KR20180085813A - 희박 가솔린 직접 분사 엔진을 위한 촉매 시스템 - Google Patents

희박 가솔린 직접 분사 엔진을 위한 촉매 시스템 Download PDF

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KR20180085813A
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alumina
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웬-메이 쉬에
아틸리오 시아니
존 케이. 호치무트
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바스프 코포레이션
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Abstract

기재 상에 도포된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 제1 조성물 및 제2 조성물을 포함하고, 제1 조성물 및 제2 조성물은 층상 또는 대역화된 구성으로 존재하고, 제1 조성물은 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 팔라듐 및 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 로듐을 포함하고; 제2 조성물은 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 백금을 포함하는 것인 희박 가솔린 배기 처리 촉매 물품이 제공된다. 이러한 촉매 물품의 제조 및 사용 방법 및 이러한 촉매 물품을 사용하는 관련 조성물 및 시스템이 또한 기재된다.

Description

희박 가솔린 직접 분사 엔진을 위한 촉매 시스템
본 발명은, 가솔린 배기 정제 촉매 조성물, 이러한 조성물로 코팅된 촉매 물품, 이러한 촉매 물품을 포함하는 배출물 처리 시스템, 및 이들의 사용 방법에 관한 것이다.
US LEV III 및 EURO 7과 같은 경량 가솔린 차량에 대한 엄중한 배출 규제는 진보된 3원 전환(three-way conversion) (TWC) 촉매 시스템을 요구한다. 예를 들어, 2025년까지, 극초저 배출 차량 (SULEV)이 북아메리카에서 상당한 시장 점유율을 갖도록 계획되어 있고, 이는 배출 평균량(fleet average)으로 15년 및 150K 마일의 보증 하에 30 mg/마일 미만의 합쳐진 비-메탄 탄화수소 (NMHC) 및 NOx 배출을 요한다.
NOx는, 특히, 일산화질소 (NO) 및 이산화질소 (NO2)를 포함한 질소 산화물의 다양한 화학 종을 나타내기 위해 사용되는 용어이다. 이산화탄소 (CO2) 감소가 또한 상당한 관심사이다. 2025년까지, 플릿 CO2 배출에 대한 목표 최대치는 2006년의 목표 최대치에 비해 50% 초과만큼 감소된다 (북아메리카에서 249 g/km로부터 107 g/km까지).
이와 관련하여, 희박 연소 가솔린 엔진은 개선된 연료 경제성 및 감소된 CO2 배출을 나타낼 수 있기 때문에 바람직하다. 희박 연소 가솔린 엔진은 화학량론적 조건 범위로부터 벗어나서 작동한다. 화학량론적 조건을 생성하는 공기 대 연료의 정확한 비율은 연료 중의 탄소 및 수소의 상대적 비율에 따라 다양하다. 14.65:1의 공기-대-연료 (A/F) 비율 (공기 중량 대 연료 중량)은, 평균 화학식 CHl.88을 갖는 가솔린과 같은 탄화수소 연료의 연소에 상응하는 화학량론적 비율이다. 따라서, 기호 λ는, 주어진 연료에 대하여 특정한 A/F 비율을 화학량론적 A/F 비율로 나눈 결과를 나타내기 위해 사용되고, 따라서 λ=1은 화학량론적 혼합물이고, λ>1은 연료-희박 혼합물이고, λ<1은 연료-풍부 혼합물이다.
희박 연소 엔진에서, 엔진에 공급되는 연소 혼합물 중의 공기 대 연료의 비율은 화학량론적 비율을 상당히 초과하게 유지된다. 이와 같이, 희박 시스템의 공기/연료 비율은 불균형적 (즉, 비-화학량론적)이며, 예시적 공기-대-연료 중량 비율은 약 30:1, 또는 심지어 그보다 현저히 더 높다 (예를 들어, 40:1). 생성된 배기 가스는 "희박"하고, 즉 산소 함량이 비교적 높다. 그러나, 산소-풍부 배기물은, 과량의 산소로 인해 전형적인 TWC 촉매가 이러한 엔진으로부터 NOx 배출을 감소시키기에 효과적이지 않기 때문에, NOx 감소를 문제로 만든다. 이러한 문제를 극복하려는 시도는, TWC 촉매와 함께 희박 NOx 트랩 (LNT)의 사용을 포함하였다. 이러한 시스템에서, TWC 촉매는 화학량론적 작동 동안 탄화수소 (HC), 일산화탄소 (CO), 및 NOx를 CO2, 물 (H2O) 및 질소 (N2)로 전환시킬 수 있으며, LNT는 희박 조건 동안 NOx를 저장하고, 풍부 작동 동안 저장된 NOx를 N2로 전환시킨다. 전형적으로, LNT로부터 빠져나온 NOx를 전환시키기 위해 SCR이 또한 사용된다.
그러나, 공간 제한으로 인해, 별개의 TWC를 별개의 LNT와 함께 사용하는 것은 이상적이지 않다. 따라서, 별개의 TWC 촉매를 별개의 LNT와 함께 사용할 때 일어나는 공간 문제를 완화시키면서, 표준 TWC 활성과 LNT 기능이 균형을 이루는 기술이 필요하다. 또한, 희박 조건 하에 작동하는 TWC 촉매가 일반적으로 HC 산화를 수행할 수 있기는 하지만, 라이프오프(lightoff) 온도는 일반적으로 300℃ 초과이다. 희박 변동 동안 엔진-출구 온도는 화학량론적 작동 동안의 것보다 훨씬 더 낮을 수 있고, 이는 탄화수소 (HC) 전환에서 과제를 부여한다. TWC 촉매는 저온 (예를 들어, 250℃ 미만)에서 탄화수소를 효율적으로 전환시키지 않는다. 현재의 정부 배출 규제를 충족시키기 위해, 저온에서의 희박 조건 하의 탄화수소 (HC) 전환, 및 화학량론적 조건 하의 탄화수소, 및 CO 및 NOx 전환 둘 다를 다루는 기술이 필요하다.
본 개시내용은, 하나 이상의 백금족 금속 (PGM)을 포함하는 3원 전환 (TWC) 촉매 조성물을 제공한다. 촉매 조성물은, 예를 들어 둘 이상의 조성물을 포함하는 촉매 물품 형태로 제공될 수 있고, 이에 따라 촉매 물품은 그 위에 적어도 하나의 워시코트 층을 포함하고, 워시코트 층은 하나 이상의 PGM을 포함한다.
본 발명의 하나의 측면에서는, 기재 상에 도포된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 제1 조성물 및 제2 조성물을 포함하고, 제1 조성물 및 제2 조성물은 층상 또는 대역화된 구성으로 존재하고, 제1 조성물은 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 팔라듐 및 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 로듐을 포함하고; 제2 조성물은 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 백금을 포함하는 것인, 내연 엔진의 배기 스트림을 처리하기 위한 촉매 물품이 제공된다.
제1 및 제2 조성물의 서로에 대한 관계는 다양할 수 있다. 조성물은, 일부 실시양태에서, 층상 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 촉매 물질은, 제1 조성물이 제1 층으로서 기재 상에 배치되고, 제2 조성물이 제2 층으로서 제1 조성물의 적어도 일부에서 오버레이(overlying)하도록, 층상 형태로 존재한다. 다른 실시양태에서, 촉매 물질은, 제2 조성물이 제1 층으로서 기재 상에 배치되고, 제1 조성물이 제2 층으로서 제2 조성물의 적어도 일부에서 오버레이하도록, 층상 형태로 존재한다. 촉매 물질은 대역화된 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 제1 및 제2 조성물 둘 다는 기재 상에 배치되고, 여기서 제1 조성물은, 제2 조성물이 배치된 영역의 상류의 기재 영역 상에 배치된다. 다른 실시양태에서, 제1 및 제2 조성물 둘 다는 기재 상에 배치되고, 여기서 제2 조성물은, 제1 조성물이 배치된 영역의 상류의 기재 영역 상에 배치된다.
제1 조성물에서, 팔라듐-함침된 금속 산화물 물질 및 로듐-함침된 금속 산화물 물질은, 일부 실시양태에서, 친밀하게 혼합될 수 있다. 제1 조성물에서 팔라듐-함침된 금속 산화물 물질 및 로듐-함침된 금속 산화물 물질은 다양한 중량비로 혼합될 수 있고, 일부 실시양태에서는, 약 1:5 내지 약 5:1의 중량비로 존재한다. 특정 실시양태에서, 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부는, 알루미나, 알루미나-지르코니아, 알루미나-세리아-지르코니아, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 바리아-란타나-알루미나, 바리아-란타나-네오디미아-알루미나, 및 알루미나-세리아로 이루어진 군으로부터 선택된다. 예를 들어, 일부 특정한 실시양태에서, 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부는 알루미나이다.
일부 실시양태에서, 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부는 산소 저장 성분이다. 이러한 목적에 적합한 예시적 산소 저장 성분은, 세리아, 란타나, 프라세오디미아, 네오디미아, 니오비아, 유로피아, 사마리아, 이테르비아, 이트리아, 지르코니아, 및 이들의 조합 및 복합물로 이루어진 군으로부터 선택된 산소 저장 성분을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 하나의 실시양태에서, 산소 저장 성분은 세리아-지르코니아 복합물, 예컨대 세리아-지르코니아, 세리아-지르코니아-란타나, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 복합물이다.
특정 실시양태에서, 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물은 알루미나 및 산소 저장 성분을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 조성물에서 팔라듐의 일부는 알루미나 상에 함침되고, 제1 조성물에서 팔라듐의 일부는 산소 저장 성분 상에 함침되고, 제1 조성물에서 로듐은 알루미나 상에 함침된다. 제1 조성물에서 팔라듐이 둘 이상의 유형의 다공성 내화성 금속 산화물 상에 함침되는 경우, 둘 이상의 유형의 다공성 내화성 금속 산화물 상의 팔라듐의 비율은 다양할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시양태에서, 제1 조성물 중의 팔라듐의 총 중량의 약 25% 내지 약 75%는 산소 저장 성분 상에 함침된다.
제2 조성물에 대하여, 제2 조성물은, 특정 실시양태에서, 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 팔라듐을 추가로 포함할 수 있다. 제2 조성물 중의 백금 대 팔라듐의 중량비는 다양할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시양태에서, 제2 조성물 중의 백금 대 팔라듐의 중량비는, 예를 들어, 약 2:1 내지 약 100:1 또는 약 8:1 내지 약 12:1일 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 조성물은 세리아를 실질적으로 갖지 않을 수 있다.
본원에 일반적으로 개시된 조성물은 다양한 유형의 기재 상에 도포될 수 있다. 일부 실시양태에서, 기재는 단일체(monolithic) 기재일 수 있다. 개시된 촉매 물품은, 일부 실시양태에서, 일산화탄소, 질소 산화물, 및 탄화수소를 동시에 전환시키기에 효과적인 촉매 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 희박 엔진 조건 하에, 촉매 물질은 약 200℃ 내지 약 250℃의 온도에서 탄화수소를 산화시키기에 효과적이다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용은, 배기 스트림을 생성하는 엔진의 하류에 위치하는, 본원에 기재된 촉매 물품을 포함하는 배기 가스 처리 시스템을 제공한다. 일부 실시양태에서, 이러한 배기 가스 처리 시스템은, 3원 전환 촉매 (TWC), 통합된 희박 NOx 트랩-3원 전환 촉매 (LNT-TWC), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 희박 NOx 트랩 (LNT), 암모니아 산화 (AMOx) 촉매, 및 필터 상의 SCR 촉매 (SCRoF)로 이루어진 군으로부터 선택된 구성요소를 포함하나 이에 제한되지는 않는 하나 이상의 추가의 구성요소를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 배기 가스 처리 시스템은 촉매 물품의 하류의 SCR 촉매를 포함하고, 일부 실시양태에서, 배기 가스 처리 시스템은 촉매 물품의 하류의 LNT를 포함한다. 특정 실시양태에서, 배기 가스 처리 시스템은 촉매 물품의 하류의 AMOx를 포함할 수 있다.
추가의 측면에서, 본 개시내용은, 배기 가스 스트림을 본원에 기재된 바와 같은 촉매 물품과 접촉시키는 것을 포함하며, 여기서, 희박 조건 하에, 촉매 물질은 약 200℃ 내지 약 250℃의 온도에서 탄화수소를 산화시키기에 효과적이고; 화학량론적 엔진 조건 하에, 촉매 물질은 일산화탄소, 질소 산화물, 및 탄화수소를 동시에 전환시키기에 효과적인 것인, 탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물을 포함하는 배기 가스 스트림을 처리하는 방법을 제공한다.
또한 추가의 측면에서, 본 개시내용은, 팔라듐을 제1 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시키고; 로듐을 제2 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시키고; 제1 및 제2 함침된 다공성 내화성 산화물 물질을 조합하여 제1 조성물을 생성하고; 백금을 제3 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시켜 제2 조성물을 생성하고; 제1 및 제2 조성물이 층상 또는 대역화된 구성으로 존재하도록, 제1 및 제2 조성물을 기재 상에 도포하는 것을 포함하는, 3-금속 촉매 물품을 제조하는 방법을 제공한다. 일부 이러한 실시양태에서, 제1, 제2, 및 제3 내화성 금속 산화물 물질은 알루미나를 포함한다.
일부 이러한 실시양태에서, 팔라듐 함침 단계는, 팔라듐의 적어도 일부를 알루미나 상에 함침시키고, 팔라듐의 적어도 일부를 산소 저장 성분 상에 함침시키는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은, 팔라듐을 제3 다공성 내화성 물질 상에 함침시키는 것을 추가로 포함한다. 이 제3 다공성 내화성 물질은, 특정 실시양태에서, 세리아를 실질적으로 갖지 않는다.
본 발명은, 비-제한적으로, 하기 실시양태를 포함한다.
실시양태 1: 기재 상에 도포된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 제1 조성물 및 제2 조성물을 포함하고, 제1 조성물 및 제2 조성물은 층상 또는 대역화된 구성으로 존재하고, 제1 조성물은 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 팔라듐 및 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 로듐을 포함하고; 제2 조성물은 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 백금을 포함하는 것인, 내연 엔진의 배기 스트림을 처리하기 위한 촉매 물품.
실시양태 2: 제1 조성물이 제1 층으로서 기재 상에 배치되고, 제2 조성물이 제2 층으로서 제1 조성물의 적어도 일부에서 오버레이하도록, 촉매 물질이 층상 형태로 존재하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 3: 제2 조성물이 제1 층으로서 기재 상에 배치되고, 제1 조성물이 제2 층으로서 제2 조성물의 적어도 일부에서 오버레이하도록, 촉매 물질이 층상 형태로 존재하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 4: 제1 및 제2 조성물 둘 다가 기재 상에 배치되고, 여기서 제2 조성물이 배치된 영역의 상류의 기재 영역 상에 제1 조성물이 배치되도록, 촉매 물질이 대역화된 형태로 존재하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 5: 제1 및 제2 조성물 둘 다가 기재 상에 배치되고, 여기서 제1 조성물이 배치된 영역의 상류의 기재 영역 상에 제2 조성물이 배치되도록, 촉매 물질이 대역화된 형태로 존재하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 6: 제1 조성물에서 팔라듐-함침된 금속 산화물 물질 및 로듐-함침된 금속 산화물 물질이 친밀하게 혼합되는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 7: 제1 조성물에서 팔라듐-함침된 금속 산화물 물질 및 로듐-함침된 금속 산화물 물질이 약 1:5 내지 약 5:1의 중량비로 존재하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 8: 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부가, 알루미나, 알루미나-지르코니아, 알루미나-세리아-지르코니아, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 바리아-란타나-알루미나, 바리아-란타나-네오디미아-알루미나, 및 알루미나-세리아로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 9: 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부가 알루미나인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 10: 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부가 산소 저장 성분인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 11: 산소 저장 성분이, 세리아, 란타나, 프라세오디미아, 네오디미아, 니오비아, 유로피아, 사마리아, 이테르비아, 이트리아, 지르코니아, 및 이들의 조합 및 복합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 12: 산소 저장 성분이 세리아-지르코니아 복합물인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 13: 세리아 지르코니아 복합물이, 세리아-지르코니아, 세리아-지르코니아-란타나, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 14: 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물이 알루미나 및 산소 저장 성분을 포함하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 15: 제1 조성물에서 팔라듐의 일부가 알루미나 상에 함침되고, 제1 조성물에서 팔라듐의 일부가 산소 저장 성분 상에 함침되고, 제1 조성물에서 로듐이 알루미나 상에 함침되는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 16: 제1 조성물 중의 팔라듐의 총 중량의 약 25% 내지 약 75%가 산소 저장 성분 상에 함침되는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 17: 제2 조성물이 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 팔라듐을 추가로 포함하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 18: 제2 조성물 중의 백금 대 팔라듐의 중량비가 약 2:1 내지 약 100:1인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 19: 제2 조성물 중의 백금 대 팔라듐의 중량비가 약 8:1 내지 약 12:1인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 20: 제2 조성물이 세리아를 실질적으로 갖지 않는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 21: 기재가 단일체 기재인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 22: 화학량론적 엔진 조건 하에, 촉매 물질이 일산화탄소, 질소 산화물, 및 탄화수소를 동시에 전환시키기에 효과적인 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 23: 희박 엔진 조건 하에, 촉매 물질이 약 200℃ 내지 약 250℃의 온도에서 탄화수소를 산화시키기에 효과적인 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품.
실시양태 24: 배기 스트림을 생성하는 내연 엔진의 하류에 위치하는, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품을 포함하는 배기 가스 처리 시스템.
실시양태 25: 엔진이 희박 연소 엔진을 포함하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 배기 가스 처리 시스템.
실시양태 26: 통합된 희박 NOx 트랩-3원 전환 촉매 (LNT-TWC), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 희박 NOx 트랩 (LNT), 암모늄 산화 (AMOx) 촉매, 암모니아-생성 촉매, 및 필터 상의 선택적 촉매 환원 촉매 (SCRoF)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 구성요소를 추가로 포함하는, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 배기 가스 처리 시스템.
실시양태 27: 촉매 물품의 하류의 SCR 촉매를 추가로 포함하는 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 배기 가스 처리 시스템.
실시양태 28: 촉매 물품의 하류의 LNT를 추가로 포함하는 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 배기 가스 처리 시스템.
실시양태 29: 촉매 물품의 하류의 AMOx를 추가로 포함하는 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 배기 가스 처리 시스템.
실시양태 30: 배기 가스 스트림을 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 촉매 물품과 접촉시키는 것을 포함하며, 여기서, 희박 조건 하에, 촉매 물질은 약 250℃ 이하의 온도에서 탄화수소를 산화시키기에 효과적이고; 화학량론적 엔진 조건 하에, 촉매 물질은 일산화탄소, 질소 산화물, 및 탄화수소를 동시에 전환시키기에 효과적인 것인, 탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물을 포함하는 배기 가스 스트림을 처리하는 방법.
실시양태 31: 팔라듐을 제1 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시키고; 로듐을 제2 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시키고; 제1 및 제2 함침된 다공성 내화성 산화물 물질을 조합하여 제1 조성물을 생성하고; 백금을 제3 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시켜 제2 조성물을 생성하고; 제1 및 제2 조성물이 층상 또는 대역화된 구성으로 존재하도록, 제1 및 제2 조성물을 기재 상에 도포하는 것을 포함하는, 3-금속 촉매 물품을 제조하는 방법.
실시양태 32: 제1, 제2, 및 제3 내화성 금속 산화물 물질이 알루미나를 포함하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 방법.
실시양태 33: 팔라듐 함침 단계가, 팔라듐의 적어도 일부를 알루미나 상에 함침시키고, 팔라듐의 적어도 일부를 산소 저장 성분 상에 함침시키는 것을 포함하는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 방법.
실시양태 34: 팔라듐을 제3 다공성 내화성 물질 상에 함침시키는 것을 추가로 포함하는 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 방법.
실시양태 35: 제3 내화성 금속 산화물이 세리아를 실질적으로 갖지 않는 것인, 임의의 상기 또는 하기 실시양태의 방법.
본 개시내용의 이들 및 다른 특징, 측면 및 이점은 하기에 간단히 설명된 첨부 도면과 함께 하기 상세한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다. 본 발명은 상기에 언급된 실시양태 중 2, 3, 4개, 또는 그 초과의 임의의 조합뿐만 아니라 본 개시내용에 기재된 임의의 2, 3, 4개, 또는 그 초과의 특징 또는 요소의 조합을 포함하며, 이러한 특징 또는 요소가 본원의 구체적 실시양태 설명에서 명백히 조합된 것인지 여부와는 상관없다. 본 개시내용은 임의의 그의 다양한 측면 및 실시양태에서 개시된 본 발명의 임의의 분리가능한 특징 또는 요소가 문맥상 달리 명확히 나타내지 않는 한 조합될 수 있는 것으로 의도된 것으로 여겨지도록 전체론적으로 읽혀지도록 의도된 것이다. 본 발명의 다른 측면 및 이점은 하기로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 실시양태의 이해를 제공하기 위해, 첨부 도면을 참조하며, 이는 반드시 일정 비율로 도시된 것은 아니고, 여기서 참조 번호는 본 발명의 예시적 실시양태의 구성요소를 나타낸다. 도면은 단지 예시적이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어선 안 된다.
도 1a는 본 발명에 따른 3원 전환 (TWC) 워시코트 조성물을 포함할 수 있는 벌집형 기재 캐리어의 사시도이고;
도 1b는 도 1에 나타낸 복수의 가스 유동 통로의 확대도를 나타내는, 도 1의 기재 캐리어의 단부면에 평행한 평면을 따라 취한 도 1에 비해 확대된 부분 단면도이고;
도 2는 본 발명의 및 비교 촉매 조성물에 대한 탄화수소 (HC) 전환 효율의 그래프이고;
도 3은 본 발명의 및 비교 촉매 조성물에 대한 신규 유럽 주행 사이클(New European Driving Cycle; NEDC) 시험에서의 일산화탄소 (CO), NOx, 및 HC 전환 효율의 막대 그래프이고;
도 4는 본 발명의 TWC 촉매가 사용된 배출물 처리 시스템의 하나의 실시양태의 개략도를 나타낸다.
이제 이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고 본원에 기재된 실시양태로 제한되는 것으로 해석되어선 안되고; 오히려, 이들 실시양태가 제공되어 본 개시내용은 철저하고 완전하게 될 것이고, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 충분히 전달할 것이다. 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수형 표현은 문맥상 달리 명확히 나타내지 않는 한 복수 지시물을 포함한다.
본 발명은 배기 가스 정제 촉매 및 그의 사용 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은, 3원 전환 (TWC) 기능을 제공하고, 구체적으로 배기 가스 스트림, 특히 희박 연소 가솔린 엔진으로부터 방출되는 것들의 처리에 사용될 수 있는 배기 가스 정제 촉매에 관한 것이다. 이와 같이, 바람직한 실시양태에서, 본원에 개시된 촉매는 희박 조건에서, 또한 바람직하게는 저온에서 탄화수소를 효율적으로 산화시킬 수 있다. 이러한 촉매는 일반적으로, 다공성 지지체 물질 상에 함침된 적어도 3종의 상이한 백금족 금속 (PGM)을 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "함침된" 또는 "함침"은 지지체 물질의 다공성 구조 내로의 촉매 물질의 침투를 지칭한다. TWC 조성물(들)은 하기에 보다 충분히 기재되는 바와 같이 초기 습윤 함침 기술을 사용하여 제조되고 워시코트 기술을 사용하여 촉매 기재 상에 코팅될 수 있다.
촉매 조성물
본 개시내용에 따른 바람직한 실시양태에서는, 상이한 적어도 두 촉매 조성물이 제공된다. 전형적으로, 조성물 둘 다는 다공성 내화성 산화물 지지체 상에 함침된 적어도 하나의 PGM 성분을 포함하고, 여기서 PGM 성분 및 다공성 내화성 산화물 지지체는 둘 이상의 조성물에서 동일하거나 상이할 수 있다. 본 출원 전반에 걸쳐 다양한 위치에서, 이들 상이한 두 촉매 조성물은 "제1 조성물" 및 "제2 조성물"로서 언급됨을 인지한다. 그러나, 이는 제한하는 것으로 의도되지 않으며, "제1" 또는 "제2"로서의 특정한 조성물의 명칭은 임의적인 것이며, 예를 들어, 하나의 조성물을 또 다른 조성물에 대하여 배치함을 나타내지 않는다.
본원에서 사용된 바와 같이, "백금족 금속" 또는 "PGM"은 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd), 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 오스뮴 (Os), 이리듐 (Ir), 및 이들의 혼합물을 포함한 백금족 금속 또는 그의 산화물을 지칭한다. PGM 성분 (예를 들어, Pt, Pd, Rh 또는 이들의 조합)의 농도는 다양할 수 있지만, 전형적으로는 다공성 내화성 산화물 지지체 물질의 중량에 대하여 약 0.1 wt.% 내지 약 10 wt.% (예를 들어, 내화성 산화물 지지체에 대하여 약 1 wt.% 내지 약 6 wt.%)일 것이다.
본원에서 사용된 바와 같이, "다공성 내화성 산화물"은 고온, 예컨대 디젤 엔진 배기물과 관련된 온도에서 화학적 및 물리적 안정성을 나타내는 다공성 금속-함유 산화물 물질을 지칭한다. 예시적 내화성 산화물은 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 및 이들의 물리적 혼합물 또는 화학적 조합을 포함하며, 이는 원자-도핑된 조합을 포함하고 고표면적 또는 활성화 화합물, 예컨대 활성화 알루미나를 포함한다. 금속 산화물의 예시적 조합은, 알루미나-지르코니아, 알루미나-세리아-지르코니아, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 바리아-란타나-알루미나, 바리아-란타나-네오디미아-알루미나, 및 알루미나-세리아를 포함한다. 예시적 알루미나는 대기공 베마이트, 감마-알루미나, 및 델타/세타 알루미나를 포함한다. 유용한 상업적 알루미나는 활성화 알루미나, 예컨대 고 벌크 밀도 감마-알루미나, 저 또는 중 벌크 밀도 대기공 감마-알루미나, 및 저 벌크 밀도 대기공 베마이트 및 감마-알루미나를 포함한다.
고표면적 내화성 산화물 지지체, 예컨대 "감마 알루미나" 또는 "활성화 알루미나"로서 또한 지칭되는 알루미나 지지체 물질은 전형적으로 60 ㎡/g 초과, 종종 약 200 ㎡/g 이상까지의 BET 표면적을 나타낸다. 이러한 활성화 알루미나는 통상 알루미나의 감마 및 델타 상의 혼합물이지만, 상당한 양의 에타, 카파 및 세타 알루미나 상을 또한 함유할 수 있다. "BET 표면적"은 N2 흡착에 의해 표면적을 결정하는 브루나우어, 에메트, 텔러(Brunauer, Emmett, Teller) 방법을 지칭하는 그의 통상적인 의미를 갖는다. 바람직하게, 활성 알루미나는 60 내지 350 ㎡/g, 또한 전형적으로는 90 내지 250 ㎡/g의 비표면적을 갖는다.
일부 실시양태에서, 다공성 내화성 금속 산화물은 산소 저장 성분 (OSC)을 포함한다. "OSC"는, 다가 산화 상태를 갖고, 산화 조건 하에 산화제, 예컨대 산소 (O2) 또는 산화질소 (NO2)와 활동적으로 반응할 수 있는, 또는 환원 조건 하에 환원제, 예컨대 일산화탄소 (CO), 탄화수소 (HC), 또는 수소 (H2)와 반응하는 실체인 산소 저장 성분을 지칭한다. 특정 예시적 OSC는 희토류 금속 산화물이고, 이는 원소 주기율표에 정의된 스칸듐, 이트륨, 및 란타넘 계열의 하나 이상의 산화물을 지칭한다. 적합한 산소 저장 성분의 예는, 세리아 및 프라세오디미아 및 이들의 조합을 포함한다. 워시코트 층으로의 OSC의 전달은, 예를 들어, 혼합 산화물의 사용에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 세리아는, 세륨 및 지르코늄의 혼합 산화물, 및/또는 세륨, 지르코늄, 및 네오디뮴의 혼합 산화물로서 전달될 수 있다. 예를 들어, 프라세오디미아는 프라세오디뮴 및 지르코늄의 혼합 산화물, 및/또는 프라세오디뮴, 세륨, 란타넘, 이트륨, 지르코늄, 및 네오디뮴의 혼합 산화물로서 전달될 수 있다.
제1 조성물은 일반적으로 팔라듐 및 로듐을 포함하고, 여기서 팔라듐 및 로듐 둘 다는 다공성 내화성 금속 산화물 상에 함침된다. 팔라듐 및 로듐이 동일한 다공성 내화성 금속 산화물 상에 함침될 수도 있지만, 바람직한 실시양태에서, 이들은 별개의 다공성 내화성 금속 산화물 상에 함침되어, 별개의 팔라듐-함침된 다공성 내화성 금속 산화물 및 로듐-함침된 다공성 내화성 금속 산화물 물질을 생성한다. 팔라듐 및 로듐이 함침되는 다공성 내화성 금속 산화물의 조성은 동일하거나 상이할 수 있다 (예를 들어, 팔라듐 및 로듐 둘 다의 적어도 일부는, 특정 실시양태에서, 알루미나 상에 함침될 수 있고, 바람직하게는 여기서 팔라듐 및 로듐은 서로 상이한 알루미나 입자 상에 함침됨).
예를 들어, 일부 실시양태에서, 팔라듐의 적어도 일부는 산소 저장 성분으로 고려되지 않는 다공성 내화성 금속 산화물 (예를 들어, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 및 이들의 물리적 혼합물 또는 화학적 조합, 예컨대 원자-도핑된 조합, 또한 예컨대 고표면적 또는 활성화 화합물, 예컨대 활성화 알루미나를 포함하나 이에 제한되지는 않음) 상에 함침된다. 특정 구체적 실시양태에서, 이러한 다공성 내화성 금속 산화물은 유리하게 알루미나를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 팔라듐의 적어도 일부는 OSC인 다공성 내화성 금속 산화물 상에 함침된다. 이와 관련하여 특정 예시적 OSC는, 세리아, 란타나, 프라세오디미아, 네오디미아, 니오비아, 유로피아, 사마리아, 이테르비아, 이트리아, 지르코니아, 및 이들의 조합 및 복합물을 포함한다. 특히, 일부 실시양태에서는, 예를 들어, 세리아-지르코니아, 세리아-지르코니아-란타나, 또는 이들의 조합일 수 있는 세리아-지르코니아 복합물이 사용된다.
제1 조성물에서 팔라듐의 적어도 일부는 OSC 상에 함침되고, 제1 조성물에서 팔라듐의 적어도 일부는 비-OSC 다공성 내화성 금속 산화물 상에 함침되는 것이 바람직할 수도 있지만, 일부 실시양태에서는, 제1 조성물에서 실질적으로 모든 팔라듐이 OSC 상에 함침될 수 있거나, 또는 제1 조성물에서 실질적으로 모든 팔라듐이 비-OSC 다공성 내화성 금속 산화물 상에 함침될 수 있음을 인지한다. 팔라듐의 적어도 일부가 OSC 상에 함침되고, 팔라듐의 적어도 일부가 비-OSC 다공성 내화성 물질 상에 함침되는 경우, 서로에 대한 이들 두 물질의 비율은 폭넓게 다양할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 두 팔라듐-함침된 물질은 약 1:50 내지 약 50:1의 OSC-함침된 팔라듐 대 비-OSC-함침된 팔라듐의 중량비로 제공된다. 일부 실시양태에서, 팔라듐-함침된 물질은, 팔라듐의 총 중량의 약 25% 내지 약 75%가 산소 저장 성분 상에 함침되는 양으로 존재한다. 하나의 특정한 실시양태에서, 이들 물질은 대략 1:1 중량비로 제공된다.
제1 조성물에서 로듐 성분은 유리하게는 하나 이상의 비-OSC 다공성 내화성 금속 산화물 상에 함침된 로듐의 형태로 제공된다. 예를 들어, 제1 조성물에서 실질적으로 모든 로듐은 유리하게는, 산소 저장 성분으로 고려되지 않는 다공성 내화성 금속 산화물 (예를 들어, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 및 이들의 물리적 혼합물 또는 화학적 조합, 예컨대 원자-도핑된 조합, 또한 예컨대 고표면적 또는 활성화 화합물, 예컨대 활성화 알루미나를 포함하나 이에 제한되지는 않음) 상에 함침된다. 특정 구체적 실시양태에서, 이러한 다공성 내화성 금속 산화물은 유리하게는 알루미나를 포함할 수 있다.
제1 조성물에서 팔라듐 및 로듐이 별개의 내화성 금속 산화물 상에 함침된다고 본원에서 기재되지만, 특정 실시양태에서는, 팔라듐 및 로듐의 일부가 동일한 내화성 금속 산화물 상에 함침될 수 있음을 인지한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 하기에 더욱 상세히 기재되는 슬러리 가공 방법은 팔라듐을 포함하는 내화성 금속 산화물 상의 일부 로듐의 포함을 제공할 수 있다. 이러한 혼합 함침이 특히 바람직한 것은 아니지만, 본원에서 상세히 기재되는 방법에 따라 사용되는 가공 방법의 전형적인 결과이다. 따라서, 다양한 실시양태에서, 제1 조성물은 "실질적으로 별개의" 팔라듐 및 로듐-함침된 내화성 금속 산화물을 포함하는 것으로 기재될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시양태에서, 제1 조성물 중의 총 로듐 함량의 약 40 중량% 미만, 약 30 중량% 미만, 약 20 중량% 미만, 약 10 중량% 미만, 또는 약 5 중량% 미만은 함침된 팔라듐을 추가로 포함하는 내화성 금속 산화물 상에 함침될 수 있다.
제1 조성물 중의 팔라듐-함침된 물질 및 로듐-함침된 물질의 중량비는 다양할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 팔라듐-함침된 물질 및 로듐-함침된 물질은 약 1:10 내지 약 10:1 또는 약 1:5 내지 약 5:1의 중량비로 존재한다. 구체적 실시양태에서는, 대략 1:1 중량비가 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 본 개시내용은 추가로, 서로 친밀하게 혼합된 팔라듐-함침된 금속 산화물 및 로듐-함침된 금속 산화물 물질을 포함하는 2-금속 촉매 조성물을 제공한다.
제2 조성물은 일반적으로 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 백금을 포함한다. 특정 실시양태에서, 제2 조성물은 OSC를 실질적으로 포함하지 않고 (그러나, 제2 조성물이 이것으로 제한되지는 않음), 특히 바람직한 실시양태에서, 제2 조성물은 세리아를 실질적으로 포함하지 않는다. "세리아를 실질적으로 포함하지 않음"은, 제2 조성물이 약 15 중량% 미만, 약 10 중량% 미만, 약 5 중량% 미만, 약 2 중량% 미만, 또는 약 1 중량% 세리아 미만의 세리아를 포함함을 의미한다. 이와 같이, 바람직한 실시양태는, 예를 들어, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 란타나, 및 이들의 물리적 혼합물 또는 이들의 화학적 조합, 예컨대 원자-도핑된 조합, 또한 예컨대 고표면적 또는 활성화 화합물, 예컨대 활성화 알루미나 (예를 들어, 란타나-안정화된 알루미나를 포함하나, 이에 제한되지는 않음) 상에 함침된 백금을 포함한다. 특정 구체적 실시양태에서, 이러한 다공성 내화성 금속 산화물은 유리하게는 알루미나를 포함할 수 있다.
제2 조성물은 전형적으로 백금에 추가로 팔라듐을, 산소 저장 성분으로 고려되지 않는 다공성 내화성 금속 산화물 (예를 들어, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 및 이들의 물리적 혼합물 또는 화학적 조합, 예컨대 원자-도핑된 조합, 또한 예컨대 고표면적 또는 활성화 화합물, 예컨대 활성화 알루미나를 포함하나 이에 제한되지는 않음) 상에 함침된 팔라듐 형태로 포함한다. 팔라듐은 일반적으로 제2 조성물에서 안정화 기능을 수행하고, 제2 조성물 중의 백금 대 팔라듐 비율에 대한 특정한 제한은 없다. 그러나, 특정 실시양태에서, 백금-함침된 내화성 금속 산화물은, 제2 조성물 중의 백금 대 팔라듐의 중량비가 약 2:1 내지 약 20:1, 예를 들어, 약 8:1 내지 약 12:1이 되는 양으로 제2 조성물 중에 포함될 수 있다.
기재
하나 이상의 실시양태에 따르면, 촉매 조성물(들)을 위한 기재는, 전형적으로 자동차 촉매를 제조하는 데 사용되는 임의의 물질로 구성될 수 있고, 전형적으로는 금속 또는 세라믹 벌집형 구조를 포함할 것이다. 기재는 전형적으로, 본원에 개시된 TWC 워시코트 조성물이 도포되고 부착되고, 이로써 촉매 조성물을 위한 캐리어로서 작용하는 복수의 벽 표면을 제공한다.
예시적 금속성 기재는 내열성 금속 및 금속 합금, 예컨대 티타늄 및 스테인리스 스틸뿐만 아니라 철이 실질적 또는 주요 성분인 다른 합금을 포함한다. 이러한 합금은 니켈, 크로뮴, 및/또는 알루미늄 중 하나 이상을 함유할 수 있고, 이들 금속의 총량은 유리하게는 합금의 적어도 15 wt.%를 구성할 수 있고, 예를 들어 10 내지 25 wt.%의 크로뮴, 3 내지 8 wt.%의 알루미늄, 20 wt.% 이하의 니켈을 포함한다. 합금은 소량 또는 미량의 하나 이상의 다른 금속, 예컨대 망가니즈, 구리, 바나듐, 티타늄 등을 또한 함유할 수 있다. 표면 또는 금속 캐리어는 고온, 예를 들어 1000℃ 이상에서 산화되어, 기재의 표면 상에 산화물 층을 형성할 수 있어, 합금의 내식성을 개선시키고 워시코트 층의 금속 표면에의 부착을 용이하게 한다.
기재를 구성하는 데 사용되는 세라믹 물질은 임의의 적합한 내화성 물질, 예를 들어 코디에라이트, 코디에라이트-α 알루미나, 질화규소, 지르콘 멀라이트, 스포듀민, 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 실리케이트, 실리마나이트, 마그네슘 실리케이트, 지르콘, 페탈라이트, α 알루미나, 알루미노실리케이트 등을 포함할 수 있다.
통로가 유체 유동에 개방되도록 기재의 유입구로부터 유출구 면까지 연장되어 있는 복수의 미세하고 평행한 가스 유동 통로를 갖는 단일체 관통형 기재와 같은 임의의 적합한 기재가 사용될 수 있다. 유입구로부터 유출구까지 본질적으로 직선형 경로인 통로는, 통로를 통해 유동하는 가스가 촉매 물질과 접촉하도록 촉매 물질이 워시코트로서 코팅된 벽에 의해 한정된다. 단일체 기재의 유동 통로는 박벽 채널이며, 이는 임의의 적합한 단면 형상, 예컨대 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인곡선형, 육각형, 타원형, 원형 등의 것일 수 있다. 이러한 구조는 단면의 평방인치 당 약 60 내지 약 1200개 (cpsi) 이상, 보다 통상적으로는 약 300 내지 600 cpsi의 가스 유입구 개구 (즉, "셀")를 함유할 수 있다. 관통형 기재의 벽 두께는 다양할 수 있고, 여기서 전형적인 범위는 0.002 내지 0.1 인치이다. 대표적인 상업적으로 입수가능한 관통형 기재는 400 cpsi 및 6 mil의 벽 두께, 또는 600 cpsi 및 4 mil의 벽 두께를 갖는 코디에라이트 기재가다. 그러나, 본 발명은 특정한 기재 유형, 물질, 또는 기하구조로 제한되지 않음을 이해할 것이다.
대안적 실시양태에서, 기재는 벽-유동형 기재일 수 있고, 여기서 각각의 통로는 비-다공성 플러그로 기재 본체의 한쪽 단부에서 차단되며, 교대 통로가 반대쪽 단부-면에서 차단된다. 이는 벽-유동형 기재의 다공성 벽을 통한 가스 유동이 출구에 도달할 것을 요구한다. 이러한 단일체 기재는 최대 약 700 cpsi 이상, 예컨대 약 100 내지 400 cpsi, 보다 전형적으로는 약 200 내지 약 300 cpsi를 함유할 수 있다. 셀의 단면 형상은 상기에 기재된 바와 같이 다양할 수 있다. 벽-유동형 기재는 전형적으로 0.002 내지 0.1 인치의 벽 두께를 갖는다. 대표적인 상업적으로 입수가능한 벽-유동형 기재는 다공성 코디에라이트로부터 구성되며, 이것의 예는 200 cpsi 및 10 mil 벽 두께 또는 300 cpsi와 8 mil 벽 두께, 및 45 내지 65%의 벽 다공성을 갖는다. 일부 실시양태에서, 기재는, 유입구 셀이 유출구 셀과 상이한 크기를 갖는 비-대칭 셀 벽 유동형 기재일 수 있다. 그러나, 본 발명은 특정한 기재 유형, 물질, 또는 기하구조로 제한되지 않음을 이해할 것이다. 기재가 벽-유동형 기재인 경우, 촉매 조성물은 벽의 표면에 배치된 것 이외에 다공성 벽의 기공 구조 내로 침투 (즉, 부분적으로 또는 완전히 기공 개구를 폐쇄)할 수 있음을 인지한다.
도 1a 및 1b는 본원에 기재된 바와 같은 워시코트 조성물로 코팅된 관통형 기재의 형태의 예시적 기재(2)를 나타낸다. 도 1a를 참조하면, 예시적 기재(2)는 원통형 형상 및 원통형 외부 표면(4), 상류 단부면(6) 및 단부면(6)과 동일한 상응하는 하류 단부면(8)을 갖는다. 기재(2)는 그 안에 형성된 복수의 미세하고 평행한 가스 유동 통로(10)를 갖는다. 도 1b에 나타낸 바와 같이, 유동 통로(10)는 벽(12)에 의해 형성되고 캐리어(2)를 통해 상류 단부면(6)으로부터 하류 단부면(8)까지 연장되고, 통로(10)는 캐리어(2)를 통해 그의 가스 유동 통로(10)를 거쳐 종방향으로, 유체, 예를 들어 가스 스트림의 유동을 허용하도록 막혀있지 않다. 도 1b에서 보다 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 벽(12)은 가스 유동 통로(10)가 실질적으로 정다각형 형상을 갖도록 치수화되고 구성된다. 나타낸 바와 같이, 워시코트 조성물은 요망되는 경우 다수의 별개의 층으로 도포될 수 있다. 예시된 실시양태에서, 워시코트는 캐리어 부재의 벽(12)에 부착된 별개의 저부 워시코트 층(14) 및 저부 워시코트 층(14) 위에 코팅된 제2의 별개의 상부 워시코트 층(16) 둘 다로 이루어진다. 본 발명은 하나 이상의 (예를 들어, 2, 3, 또는 4개의) 워시코트 층으로 실시될 수 있고 예시된 2-층 실시양태로 제한되지 않는다.
조성물의 워시코트 또는 촉매 금속 성분 또는 다른 성분의 양을 기재하는 데 있어서, 촉매 기재의 단위 부피 당 성분의 중량의 단위를 사용하는 것이 편리하다. 따라서, 기재의 공극 공간의 부피를 포함하여, 기재의 부피 당 성분의 중량을 의미하기 위해 단위, 그램/입방인치 ("g/in3") 및 그램/입방피트 ("g/ft3")가 본원에서 사용된다. 촉매 기재, 예컨대 단일체 관통형 기재 상의 (제1 및 제2 조성물 둘 다를 포함하는) 조성물의 총 로딩은 전형적으로 약 0.5 내지 약 6 g/in3, 또한 보다 전형적으로 약 1 내지 약 5 g/in3이다. 지지체 물질 (즉, Pt, Rh, Pd, 또는 이들의 조합)이 없는 PGM 성분의 총 로딩은 전형적으로 약 30 내지 약 200 g/ft3의 범위이다. 이들 단위 부피 당 중량은 전형적으로 촉매 워시코트 조성물로 처리하기 전후에 촉매 기재를 칭량함으로써 계산되며, 처리 방법은 고온에서 촉매 기재를 건조 및 소성시키는 것을 포함하기 때문에, 이들 중량은 본질적으로 워시코트 슬러리의 본질적으로 모든 물이 제거된 본질적으로 용매-무함유 촉매 코팅을 나타냄을 인지한다.
촉매 조성물을 제조하는 방법
PGM-함침된 내화성 산화물 물질의 제조는 전형적으로, 미립자 형태의 내화성 산화물 지지체 물질을 PGM 용액, 예컨대 백금 용액, 팔라듐 용액, 및 로듐 용액 중 하나 이상으로 함침시키는 것을 포함한다. 다수의 PGM 성분 (예를 들어, 팔라듐 및 로듐 또는 백금 및 팔라듐 또는 이들의 일부)을 동시에 또는 별도로 함침시킬 수 있고, 초기 습윤 기술을 사용하여 동일한 지지체 입자 또는 별개의 지지체 입자 상에 함침시킬 수 있다. 지지체 입자는 전형적으로, 실질적으로 모든 용액을 흡수하여 습윤 고체를 형성하기에 충분히 건조하다.
PGM 성분의 수용성 화합물 또는 착물, 예컨대 팔라듐 니트레이트, 로듐 니트레이트, 테트라아민팔라듐 니트레이트, 로듐 니트레이트, 테트라아민 백금 히드록시드, 또는 로듐 아세테이트의 수용액이 전형적으로 사용된다. 지지체 입자를 PGM 용액으로 처리한 후, 예컨대 입자를 승온 (예를 들어, 100 내지 150℃)에서 일정 기간 (예를 들어, 1 내지 3시간) 동안 열 처리함으로써, 입자를 건조시키고, 이어서 소성시켜 PGM 성분을 보다 촉매 활성인 형태로 전환시킨다. 예시적 소성 방법은 약 400 내지 550℃의 온도에서 1 내지 3시간 동안 공기 중에서의 열 처리를 포함한다. PGM 함침의 요망되는 수준에 도달하기 위해 필요에 따라 상기 방법을 반복할 수 있다. 생성된 물질은 건조 분말로서 또는 슬러리 형태로 저장될 수 있다.
OSC 성분이 사용되는 경우 (일반적으로 제1 조성물에서), PGM-함침된 내화성 산화물 물질의 제조는 전형적으로, 초기 습윤 기술을 사용하여 미립자 형태의 OSC 내화성 산화물 지지체 물질을 PGM (예를 들어, 팔라듐) 용액으로 함침시키는 것을 포함한다. 또한, 지지체 입자는 통상적으로, 실질적으로 모든 용액을 흡수하여 습윤 고체를 형성하기에 충분히 건조하다. 상기에 요약된 바와 같이, PGM 성분의 수용성 화합물 또는 착물의 수용액이 전형적으로 사용된다. OSC 입자를 PGM 용액으로 처리한 후, 예컨대 입자를 승온 (예를 들어, 100 내지 150℃)에서 일정 기간 (예를 들어, 1 내지 3시간) 동안 열 처리함으로써, 입자를 건조시키고, 이어서 소성시켜 베이스 금속 성분을 보다 촉매 활성인 산화물 형태로 전환시킨다. 예시적 소성 방법은 약 400 내지 800℃의 온도에서 1 내지 3시간 동안 공기 중에서의 열 처리를 포함한다. PGM 함침의 요망되는 수준에 도달하기 위해 필요에 따라 상기 방법을 반복할 수 있다. 생성된 물질은 건조 분말로서 또는 슬러리 형태로 저장될 수 있다.
내화성 산화물 입자 상의 PGM의 함침은, 특히 단일 조성물 (즉, 제1 조성물에서 팔라듐 및 로듐 및 제2 조성물에서 팔라듐 및 백금)과 관련하여, 상기에 언급된 바와 같이 별개의 단계에서 별개의 미립자 캐리어 물질을 사용하여 수행할 수 있거나, 또는 함침 단계를 순차적 단계로 동일한 내화성 산화물 물질에 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기에 기재된 바와 같이 하나의 PGM 성분을 캐리어 입자 상에 함침시키고, 이어서 건조 및 소성시킬 수 있고, 상기에 언급된 바와 같이 동일한 캐리어 입자를 PGM 함침 방법에 적용하여 제2 PGM을 함침시킬 수 있다. PGM 성분의 첨가 순서는 중요하지 않고, 이들 성분을 임의의 순서로 지지체 물질에 도포할 수 있다.
기재 코팅 방법
PGM-함침된 캐리어 입자의 별개의 조성물 형태 또는 혼합 형태 (즉, 조성물 1 및 조성물 2를 포함)의 상기 언급된 촉매 조성물을, 촉매 기재, 예컨대 벌집형 기재를 코팅하기 위한 목적으로 물과 혼합하여 슬러리를 형성한다. 촉매 입자에 추가로, 슬러리는 결합제로서 알루미나, 탄화수소 (HC) 저장 성분 (예를 들어, 제올라이트), 수용성 또는 수분산성 안정화제 (예를 들어, 바륨 아세테이트), 촉진제 (예를 들어, 란타넘 니트레이트), 회합성 증점제, 및/또는 계면활성제 (음이온성, 양이온성, 비-이온성 또는 양쪽성 계면활성제를 포함)를 임의로 함유할 수 있다.
슬러리를 밀링하여 입자의 혼합 및 균질한 물질의 형성을 향상시키고, 특히 입자 크기를 감소시킬 수 있다. 밀링은 볼 밀, 연속 밀, 또는 다른 유사한 장비에서 달성될 수 있고, 슬러리의 고형물 함량은, 예를 들어 약 20 내지 약 60 wt.%, 보다 특히 약 30 내지 약 40 wt.%일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 밀링-후 슬러리는 약 10 내지 약 20 마이크로미터의 D90 입자 크기를 특징으로 한다. D90은 입자의 약 90%가 보다 미세한 입자 크기를 갖는 입자 크기로서 정의된다.
이어서, 관련 기술분야에 공지된 워시코트 기술을 사용하여 슬러리를 촉매 기재 상에 코팅한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "워시코트"는 기재에 도포된 촉매 물질의 얇은 접착성 코팅이라는 관련 기술분야에서의 그의 통상적인 의미를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 촉매 기재는 슬러리에 1회 이상 침지되거나 또는 그렇지 않으면 슬러리로 코팅된다. 그 후, 코팅된 기재를 승온 (예를 들어, 약 100 내지 약 150℃)에서 일정 기간 (예를 들어, 1 내지 3시간) 동안 건조시키고, 이어서, 예를 들어 약 400 내지 약 600℃에서, 전형적으로는 약 10분 내지 약 3시간 동안 가열함으로써 소성시킨다. 건조 및 소성 후, 최종 워시코트 코팅 층은 본질적으로 용매-무함유인 것으로 여겨질 수 있다.
소성 후, 촉매 로딩은 기재의 코팅된 중량 및 코팅되지 않은 중량에서의 차이의 계산을 통해 결정될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 촉매 로딩은 슬러리 레올로지를 변경함으로써 달라질 수 있다. 추가로, 코팅을 원하는 로딩 수준 또는 두께로 형성하기 위해 필요에 따라 코팅/건조/소성 공정을 반복할 수 있다.
촉매 조성물은 단일 층 또는 다수의 층으로서 도포될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 촉매 조성물은 다수의 층으로 도포되고, 여기서 각각의 층은 상이한 조성물을 갖는다 (예를 들어, 각각 별개의 층을 구성하는 제1 조성물 및 제2 조성물). 따라서, 촉매 물품은 제1 층으로서 기재 상에 배치된 하나의 조성물 및 제2 층으로서 제1 조성물의 적어도 일부에서 오버레이하는 제2 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저부 층 (예를 들어, 도 2의 층(14))은 Pd- 및 Rh-함침된 물질 (또한, 바람직하게는, OSC)을 포함하는 본 발명의 제1 촉매 조성물을 포함할 수 있고, 상부 층 (예를 들어, 도 2의 층(16))은 Pt (또한 바람직하게는 Pd)-함침된 물질을 포함하는 본 발명의 제2 촉매 조성물을 포함할 수 있다. 각각의 층 중의 촉매 조성물의 상대적 양은 다양할 수 있고, 여기서 예시적 이중 층 코팅은 약 40 내지 90 중량%의 (기재 표면에 인접한) 제1 촉매 조성물의 총 중량을 포함하고 약 10 내지 60 중량%의 상부 층에서 제2 촉매 조성물의 총 중량을 포함한다.
촉매 물품은 이러한 층상 실시양태로 제한되지 않음을 인지한다. 사실상, 일부 실시양태에서는, 두 조성물이 서로에 대하여 대역화된 (예를 들어, 측방향 대역화된) 구성으로 제공된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "측방향 대역화된"은, 하나 이상의 기재 상에 도포된, 제1 및 제2 조성물의 서로에 대한 위치를 지칭한다. 측방향은, 제1 및 제2 조성물이 나란히 배치되도록 하는, 사이드-바이-사이드(side-by-side)를 의미한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "상류" 및 "하류"는, 엔진으로부터 배기관을 향한 엔진 배기 가스 스트림의 유동에 따른 상대적 방향을 지칭하고, 여기서 엔진은 상류 위치에 있고, 배기관 및 임의의 오염 경감 물품, 예컨대 필터 및 촉매는 엔진으로부터 하류에 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 촉매 물품은, 제1 조성물이 제2 조성물의 상류의 기재 상에 코팅된, 측방향 대역화된 구성으로 존재한다. 다른 실시양태에서, 촉매 물품은, 제1 조성물이 제2 조성물의 하류의 기재 상에 코팅된, 측방향 대역화된 구성으로 존재한다.
상기에 언급된 바와 같이, 본원에 개시된 조성물을 포함하는 촉매 물품은 화학량론적 공기-대-연료 비율에서 동시에 CO, NOx, 및 HC의 전환을 나타낼뿐만 아니라, 저온 (예를 들어, 약 200℃ 내지 약 250℃)에서 희박 조건 (높은 공기-대-연료 비율)에서 탄화수소를 효율적으로 산화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 하나 이상의 실시양태는, 일산화탄소, 질소 산화물, 및 탄화수소를 동시에 전환시키는, 또한 약 200℃ 내지 약 250℃의 온도에서 탄화수소를 산화시키는 능력을 특징으로 하는, 본 발명의 조성물을 포함하는 촉매 물품을 제공한다.
본원에 개시된 바와 같은 예시적 3-금속 촉매 및 단일-층 TWC 조성물을 갖는 "비교" 촉매 둘 다에 대하여 희박 조건에서의 HC 전환 효율을 입증하는 연구가 하기 실시예에 제공된다. 데이터는, 본 발명의 촉매 물품이, 에이징된(aged) 형태에서도 (반면 비교 물질은 신선한 형태로 평가되었음), 이들 조건에서 현저히 더 높은 HC 전환을 나타내었음 보여준다. 또한, 신규 유럽 주행 사이클 (NEDC) 시험에서 CO, NOx, 및 HC 전환 효율을 입증하는 연구가 제공되고, 이는 본 발명의 촉매 물품이 유사한 CO, NOx, 및 HC 전환 백분율을 나타냄을 보여준다.
배출물 처리 시스템
본 발명은 또한, 본원에 기재된 촉매 조성물을 혼입한 배출물 처리 시스템을 제공한다. 본 발명의 촉매 조성물을 포함하는 촉매 물품은 전형적으로, 배기 가스 배출물의 처리를 위한 하나 이상의 추가의 구성요소를 포함하는 통합된 배출 처리 시스템에서 사용된다. 배출물 처리 시스템의 다양한 구성요소의 상대적 배치는 달라질 수 있다. 예를 들어, 배출물 처리 시스템은 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 물품을 추가로 포함할 수 있다. 처리 시스템은 추가의 구성요소, 예컨대 암모니아 산화 (AMOx) 물질, 암모니아-생성 촉매, 및 NOx 저장 및/또는 트랩핑 구성요소 (LNT)를 포함할 수 있다. 구성요소의 상기 목록은 단지 예시적이고, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어선 안된다.
하나의 예시적 배출물 처리 시스템이 도 4에 예시되어 있고, 이는 배출물 처리 시스템(20)의 개략도를 도시한 것이다. 나타낸 바와 같이, 배출물 처리 시스템은 희박 연소 엔진과 같은 엔진(22)의 하류에 연속된 복수의 촉매 구성요소를 포함한다. 촉매 구성요소 중 적어도 하나는 본원에 기재된 바와 같은 본 발명의 TWC 촉매일 것이다. 본 발명의 촉매 조성물은 수많은 추가의 촉매 물질과 조합될 수 있고, 추가의 촉매 물질에 비해 다양한 위치에 배치될 수 있다. 도 4는 연속된 5개의 촉매 구성요소(24, 26, 28, 30, 32)를 나타내지만; 촉매 구성요소의 총 수는 다양할 수 있고, 5개의 구성요소는 단지 일례이다.
하기 표 1은 본 발명의 배출물 처리 시스템의 다양한 시스템 구성을 나타낸다. 표에서 구성요소 A 내지 E의 참조는 도 4에서의 동일한 명칭과 상호-참조될 수 있다. 각각의 구성요소는 배기 도관을 거쳐 다음 구성요소에 연결되고, 따라서 엔진은 구성요소 A의 상류에 있고, 구성요소 A는 구성요소 B의 상류에 있고, 구성요소 B는 구성요소 C의 상류에 있고, 구성요소 C는 구성요소 D의 상류에 있고, 구성요소 D는 구성요소 E (존재하는 경우)의 상류에 있음을 인지한다. 표 1에 기재된 TWC 촉매는 본 발명의 촉매 조성물을 지칭한다. 다른 구성요소는 일반적으로 공지되어 있다 (SCR = 선택적 촉매 환원 촉매, AMOx = 암모니아 산화 촉매, LNT = 희박 NOx 트랩, 및 LNT-TWC = TWC 및 LNT 기능 둘 다를 갖는 (예를 들어, 기재 상에 층상 형식으로 TWC 및 LNT 촉매 조성물을 가짐) 촉매). 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 인식되는 바와 같이, 표 1에 기재된 구성에서, 구성요소 A, B, C, D, 또는 E 중 임의의 하나 이상은 벽 유동형 필터와 같은 미립자 필터 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 필터 상의 SCR 촉매 (SCRoF)가, 예를 들어, 표 1에서 SCR 구성요소 대신에 사용될 수 있다.
표 1
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실험
본 발명의 측면은 하기 실시예에 의해 보다 충분히 설명되며, 이는 본 발명의 특정 측면을 예시하기 위해 제시된 것이며 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어선 안된다.
실시예 1 - TWC 촉매의 제조
언더코트 워시코트 층 및 상부 워시코트 층 (하기에 요약된 바와 같이 제조됨)을 포함하는 2층 배합물을 평방인치 당 600개의 셀 (600 cpsi)의 셀 밀도 및 4 mil의 벽 두께를 갖는 관통형 세라믹 단일체 기재 캐리어 상에 코팅하였고, 여기서 상부 워시코트 층은 언더코트 워시코트 층 위에 코팅되어 이를 덮었다. 촉매는, 70/55/5의 Pt/Pd/Rh 비율로 총 130 g/ft3 PGM 공칭 로딩을 갖는다.
언더코트 워시코트 층
팔라듐 니트레이트 형태의 전체 Pd의 50%를 OSC 물질 상에 도입하고, 팔라듐 니트레이트 형태의 전체 Pd의 다른 50% 및 로듐 니트레이트 형태의 Rh를 활성화 γ-알루미나 상에 도입하였다. 약 46.5 wt.%의 활성화 γ-알루미나, 촉진제를 갖는 38.7 wt.%의 OSC 물질 (CeO2/ZrO2), 1.1 wt.%의 Pd, 0.1 wt.%의 Rh, 11.6 wt.%의 BaO를 제공하는 바륨 아세테이트, 1.9 wt.%의 ZrO2를 제공하는 지르코늄 아세테이트를 함유하는 슬러리 혼합물을 세라믹 벌집형 기재 상에 코팅하였다. 550℃ 소성 후 언더코트 층의 총 워시코트는 약 2.6 g/in3이었다.
탑코트 층
상부 층을 언더코트 층 상에 배치하였다. 상부 층은 활성화 γ-알루미나, 백금, 및 팔라듐을 함유하였다. 팔라듐 니트레이트 형태의 Pd 및 백금 아민 용액 형태의 Pt를 종래의 초기 습윤 기술에 의해 γ-Al2O3 상에 도입하였다. 약 94.8 wt.%의 활성화 γ-알루미나, 3.8 wt.%의 Pt, 0.4 wt.%의 Pd, 및 0.9 wt.%의 알루미나계 결합제를 함유하는 슬러리 혼합물을 전체 언더코트 층 위에 코팅하였다. 공기 중에서 1시간 동안 550℃ 소성 후 총 워시코트 로딩은 약 1.1 g/in3이었다.
비교 실시예 2A - TWC 촉매의 제조
단일 층 배합물 (하기에 요약된 바와 같이 제조됨)을 평방인치 당 600개의 셀 (600 cpsi)의 셀 밀도 및 4 mil의 벽 두께를 갖는 관통형 세라믹 단일체 기재 캐리어 상에 코팅하였다. 촉매는 294/6의 Pd/Rh 비율로 총 300 g/ft3 PGM 공칭 로딩을 갖는다.
팔라듐 니트레이트 형태의 Pd를 OSC 물질 상에 도입하고, 로듐 니트레이트 형태의 Rh를 활성화 γ-알루미나 상에 도입하였다. 약 46.6 wt.%의 활성화 γ-알루미나, 촉진제를 갖는 46.6 wt.%의 OSC 물질 (CeO2/ZrO2), 0.9 wt.%의 Pd, 0.1 wt.%의 Rh, 4.4 wt.%의 BaO를 제공하는 바륨 아세테이트, 1.4 wt.%의 ZrO2를 제공하는 지르코늄 아세테이트를 함유하는 슬러리 혼합물을 세라믹 벌집형 기재 상에 코팅하였다. 550℃ 소성 후 언더코트 층의 총 워시코트는 약 3.6 g/in3이었다.
비교 실시예 2B - TWC 촉매의 제조
실시예 2B는 210/5의 Pd/Rh 비율로 총 215 g/ft3 PGM 공칭 로딩을 갖는 것을 제외하고는, 실시예 2A와 동일한 배합을 갖는다.
실시예 3 - 희박 조건에서의 HC 전환 효율
엔진 에이징을 모사하는 조건 하에 950℃에서 40시간 동안 에이징 후 실시예 1의 TWC 촉매에 대한 HC 전환 효율을 시험하였다. 실시예 2A의 TWC 촉매에 대한 HC 전환 효율을 신선한 (즉, "비-에이징된") 형태로 시험하였다. 215 내지 275℃의 온도에서의 두 촉매에 대한 희박 조건에서의 HC 전환 효율을 측정하고, 결과를 도 3에 나타내었다. 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 TWC 촉매는 에이징시켰고 실시예 2A의 촉매는 신선한 형태였음에도 불구하고, 실시예 1의 촉매가 비교 실시예 2A의 촉매에 비해 매우 더 높은 HC 전환을 나타내었다.
실시예 4 - NEDC 조건에서의 CO, NO x 및 HC 전환 효율
실시예 1 및 비교 실시예 2B의 촉매를, 950℃에서 100시간 동안 에이징 후, 신규 유럽 주행 사이클 (NEDC) 시험에서 CO, NOx 및 HC 전환 효율에 대해 시험하였고, 결과를 도 3에 나타내었다. 실시예 1의 촉매는 비교 실시예 2B의 촉매와 유사한 CO, NOx 및 HC 전환 백분율을 나타내었다.
상기 설명에서 제시된 교시내용의 이점을 갖는 본 발명의 많은 변형 및 다른 실시양태가 본 발명이 속하는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 구체적 실시양태로 제한되지 않고, 변형 및 다른 실시양태는 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함되는 것으로 의도됨을 이해해야 한다. 본원에서 구체적 용어가 사용되었지만, 이들은 제한의 목적을 위한 것이 아니라 일반적이고 서술적인 의미로만 사용된다.

Claims (35)

  1. 기재 상에 도포된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 제1 조성물 및 제2 조성물을 포함하고, 제1 조성물 및 제2 조성물은 층상 또는 대역화된 구성으로 존재하고,
    제1 조성물은 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 팔라듐 및 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 로듐을 포함하고;
    제2 조성물은 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 백금을 포함하는 것인,
    내연 엔진의 배기 스트림을 처리하기 위한 촉매 물품.
  2. 제1항에 있어서, 제1 조성물이 제1 층으로서 기재 상에 배치되고, 제2 조성물이 제2 층으로서 제1 조성물의 적어도 일부에서 오버레이하도록, 촉매 물질이 층상 형태로 존재하는 것인 촉매 물품.
  3. 제1항에 있어서, 제2 조성물이 제1 층으로서 기재 상에 배치되고, 제1 조성물이 제2 층으로서 제2 조성물의 적어도 일부에서 오버레이하도록, 촉매 물질이 층상 형태로 존재하는 것인 촉매 물품.
  4. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 조성물 둘 다가 기재 상에 배치되고, 여기서 제2 조성물이 배치된 영역의 상류의 기재 영역 상에 제1 조성물이 배치되도록, 촉매 물질이 대역화된 형태로 존재하는 것인 촉매 물품.
  5. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 조성물 둘 다가 기재 상에 배치되고, 여기서 제1 조성물이 배치된 영역의 상류의 기재 영역 상에 제2 조성물이 배치되도록, 촉매 물질이 대역화된 형태로 존재하는 것인 촉매 물품.
  6. 제1항에 있어서, 제1 조성물에서 팔라듐-함침된 금속 산화물 물질 및 로듐-함침된 금속 산화물 물질이 친밀하게 혼합되는 것인 촉매 물품.
  7. 제1항에 있어서, 제1 조성물에서 팔라듐-함침된 금속 산화물 물질 및 로듐-함침된 금속 산화물 물질이 약 1:5 내지 약 5:1의 중량비로 존재하는 것인 촉매 물품.
  8. 제1항에 있어서, 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부가, 알루미나, 알루미나-지르코니아, 알루미나-세리아-지르코니아, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 바리아-란타나-알루미나, 바리아-란타나-네오디미아-알루미나, 및 알루미나-세리아로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 촉매 물품.
  9. 제1항에 있어서, 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부가 알루미나인 촉매 물품.
  10. 제1항에 있어서, 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물의 적어도 일부가 산소 저장 성분인 촉매 물품.
  11. 제10항에 있어서, 산소 저장 성분이, 세리아, 란타나, 프라세오디미아, 네오디미아, 니오비아, 유로피아, 사마리아, 이테르비아, 이트리아, 지르코니아, 및 이들의 조합 및 복합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 촉매 물품.
  12. 제10항에 있어서, 산소 저장 성분이 세리아-지르코니아 복합물인 촉매 물품.
  13. 제12항에 있어서, 세리아 지르코니아 복합물이, 세리아-지르코니아, 세리아-지르코니아-란타나, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 촉매 물품.
  14. 제1항에 있어서, 제1 조성물에서 팔라듐이 함침된 다공성 내화성 금속 산화물이 알루미나 및 산소 저장 성분을 포함하는 것인 촉매 물품.
  15. 제1항에 있어서, 제1 조성물에서 팔라듐의 일부가 알루미나 상에 함침되고, 제1 조성물에서 팔라듐의 일부가 산소 저장 성분 상에 함침되고, 제1 조성물에서 로듐이 알루미나 상에 함침되는 것인 촉매 물품.
  16. 제14항에 있어서, 제1 조성물 중의 팔라듐의 총 중량의 약 25% 내지 약 75%가 산소 저장 성분 상에 함침되는 것인 촉매 물품.
  17. 제1항에 있어서, 제2 조성물이 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침된 팔라듐을 추가로 포함하는 것인 촉매 물품.
  18. 제17항에 있어서, 제2 조성물 중의 백금 대 팔라듐의 중량비가 약 2:1 내지 약 100:1인 촉매 물품.
  19. 제17항에 있어서, 제2 조성물 중의 백금 대 팔라듐의 중량비가 약 8:1 내지 약 12:1인 촉매 물품.
  20. 제1항에 있어서, 제2 조성물이 세리아를 실질적으로 갖지 않는 것인 촉매 물품.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 기재가 단일체 기재인 촉매 물품.
  22. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 화학량론적 엔진 조건 하에, 촉매 물질이 일산화탄소, 질소 산화물, 및 탄화수소를 동시에 전환시키기에 효과적인 것인 촉매 물품.
  23. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 희박 엔진 조건 하에, 촉매 물질이 약 200℃ 내지 약 250℃의 온도에서 탄화수소를 산화시키기에 효과적인 것인 촉매 물품.
  24. 배기 스트림을 생성하는 내연 엔진의 하류에 위치하는, 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 촉매 물품을 포함하는 배기 가스 처리 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 엔진이 희박 연소 엔진을 포함하는 것인 배기 가스 처리 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 통합된 희박 NOx 트랩-3원 전환 촉매 (LNT-TWC), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 희박 NOx 트랩 (LNT), 암모늄 산화 (AMOx) 촉매, 암모니아-생성 촉매, 및 필터 상의 선택적 촉매 환원 촉매 (SCRoF)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 구성요소를 추가로 포함하는 배기 가스 처리 시스템.
  27. 제24항에 있어서, 촉매 물품의 하류의 SCR 촉매를 추가로 포함하는 배기 가스 처리 시스템.
  28. 제24항에 있어서, 촉매 물품의 하류의 LNT를 추가로 포함하는 배기 가스 처리 시스템.
  29. 제24항에 있어서, 촉매 물품의 하류의 AMOx를 추가로 포함하는 배기 가스 처리 시스템.
  30. 배기 가스 스트림을 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 촉매 물품과 접촉시키는 것
    을 포함하며,
    여기서, 희박 조건 하에, 촉매 물질은 약 250℃ 이하의 온도에서 탄화수소를 산화시키기에 효과적이고;
    화학량론적 엔진 조건 하에, 촉매 물질은 일산화탄소, 질소 산화물, 및 탄화수소를 동시에 전환시키기에 효과적인 것인,
    탄화수소, 일산화탄소, 및 질소 산화물을 포함하는 배기 가스 스트림을 처리하는 방법.
  31. 팔라듐을 제1 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시키고;
    로듐을 제2 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시키고;
    제1 및 제2 함침된 다공성 내화성 산화물 물질을 조합하여 제1 조성물을 생성하고;
    백금을 제3 다공성 내화성 금속 산화물 물질 상에 함침시켜 제2 조성물을 생성하고;
    제1 및 제2 조성물이 층상 또는 대역화된 구성으로 존재하도록, 제1 및 제2 조성물을 기재 상에 도포하는 것
    을 포함하는, 3-금속 촉매 물품을 제조하는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 제1, 제2, 및 제3 내화성 금속 산화물 물질이 알루미나를 포함하는 것인 방법.
  33. 제31항에 있어서, 팔라듐 함침 단계가, 팔라듐의 적어도 일부를 알루미나 상에 함침시키고, 팔라듐의 적어도 일부를 산소 저장 성분 상에 함침시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  34. 제31항에 있어서, 팔라듐을 제3 다공성 내화성 물질 상에 함침시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  35. 제31항에 있어서, 제3 내화성 금속 산화물이 세리아를 실질적으로 갖지 않는 것인 방법.
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