히 출구 말단으로부터 기재 축 길이의 100-x%까지 연장되는 SCR 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터 부분에 함유될 수 있도록, 동일한 원리로 적용된다. 그러나, 본 발명에 따라, SCR 촉매가, 0.1 내지 5g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9g/in3의 양으로, 출구 말단으로부터 기재 축 길이의 100-x%까지 연장되는 SCR 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터 부분에 함유되는 것이 바람직하다. 완벽을 기하기 위해, 본원의 의미 내에서는, g/in3 또는 g/ft3 단위로 표현되는 촉매화된 매연 필터 및 다른 촉매화된 모놀리스(monolith) 중 물질의 양이 모놀리스의 (촉매) 성분 부피의 해당 물질의 담지량(g)을 반영함에 주목해야 한다. 이를 위하여, 모놀리스 또는 벌집형 구조체의 부피는 그의 단면적 및 길이에 기초하여 계산된다. NOx를 포획하기에 적합한 상기 하나 이상의 성분 이외에, 및 바람직하게는 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 하나 이상의 알칼리 토금속 이외에, 상기 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 추가 성분에 관하여, 임의의 고려가능한 하나 이상의 추가 성분이 이에 함유될 수 있도록, 제한이 적용되지 않는다. 본 발명에 따르면, 그러나, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 하나 이상의 백금 족 금속, 더욱 바람직하게는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 백금, 팔라듐, 로듐, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하고, 더욱 바람직하게는, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 백금, 더욱 바람직하게는 백금 및 팔라듐을 포함하고, 더욱 더 바람직하게는 백금, 팔라듐, 및 로듐이 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 희박 NOx 트랩 촉매에 백금 족 금속으로서 함유된다.
상기 하나 이상의 백금 족 금속이 희박 NOx 트랩 촉매에 함유되며 따라서 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유되는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에서, 희박 NOx 트랩 촉매가 배기 가스 내에 함유된 NOx를 효과적으로 포획할 수 있는 한, 특정한 제한이 적용되지 않는다. 따라서, 예컨대, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유된 하나 이상의 백금 족 금속은, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 1 내지 200 g/ft3의 하나 이상의 백금 족 금속의 양으로 함유될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 하나 이상의 백금 족 금속은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 측정될 때 5 내지 150 g/ft3의 하나 이상의 백금 족 금속의 양으로 함유되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 하나 이상의 백금 족 금속은 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 10 내지 120 g/ft3, 더욱 바람직하게는 30 내지 100 g/ft3, 더욱 바람직하게는 40 내지 80 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 70 g/ft3, 더욱 바람직하게는 55 내지 65 g/ft3 범위의 양으로 함유된다.
본 발명에 따르면, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 백금을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 상기 바람직한 실시양태에 따르면, 마찬가지로, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유될 수 있는 백금의 양에 대해 본 발명에 따른 특정한 제한은 없다. 따라서, 예컨대, 백금은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.5 내지 180 g/ft3의 백금의 양으로 함유될 수 있고, 이때 백금은 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 1 내지 140 g/ft3, 더욱 바람직하게는 5 내지 110 g/ft3, 더욱 바람직하게는 10 내지 90 g/ft3, 더욱 바람직하게는 30 내지 70 g/ft3, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 55 g/ft3 범위의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 팔라듐을 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 이때 팔라듐은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유된다. 상기 희박 NOx 트랩 촉매에 백금을 포함하는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에서, 팔라듐이 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유될 수 있는 양에 대해서는 마찬가지로 특정한 제한이 없다. 따라서, 예컨대, 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유되는 팔라듐은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.05 내지 18 g/ft3의 팔라듐의 양으로 존재할 수 있고, 이때 바람직하게는 팔라듐은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 0.1 내지 15 g/ft3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 12 g/ft3, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5 g/ft3 범위의 양으로 함유된다.
최종적으로, 본 발명에 따르면, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 로듐을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 희박 NOx 트랩 촉매에 팔라듐 및/또는 백금을 포함하는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 관하여, 다시 말하자면, 로듐이 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 함유될 수 있는 양에 대한 특정한 제한은 없다. 따라서, 예컨대, 로듐은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장된 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.05 내지 18 g/ft3의 로듐의 양으로 함유될 수 있고, 이때 바람직하게는, 로듐은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 0.1 내지 15 g/ft3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 12 g/ft3, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5 g/ft3의 양으로 함유된다.
상기 희박 NOx 트랩 촉매가 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 백금 족 금속은 각각, 서로 독립적으로, 상기 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 백금 족 금속이 벽 유동 기재 상에 직접 함유될 수 있고/있거나 이후에 벽 유동 기재 상에 제공되는 별개의 지지 물질 상의 촉매화된 매연 필터에 함유될 수 있도록 하는 임의의 적합한 방식으로 벽 유동 기재 상에 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는 하나 이상의 백금 족 금속, 및 바람직하게는 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 백금 족 금속은 지지 물질 상에 지지되고, 특히 촉매화된 매연 필터는, 지지 물질 상에, 특히 이후에 촉매화된 매연 필터의 벽 유동 기재 상에 지지되는 특정 지지 물질 상에 지지되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 미립자 지지 물질 상에 임의의 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는, 바람직하게는, 백금 족 금속을 각각 포함하는 것이 바람직하다.
상기 바람직한 특정 실시양태에 따라 사용될 수 있는 지지 물질과 관련하여서는, 임의의 적합한 미립자 지지 물질이 이러한 목적으로 사용될 수 있도록, 특별히 제한하는 바가 없다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의백금 족 금속이 개별적으로 지지되는 미립자 지지 물질은 서로 독립적으로 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 이때 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 지르코니아-알루미나 및/또는 마그네시아-세리아-알루미나이다.
본 발명에 따르면, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 팔라듐 및 백금을 둘다 포함하고, 백금 족 금속은 미립자 지지 물질 상에 지지되는 것이 특히 바람직하다. 상기 바람직한 실시양태에 따르면, 백금 및 팔라듐이 동일 입자 상에 적어도 부분적으로 또는 전부 지지되든지, 또는 백금 및 팔라듐이 미립자 지지 물질의 별개의 입자 상에 지지되든지에 대한 제한은 없다. 본 발명에 따르면, 그러나, 백금 및 팔라듐은 미립자 지지 물질의 동일 입자 상에 지지되는 것이 특히 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 마그네시아-세리아-알루미나이고, 바람직하게는 상기 마그네시아-세리아-알루미나는 마그네시아 및 세리아로 도핑된 알루미나로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 알루미나는 100 중량%의 마그네시아-세리아-알루미나에 기초하여 1 내지 30 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 10 내지 20 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 12 내지 18 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 14 내지 16 중량%의 마그네시아, 및 이에 독립적으로, 100 중량%의 마그네시아-세리아-알루미나에 기초하여 0.5 내지 25 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 7 내지 12 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 9 내지 11 중량%의 세리아로 도핑된다.
전술된 특히 바람직한 실시양태에 대안적으로 또는 이에 덧붙여, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 로듐을 포함하고, 이때 로듐은 바람직하게는 미립자 지지 물질 상에 지지된다. 백금 및 팔라듐에 대해서, 로듐이 지지될 수 있는 미립자 지지 무질의 유형 또는 개수에 대한 특정한 제한은 없으며, 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따르면, 로듐은 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군로부터 선택되는 미립자 지지 물질 상에 지지되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 지르코니아-알루미나이고, 바람직하게는 상기 지르코니아-알루미나는 지르코니아로 도핑된 알루미나로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 알루미나는 100 중량%의 지르코니아-알루미나에 기초하여 1 내지 50 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 5 내지 40 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 18 내지 22 중량%의 지르코니아로 도핑된다.
상기 희박 NOx 트랩 촉매이 백금, 팔라듐, 및 로듐을 포함하며 상기 성분들 모두가 하나 이상의 미립자 지지 물질 상에 제공되는 본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 다시 말하면, 상기 원소들 중 하나 이상이 적어도 부분적으로 또는 전부 하나 이상의 미립자 지지 물질의 동일한 입자 상에 지지되든지, 또는 3개의 백금 족 금속 중 2개가 적어도 부분적으로 또는 전부 하나 이상의 미립자 지지 물질의 입자 상에 지지되고 제 3 백금 족 금속이 미립자 지지 물질의 별개의 입자 상에 지지되든지에 대한 특정한 제한은 없다. 본 발명에 따르면, 그러나, 상기 희박 NOx 트랩 촉매는 백금, 팔라듐, 및 로듐을 포함하고, 이때 로듐은, 팔라듐 및 백금보다는 미립자 지지 물질의 별개의 입자 상에 지지되는 것이 특히 바람직하다.
SCR 촉매에 대해서는, 입자가 개별적인 입구 채널 벽 및 출구 채널 벽의 표면뿐만 아니라 채널 벽 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에도 제공될 수 있다는 전제 하에, 본 발명의 임의의 바람직한 및 특히 바람직한 실시양태에 따라 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는 하나 이상의 백금 족 금속이 지지되는 미립자 지지 물질의 크기에 대해서는 특정한 제한이 적용되지 않는다. 이를 달성하기 위하여, 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는 하나 이상의 백금 족 금속이 지지되는 미립자 지지 물질의 평균 입자 크기 D90은 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 예로서, 미립자 지지 물질의 평균 입자 크기 D90은 0.5 내지 25㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 평균 입자 크기 D90은 1 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 6 내지 12㎛, 더욱 바람직하게는 8 내지 10㎛이다.
본 발명에 따라, 본 발명의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 미립자 지지 물질이 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 양에 대해서는 특정한 제한이 없다. 그러므로, 예로서, 희박 NOx 트랩 촉매는 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정된 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 5g/in3의 양으로 미립자 지지 물질을 포함할 수 있고, 이때 바람직하게는 미립자 지지 물질은 0.1 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 1.8g/in3, 더욱 바람직하게는 1.4 내지 1.6g/in3의 양으로 희박 NOx 트랩 촉매에 포함된다. 본 발명에 따라, 희박 NOx 트랩 촉매는 1.45 내지 1.55g/in3의 양으로 미립자 지지 물질을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
촉매화된 매연 필터를 제공하는데 덧붙여, 본 발명은 또한 촉매화된 매연 필터를 제조하는 방법, 특히 본원에서 한정되는 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따라 본 발명의 촉매화된 매연 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다. 그러므로, 본 발명은 촉매화된 매연 필터를 제조하는 방법, 바람직하게는 본원의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터를 제조하는 방법에 관한 것이고, 이때 상기 방법은
(i) 다공성 벽 유동 기재를 제공하는 단계로서, 상기 벽 유동 기재가 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널이 개방된 입구 말단과 폐쇄된 출구 말단을 갖는 입구 채널, 및 폐쇄된 입구 말단과 개방된 출구 말단을 갖는 출구 채널을 포함하는, 단계;
(ii) 미립자 지지 물질을 로듐 화합물의 수용액으로 함침시키는 단계,
(iii) 지지된 Rh 분말을 제공하기 위해, 단계 (ii)에서 수득된 함침된 미립자 지지 물질을 하소시키는 단계,
(iv) 제 1 슬러리를 제공하기 위해, 미립자 지지 물질을 증류수와 혼합시키고, 이어서 여기에 팔라듐 화합물 수용액 및 백금 화합물 수용액을 첨가하는 단계,
(v) 제 2 슬러리를 제공하기 위해, 상기 지지된 Rh 분말, 하나 이상의 산소 저장 물질, 및 하나 이상의 알칼리 토금속 화합물을 단계 (iv)에서 수득된 제 1 슬러리에 첨가하는 단계,
(vi) 임의적으로, 상기 제 2 슬러리를 밀링하는 단계로서, 상기 제 2 슬러리가 상기 다공성 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 평균 입자 크기 D90을 나타내는, 단계;
(vii) 제 3 슬러리를 제공하기 위하여, 고체 SCR 촉매를 증류수에 현탁시키고, 생성된 혼합물을 임의적으로 밀링하는 단계로서, 상기 제 3 슬러리가 상기 다공성 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 평균 입자 크기 D90을 나타내는, 단계;
(viii) 상기 벽 유동 기재의 입구 말단을, 상기 입구 말단으로부터 연장되는 상기 기재 축 길이의 x%(이때 x는 0 초과 내지 100 미만임)까지 상기 제 2 슬러리 내로 함침함으로써, 상기 벽 유동 기재의 입구 채널 벽의 일부를 코팅하는 단계;
(ix) 상기 제 2 슬러리로부터 상기 벽 유동 기재를 제거하고, 바람직하게는 출구 채널의 벽을 통해 벽 유동 기재의 코팅된 입구 채널 내로 공기를 불어넣음으로써, 상기 입구 채널로부터 과잉 슬러리를 제거하는 단계;
(x) 상기 벽 유동 기재의 출구 말단을, 상기 출구 말단으로부터 연장되는 상기 기재 축 길이의 100-x%까지 상기 제 3 슬러리 내로 함침함으로써, 상기 벽 유동 기재의 출구 채널 벽의 일부를 코팅하는 단계;
(xi) 상기 제 3 슬러리로부터 상기 벽 유동 기재를 제거하고, 바람직하게는 입구 채널의 벽을 통해 벽 유동 기재의 코팅된 출구 채널 내로 공기를 불어넣음으로써, 상기 출구 채널로부터 과잉 슬러리를 제거하는 단계; 및
(xii) 임의적으로, 상기 코팅된 벽 유동 기재를 건조 및/또는 하소하는 단계
를 포함한다.
단계 (ii)에서의 미립자 지지 물질의 함침과 관련하여, 상기 함침이 달성될 수 있는 방법에 대해 본 발명에 따른 특정한 제한은 없다. 그러나, 본 발명에 따르면, 로듐 화합물의 수용액에 의한 미립자 지지 물질의 함침 (ii)은 초기 습윤법(incipient wetness)에 의해 달성된다.
촉매화된 매연 필터를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 단계 (iiiv) 및 (x)에서 정의되는 바와 같이 다공성 벽 유동 필터 기재의 개별적인 부분을 코팅하는 세 단계를 포함한다. 개별적인 코팅 단계 사이에, 또한 다공성 벽 유동 기재의 코팅을 종결한 후에, 개별적인 코팅 단계로부터의 과잉 슬러리를 단계 (ix) 및 (xi)에서 개별적으로 제거한다. 마지막으로, 코팅된 다공성 벽 유동 기재에 대해 바람직하게는 임의적인 (xii) 건조 및/또는 하소 단계를 수행한다. 그러나, 추가적인 코팅을 도포하기 전에 개별적인 코팅이 벽 유동 기재에 충분히 고정되도록 하기 위해서는, 본 발명의 방법에 따라, 단계 (ix)과 (x) 사이에서, 코팅된 벽 유동 필터 기재에 대해 건조 및/또는 하소 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
촉매화된 매연 필터를 제조하는 본 발명의 방법에 사용되는 하나 이상의 바람직한 건조 및/또는 하소 단계에 사용될 수 있는 온도에 대해서는, 원칙적으로 코팅된 다공성 벽 유동 기재의 건조 및/또는 하소에 임의의 온도가 개별적으로 이용될 수 있도록, 특정한 제한을 두지 않는다. 따라서, 건조 단계와 관련하여, 개별적인 단계는 50 내지 200℃ 범위 중 임의의 곳에 포함되는 건조 온도에서 독립적으로 수행될 수 있고, 이때 하나 이상의 건조 단계에서의 건조 온도는 서로 독립적으로 70 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 80 내지 150℃, 더욱 바람직하게는 90 내지 130℃, 더욱 바람직하게는 100 내지 120℃인 것이 바람직하다.
따라서, 250 내지 800℃일 수 있는 하나 이상의 하소 단계에서의 하소 온도에 대해서도 동일한 원칙이 적용되는데, 이때 본 발명에 따라, 하나 이상의 하소 단계에서의 하소 온도가 서로 독립적으로 300 내지 600℃, 더욱 바람직하게는 350 내지 550℃, 더욱 바람직하게는 400 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 430 내지 480℃, 더욱 바람직하게는 440 내지 460℃인 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 포함되는 하나 이상의 하소 단계의 지속시간과 관련하여서는, 하소된 코팅된 다공성 벽 유동 기재가 수득될 수 있다는 전제 하에, 다시 특별하게 제한되지 않는다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 하소 단계에서의 하소의 지속시간은 서로 독립적으로 0.1 내지 5시간일 수 있고, 이때 본 발명의 방법에 따라, 하나 이상의 하소 단계에서의 하소 시간이 서로 독립적으로 0.3 내지 3시간, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2시간, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.5시간, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.3시간, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1시간인 것이 바람직하다.
개별적인 제 1 슬러리 및 제 2 슬러리가 본 발명에 따른 촉매화된 매연 필터의 개별적인 입구 채널 벽 및 출구 채널 벽 상에 제공되는 한도에 대해서는, 입구 말단으로부터 제공되는 제 1 슬러리의 길이 및 출구 말단으로부터 제공되는 제 2 슬러리의 길이가 기재 축 길이, 즉 그의 100%에 달한다는 전제 하에, 원칙적으로 입구 채널 벽의 임의의 부분이 입구 말단으로부터 전체 기재 축 길이 미만까지 연장되는 제 1 슬러리로 코팅될 수 있고, 따라서 출구 채널 벽의 임의의 부분에 출구 말단으로부터 전체 기재 축 길이 미만의 길이까지 연장되는 제 2 슬러리가 제공될 수 있도록, 특정한 제한이 부여되지 않는다. 그러므로, 예로서, x는 5 내지 95일 수 있고, 이때 x가 15 내지 85, 더욱 바람직하게는 25 내지 75, 더욱 바람직하게는 35 내지 65, 더욱 바람직하게는 45 내지 55인 것이 바람직하다. 본 발명의 방법에 따라, 그러나, 다르게는, x는 5 내지 65 범위가 바람직하고, x는 바람직하게는 15 내지 55, 더욱 바람직하게는 20 내지 45, 더욱 바람직하게는 25 내지 35 범위이다.
지지된 로듐 분말을 제공하기 위해 상기 미립자 지지 물질을 함침시키는 본 발명의 방법의 단계 (ii)에서 사용될 수 있는 로듐 화합물과 관련하여, 임의의 고려가능한 로듐 화합물이 이 효과를 위해 사용될 수 있고, 이때 단계 (ii)에서 수용액으로서 첨가되는 로듐 화합물은 로듐 염, 더욱 바람직하게는 질산로듐, 황산로듐, 염화로듐, 아세트산로듐, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 로듐 염이고, 더욱 바람직하게는 상기 로듐 염은 질산로듐이다.
제 1 슬러리를 제조하기 위해 본 발명의 방법의 단계 (iv)에서 사용될 수 있는 팔라듐 화합물에 대해서는, 이를 위해 임의의 가능한 팔라듐 화합물을 사용할 수 있고, 이때 단계 (iv)에서 수용액으로서 첨가되는 팔라듐 화합물이 팔라듐 염, 더욱 바람직하게는 질산팔라듐, 황산팔라듐, 염화팔라듐, 염화사아민팔라듐 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 팔라듐 염인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 팔라듐 염은 질산팔라듐이다.
제 2 슬러리를 제조하기 위해 본 발명의 방법의 단계 (iv)에서 사용될 수 있는 백금 화합물에 대해서는, 이를 위해 임의의 가능한 백금 화합물을 사용할 수 있고, 이때 단계 (iv)에서 수용액으로서 첨가되는 백금 화합물이 백금 염, 더욱 바람직하게는 질산백금, 황산백금, 염화백금, 수산화사모노에탄올아민백금 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 백금 염인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 백금 염은 수산화사모노에탄올아민백금이다.
본 발명의 방법의 단계 (i)에서 사용될 수 있는 다공성 벽 유동 기재에 관해서는, 그의 형상과 치수에 대해서뿐만 아니라 그를 형성하는 물질에 대해서도 특정한 제한이 없다. 그러나, 본 발명에 따라, 다공성 벽 유동 기재가, 상기 벽 유동 기재의 각각의 벽이 개별적으로 입구 채널의 표면인 제 1 표면 및 출구 채널의 표면인 제 2 표면을 갖도록, 막힌 입구 말단과 출구 말단을 교대로 갖는 벌집형 기재인 것이 바람직하다.
따라서, 공극률이 40 내지 85%일 수 있고, 바람직하게는 45 내지 80%, 더욱 바람직하게는 50 내지 75%, 더욱 바람직하게는 55 내지 70%, 더욱 바람직하게는 60 내지 65%이도록, 본 발명의 방법의 단계 (i)에서 사용될 수 있는 벽 유동 기재의 벽의 공극률에 대해서도 동일한 원칙이 적용된다. 본원에 정의되는 공극률과 관련하여, 상기 공극률이 수은 관입 방법을 통해, 더욱 바람직하게는 ISO 15901-1:2005에 따라 수득되는 것이 바람직하다.
단계 (i)에서 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기와 관련하여서도, 임의의 적합한 평균 공극 크기를 나타내는 벽 유동 기재가 사용될 수 있도록, 특정한 제한을 두지 않는다. 그러므로, 예로서, 기재의 벽의 평균 공극 크기는 5 내지 50㎛, 바람직하게는 10 내지 40㎛, 더욱 바람직하게는 13 내지 35㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 30㎛, 더욱 바람직하게는 17 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 18 내지 22㎛일 수 있다. 공극률에 대해서는, 기재의 벽의 평균 공극 크기가 코팅되지 않은(즉, 그 위에 SCR 촉매 및 팔라듐 성분과 백금 성분이 제공되기 전의) 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기임을 알아야 한다. 또한, 기재의 공극률과 관련하여, 또한 본원에서 정의되는 벽의 평균 공극 크기는, 바람직하게는 수은 공극률 측정법에 의해 결정되고 더욱 바람직하게는 ISO 15901-1:2005에 따라 수득되는 평균 공극 크기를 말한다.
상기 나타낸 바와 같이, 예컨대 단계 (i)에서 제공되는 벽 유동 기재가 금속, 금속 산화물 및 세라믹 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있도록, 상기 벽 유동 기재를 구성하는 물질에 대해서는 특별하게 제한되는 바가 없고, 이때 바람직하게는 벽 유동 필터를 구성하는 물질은 코디어라이트, 티탄산알루미늄, 탄화규소, 물라이트 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하고, 더욱 바람직하게는 벽 유동 기재는 코디어라이트, 티탄산알루미늄 또는 탄화규소, 바람직하게는 탄화규소로 제조된다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 고체 SCR 촉매와 관련하여, 암모니아를 사용한 환원을 통한 NOx의 N2로의 선택적인 촉매적 환원이 고체 SCR 촉매에 함유되는 물질에 의해 촉진될 수 있다는 전제 하에, 상기 고체 SCR 촉매에 함유되는 물질이 특별히 제한되지는 않는다. 그러므로, 임의의 적합한 SCR-활성 물질이 고체 SCR 촉매에 포함될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 고체 SCR 촉매가 하나 이상의 제올라이트, 더욱 바람직하게는 BEA, CHA, FAU, FER, HEU, LEV, MEI, MEL, MFI, MOR, 및 이들 중 둘 이상의 혼합된 구조 및 조합으로 이루어진 군으로부터, 더욱 바람직하게는 BEA, CHA, LEV, MFI, 및 이들 중 둘 이상의 혼합된 구조 및 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조 유형을 갖는 하나 이상의 제올라이트를 포함하는 것이 바람직하고, 이때 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트는 BEA 및/또는 CHA 구조 유형, 바람직하게는 CHA 구조 유형이고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트는 카바자이트를 포함하고, 하나 이상의 제올라이트는 바람직하게는 카바자이트이다.
본 발명에 따라, 본 발명의 방법의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따라 단계 (vii)에서 사용되는 고체 SCR 촉매에 포함되는 하나 이상의 제올라이트가 하나 이상의 전이 금속을 함유하는 것이 또한 바람직하다. 고체 SCR 촉매에 바람직하게 포함되는 하나 이상의 제올라이트에 바람직하게 함유되는 하나 이상의 전이 금속과 관련하여, 원칙적으로는 임의의 가능한 전이 금속이 그에 함유될 수 있도록 특정한 제한이 적용되지 않는다. 그러나, 본 발명에 따라, 하나 이상의 제올라이트가 Pt, Pd, Rh, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, V, Nb 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속, 더욱 바람직하게는 Cu, Co, Cr, Ni, Fe 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속을 함유하는 것이 바람직하고, 이때 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트는 Cu 및/또는 Fe, 바람직하게는 Cu를 함유한다.
촉매화된 매연 필터의 고체 SCR 촉매에 바람직하게 포함되는 하나 이상의 제올라이트가 하나 이상의 전이 금속을 함유하는 본 발명의 방법의 바람직한 특정 실시양태와 관련하여, 개별적인 전이 금속이 하나 이상의 제올라이트에 함유되는 상태, 특히 하나 이상의 전이 금속을 제올라이트 내로 도입하는 방법에 대해서는 특정한 제한이 없다. 그러나, 본 발명에 따라, 고체 SCR 촉매에 바람직하게 포함되는 하나 이상의 제올라이트에 함유되는 하나 이상의 전이 금속이 이온-교환 및/또는 함침에 의해 제올라이트 내로 도입되는 것이 바람직하고, 이때 하나 이상의 전이 금속이 이온-교환에 의해 그에 도입되는 것이 특히 바람직하다.
하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 바람직한 제올라이트가 벽 유동 기재 상으로 코팅되는 양에 대해서는, 이들이 임의의 적합한 양으로 그 위에 코팅될 수 있도록 특정한 제한이 없다. 그러므로, 예로서, 단계 (x) 및 (xi)에서, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트는, 하소된 상태에서, 또한 출구 말단으로부터 기재의 축 길이의 100-x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 총 부피를 기준으로, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트의 총 중량으로서 계산될 때 0.05 내지 6g/in3, 바람직하게는 0.1 내지 5g/in3의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트가 0.5 내지 4g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 1.3g/in3의 양으로 벽 유동 기재에 코팅되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라, 단계 (x) 및 (xi)에서, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트가 1.5 내지 1.9g/in3의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅되는 것이 특히 바람직하다.
단계 (vii)에서 수득되는 제 3 슬러리에 함유되는 고체 SCR 촉매의 입자 크기에 대해서는, (x) 및 (xi)에서 입자가 입구 채널 벽의 표면 뿐만 아니라 채널 벽 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에도 코팅될 수 있다는 전제 하에, 특별히 제한되지 않는다. 이를 달성하기 위하여, 고체 SCR 촉매의 평균 입자 크기 D90이 기재 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 것이 바람직하다. 그러므로, 예로서, 고체 SCR 촉매의 평균 입자 크기 D90은 0.5 내지 20㎛일 수 있고, 더욱 바람직하게는 평균 입자 크기 D90은 1 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 4 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 7㎛이다.
본 발명에 따라, 각각 단계 (viii)와 (ix)에서 벽 유동 기재 상으로 코팅될 수 있는 로듐, 팔라듐 또는 백금의 양과 관련하여서는 특정한 제한이 없다. 따라서, 로듐과 관련하여, 이는 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정된 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.5 내지 20g/ft3의 로듐의 양으로, 단계 (viii) 및 (ix)에서 입구로부터 기재 축 길이의 x%까지 벽 유동 기재 상으로 코팅될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 로듐이 1 내지 15g/ft3, 더욱 바람직하게는 2 내지 10g/ft3, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 8g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 7g/ft3, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 6.5g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5g/ft3의 양으로, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 벽 유동 기재 상으로 코팅되는 것이 바람직하다. 팔라듐에 관해서는, 이는, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정된 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.5 내지 20g/ft3의 팔라듐의 양으로, 단계 (viii) 및 (ix)에서 입구로부터 기재 축 길이의 x%까지 벽 유동 기재 상으로 코팅될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 팔라듐이 1 내지 15g/ft3, 더욱 바람직하게는 2 내지 10g/ft3, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 8g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 7g/ft3, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 6.5g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5g/ft3의 양으로, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 벽 유동 기재 상으로 코팅되는 것이 바람직하다.
백금의 양에 대해서 상응하게, 백금이 예컨대 단계 (viii) 및 (ix)에서 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 벽 유동 기재로, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.5 내지 180 g/ft3의 백금의 양으로 코팅될 수 있도록 동일한 원리로 적용된다. 본 발명에 따르면, 백금은 단계 (viii) 및 (ix)에서 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 벽 유동 기재로, 1 내지 140 g/ft3, 더욱 바람직하게는 5 내지 110 g/ft3, 더욱 바람직하게는 10 내지 90 g/ft3, 더욱 바람직하게는 30 내지 70 g/ft3, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 55 g/ft3 범위의 양으로 코팅되는 것이 바람직하다.
로듐을 지지하기 위해 단계 (ii)에서 사용될 수 있는 미립자 지지 물질에 관하여, 임의의 적합한 미립자 지지 물질이 이를 위해 사용될 수 있도록 특정한 제한은 없다. 따라서, 예컨대, 로듐이 지지될 수 있는 미립자 지지 물질은, 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 지르코니아-알루미나이고, 바람직하게는 상기 지르코니아-알루미나는 지르코니아로 도핑된 알루미나로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 알루미나는 100 중량%의 지르코니아-알루미나에 기초하여 1 내지 50 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 5 내지 40 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 18 내지 22 중량%의 지르코니아로 도핑된다.
팔라듐 및 백금을 지지하기 위해 단계 (iv)에서 사용될 수 있는 미립자 지지 물질에 관하여, 다시 말하면, 임의의 적합한 미립자 지지 물질이 이를 위해 사용될 수 있도록 특정한 제한은 없다. 따라서, 예컨대, 팔라듐 및 백금이 지지되는 미립자 지지 물질은 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 마그네시아-세리아-알루미나이고, 바람직하게는 상기 마그네시아-세리아-알루미나는 마그네시아 및 세리아로 도핑된 알루미나로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 알루미나는 100 중량%의 마그네시아-세리아-알루미나에 기초하여 1 내지 30 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 10 내지 20 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 12 내지 18 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 14 내지 16 중량%의 마그네시아, 및 이와는 독립적으로, 100 중량%의 마그네시아-세리아-알루미나에 기초하여 0.5 내지 25 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 7 내지 12 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 9 내지 11 중량%의 세리아로 도핑된다.
SCR 촉매에서, 입자들이 개별적으로 단계 (viii) 및 (ix)에서 입구 채널 벽의 표면 뿐만 아니라 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면의 적어도 일부 상에 코팅될 수 있는 한, 로듐이 단계 (ii)에서 지지되고 팔라듐 및 백금이 단계 (iv)에서 지지되는 미립자 지지 물질의 크기에 대해 특정한 제한은 없다. 이를 달성하기 위해, 로듐 및 백금 및 팔라듐이 각각 지지되는 단계 (ii) 및 (iv)의 미립자 지지 물질의 평균 입자 크기 D90는 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 예컨대, 각각의 미립자 지지 물질의 평균 입자 크기 D90은 0.5 내지 25 ㎛ 범위일 수 있고, 바람직하게는 상기 평균 입자 크기 D90은 1 내지 20 ㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 15 ㎛, 더욱 바람직하게는 6 내지 12 ㎛, 더욱 바람직하게는 8 내지 10 ㎛ 범위이다.
본 발명에 따르면, 단계 (viii) 및 (ix)에서 본 방법의 임의의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 미립자 지지 물질이 벽 유동 기재로 코팅될 수 있는 양에 대해서는 특정한 제한이 없다. 따라서, 예컨대, 상기 미립자 지지 물질은 단계 (viii) 및 (ix)에서 벽 유동 기재로, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 5 g/in3 범위의 양으로 코팅될 수 있고, 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 0.1 내지 3 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 2 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 1.8 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.4 내지 1.6 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.45 내지 1.55 g/in3 범위의 양으로 단계 (viii) 및 (ix)에서 코팅된다.
고체 SCR 촉매가 단계 (x) 및 (xi)에서 벽 유동 기재로 코팅될 수 있는 양에 대해서 상응하게, 다시 말하자면, 임의의 적합한 양이 제공될 수 있도록 특정한 제한이 적용되지 않게, 동일한 원리가 적용된다. 따라서, 예컨대, 고체 SCR 촉매는 단계 (x) 및 (xi)에서 벽 유동 기재로, 출구 말단으로부터 기재 축 길이의 100-x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 6 g/in3 범위의 양으로 코팅될 수 있다. 본 발명에 따르면, 그러나, 단계 (x) 및 (xi)에서 상기 고체 SCR 촉매는 0.1 내지 5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3 g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9 g/in3 범위의 양으로 벽 유동 기재로 코팅되는 것이 바람직하다.
본원에 기재되는 전술한 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터를 제공하는 것 외에, 본원은 또한 본원에서 정의되는 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 본 발명의 촉매화된 매연 필터의 제조 방법에 의해 수득되고/되거나 수득가능한 촉매화된 매연 필터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 본원의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 본 발명의 방법에 의해 직접 수득가능한 촉매화된 매연 필터(즉, 이의 직접 생성물)뿐만 아니라; 수득가능한, 즉 본원의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 본 발명의 방법에 의해 수득될 수 있다는 전제 하에, 촉매화된 매연 필터가 수득되는 실제 방법에 상관없이 본원의 임의의 바람직한 특정 실시양태에서 한정되는 본 발명의 방법에 따라 수득가능한 임의의 촉매화된 매연 필터에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에서 정의된 본 발명의 임의의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터는 특히 배기 가스 라인 등에서 그 자체로 또는 하나 이상의 추가의 촉매적 및/또는 비-촉매적 성분과 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 또한 본 발명은 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 본 발명의 촉매화된 매연 필터가 배출물 처리 시스템에 포함된, 배출물 처리 시스템에 관한 것이다.
그러므로, 또한 본 발명은, 본원에 기재된 임의의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터(CSF) 또는 본 방법의 임의의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 제조 방법에 의해 수득가능하고/하거나 수득되는 촉매화된 매연 필터, 및 상기 SCF의 상류에 위치된 희박 NOx 트랩(LNT)을 포함하는 배출물 처리 시스템에 관한 것으로서, 이때 상기 LNT 및 SCF는, 내연 엔진으로부터의 배기 가스가 LNT를 통해, 이어서 CSF를 통해 유동할 수 있도록 서로 유체 연통되고, 상기 LNT는 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하는 유동 관통 기재를 포함하고, 이때 상기 유동 관통 기재는 제 2 LNT 촉매로 코팅된다. 완벽을 기하기 위해, 배출물 처리 시스템의 LNT에 함유된 희박 NOx 트랩(LNT) 촉매에서 용어 "제 2"는, 촉매화된 매연 필터에 함유된 희박 NOx 트랩(LNT) 촉매와는 구별되게 하는 역할을 하는 것으로 본원에 기재된다. 따라서, 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터에 함유된 희박 NOx 트랩 촉매는 또한, 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템에서 LNT와 조합되어 고려되는 경우, "제 1" 희박 NOx 트랩 촉매를 구성하는 것으로 고려될 수 있다. 결과적으로, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매 또는 다르게 기재되지 않는 한, 본원의 의미 내에서 용어 "희박 NOx 트랩 촉매" 또는 "LNT 촉매"는, 특히 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템의 문맥에서 사용되는 경우 "제 1 희박 NOx 트랩" 또는 "제 1 LNT 촉매"와 동의어이다.
제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 성분이 NO 및/또는 NO2, 바람직하게는 NO로서 배기 가스에 함유된 NOx를 포획하기에 적합하거나, 또는 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유된 다른 성분에 의한 NOx의 저장을 방해하지 않는 한, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 성분에 대해 본 발명에 따른 특정한 제한은 없다. 본 발명에 따르면, 상기 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는, 하나 이상의 알칼리 토금속, 바람직하게는 Mg, Ca, Ba, Sr, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속으로부터 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매가 Mg, Ca, Ba, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속을 포함하는 것이 더욱 바람직하고, 더욱 더 바람직하게는 Mg 및/또는 Ba, 및 바람직하게는 Mg 및 Ba는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 알칼리 토금속으로서 함유된다. 상기 알칼리 토금속이 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 형태에 대해서, 특정한 제한은 적용되지 않고, 바람직하게는 특정의 바람직한 본 발명의 실시양태에 따른 하나 이상의 알칼리 토금속은 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 산화물 형태로 함유된다.
본 발명에 따르면, 바람직하게는 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유되는 하나 이상의 알칼리 토금속의 양에 대한 특정한 제한은 없다. 따라서, 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 하나 이상의 알칼리 토금속은 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에, LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.05 내지 2 g/in3의 하나 이상의 알칼리 토금속의 양으로 함유될 수 있다. 본 발명에 따르면, 그러나, 상기 하나 이상의 알칼리 토금속은 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 0.1 내지 1.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.7 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.35 내지 0.45 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.37 내지 0.42 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.39 내지 0.4 g/in3 범위의 양으로 함유되는 것이 바람직하다. 본원의 의미 내에서는, g/in3 또는 g/ft3 단위로 표현되는 촉매화된 매연 필터 및 다른 촉매화된 모놀리스 중 물질의 양이 모놀리스의 (촉매) 성분 부피의 해당 물질의 담지량(g)을 반영함에 다시 주목해야 한다. 이를 위하여, 모놀리스 또는 벌집형 구조체의 부피는 그의 단면적 및 길이에 기초하여 계산된다.
임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 NOx를 포획하기에 적합한 하나 이상의 성분 이외에 및 바람직하게는 하나 이상의 알칼리 토금속 이외에 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 추가의 성분에 관하여, 임의의 고려가능한 하나 이상의 추가 성분이 이에 함유될 수 있도록 제한이 적용되지 않는다. 본 발명에 따르면, 그러나, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는, 하나 이상의 백금 족 금속, 더욱 바람직하게는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는 백금, 팔라듐, 로듐, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하고, 더욱 바람직하게는, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는 백금, 더욱 바람직하게는 백금 및 팔라듐을 포함하고, 더욱 더 바람직하게는 백금, 팔라듐, 및 로듐은 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 백금 족 금속으로서 함유된다.
하나 이상의 백금 족 금속이 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유되는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 관하여, 상기 희박 NOx 트랩 촉매가 배기 가스에 함유된 NOx를 효과적으로 포획할 수 있는 한, 특정한 제한은 적용되지 않는다. 따라서, 예컨대, 제 2 NOx 트랩 촉매에 함유된 하나 이상의 백금 족 금속은, LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 1 내지 200 g/ft3의 하나 이상의 백금 족 금속의 양으로 이에 함유될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 하나 이상의 백금 족 금속은 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 10 내지 400 g/ft3의 하나 이상의 백금 족 금속의 양으로 함유되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 하나 이상의 백금 족 금속은 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 30 내지 300 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 250 g/ft3, 더욱 바람직하게는 80 내지 220 g/ft3, 더욱 바람직하게는 100 내지 200 g/ft3, 더욱 바람직하게는 130 내지 180 g/ft3, 더욱 바람직하게는 140 내지 160 g/ft3, 더욱 바람직하게는 145 내지 155 g/ft3 범위의 양으로 함유된다.
본 발명에 따르면, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는 백금을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 상기 바람직한 실시양태에 따르면, 다시 말하자면, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 백금의 양에 대해서 본 발명에 따른 특정한 제한은 없다. 따라서, 예컨대, 백금은 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 5 내지 400 g/ft3의 백금의 양으로 함유될 수 있고, 백금은 희박 NOx 트랩 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 부분에 10 내지 300 g/ft3, 더욱 바람직하게는 30 내지 250 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 200 g/ft3, 더욱 바람직하게는 80 내지 180 g/ft3, 더욱 바람직하게는 100 내지 150 g/ft3, 더욱 바람직하게는 120 내지 130 g/ft3, 더욱 바람직하게는 125 내지 135 g/ft3 범위의 양으로 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는 팔라듐을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 희박 NOx 트랩 촉매에 백금을 포함하는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에서, 다시 말하자면, 팔라듐이 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 양에 대해 특정한 제한은 없다. 따라서, 예컨대, 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유되는 팔라듐은 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 1 내지 50 g/ft3의 팔라듐의 양으로 존재할 수 있고, 이때 바람직하게는 팔라듐은 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 3 내지 40 g/ft3, 더욱 바람직하게는 5 내지 30 g/ft3, 더욱 바람직하게는 8 내지 25 g/ft3, 더욱 바람직하게는 10 내지 20 g/ft3, 더욱 바람직하게는 12 내지 18 g/ft3, 더욱 바람직하게는 14 내지 16 g/ft3 범위의 양으로 함유된다.
최종적으로, 본 발명에 따르면, 상기 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는 로듐을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 팔라듐 및/또는 백금을 포함하는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에서, 다시 말하자면, 로듐이 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 양에 대한 특정한 제한은 없다. 따라서, 예컨대, 로듐은 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 0.1 내지 20 g/ft3의 로듐의 양으로 함유될 수 있고, 바람직하게는, 로듐은 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 0.5 내지 15 g/ft3, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5 g/ft3 범위의 양으로 함유된다.
제 2 희박 NOx 트랩 촉매가 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하는 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 백금 족 금속은 각각, 서로 독립적으로 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 백금 족 금속이 유동 관통 기재 상에 직접 함유될 수 있고/있거나 이후에 상기 유동 관통 기재 상에 제공되는 별개의 지지 물질 상에 LNT에 함유될 수 있도록 임의의 적합한 방식으로 유동 관통 기재 상에 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는 하나 이상의 백금 족 금속, 바람직하게는 상기 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 백금 족 금속은 지지 물질, 특히 이후에 LNT의 유동 관통 기재 상에 지지되는 특정 지지 물질 상에 지지되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따르면, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는 미립자 지지 물질 상에 임의의 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는, 바람직하게는 및, 백금 족 금속을 각각 포함하는 것이 바람직하다. 상기 특정의 바람직한 실시양태에 따라 사용될 수 있는 지지 물질에 관하여, 임의의 적합한 미립자 지지 물질이 이를 위해 사용될 수 있도록 특정한 제한은 적용되지 않는다. 따라서, 예컨대, 상기 하나 이상의 알칼리 토금속 및 하나 이상의 백금 족 금속이 각각 지지되는 미립자 지지 물질은, 서로 독립적으로, 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 알루미나 및/또는 세리아, 바람직하게는 γ-알루미나이다.
본 발명에 따르면, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매가 팔라듐 및 백금을 둘다 포함하는 것이 특히 바람직하고, 이때 상기 백금 족 금속은 미립자 지지 물질 상에 지지된다. 상기 바람직한 실시양태에 따르면, 백금 및 팔라듐이 적어도 부분적으로 또는전부 동일 입자 상에 지지되든지, 또는 백금 및 팔라듐이 미립자 지지 물질의 별개의 입자 상에 지지되든지에 대한 제한은 없다. 본 발명에 따르면, 그러나, 백금 및 팔라듐은 미립자 지지 물질의 동일 입자 상에 지지되는 것이 특히 바람직하고, 이때 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 알루미나, 바람직하게는 γ-알루미나이다.
전술된 특히 바람직한 실시양태에 대안적으로 또는 이에 덧붙여, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는 로듐을 포함하고, 이때 로듐은 바람직하게는 미립자 지지 물질 상에 지지된다. 백금 및 팔라듐과 관련하여, 로듐이 지지될 수 있는 미립자 지지 물질의 유형 또는 개수에 대한 특정한 제한은 없고, 본 발명의 전술된 특정의 바람직한 실시양태에 따르면, 로듐은 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자 지지 물질 상에 지지되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 세리아 및/또는 세리아-알루미나, 바람직하게는 세리아이다.
제 2 희박 NOx 트랩 촉매가 백금, 팔라듐, 및 로듐을 포함하며 전술된 성분 모두가 하나 이상의 미립자 지지 물질 상에 제공되는 본 발명의 특히 바람직한 실시양태와 관련하여, 다시 말하자면, 상기 원소들 중 하나 이상이 적어도 부분적으로 또는 전부 하나 이상의 미립자 지지 물질의 동일한 입자 상에 지지되든지, 또는 3개의 백금 족 금속 중 2개가 적어도 부분적으로 또는 전부 하나 이상의 미립자 지지 물질의 입자 상에 지지되고, 제 3 백금 족 금속이 미립자 지지 물질의 별개의 입자 상에 지지되든지에 대한 특정한 제한은 없다. 본 발명에 따르면, 그러나, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매가 백금, 팔라듐, 및 로듐을 포함하는 것이 특히 바람직하고, 이때 팔라듐 및 백금보다는 로듐이 미립자 지지 물질의 별개의 입자 상에 지지된다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 배출물 처리 시스템의 LNT의 임의의 바람직한 및 특히 바람직한 실시양태에 따른 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는 하나 이상의 백금 족 금속이 지지되는 미립자 지지 물질의 크기에 대한 특정한 제한은 적용되지 않는다. 따라서, 예컨대, 미립자 지지 물질의 평균 입자 크기 D90은 0.5 내지 25 ㎛ 범위일 수 있고, 바람직하게는 평균 입자 크기 D90은 1 내지 20 ㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 15 ㎛, 더욱 바람직하게는 6 내지 12 ㎛, 더욱 바람직하게는 8 내지 10 ㎛ 범위이다.
본 발명에 따르면 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 미립자 지지 물질이 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 함유될 수 있는 양에 대한 특정한 제한은 없다. 따라서, 예컨대, 제 2 희박 NOx 트랩 촉매는 미립자 지지 물질을 LNT의 총 부피를 기준으로 0.5 내지 20 g/in3 범위의 양으로 포함될 수 있고, 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질은 제 2 희박 NOx 트랩 촉매에 1 내지 15 g/in3, 더욱 바람직하게는 2 내지 10 g/in3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/in3, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 6 g/in3, 더욱 바람직하게는 4 내지 5.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 4.3 내지 5.2 g/in3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5 g/in3, 더욱 바람직하게는 4.7 내지 4.9 g/in3, 더욱 바람직하게는 4.75 내지 4.85 g/in3 범위의 양으로 포함된다.
본 발명에 따르면, 상기 배출물 처리 시스템은 LNT의 상류에 위치되는 디젤 산화 촉매를 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 이때 상기 LNT는, 내연 엔진으로부터의 배기 가스가 디젤 산화 촉매를 통해, 이어서 LNT를 통해 유동할 수 있도록 디젤 산화 촉매와 유체 연통된다.
본 발명의 촉매화된 매연 필터가 수동형 SCR을 이용하는 배출물 처리 시스템에서 매우 효과적이지만, 임의의 본 발명의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템은 암모니아 및/또는 하나 이상의 탄화수소의 공급원을 내연 엔진으로부터의 배기 가스 스트림으로 다르게는 배출물 처리 시스템으로 주입하는 수단을 추가로 포함할 수 있고, 이때 암모니아는, 특정 시점에서 NOx 전환 달성을 위한 특정의 요구에 좌우되어 동일 반응계 내에서 및/또는 수동형 SCR 시스템의 도움으로 생성된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 상기 배출물 처리 시스템은 암모니아 및/또는 하나 이상의 탄화수소의 공급원을 내연 엔진으로부터의 배기 가스 스트림으로 주입하는 수단을 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 이때 상기 주입 수단은 LNT의 하류 및 CSF의 상류에 위치된다.
최종적으로, 본 발명에 따르면, 상기에서 정의된 본 발명의 임의의 특정의 바람직한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템은 내연 엔진, 바람직하게는 희박 연소 내연 엔진을 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 내연 엔진은 디젤 엔진이다.
또한, 본 발명은, 내연 엔진으로부터의 배기 가스를, 본원에 정의된 본원의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터의 입구 채널을 통해 유도하거나, 또는 본원에 정의된 본원의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 배출물 처리 시스템에 통과하게 함을 포함하는, 내연 엔진으로부터의 배출물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 본원에 기재되는 본 발명의 방법의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따라 수득되고/되거나 수득가능한 촉매화된 매연 필터를 비롯하여, 본원에 기재되는 본 발명의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 본원에 기재되는 본 발명의 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 상기 용도에 관하여, 전술한 촉매화된 매연 필터 또는 배출물 처리 시스템을 사용할 수 있는 용도에 대해서는 아무런 제한이 없고, 이때 서로 독립적으로 촉매화된 매연 필터 또는 배출물 처리 시스템은 배기 가스 배출물의 처리를 위하여, 또한 바람직하게는 내연 엔진으로부터의 배기 가스 중 NOx, 탄화수소 및 일산화탄소의 동시적 처리를 위해, 더욱 바람직하게는 NOx의 저장 및 전환을 위해 및/또는 동시적인 NOx의 저장 및 전환, NOx의 선택적인 촉매적 환원, 및 내연 엔진으로부터의 배기 가스 중 탄화수소 및 일산화탄소의 산화를 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따라, 본원에 기재되는 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터 또는 본원에 기재되는 임의의 바람직한 특정 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템을 디젤 엔젠으로부터의 배기 가스 중 NOx의 선택적인 촉매적 환원에 사용하는 것이 특히 바람직하다.
개별적인 종속에 의해 표시되는 조합 및 실시양태를 비롯한 하기의 특정한 바람직한 실시양태에 의해 본 발명을 추가로 특징을 규명한다:
1. 다공성 벽 유동 기재, 희박 NOx 트랩(LNT) 촉매, 및 선택적인 촉매적 환원(SCR)용 촉매를 포함하는 촉매화된 매연 필터(CSF)로서, 이때
상기 벽 유동 기재가 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널이 개방된 입구 말단 및 폐쇄된 출구 말단을 갖는 입구 채널, 및 폐쇄된 입구 말단 및 개방된 출구 말단을 갖는 출구 채널을 포함하고,
상기 LNT 촉매가, 상기 입구 채널 벽의 표면 중 일부 상에, 및 상기 LNT 촉매로 코팅된 입구 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되고, 상기 LNT 촉매로 코팅된 입구 채널 벽 부분이 상기 입구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 x%까지 연장되고, 여기서, x는 0 초과 내지 100 미만이고,
상기 SCR 촉매가, 상기 출구 채널 벽의 표면 중 일부 상에, 및 상기 SCR 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되고, 이때 상기 SCR 촉매로 코팅된 출구 채널 벽 부분이 상기 출구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 100-x%까지 연장되는 촉매화된 매연 필터.
2. 상기 x가 5 내지 95, 바람직하게는 15 내지 85, 더욱 바람직하게는 25 내지 75, 더욱 바람직하게는 35 내지 65, 더욱 바람직하게는 45 내지 55인, 실시양태 1의 촉매화된 매연 필터.
3. 상기 다공성 벽 유동 기재가, 상기 벽 유동 기재의 각각의 벽이 개별적으로 입구 채널의 표면인 제 1 표면 및 출구 채널의 표면인 제 2 표면을 갖도록, 막힌 입구 말단과 출구 말단을 교대로 갖는 벌집형 기재인, 실시양태 1 또는 실시양태 2의 촉매화된 매연 필터.
4. 상기 기재의 벽이 40 내지 85%, 바람직하게는 45 내지 80%, 더욱 바람직하게는 50 내지 75%, 더욱 바람직하게는 55 내지 70%, 더욱 바람직하게는 60 내지 65%의 공극률을 나타내는, 실시양태 1 내지 실시양태 3 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
5. 상기 기재의 벽의 평균 공극 크기가 5 내지 50㎛, 바람직하게는 10 내지 40㎛, 더욱 바람직하게는 13 내지 35㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 30㎛, 더욱 바람직하게는 17 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 18 내지 22㎛인, 실시양태 1 내지 실시양태 4 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
6. 상기 벽 유동 기재를 구성하는 물질이 금속, 금속 산화물, 및 세라믹 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 코디어라이트, 티탄산알루미늄, 탄화규소, 물라이트 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고, 더욱 바람직하게는 상기 벽 유동 기재가 코디어라이트, 티탄산알루미늄 또는 탄화규소, 바람직하게는 탄화규소로 제조되는, 실시양태 1 내지 실시양태 5 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
7. 상기 LNT 촉매가, LNT 촉매로 코팅된 입구 채널 벽의 표면으로부터 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 10% 이상의 깊이까지, 바람직하게는 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 15% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 20% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 35% 이상, 더욱 바람직하게는 40% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상의 깊이까지 연장되는, LNT 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되는, 실시양태 1 내지 실시양태 6 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
8. 상기 SCR 촉매가, SCR 촉매로 코팅된 출구 채널 벽의 표면으로부터 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 10% 이상의 깊이까지, 바람직하게는 코팅되지 않은 기재의 벽 두께의 15% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 20% 이상의 깊이까지, 더욱 바람직하게는 35% 이상, 더욱 바람직하게는 40% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상의 깊이까지 연장되는, SCR 촉매로 코팅된 채널 벽 부분의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되는, 실시양태 1 내지 실시양태 7 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
9. 상기 SCR 촉매가 하나 이상의 제올라이트, 바람직하게는 BEA, CHA, FAU, FER, HEU, LEV, MEI, MEL, MFI, MOR, 및 이들 중 둘 이상의 혼합된 구조 및 조합으로 이루어진 군으로부터, 더욱 바람직하게는 BEA, CHA, LEV, MFI, 및 이들 중 둘 이상의 혼합된 구조 및 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조 유형을 갖는 하나 이상의 제올라이트를 포함하고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트가 BEA 및/또는 CHA 구조 유형, 바람직하게는 CHA 구조 유형이고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트가 카바자이트를 포함하고, 하나 이상의 제올라이트가 바람직하게는 카바자이트인, 실시양태 1 내지 실시양태 8 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
10. 상기 하나 이상의 제올라이트가 하나 이상의 전이 금속, 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, V, Nb 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속, 더욱 바람직하게는 Cu, Co, Cr, Ni, Fe 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속을 함유하고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트가 Cu 및/또는 Fe, 바람직하게는 Cu를 함유하는, 실시양태 9의 촉매화된 매연 필터.
11. 상기 하나 이상의 전이 금속이 이온-교환 및/또는 함침에 의해, 바람직하게는 이온-교환에 의해 제올라이트 내로 도입되는, 실시양태 10의 촉매화된 매연 필터.
12. 상기 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트가, 하소된 상태에서, 출구 말단으로부터 기재의 축 길이의 100-x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트의 총 중량으로서 계산될 때 0.05 내지 6g/in3, 바람직하게는 0.1 내지 5g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9g/in3의 양으로, 출구 말단으로부터 기재의 축 길이의 100-x%까지 연장되는 SCR 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터의 일부에 함유되는, 실시양태 10 내지 실시양태 11 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
13. 상기 SCR 촉매의 평균 입자 크기 D90이 상기 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하이고, 바람직하게는 0.5 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 4 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 7㎛인, 실시양태 1 내지 실시양태 12 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
14. 상기 LNT 촉매가, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정된 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 6g/in3의 양으로, 바람직하게는 0.1 내지 5g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9g/in3의 양으로, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 팔라듐 LNT 촉매로 코팅된 촉매화된 매연 필터 부분에 함유되는, 실시양태 1 내지 실시양태 13 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
15. 상기 LNT 촉매가 하나 이상의 알칼리 토금속, 바람직하게는 Mg, Ca, Ba, Sr, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 Mg, Ca, Ba, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속을 포함하고, 더욱 바람직하게는 상기 LNT 촉매가 Mg 및/또는 Ba, 바람직하게는 Ba를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 14 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
16. 상기 하나 이상의 알칼리 토금속이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 LNT 촉매로 코팅된 CSF의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 CSF의 부피를 기준으로 산화물로서 계산될 때 0.01 내지 2 g/in3 범위, 바람직하게는 0.05 내지 1 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.8 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.6 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.45 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.38 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.28 내지 0.35 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.33 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.31 내지 0.32 g/in3 범위의 하나 이상의 알칼리 토금속의 양으로 함유되는, 실시양태 15의 촉매화된 매연 필터.
17. 상기 LNT 촉매가 하나 이상의 산소 저장 성분을 포함하고, 바람직하게는 상기 하나 이상의 산소 저장 성분이 지르코니아, 세리아, 란타나, 프라세오다이미아, 네오다이미아, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이때 상기 하나 이상의 산소 저장 성분이 바람직하게는 세리아 및/또는 프라세오다이미아, 더욱 바람직하게는 세리아를 포함하고, 더욱 바람직하게는 세리아 및/또는 프라세오다이미아를 포함하고, 더욱 바람직하게는 세리아가 LNT 촉매에 하나 이상의 산소 저장 성분으로서 함유되는, 실시양태 1 내지 실시양태 16 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
18. 상기 하나 이상의 산소 저장 성분이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 LNT 촉매로 코팅된 CSF의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 CSF의 부피를 기준으로 0.01 내지 3 g/in3 범위, 바람직하게는 0.05 내지 2 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.2 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 1 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 0.8 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.45 내지 0.7 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.6 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.53 내지 0.55 g/in3 범위의 양으로 함유되는, 실시양태 17의 촉매화된 매연 필터.
19. 상기 SCR 촉매가, 출구 말단으로부터 기재 축 길이의 100-x%까지 연장되는 SCR 촉매로 코팅된 CSF의 부분에, 출구 말단으로부터 기재 축 길이의 100-x%까지 측정되는 CSF의 부피를 기준으로 0.05 내지 6 g/in3 범위, 바람직하게는 0.1 내지 5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3 g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9 g/in3 범위의 양으로 함유되는, 실시양태 1 내지 실시양태 18 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
20. 상기 LNT 촉매가 하나 이상의 백금 족 금속, 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Ir, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하고, 더욱 바람직하게는, 상기 LNT 촉매는 Pt, 더욱 바람직하게는 Pt 및 Pd, 더욱 바람직하게는 Pt, Pd, 및 Rh를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 19 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
21. 상기 하나 이상의 백금 족 금속이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 LNT 촉매로 코팅된 CSF의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 CSF의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 1 내지 200 g/ft3, 바람직하게는 5 내지 150 g/ft3, 더욱 바람직하게는 10 내지 120 g/ft3, 더욱 바람직하게는 30 내지 100 g/ft3, 더욱 바람직하게는 40 내지 80 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 70 g/ft3, 더욱 바람직하게는 55 내지 65 g/ft3 범위의 하나 이상의 백금 족 금속의 양으로 함유되는, 실시양태 20의 촉매화된 매연 필터.
22. 상기 LNT 촉매가 백금을 포함하고, 상기 백금이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 LNT 촉매로 코팅된 CSF의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 CSF의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.5 내지 180 g/ft3, 바람직하게는 1 내지 140 g/ft3, 더욱 바람직하게는 5 내지 110 g/ft3, 더욱 바람직하게는 10 내지 90 g/ft3, 더욱 바람직하게는 30 내지 70 g/ft3, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 55 g/ft3 범위의 하나 이상의 백금의 양으로 함유되는, 실시양태 1 내지 실시양태 21 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
23. 상기 LNT 촉매가 팔라듐을 포함하고, 상기 팔라듐은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 LNT 촉매로 코팅된 CSF의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 CSF의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.05 내지 18 g/ft3, 바람직하게는 0.1 내지 15 g/ft3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 12 g/ft3, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5 g/ft3 범위의 하나 이상의 팔라듐의 양으로 함유되는, 실시양태 1 내지 실시양태 22 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
24. 상기 LNT 촉매가 로듐을 포함하고, 상기 로듐은 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 연장되는 LNT 촉매로 코팅된 CSF의 부분에, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 CSF의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.05 내지 18 g/ft3, 바람직하게는 0.1 내지 15 g/ft3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 12 g/ft3, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5 g/ft3 범위의 하나 이상의 로듐의 양으로 함유되는, 실시양태 1 내지 실시양태 23 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
25. 상기 LNT 촉매에 함유된 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는, 바람직하게는 및, 하나 이상의 백금 족 금속이 미립자 지지 물질 상에 지지되고, 상기 미립자 지지 물질이 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 지르코니아-알루미나 및/또는 마그네시아-세리아-알루미나인, 실시양태 15 내지 실시양태 24 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
26. 상기 LNT 촉매가 백금 및 팔라듐을 포함하고, 이때 백금 및 팔라듐이 상기 미립자 지지 물질의 동일한 입자 상에 지지되고, 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 마그네시아-세리아-알루미나이고, 바람직하게는 상기 마그네시아-세리아-알루미나가 마그네시아 및 세리아로 도핑된 알루미나로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 알루미나는 100 중량%의 마그네시아-세리아-알루미나에 기초하여 1 내지 30 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 10 내지 20 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 12 내지 18 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 14 내지 16 중량%의 마그네시아, 및 이들에 독립적으로, 100 중량%의 마그네시아-세리아-알루미나에 기초하여 0.5 내지 25 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 7 내지 12 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 9 내지 11 중량%의 세리아로 도핑되는, 실시양태 25의 촉매화된 매연 필터.
27. 상기 LNT 촉매가 로듐을 포함하고, 이때 로듐이 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자 지지 물질 상에 지지되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 지르코니아-알루미나이고, 바람직하게는 상기 지르코니아-알루미나가 지르코니아로 도핑된 알루미나로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 알루미나가 100 중량%의 지르코니아-알루미나에 기초하여 1 내지 50 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 5 내지 40 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 18 내지 22 중량%의 지르코니아로 도핑되는, 실시양태 25 또는 실시양태 26의 촉매화된 매연 필터.
28. 상기 LNT 촉매가 백금, 팔라듐, 및 로듐을 포함하고, 이때 팔라듐 및 백금보다는 로듐이 상기 미립자 지지 물질의 별개의 입자 상에 지지되는, 실시양태 25 내지 실시양태 27 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
29. 상기 미립자 지지 물질의 평균 입자 크기 D90이 서로 독립적으로 상기 기재 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하이고, 바람직하게는 0.5 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 6 내지 12㎛, 더욱 바람직하게는 8 내지 10㎛인, 실시양태 25 내지 실시양태 28 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
30. 상기 LNT 촉매가, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 5 g/in3 범위, 바람직하게는 0.1 내지 3 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 2 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 1.8 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.4 내지 1.6 g/in3, 더욱 바람직하게는 1.45 내지 1.55 g/in3 범위의 양으로 상기 미립자 물질을 포함하는, 실시양태 25 내지 실시양태 29 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
31. (i) 다공성 벽 유동 기재를 제공하는 단계로서, 상기 벽 유동 기재가 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널이 개방된 입구 말단과 폐쇄된 출구 말단을 갖는 입구 채널, 및 폐쇄된 입구 말단과 개방된 출구 말단을 갖는 출구 채널을 포함하는, 단계;
(ii) 미립자 지지 물질을 로듐 화합물의 수용액으로 함침시키는 단계,
(iii) 지지된 Rh 분말을 제공하기 위해, 단계 (ii)에서 수득된 함침된 미립자 지지 물질을 하소시키는 단계,
(iv) 제 1 슬러리를 제공하기 위해, 미립자 지지 물질을 증류수와 혼합시키고, 이어서 여기에 팔라듐 화합물 수용액 및 백금 화합물 수용액을 첨가하는 단계,
(v) 제 2 슬러리를 제공하기 위해, 상기 지지된 Rh 분말, 하나 이상의 산소 저장 물질, 및 하나 이상의 알칼리 토금속 화합물을 단계 (iv)에서 수득된 제 1 슬러리에 첨가하는 단계,
(vi) 임의적으로, 상기 제 2 슬러리를 밀링하는 단계로서, 상기 제 2 슬러리가 상기 다공성 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 평균 입자 크기 D90을 나타내는, 단계;
(vii) 제 3 슬러리를 제공하기 위하여, 고체 SCR 촉매를 증류수에 현탁시키고, 생성된 혼합물을 임의적으로 밀링하는 단계로서, 상기 제 3 슬러리가 상기 다공성 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 평균 입자 크기 D90을 나타내는, 단계;
(viii) 상기 벽 유동 기재의 입구 말단을, 상기 입구 말단으로부터 연장되는 상기 기재 축 길이의 x%(이때 x는 0 초과 내지 100 미만임)까지 상기 제 2 슬러리 내로 함침함으로써, 상기 벽 유동 기재의 입구 채널 벽의 일부를 코팅하는 단계;
(ix) 상기 제 2 슬러리로부터 상기 벽 유동 기재를 제거하고, 바람직하게는 출구 채널의 벽을 통해 벽 유동 기재의 코팅된 입구 채널 내로 공기를 불어넣음으로써, 상기 입구 채널로부터 과잉 슬러리를 제거하는 단계;
(x) 상기 벽 유동 기재의 출구 말단을, 상기 출구 말단으로부터 연장되는 상기 기재 축 길이의 100-x%까지 상기 제 3 슬러리 내로 함침함으로써, 상기 벽 유동 기재의 출구 채널 벽의 일부를 코팅하는 단계;
(xi) 상기 제 3 슬러리로부터 상기 벽 유동 기재를 제거하고, 바람직하게는 입구 채널의 벽을 통해 벽 유동 기재의 코팅된 출구 채널 내로 공기를 불어넣음으로써, 상기 출구 채널로부터 과잉 슬러리를 제거하는 단계; 및
(xii) 임의적으로, 상기 코팅된 벽 유동 기재를 건조 및/또는 하소하는 단계
를 포함하는, 촉매화된 매연 필터, 바람직하게는 실시양태 1 내지 실시양태 30 중 어느 한 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터의 제조 방법.
32. 단계 (ii)에서의 함침이 초기 습윤법(incipient wetness)에 의해 달성되는, 실시양태 31의 방법.
33. 상기 단계 (ix)와 (x) 사이에서, 코팅된 벽 유동 필터 기재를 건조 및/또는 하소 단계로 처리하는, 실시양태 31 또는 실시양태 32에 따른 방법.
34. 상기 하나 이상의 건조 단계에서 건조 온도가 서로 독립적으로 50 내지 200℃, 바람직하게는 70 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 80 내지 150℃, 더욱 바람직하게는 90 내지 130℃, 더욱 바람직하게는 100 내지 120℃인, 실시양태 31 내지 실시양태 33에 따른 방법.
35. 상기 하나 이상의 하소 단계에서 하소 온도가 서로 독립적으로 250 내지 800℃, 바람직하게는 300 내지 600℃, 더욱 바람직하게는 350 내지 550℃, 더욱 바람직하게는 400 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 430 내지 480℃, 더욱 바람직하게는 440 내지 460℃인, 실시양태 31 내지 실시양태 34 중 어느 한 실시양태의 방법.
36. 상기 하나 이상의 하소 단계에서 하소의 지속시간이 서로 독립적으로 0.1 내지 5시간, 바람직하게는 0.3 내지 3시간, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2시간, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.5시간, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.3시간, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1시간인, 실시양태 31 내지 실시양태 35 중 어느 한 실시양태의 방법.
37. 상기 x가 5 내지 95, 바람직하게는 15 내지 85, 더욱 바람직하게는 25 내지 75, 더욱 바람직하게는 35 내지 65, 더욱 바람직하게는 45 내지 55인, 실시양태 31 내지 실시양태 36 중 어느 한 실시양태의 방법.
38. 상기 단계 (ii)에서, 상기 로듐 화합물이 로듐 염, 바람직하게는 질산로듐, 황산로듐, 염화로듐, 아세트산로듐, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 로듐 염이고, 더욱 바람직하게는 상기 로듐 염이 질산로듐인, 실시양태 31 내지 실시양태 37 중 어느 한 실시양태의 방법.
39. 상기 단계 (iv)에서, 상기 팔라듐 화합물이 팔라듐 염, 바람직하게는 질산팔라듐, 황산팔라듐, 염화팔라듐, 염화사아민팔라듐 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 팔라듐 염이고, 더욱 바람직하게는 상기 팔라듐 염이 질산팔라듐인, 실시양태 31 내지 실시양태 38 중 어느 한 실시양태의 방법.
40. 상기 단계 (iv)에서, 상기 백금 화합물이 백금 염, 더욱 바람직하게는 질산백금, 황산백금, 염화백금, 수산화사모노에탄올아민백금 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 백금 염이고, 더욱 바람직하게는 상기 백금 염이 수산화사모노에탄올아민백금인, 실시양태 31 내지 실시양태 39 중 어느 한 실시양태의 방법.
41. 단계 (v)에서 첨가되는 하나 이상의 산소 저장 물질이 지르코니아, 세리아, 란타나, 프라세오다이미아, 네오다이미아, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 상기 하나 이상의 산소 저장 물질이 세리아 및/또는 프라세오다이미아, 더욱 바람직하게는 세리아를 포함하고, 더욱 바람직하게는 세리아 및/또는 프라세오다이미아, 더욱 바람직하게는 세리아가 단계 (v)에서 하나 이상의 산소 저장 물질로서 첨가되는, 실시양태 31 내지 실시양태 40 중 어느 한 실시양태의 방법.
42. 단계 (v)에서 첨가되는 하나 이상의 알칼리 토금속이 Mg, Ca, Ba, Sr, 및 이들 중 2개 이상의 조합 으로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 Mg, Ca, Ba, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 Mg 및/또는 Ba, 바람직하게는 Ba가 단계 (v)에서 하나 이상의 알칼리 토금속으로서 첨가되는, 실시양태 31 내지 실시양태 41 중 어느 한 실시양태의 방법.
43. 상기 단계 (i)에서 제공되는 다공성 벽 유동 기재가, 벽 유동 기재의 각각의 벽이 개별적으로 입구 채널의 표면인 제 1 표면 및 출구 채널의 표면인 제 2 표면을 갖도록, 막힌 입구 말단과 출구 말단을 교대로 갖는 벌집형 기재인, 실시양태 31 내지 실시양태 42 중 어느 한 실시양태의 방법.
44. 상기 단계 (i)에서 제공되는 다공성 벽 유동 기재의 벽이 40 내지 85%, 바람직하게는 45 내지 80%, 더욱 바람직하게는 50 내지 75%, 더욱 바람직하게는 55 내지 70%, 더욱 바람직하게는 60 내지 65%의 공극률을 나타내는, 실시양태 31 내지 실시양태 43 중 어느 한 실시양태의 방법.
45. 상기 단계 (i)에서 제공되는 다공성 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기가 5 내지 50㎛, 바람직하게는 10 내지 40㎛, 더욱 바람직하게는 13 내지 35㎛, 더욱 바람직하게는 15 내지 30㎛, 더욱 바람직하게는 17 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 18 내지 22㎛인, 실시양태 31 내지 실시양태 44 중 어느 한 실시양태의 방법.
46. 상기 단계 (i)에서 제공되는 다공성 벽 유동 기재를 구성하는 물질이 금속, 금속 산화물 및 세라믹 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 코디어라이트, 티탄산알루미늄, 탄화규소, 물라이트 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고, 더욱 바람직하게는 상기 벽 유동 기재가 코디어라이트, 티탄산알루미늄 또는 탄화규소, 바람직하게는 탄화규소로 제조되는, 실시양태 31 내지 실시양태 45 중 어느 한 실시양태의 방법.
47. 상기 고체 SCR 촉매가 하나 이상의 제올라이트, 더욱 바람직하게는 BEA, CHA, FAU, FER, HEU, LEV, MEI, MEL, MFI, MOR, 및 이들 중 둘 이상의 혼합된 구조 및 조합으로 이루어진 군으로부터, 더욱 바람직하게는 BEA, CHA, LEV, MFI, 및 이들 중 둘 이상의 혼합된 구조 및 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조 유형을 갖는 하나 이상의 제올라이트를 포함하고, 더욱 바람직하게는 상기 하나 이상의 제올라이트가 BEA 및/또는 CHA 구조 유형, 바람직하게는 CHA 구조 유형이고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트가 카바자이트를 포함하고, 하나 이상의 제올라이트가 바람직하게는 카바자이트인, 실시양태 31 내지 실시양태 46 중 어느 한 실시양태의 방법.
48. 상기 하나 이상의 제올라이트가 하나 이상의 전이 금속, 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Cu, Co, Cr, Ni, Fe, V, Nb 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속, 더욱 바람직하게는 Cu, Co, Cr, Ni, Fe 및 이들 중 둘 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전이 금속을 함유하고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 제올라이트가 Cu 및/또는 Fe, 바람직하게는 Cu를 함유하는, 실시양태 47에 따른 방법.
49. 상기 하나 이상의 전이 금속이 이온-교환 및/또는 함침에 의해, 바람직하게는 이온-교환에 의해 제올라이트 내로 도입되는, 실시양태 48에 따른 방법.
50. 상기 단계 (x) 및 (xi)에서, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트가, 하소된 상태에서, 출구 말단으로부터 기재 축 길이의 100-x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로, 하나 이상의 전이 금속을 임의적으로 함유하는 하나 이상의 제올라이트의 총 중량으로서 계산될 때 0.05 내지 6g/in3, 바람직하게는 0.1 내지 5g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9g/in3의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅되는, 실시양태 47 내지 실시양태 49 중 어느 한 실시양태의 방법.
51. 상기 단계 (vii)에서, 고체 SCR 촉매의 평균 입자 크기 D90이 0.5 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 4 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 7㎛인, 실시양태 31 내지 실시양태 50 중 어느 한 실시양태의 방법.
52. 단계 (viii) 및 (ix)에서, 로듐이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.05 내지 18 g/ft3 범위, 바람직하게는 0.1 내지 15 g/ft3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 12 g/ft3, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5 g/ft3의 로듐의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅되는, 실시양태 47 내지 실시양태 49 중 어느 한 실시양태의 방법.
53. 상기 단계 (viii) 및 (ix)에서, 팔라듐이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정된 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.05 내지 18g/ft3의 양으로, 바람직하게는 0.1 내지 15g/ft3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 12g/ft3, 더욱 바람직하게는 1 내지 10g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5g/ft3의 팔라듐의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅되는, 실시양태 31 내지 실시양태 52 중 어느 한 실시양태의 방법.
54. 상기 단계 (viii) 및 (ix)에서, 백금이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.5 내지 180g/ft3의 양으로, 바람직하게는 1 내지 140g/ft3, 더욱 바람직하게는 5 내지 110g/ft3, 더욱 바람직하게는 10 내지 90g/ft3, 더욱 바람직하게는 30 내지 70g/ft3, 더욱 바람직하게는 40 내지 60g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 55g/ft3의 백금의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅되는, 실시양태 31 내지 실시양태 53 중 어느 한 실시양태의 방법.
55. 상기 단계 (viii) 및 (ix)에서, 하나 이상의 산소 저장 물질이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.01 내지 3g/in3, 바람직하게는 0.05 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.5g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1.2g/in3, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 1g/in3, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 0.8g/in3, 더욱 바람직하게는 0.45 내지 7g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.6g/in3, 더욱 바람직하게는 0.53 내지 0.55g/in3의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅되는, 실시양태 31 내지 실시양태 54 중 어느 한 실시양태의 방법.
56. 상기 단계 (viii) 및 (ix)에서, 하나 이상의 알칼리 토금속이, 입구 말단으로부터 기재 축 길이의 x%까지에서 측정되는 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.01 내지 2g/in3, 바람직하게는 0.05 내지 1g/in3, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.8g/in3, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.6g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.45g/in3, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.38g/in3, 더욱 바람직하게는 0.28 내지 0.35g/in3, 더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.33g/in3, 더욱 바람직하게는 0.31 내지 0.32g/in3의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅되는, 실시양태 31 내지 실시양태 55 중 어느 한 실시양태의 방법.
57. 상기 단계 (ii)의 미립자 지지 물질이 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 지르코니아-알루미나이고, 바람직하게는 상기 지르코니아-알루미나가 지르코니아로 도핑된 알루미나로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 알루미나가 100 중량%의 지르코니아-알루미나에 기초하여 1 내지 50 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 5 내지 40 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 지르코니아, 더욱 바람직하게는 18 내지 22 중량%의 지르코니아로 도핑되는, 실시양태 31 내지 실시양태 56 중 어느 한 실시양태의 방법.
58. 상기 단계 (iv)의 미립자 지지 물질이 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 마그네시아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 마그네시아-세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 마그네시아-세리아-알루미나이고, 바람직하게는 상기 마그네시아-세리아-알루미나가 마그네시아 및 세리아로 도핑된 알루미나로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 알루미나가 100 중량%의 마그네시아-세리아-알루미나에 기초하여 1 내지 30 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 10 내지 20 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 12 내지 18 중량%의 마그네시아, 더욱 바람직하게는 14 내지 16 중량%의 마그네시아, 및 이와 독립적으로, 100 중량%의 마그네시아-세리아-알루미나에 기초하여 0.5 내지 25 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 7 내지 12 중량%의 세리아, 더욱 바람직하게는 9 내지 11 중량%의 세리아로 도핑되는, 실시양태 31 내지 실시양태 57 중 어느 한 실시양태의 방법.
59. 상기 단계 (ii) 및 (iv)의 미립자 지지 물질의 평균 입자 크기 D90이 서로 독립적으로 0.5 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 6 내지 12㎛, 더욱 바람직하게는 8 내지 10㎛인, 실시양태 31 내지 실시양태 58 중 어느 한 실시양태의 방법.
60. 상기 단계 (viii) 및 (ix)에서, 미립자 지지 물질이 상기 입구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 x%까지에서 측정된 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 5g/in3, 바람직하게는 0.1 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 1.8g/in3, 더욱 바람직하게는 1.4 내지 1.6g/in3, 더욱 바람직하게는 1.45 내지 1.55g/in3의 양으로 벽 유동 기재 상에 코팅되는, 실시양태 31 내지 실시양태 59 중 어느 한 실시양태의 방법.
61. 상기 단계 (x) 및 (xi)에서, 상기 SCR 촉매가 출구 말단으로부터 기재 축 길이의 100-x%까지에서 측정된 촉매화된 매연 필터의 부피를 기준으로 0.05 내지 6g/in3, 바람직하게는 0.1 내지 5g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 4g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 3g/in3, 더욱 바람직하게는 1 내지 2.5g/in3, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 2g/in3, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 1.9g/in3의 양으로 벽 유동 기재 상으로 코팅되는, 실시양태 31 내지 실시양태 60 중 어느 한 실시양태의 방법.
62. 실시양태 31 내지 실시양태 61 중 어느 한 실시양태에 따른 방법에 따라 수득가능하고/하거나 수득되는 촉매화된 매연 필터, 바람직하게는 실시양태 1 내지 실시양태 30 중 어느 한 실시양태의 촉매화된 매연 필터.
63. 실시양태 1 내지 30 또는 62 중 어느 한 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터(CSF) 및 상기 CSF의 상류에 위치한 희박 NOx 트랩(LNT)을 포함하는 배출물 처리 시스템으로서, 이때 상기 LNT 및 상기 CSF는, 내연 엔진으로부터의 배기 가스가 상기 LNT 및 이어서 상기 SCF를 통해 유동할 수 있도록 서로 유체 연통되고, 상기 LNT는, 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하는 유동 관통 기재를 포함하고,
상기 유동 관통 기재는 LNT 촉매로 코팅된, 배출물 처리 시스템.
64. 상기 LNT 촉매가 하나 이상의 알칼리 토금속, 바람직하게는 Mg, Ca, Ba, Sr, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 Mg, Ca, Ba, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 알칼리 토금속을 포함하고, 더욱 바람직하게는 상기 LNT 촉매가 Mg 및/또는 Ba, 바람직하게는 Ba, 더욱 바람직하게는 Mg 및 Ba를 포함하는, 실시양태 63에 따른 배출물 처리 시스템.
65. 상기 하나 이상의 알칼리 토금속이 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.05 내지 2 g/in3, 바람직하게는 0.1 내지 1.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 1 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.7 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.35 내지 0.45 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.37 내지 0.42 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.39 내지 0.4 g/in3 범위의 양의 하나 이상의 알칼리 토금속으로 상기 LNT 촉매에 함유되는, 실시양태 64에 따른 배출물 처리 시스템.
66. 상기 LNT 촉매가 하나 이상의 백금 족 금속, 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Ir, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하고, 더욱 바람직하게는, 상기 LNT 촉매가 Pt, 더욱 바람직하게는 Pt 및 Pd, 더욱 바람직하게는 Pt, Pd, 및 Rh를 포함하는, 실시양태 63 내지 실시양태 65 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
67. 상기 하나 이상의 백금 족 금속이 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 10 내지 400 g/ft3, 바람직하게는 30 내지 300 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 250 g/ft3, 더욱 바람직하게는 80 내지 220 g/ft3, 더욱 바람직하게는 100 내지 200 g/ft3, 더욱 바람직하게는 130 내지 180 g/ft3, 더욱 바람직하게는 140 내지 160 g/ft3, 더욱 바람직하게는 145 내지 155 g/ft3 범위의 양의 하나 이상의 백금 족 금속으로 상기 LNT 촉매에 함유되는, 실시양태 66에 따른 배출물 처리 시스템.
68. 상기 LNT 촉매가 백금을 포함하고, 이때 백금이 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 5 내지 400 g/ft3, 바람직하게는 10 내지 300 g/ft3, 더욱 바람직하게는 30 내지 250 g/ft3, 더욱 바람직하게는 50 내지 200 g/ft3, 더욱 바람직하게는 80 내지 180 g/ft3, 더욱 바람직하게는 100 내지 150 g/ft3, 더욱 바람직하게는 120 내지 130 g/ft3, 더욱 바람직하게는 125 내지 135 g/ft3 범위의 양의 백금으로 상기 LNT 촉매에 함유되는, 실시양태 63 내지 실시양태 67 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
69. 상기 LNT 촉매가 팔라듐을 포함하고, 이때 팔라듐이 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 1 내지 50 g/ft3, 바람직하게는 3 내지 40 g/ft3, 더욱 바람직하게는 5 내지 30 g/ft3, 더욱 바람직하게는 8 내지 25 g/ft3, 더욱 바람직하게는 10 내지 20 g/ft3, 더욱 바람직하게는 12 내지 18 g/ft3, 더욱 바람직하게는 14 내지 16 g/ft3 범위의 양의 팔라듐으로 상기 LNT 촉매에 함유되는, 실시양태 63 내지 실시양태 68 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
70. 상기 LNT 촉매가 로듐을 포함하고, 이때 로듐이 LNT의 총 부피를 기준으로 원소로서 계산될 때 0.1 내지 20 g/ft3, 바람직하게는 0.5 내지 15 g/ft3, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 g/ft3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5.5 g/ft3 범위의 양의 로듐으로 상기 LNT 촉매에 함유되는, 실시양태 63 내지 실시양태 69 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
71. 상기 LNT 촉매에 함유되는 하나 이상의 알칼리 토금속 및/또는, 바람직하게는 및, 하나 이상의 백금 족 금속이 미립자 지지 물질 상에 지지되고, 상기 미립자 지지 물질이 바람직하게는 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 알루미나 및/또는 세리아, 바람직하게는 γ-알루미나인, 실시양태 64 내지 실시양태 70 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
72. 상기 LNT 촉매가 백금 및 팔라듐을 포함하고, 이때 백금 및 팔라듐이 상기 미립자 지지 물질의 동일 입자 상에 지지되고, 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 알루미나, 바람직하게는 γ-알루미나인, 실시양태 71에 따른 배출물 처리 시스템.
73. 상기 LNT 촉매가 로듐을 포함하고, 이때 로듐이 알루미나, 실리카, 알루미나-실리카, 티타니아, 티타니아-알루미나, 지르코니아, 지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 바리아-세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 티타니아-지르코니아, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아-알루미나, 세리아, 세리아-알루미나, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 및 이들 중 2개 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자 지지 물질 상에 지지되고, 더욱 바람직하게는 상기 미립자 지지 물질이 세리아 및/또는 세리아-알루미나, 바람직하게는 세리아인, 실시양태 71 또는 실시양태 72에 따른 배출물 처리 시스템.
74. 상기 LNT 촉매가 백금, 팔라듐, 및 로듐을 포함하고, 이때 로듐이 팔라듐 및 백금 이외의 상기 미립자 지지 물질의 별개의 입자 상에 지지되는, 실시양태 71 내지 실시양태 73 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
75. 상기 미립자 지지 물질의 평균 입자 크기 D90이 0.5 내지 25㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 6 내지 12㎛, 더욱 바람직하게는 8 내지 10㎛인, 실시양태 71 내지 실시양태 74 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
76. 상기 LNT 촉매가 상기 미립자 지지 물질을, LNT의 총 부피를 기준으로 0.5 내지 20 g/in3, 바람직하게는 1 내지 15 g/in3, 더욱 바람직하게는 2 내지 10 g/in3, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 g/in3, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 6 g/in3, 더욱 바람직하게는 4 내지 5.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 4.3 내지 5.2 g/in3, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 5 g/in3, 더욱 바람직하게는 4.7 내지 4.9 g/in3, 더욱 바람직하게는 4.75 내지 4.85 g/in3 범위의 양으로 포함하는, 실시양태 71 내지 실시양태 75 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
77. 상기 배출물 처리 시스템이 상기 LNT의 상류에 위치되는 디젤 산화 촉매(DOC)를 추가로 포함하고, 이때 상기 LNT는 상기 내연 엔진으로부터의 배기 가스가 상기 DOC를 통해, 이어서 상기 LNT를 통해 유동할 수 있도록 유체 연통되는, 실시양태 63 내지 실시양태 76 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
78. 상기 배출물 처리 시스템이 암모니아 및/또는 하나 이상의 탄화수소의 공급원을 내연 엔진으로부터의 배기 가스 스트림 중으로 주입하는 수단을 추가로 포함하고, 상기 주입 수단이 상기 LNT의 하류 및 상기 CSF의 상류에 위치하는, 실시양태 63 내지 실시양태 77 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
79. 상기 배출물 처리 시스템이 내연 엔진을 추가로 포함하고, 상기 내연 엔진이 바람직하게는 디젤 엔진인, 실시양태 63 내지 실시양태 78 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템.
80. 내연 엔진으로부터의 배기 가스를, 실시양태 63 내지 실시양태 79 중 어느 한 실시양태에서 정의된 배출물 처리 시스템에 통과하게 함을 포함하는, 내연 엔진으로부터의 배출물을 처리하는 방법.
81. 배기 가스 배출물의 처리, 바람직하게는 내연 엔진으로부터의 배기 가스 중의 NOx, 탄화수소, 및 일산화탄소의 동시적 처리, 더욱 바람직하게는 NOx 의 저장 및 전환, 및/또는 내연 엔진으로부터의 배기 가스의 탄화수소 및 일산화탄소의 선택적인 촉매적 환원 및/또는 산화, 더욱 바람직하게는 동시적인 NOx 의 저장 및 전환, NOx의 의 선택적인 촉매적 환원 및 내연 엔진으로부터의 배기 가스 중의 탄화수소 및 일산화탄소의 산화, 더욱 바람직하게는 디젤 엔진으로부터의 배기 가스의 선택적인 촉매적 환원을 위한, 실시양태 1 내지 실시양태 30 또는 실시양태 62 중 어느 한 실시양태에 따른 촉매화된 매연 필터, 또는 실시양태 63 내지 실시양태 79 중 어느 한 실시양태에 따른 배출물 처리 시스템의 용도.
실험 영역
하기의 실시예 및 비교 실시예 전체에 걸쳐, 달리 지시되지 않는 한, 중량/부피, 특히 g/ft3 및 g/in3으로 표시된 값은 각각 부피 단위 당 원소의 중량 또는 화합물 또는 물질의 건조(하소된) 중량을 기준으로 최종 촉매 중의 주어진 원소, 화합물 또는 물질의 담지량을 가리키며, 이때 부피는 단면적 및 길이에 기초하여 계산된 모노리스 또는 벌집체의 부피를 의미한다. 따라서, 각각의 촉매를 제조하기 위해 특별히 사용되는 모놀리스 또는 벌집체의 형태 및 치수에 따라, 원소, 화합물 또는 물질 및/또는 이들 각각의 전구체의 양은 예컨대 실시예에 한정된 주어진 담지량을 달성하기 위해 선택된다.
원소, 화합물 또는 물질이 모노리스 또는 벌집체의 축 길이의 부분에만 제공되는 경우에, 달리 명시되지 않는 한, 담지량은 상기 원소, 화합물 또는 물질이 제공된 모노리스 또는 벌집체의 축 부분 상의 중량을 지칭한다.
기준 실시예 1: 유동 관통 기재 상의 상류 LNT
LNT를 제조하기 위해, 1.41 g/in3의 50%/50% 세리아/알루미나 물질을 아세트산바륨(0.29g/in3 BaO) 수용액으로 함침시켰다. 생성된 분말을 590℃에서 2시간 동안 하소시켜 17 중량% BaO 함량을 갖는 Ba/세리아 물질을 수득하였다.
1 g/in3 고 다공성 γ-알루미나를 먼저 아민 안정화된 하이드록소 Pt IV 착체를 갖는 백금 용액으로 함침시켜 Pt 130g/ft3의 건조 함량을 수득한 후, 질산팔라듐 수용액으로 함침시켜 15 g/ft3의 최종 건조 Pd 함량을 수득하였다. 55-65%의 고체 함량을 갖는 생성된 분말을 물에 분산시켰다.
Rh 함침을 위해, 세리아(0.4 g/in3 CeO2)를 43%의 고체 함량으로 물에 분산시켰다. Rh 니트레이트 용액을 세리아 슬러리에 첨가하여 5 g/ft3의 최종 건조 Rh 함량을 수득하였다.
세리아(1.995 g/in3 CeO2) 상 Ba 함침을 위해, 세리아를 아세트산바륨(0.105g/in3) 수용액으로 함침시켰다. 생성된 분말을 590℃에서 2시간 동안 하소시켜 5 중량% BaO 함량을 갖는 Ba/세리아 물질을 수득하였다.
생성된 Rh/세리아 슬러리, Ba/세리아 물질(2.1g/in3), Ba/Ce/Al 물질(1.7 g/in3), 아세트산마그네슘 사수화물(0.3 g/in3 MgO) 및 아세트산지르코늄(0.05g/in3 ZrO2)을 Pt/Pd/알루미나 슬러리에 첨가하였다. 후속 슬러리를 9㎛ 입자 크기 d90로 밀링하였다. 이어서 최종 슬러리를 금속성 유동 관통 기재 상으로 코팅시켰다. 코팅된 기재를 110℃ 공기로 건조시키고, 공기 중에서 590℃에서 하소시켰다.
비교 실시예 1: SCR 코팅된 입구(100%) + Pd 코팅된 출구(50%)를 갖는 벽 유동 필터
구리 카바자이트(CuCHA)를 물에 현탁시켜, 고형분 함량이 30-40%인 슬러리를 제조한 다음, 이 슬러리를 D90=6㎛로 밀링하였다. 별도로, 5% SiO2로 도핑된 미리 밀링한 Al2O3 분말(입자의 90%가 5㎛ 미만임: D90=5㎛)을 물에 현탁시켜, 25%의 고형분 함량에 도달하도록 하였다. 질산팔라듐 용액(H2O 중 20중량%)을 교반하면서 현탁액에 적가하여, 5중량%의 실리카로 도핑된 알루미나 분말 상에 Pd 0.95중량%를 담지시켰다.
공극률이 63%이고 평균 공극 크기가 20㎛이고 부피가 2.47리터인, 탄화규소로 제조된 벽 유동 필터 벌집형 기재를 제공하였다. 먼저, Pd 슬러리를 필터의 출구 쪽으로부터 코팅하였다. 이를 수행하기 위해, 출구 쪽을 아래로 하고 입구 쪽을 슬러리 수준보다 높게 유지한 채로 기재를 슬러리에 함침시켜 50% 피복율의 필터 기재를 달성하였다. 기재를 슬러리로부터 꺼내고, 출구 쪽에서 더 이상 워시코트 슬러리가 나오지 않을 때까지 채널의 입구 쪽으로부터 공기 스트림을 불어넣었다. 이어서, 코팅된 샘플을 110℃에서 2시간 동안 건조시키고 450℃에서 공기 중에서 1시간 동안 하소시켜, 5% SiO2로 도핑된 Al2O3 분말 0.15g/in3(g/(2.54cm)3) 상의 Pd 5g/ft3(g/(30.48cm)3)로 필터의 출구 쪽을 100% 코팅하였다.
마지막으로, 출구 쪽을 슬러리 수준보다 ¼인치(2.54cm) 더 높게 유지하면서 입구 쪽의 전체 길이에 걸쳐 기재를 함침시킴으로써, 필터의 전체 길이를 따라 입구 쪽으로부터 Cu-CHA 슬러리를 코팅하였다. 출구 쪽으로부터 과잉 슬러리를 불어낸 후, 코팅된 샘플을 110℃에서 2시간 동안 건조시키고 450℃에서 공기 중에서 1시간 동안 하소시켜, 필터의 입구 쪽을 Cu-CHA 1.1g/in3(g/(2.54cm)3)로 후술된 백분율로 코팅하였다.
비교 실시예 3: LNT 코팅된 입구(100%)를 갖는 벽 유동 필터
15 중량% MgO 및 10 중량% 세리아(기재 상 건조 함량 0.85 g/ft3)으로 도핑된 고 다공성 알루미나를 먼저 아민 안정화된 하이드록소 Pt IV 착체를 갖는 백금 용액으로 함침시켜 50g/ft3의 건조 Pt 함량을 수득한 후, 질산팔라듐 수용액으로 함침시켜 5 g/ft3의 최종 건조 Pd 함량을 수득하였다. 60-65%의 고체 함량을 갖는 생성된 분말을 물에 분산시켰다.
Rh 함침을 위해 20 중량% 지르코니아(0.2 g/in3)로 도핑된 고 다공성 알루미나를 Rh 니트레이트(원소로서 계산될 때 5 g/ft3 Rh) 용액으로 함침시켰다. 생성된 분말을 590℃에서 2시간 동안 하소시켜 5 g/ft3 Rh 함량을 갖는 Rh/Zr/알루미나 물질을 수득하였다.
생성된 Rh/Zr/알루미나 물질, 세리아(0.45 g/in3), 아세트산바륨(0.185g/in3 BaO) 및 아세트산지르코늄(0.03 g/in3 ZrO2)을 Pt/Pd/Mg/Ce/Al 알루미나 슬러리에 첨가하였다. 후속 슬러리를 9㎛ 입자 크기 d90로 밀링하였다.
공극률이 63%이고 평균 공극 크기가 20㎛이고 부피가 2.47리터인, 탄화규소로 제조된 벽 유동 필터 벌집형 기재를 제공하였다.
그 후, 전체 길이의 기재를 입구 쪽으로부터 슬러리로 함침시킴으로써 필터의 전체 길이를 따라 입구 쪽으로부터 최종 슬러리를 코팅하였다. 출구 쪽을 슬러리 수준보다 ¼인치(2.54cm) 더 높게 유지하였다. 출구 쪽으로부터 과잉 슬러리를 불어낸 후, 코팅된 샘플을 110℃에서 2시간 동안 건조시키고, 450℃에서 공기 중에서 1시간 동안 하소시켜, 필터의 입구 쪽을 1.7 g/in3(g/(2.54 cm)3) LNT 코팅으로 후술된 백분율로 코팅하였다.
비교 실시예 4: LNT 코팅된 입구(50%)를 갖는 벽 유동 필터
LNT 슬러리를 비교 실시예 3에 기재된 바와 같이 제조하였다.
공극률이 63%이고 평균 공극 크기가 20㎛이고 부피가 2.47리터인, 탄화규소로 제조된 벽 유동 필터 벌집형 기재를 제공하였다.
기재를 입구 쪽 아래로 슬러리에 함침시킴으로써 필터의 50% 길이를 따라 입구 쪽으로부터 최종 슬러리를 코팅하였다. 출구 쪽을 슬러리 수준보다 높게 유지하여 50% 피복율의 필터 기재를 달성하였다. 출구 쪽으로부터 과잉 슬러리를 불어낸 후, 코팅된 샘플을 110℃에서 2시간 동안 건조시키고, 450℃에서 공기 중에서 1시간 동안 하소시켜, 필터의 입구 쪽을 1.7 g/in3(g/(2.54 cm)3) LNT 코팅으로 후술된 백분율로 코팅하였다.
실시예 1: LNT 코팅된 입구(50%) + SCR 코팅된 출구(50%)를 갖는 벽 유동 필터
LNT 슬러리를 비교 실시예 3에 기재된 바와 같이 제조하였다.
출구 코트용 SCR 슬러리의 제조를 위해, 구리 카바자이트(CuCHA)를 물에 현탁시켜, 고형분 함량이 30-40%인 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 D90=6㎛로 밀링하였다.
공극률이 63%이고 평균 공극 크기가 20㎛이고 부피가 2.47리터인, 탄화규소로 제조된 벽 유동 필터 벌집형 기재를 제공하였다.
먼저, 기재를 입구 쪽 아래로 슬러리에 함침시킴으로써 필터의 50% 길이를 따라 입구 쪽으로부터 최종 LNT 슬러리를 코팅하였다. 출구 쪽을 슬러리 수준보다 높게 유지하여 50% 피복율의 필터 기재를 달성하였다. 출구 쪽으로부터 과잉 슬러리를 불어낸 후, 코팅된 샘플을 110℃에서 2시간 동안 건조시키고, 450℃에서 공기 중에서 1시간 동안 하소시켜, 필터의 입구 쪽을 1.7 g/in3(g/(2.54 cm)3) LNT 코팅으로 후술된 백분율로 코팅하였다.
마지막으로, 그 후, 기재를 출구 쪽 아래로 슬러리에 함침시킴으로써 필터의 50% 길이를 따라 출구 쪽으로부터 Cu-CHA 슬러리를 코팅하였다. 입구 쪽을 슬러리 수준보다 높게 유지하여 50% 피복율의 필터 기재를 달성하였다. 입구 쪽으로부터 과잉 슬러리를 불어낸 후, 코팅된 샘플을 110℃에서 2시간 동안 건조시키고, 450℃에서 공기 중에서 1시간 동안 하소시켜, 필터의 입구 쪽을 1.7 g/in3(g/(2.54 cm)3) CuCHA 코팅으로 후술된 백분율로 코팅하였다.
표 1: 비교 실시예 1 내지 4 및 실시예 1로부터의 촉매화된 매연 필터 샘플 개요
실시예 2: 월드 라이트-듀티 하모나이즈드(World Light-Duty Harmonized; WLTC) 시험 사이클- DeNOx, CO 및 HC 성능 평가
표준 WLTC 절차에 의한 엔진 시험 셀에서 기준 실시예 1에 따라 제조된, 동일 반응계 내 암모니아 생성을 위한 상류 LNT를 갖는 수동형 SCR 시스템으로서 코팅된 필터 기재를 평가하였다. 시험 셀에 유로 6 2L 엔진을 장착시켰다. WLTC 사이클의 제 1 1000s에서의 평균 온도는 240℃이었다. 시험 이전에, 10% 수증기를 갖는 기류 하에 16시간 동안 800℃에서 오븐에서 샘플을 시효시켰다. 저장된 NOx로부터 LNT를 재생성하기 위해 람다 0.95에서 사이클에서 7개의 상이한 위치에서 WLTC 동안 과농(rich) 엔진 모드를 적용하였다. LNT 및 하류 코팅된 필터 기재를 넘어선 NOx, CO 및 HC 전환율뿐만 아니라 촉매화된 매연 필터를 통과한 후의 배기 가스 중의 최대 암모니아 배출물을 측정하였다. 결과를 표 2에 기재한다.
표 2: NOx, CO 및 탄화수소(HC)의 전환율 및 NH3에 대한 WLTC 시험 결과
표 2로부터 알 수 있듯이, 실시예 1에 따른 본 발명의 촉매화된 매연 필터를 사용하여 수득된 결과는 NOx 전환율에서 최상의 결과를 구성하고, 단지 CO 및 HC 전환율에 대해서만 비교 실시예 3과 매칭될 뿐이다. CO 및 HC 전환율에 대한 현저한 결과는, 실시예 1에 따른 본 발명의 촉매화된 매연 필터가 비교 실시예 3에 비해 백금 족 금속에서 단지 1/2 담지량만을 함유한다는 사실의 관점에서 매우 예상치 못한 것이다. 따라서, 이런 결과에 의해 나타난 바와 같이, 특히 촉매화된 매연 필터의 상류에 위치된 LNT를 사용한 수동형 SCR 시험 조건 하에 높은 NOx 전환율을 제공할뿐만 아니라, 단지 백금 족 금속의 감소된 담지량만이 이에 존재한다는 사실에도 불구하고 CO 및 탄화수소 둘다의 높은 전환율을 또한 매우 예상치 못하게 가능케 하는 촉매화된 매연 필터가 본 발명에 의해 제공될 수 있다는 것이 매우 놀랍게도 확인되었다. 더욱 놀랍게는, 실시예 1의 본 발명의 촉매 샘플에서의 암모니아 슬립은, 단지 1/2 양의 SCR 촉매만이 함유된 사실에도 불구하고 비교 실시예 1과 비교 시에조차도 매우 낮다. 최종적으로, 선택된 샘플 중의 H2S 배출물의 분석은, 배기 가스 중의 높은 H2S 수준을 보이는 비교 실시예 3에 비해 본 발명의 실시예 1의 샘플이 H2S 배출물을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 밝혀 내었다.
따라서, 상기 논의된 결과의 관점에서, 본원에 정의된 촉매화된 매연 필터의 구체적 설계는, NOx, CO, 및 탄화수소인 주요 배기 가스 오염물질의 전환율뿐만 아니라 처리 후에 배기 가스에 함유된 과잉 암모니아에 대해서 및 내부 H2S 처리에 대해서 매우 효율적인 촉매화된 매연 필터를 제공할 수 있다. 그러므로, 본원에 정의된 본 발명의 촉매는 놀랍게도, 함유된 성분들뿐만 아니라 처리 공정 동안 동일 반응계 내에서 생성되며 환경으로의 슬립핑(slipping)으로부터 효과적으로 방지될 수 있는 암모니아에 대해서 배기 가스의 처리에서 예상치 못하게 높은 성능을 보인다.
Claims (16)
- 다공성 벽 유동 기재, 희박(lean) NOx 트랩(LNT) 촉매, 및 선택적인 촉매적 환원(SCR)용 촉매를 포함하는 촉매화된 매연 필터(CSF)로서, 이때
상기 벽 유동 기재가 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널이 개방된 입구 말단 및 폐쇄된 출구 말단을 갖는 입구 채널, 및 폐쇄된 입구 말단 및 개방된 출구 말단을 갖는 출구 채널을 포함하고,
상기 LNT 촉매가, 상기 입구 채널 벽의 표면 중 일부 상에, 및 상기 LNT 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되고, 상기 LNT 촉매로 코팅된 입구 채널 벽 부분이 상기 입구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 x%까지 연장되고, 여기서 x는 0 초과 내지 100 미만이고,
상기 SCR 촉매가, 상기 출구 채널 벽의 표면 중 일부 상에, 및 상기 SCR 촉매로 코팅된 채널 벽의 표면 아래의 채널 벽 내의 공극의 표면 중 적어도 일부 상에 제공되고, 상기 SCR 촉매로 코팅된 출구 채널 벽 부분이 상기 출구 말단으로부터 상기 기재 축 길이의 100-x%까지 연장되는, 촉매화된 매연 필터. - 제1항에 있어서,
x가 5 내지 95인, 촉매화된 매연 필터. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 다공성 벽 유동 기재가, 상기 벽 유동 기재의 각각의 벽이 개별적으로 입구 채널의 표면인 제 1 표면 및 출구 채널의 표면인 제 2 표면을 갖도록, 막힌 입구 말단과 출구 말단을 교대로 갖는 벌집형 기재인, 촉매화된 매연 필터. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SCR 촉매가 하나 이상의 제올라이트를 포함하는, 촉매화된 매연 필터. - 제4항에 있어서,
상기 하나 이상의 제올라이트가 하나 이상의 전이 금속을 함유하는, 촉매화된 매연 필터. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SCR 촉매의 평균 입자 크기 D90이 상기 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인, 촉매화된 매연 필터. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 LNT 촉매가 하나 이상의 알칼리 토금속을 포함하는, 촉매화된 매연 필터. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 LNT 촉매가 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하는, 촉매화된 매연 필터. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 LNT 촉매가 하나 이상의 산소 저장 성분을 포함하는, 촉매화된 매연 필터. - (i) 다공성 벽 유동 기재를 제공하는 단계로서, 상기 벽 유동 기재가 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이 및 상기 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널이 개방된 입구 말단과 폐쇄된 출구 말단을 갖는 입구 채널, 및 폐쇄된 입구 말단과 개방된 출구 말단을 갖는 출구 채널을 포함하는, 단계;
(ii) 미립자 지지 물질을 로듐 화합물의 수용액으로 함침시키는 단계,
(iii) 지지된 Rh 분말을 제공하기 위해, 단계 (ii)에서 수득된 함침된 미립자 지지 물질을 하소시키는 단계,
(iv) 제 1 슬러리를 제공하기 위해, 미립자 지지 물질을 증류수와 혼합시키고, 이어서 여기에 팔라듐 화합물 수용액 및 백금 화합물 수용액을 첨가하는 단계,
(v) 제 2 슬러리를 제공하기 위해, 상기 지지된 Rh 분말, 하나 이상의 산소 저장 물질, 및 하나 이상의 알칼리 토금속 화합물을 단계 (iv)에서 수득된 제 1 슬러리에 첨가하는 단계,
(vi) 임의적으로, 상기 제 2 슬러리를 밀링하는 단계로서, 상기 제 2 슬러리가 상기 다공성 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 평균 입자 크기 D90을 나타내는, 단계;
(vii) 제 3 슬러리를 제공하기 위하여, 고체 SCR 촉매를 증류수에 현탁시키고, 생성된 혼합물을 임의적으로 밀링하는 단계로서, 상기 제 3 슬러리가 상기 다공성 벽 유동 기재의 벽의 평균 공극 크기의 25% 이하인 평균 입자 크기 D90을 나타내는, 단계;
(viii) 상기 벽 유동 기재의 입구 말단을, 상기 입구 말단으로부터 연장되는 상기 기재 축 길이의 x%(이때 x는 0 초과 내지 100 미만임)까지 상기 제 2 슬러리 내로 함침함으로써, 상기 벽 유동 기재의 입구 채널 벽의 일부를 코팅하는 단계;
(ix) 상기 제 2 슬러리로부터 상기 벽 유동 기재를 제거하고, 상기 입구 채널로부터 과잉 슬러리를 제거하는 단계;
(x) 상기 벽 유동 기재의 출구 말단을, 상기 출구 말단으로부터 연장되는 상기 기재 축 길이의 100-x%까지 상기 제 3 슬러리 내로 함침함으로써, 상기 벽 유동 기재의 출구 채널 벽의 일부를 코팅하는 단계;
(xi) 상기 제 3 슬러리로부터 상기 벽 유동 기재를 제거하고, 상기 출구 채널로부터 과잉 슬러리를 제거하는 단계; 및
(xii) 임의적으로, 상기 코팅된 벽 유동 기재를 건조 및/또는 하소하는 단계
를 포함하는, 촉매화된 매연 필터의 제조 방법. - 제10항의 방법에 따라 수득가능한 및/또는 수득되는 촉매화된 매연 필터.
- 제1항 내지 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 촉매화된 매연 필터(CSF) 및 상기 CSF의 상류에 위치한 희박 NOx 트랩(LNT)을 포함하는 배출물 처리 시스템으로서, 이때
상기 LNT 및 상기 CSF는, 내연 엔진으로부터의 배기 가스가 상기 LNT 및 이어서 상기 SCF를 통해 유동할 수 있도록 서로 유체 연통되고,
상기 LNT는, 입구 말단, 출구 말단, 상기 입구 말단과 상기 출구 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽 유동 기재의 내벽에 의해 한정되는 복수의 채널을 포함하는 유동 관통(flow through) 기재를 포함하고,
상기 유동 관통 기재는 LNT 촉매로 코팅된, 배출물 처리 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 LNT 촉매가 하나 이상의 알칼리 토금속을 포함하는, 배출물 처리 시스템. - 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 LNT 촉매가 하나 이상의 백금 족 금속을 포함하는, 배출물 처리 시스템. - 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 정의된 배출물 처리 시스템에 통과하게 함을 포함하는, 내연 엔진으로부터의 배출물의 처리 방법.
- 배기 가스 방출물의 처리를 위한, 제1항 내지 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 촉매화된 매연 필터 또는 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배출물 처리 시스템의 용도.
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