KR20200104401A - 세리아-지르코니아-산소 저장 물질을 포함하는 촉매 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
향상된 산화 환원 반응(redox) 특성, 향상된 중간 공극도(mesoporosity) 및 소결(sintering)에 대한 내성을 갖는 산소 저장 물질(OSM: Oxygen Storage Material). 산소 저장 물질(OSM)은 높은 산소 저장 용량(예를 들어, OSC>1.5 mmol H2/g) 및 향상된 환원성(예를 들어, 150°C 내지 550°C의 온도 범위에서 두 개의 Tmax를 갖는 이정점(bimodal) TPR-H2 프로파일)을 갖는다. 산소 저장 물질(OSM)은 촉매 및 촉매 지지체로 사용하기에 적합하다. 산소 저장 물질을 제조하는 방법은 지르코늄(zirconium), 세륨(cerium), 희토류(rare earth) 및 전이 금속(transition metal) 염(salts)들을 포함하는 용액의 제조 이후에, 모든 성분 금속 수산화물의 염기(base)에 공동 침전(co-precipitation)을 포함한다.
Description
본 발명은 전반적으로 촉매에 사용되는 산소 저장 물질에 관한 것이다.
본 섹션의 기재들은 단지 본 발명에 관한 배경 정보만을 제공할 뿐이고, 선행기술을 구성하지 않을 수 있다.
세륨(cerium)-지르코늄(zirconium) 혼합 산화물은 차량 배기 가스의 처리를 위한 3원 촉매에 산소 저장 물질(OSM: Oxygen Storage Materials)로서 널리 사용된다. 산소 저장 물질(OSM)의 성공적인 적용을 위해 충족해야 하는 몇 가지 요구사항들이 있다. 이러한 요구사항들은 높은 열 안정성, 소결(sintering)에 대한 내성 및 산소 저장 물질(OSM)의 표면에 귀금속의 많은 분산이 가능하도록 귀금속과의 공존성을 포함한다.
종래 세리아-지르코니아(ceria-zirconia)에 기반한 산소 저장 물질(OSM)을 제조하기 위한 여러 가지 방법들이 사용되었다. 이러한 방법들은 JP-A-5-193948에 서술된 졸-겔(sol-gel) 기술, JP-A-5-155622에서 보여지는 시약들 사이의 고체 상태(solid-state) 반응 및 미국 특허 6,139,814에 나타난 함침(impregnation)을 포함한다. 열적으로 안정된 산소 저장 물질(OSM)을 제조하는 가장 일반적이고 널리 사용되는 공정은 미국 특허 번호 6,171,572; 6,214,306; 6,255,242; 6,387,338; 7,431,910; 및 7,919,429; 뿐만 아니라 미국 공개 번호 2016/0207027에 근거한 침전(precipitation)/공동 침전(co-precipitation)이다. 침전/공동 침전 기술로 제조된 산소 저장 물질(OSM)은 소결에 대한 높은 내성을 가지고, 경우에 따라 1100°C에서 에이징(ageing)된 이후의 표면적이 15-25 m2/g를 초과할 수 있다.
산소 저장 물질(OSM)의 높은 산화-환원 반응 활성은 여러 특징 중에서도, 산소 저장 물질(OSM)의 조성, 결정상(crystalline phase), 표면적, 다공성 타입 및 백금족 금속(PGM: Platinum Group Metal)의 분산에 의존하는 협동 현상이다. 미국 특허 번호 6,468,941에서 가혹하게 에이징(>1100°C)된 세리아-지르코니아 물질의 산소 저장 용량은 CeO2의 함량에 의존한다. 더 구체적으로, 산소 저장 용량(OSC: Oxygen Storage Capacity)은 CeO2 함량이 30-35 wt.%까지 증가함에 따라 1.0 - 1.1 mmol H2/g까지 증가한다. CeO2 함량의 추가 증가는 산소 저장 용량(OSC)의 증가를 초래하지 않고, 이는 세리아가 풍부한 혼합 산화물에서 CeO2의 일부만이 산소의 저장에 이용 가능하다는 것을 의미한다. 미국 특허 번호 8,187,995 및 미국 공개 번호 2013/0029840는 최대 1.3-1.5 mmol H2/g의 산소 저장 용량을 보이는 특정한 입방체의 파이로클로르(pyrochlore) 구조를 갖는 세리아-지르코니아 혼합 산화물을 서술한다. 산소 저장 용량이 높으면 사용되는 산소 저장 물질(OSM)의 사용량을 감소시키고, 코팅된 층의 두께를 최소화하며, 배압을 감소시키고, 촉매 변환기의 무게 및 원가를 낮춘다.
총 산소 저장 용량(OSC)이 높다는 점 이외에, 혼합 산화물에서 또 하나의 중요한 특징은 산화-환원 반응이 발생하는 온도이다. 낮은 온도에서 산화-환원 반응을 허용하는 물질(예를 들어, 높은 산화 환원 반응(redox) 활성 물질)은 촉매의 “활성(light-off)”온도를 낮춤에 따라 미처리 배기 가스의 양을 감소시킴으로써 냉시동(cold-start) 배기 가스 문제를 해결하는데 중요하다. 미국 특허 번호 7,943,104는 산소 이동성을 촉진하기 위한 인듐(In) 및 주석(Sn) 첨가제(dopant)의 사용을 서술한다. 에이징된 산소 저장 물질(OSM)의 작용을 위한 최대 온도(Tmax)는 550-600°C에서 350-450°C 로 이동한다. 주석(Sn)을 첨가제로 사용함으로써 산화 환원 반응(redox)를 촉진하는 유사한 효과는 미국 공개 번호 2015/0375203에 개시된다. 미국 특허 번호 6,585,944에는 다양한 전이 금속, 예를 들어 Ni, Cu, Fe 및 Mn 뿐만 아니라 Ag 및 Bi가 산화 환원 반응(redox) 특성의 향상을 위하여 제안된다. 이러한 촉진제들의 사용은 산소 저장 용량(OSC)의 상승을 1.5 mmol H2/g까지 증가시키고, Tmax를 300-350°C로 이동시킨다.
따라서, 높은 산소 저장 용량 및 향상된 환원성을 갖는 3원 촉매(TWC: Three-Way Catalyst) 및 4원 촉매(four-way catalyst)의 요구사항을 만족하는 산소 저장 물질이 바람직하다.
본 발명은 전반적으로 향상된 산화 환원 반응(redox) 특성, 향상된 중간 공극도(mesoporosity) 및 소결(sintering)에 대한 내성을 갖는 산소 저장 물질(OSM: Oxygen Storage Material)에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 전반적으로 높은 산소 저장 용량(예를 들어, OSC>1.5 mmol H2/g) 및 향상된 환원성(예를 들어, 150°C 내지 550°C의 온도 범위에서 두 개의 Tmax를 갖는 이정점(bimodal) TPR-H2 프로파일)을 보이는 산소 저장 물질(OSM)을 제공한다. 산소 저장 물질(OSM)은 촉매 및 촉매 지지체로 사용하기에 적합하다. 산소 저장 물질을 제조하는 방법은 지르코늄(zirconium), 세륨(cerium), 희토류(rare earth) 및 전이 금속(transition metal) 염(salts)들을 포함하는 용액의 제조 이후에, 모든 성분 금속 수산화물의 염기(base)에 공동 침전(co-precipitation)을 포함한다.
추가의 적용 분야는 여기에서 제공하는 설명으로부터 명백해질 것이다. 설명 및 구체적인 예들은 단지 예시를 위한 목적인 것이며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아님이 이해되어야 할 것이다.
본 발명이 잘 이해되도록, 예로서 주어진 다양한 형태가 다음의 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 교시에 따른 산소 저장 물질(OSM)을 형성하는 방법을 도시한 순서도의 개략도이다;
도 2는 제1실시예에 따른 산소 저장 물질(OSM)의 1,100°C에서 4시간동안 에이징된 이후에 TPR-H2 프로파일을 도시하는 그래프이다;
도 3은 제2실시예에 따른 산소 저장 물질(OSM)의 1,100°C에서 4시간동안 에이징된 이후에 TPR-H2 프로파일을 도시하는 그래프이다;
도 4는 제3실시예에 따른 산소 저장 물질(OSM)의 1,100°C에서 4시간동안 에이징된 이후에 TPR-H2 프로파일을 도시하는 그래프이다;
여기서 설명된 도면은 단지 예시를 위한 목적이며, 본 발명의 범위를 어떠한 방식으로든 한정하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 교시에 따른 산소 저장 물질(OSM)을 형성하는 방법을 도시한 순서도의 개략도이다;
도 2는 제1실시예에 따른 산소 저장 물질(OSM)의 1,100°C에서 4시간동안 에이징된 이후에 TPR-H2 프로파일을 도시하는 그래프이다;
도 3은 제2실시예에 따른 산소 저장 물질(OSM)의 1,100°C에서 4시간동안 에이징된 이후에 TPR-H2 프로파일을 도시하는 그래프이다;
도 4는 제3실시예에 따른 산소 저장 물질(OSM)의 1,100°C에서 4시간동안 에이징된 이후에 TPR-H2 프로파일을 도시하는 그래프이다;
여기서 설명된 도면은 단지 예시를 위한 목적이며, 본 발명의 범위를 어떠한 방식으로든 한정하기 위한 것이 아니다.
아래의 설명은 단지 예시적인 것이며, 본 발명, 그 적용 또는 사용을 전혀 한정하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, 여기에 포함된 교시에 따라 제조되고 사용되는 산소 저장 물질(OSM)은 구성 및 그의 용도를 더 완전하게 설명하기 위하여 본 명세서 전체에 걸쳐 차량의 배출 가스를 저감하기 위해 사용되는 3원 촉매(TWC: Three-Way Catalyst)과 함께 설명된다. 다른 촉매들, 예를 들어 4원 촉매, 디젤 산화 촉매 및 산화 촉매에 이러한 산소 저장 물질(OSM)의 혼용 및 사용 또는 촉매 적용은 본 발명의 범위 내인 것으로 고려된다. 본 명세서 전체에 걸쳐 대응하는 참조 번호는 유사하거나 대응되는 부분 및 특징을 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 전반적으로 지르코늄(zirconium), 세륨(cerium), 세륨(cerium) 이외에 적어도 하나의 희토류(rare earth) 금속 및 적어도 하나의 전이 금속의 산화물들을 포함하거나, 이로 이루어지거나 또는 필수적으로 이로 이루어진 산소 저장 물질(OSM)을 제공한다. 산소 저장 물질(OSM)은 산소 저장 물질(OSM)의 전체 중량 대비 중량으로 30% 이상의 지르코늄(zirconium) 산화물 함량 및 8 wt.% 이하의 전이 금속 산화물 함량을 갖는다. 산소 저장 물질(OSM)은 이정점(bimodal) TPR-H2 프로파일에 따라 1100°C에서 4시간 동안 에이징된 이후에 100% CeO2 환원성 및 적어도 1.5 mmol H2/g의 산소 저장 용량(OSC)을 보인다.
바람직하게, 산소 저장 물질(OSM)은 산소 저장 물질(OSM)의 전체 중량 대비 중량으로 30% 내지 80%의 범위; 그렇지 않으면 약 40 wt.%와 약 70 wt.% 사이의 지르코늄(zirconium) 산화물의 함량을 가질 수 있다. 세륨(cerium) 산화물의 함량 또한 중량으로 5% 내지 50%의 범위; 그렇지 않으면 약 10 wt.% 내지 45 wt.%; 그렇지 않으면 약 15 wt.% 내지 약 35 wt.% 사이일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 산소 저장 물질(OSM)에 있는 희토류(rare earth) 금속들은 란타늄(lanthanum), 네오디뮴(neodymium), 프라세오디뮴(praseodymium), 이트륨(yttrium) 또는 이들의 조합을 포함하도록 선택될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 산소 저장 물질(OSM)에서 희토류 금속들의 함량은 산소 저장 물질(OSM)의 전체 중량 대비 중량으로 0% 내지 15%; 그렇지 않으면 약 5 wt.% 내지 10 wt.%일 수 있다. 산소 저장 물질(OSM)에 있는 희토류 금속들의 양은 산소 저장 물질(OSM)의 결정 격자(crystalline lattice)의 안정화에 충분하다.
산소 저장 물질(OSM)에 있는 전이 금속은 구리(copper), 철(iron), 니켈(nickel), 코발트(cobalt), 망간(manganese) 또는 이들의 조합의 그룹에서 제한없이 선택될 수 있다. 산소 저장 물질(OSM)에 있는 전이 금속의 양은 중량으로 0% 내지 8%; 그렇지 않으면 약 1 wt.% 내지 약 7 wt.%; 그렇지 않으면 약 2 wt.% 내지 약 5 wt.%일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 산소 저장 물질은 1100°C에서 4시간 동안 에이징된 이후에 100% CeO2 환원성을 보이며, 이는 종래 물질에 대해 기존에 보고된 것보다 훨씬 높다. 산소 저장 물질(OSM)은 1100°C에서 4시간 동안 에이징된 이후에 1.5 mmol H2/g의 산소 저장 용량(OSC)을 갖는 특징을 가질 수 있고; 그렇지 않으면 이정점(bimodal) TPR-H2 프로파일을 따라 약 1.5 mmol H2/g 내지 약 2.5 mmol H2/g 사이일 수 있다. 이정점(bimodal) TPR-H2 프로파일은 350-400°C 및 450-550°C에서 Tmax를 갖는 2개의 다른 피크, 또는 Tmax가 150-250°C 및 450-550°C에서 2개의 피크를 갖는 특징을 가질 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 산소 저장 물질(OSM)을 제조하는 방법 1이 제공된다. 방법 1은 (a) 지르코늄, 세륨, 희토류 금속 및 전이 금속 염을 포함하는 용액을 제조하는 단계(5), (b) 혼합 수산화물 공동 침전물(co-precipitate)을 형성하기 위하여 다가(polyvalent) 금속을 포함하는 용액을 염기 용액에 첨가하는 단계(10); (c) 침전된 혼합 수산화물을 에이징하는 단계(15); (d) 음이온 및 양이온 혼합물을 제거하기 위하여 침전된 혼합 수산화물을 물로 세척하는 단계(20); (e) 세척된 혼합 산화물을 건조하는 단계(25); 및 (f) 비활성 또는 환원 분위기에서 혼합 산화물을 하소(calcining)하는 단계(30)를 포함한다.
염 용액의 제조(5)에서, 방법 1은 수용성 다가 금속 질산염(nitrates), 염화물(chlorides), 지르코늄의 황산염(sulfates salts), 희토류 금속, 전이 금속 및 이들의 조합을 사용한다. 침전(10)에 사용되는 염기는 알칼리(alkali) 수산화물, 암모니아 수용액(aqueous ammonia) 또는 테트라알킬암모늄(tetraalkylammonium) 수산화물에서 선택된다. 공기 건조된 물질의 하소(30)는 비활성 또는 환원 분위기에서 이루어진다. 하소(30)는 약 500°C 내지 900°C 범위에서 약 2 내지 5 시간 동안 수행되고; 그렇지 않으면 약 600°C 내지 약 800°C까지 범위 및/또는 약 3 내지 약 5 시간 사이의 시간 동안 수행된다.
본 발명의 목적을 위하여, “약” 및 “실질적으로”의 용어들은 여기서 당업자에게 공지된 예상되는 변동(예를 들어, 측정의 제한 및 변수)으로 인한 측정 가능한 값 및 범위와 관련하여 사용된다.
본 발명의 목적을 위하여, “중량”의 용어는 그램, 킬로그램 등과 같은 단위를 갖는 질량 값을 가리킨다. 또한, 종점들에 의한 수치 범위의 언급은 그 종점들 및 그 수치 범위 이내의 모든 숫자를 포함한다. 예를 들어, 중량으로 40% 내지 중량으로 60% 사이의 농도는 중량으로 40%, 중량으로 60% 및 그 사이의 모든 농도(예를 들어, 40.1%, 41%, 45%, 50%, 52.5% 55%, 59% 등)를 포함한다.
본 발명의 목적을 위하여, 구성요소의 “적어도 하나” 및 “하나 이상” 용어들은 상호 교체 가능하게 사용되며, 동일한 의미를 가질 수 있다. 하나의 구성 요소 또는 복수의 구성 요소의 포함을 가리키는 이러한 용어들은 또한 구성요소의 끝에 접미사(suffix) “들”로 표시될 수 있다. 예를 들어, “적어도 하나의 폴리우레탄(polyurethane)”“하나 이상의 폴리우레탄” 및 “폴리우레탄(들)”은 상호 교체 가능하게 사용되고, 동일한 의미를 갖도록 의도된다.
아래의 특정한 실시예는 본 발명의 교시에 따라 형성된 산소 저장 물질(OSM) 및 그 특성을 설명하기 위해 제공되고, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 당업자는 본 발명에 비추어, 여기서 개시된 구체적인 실시예에서 많은 변경이 가능하고, 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나거나 넘어서지 않고도 비슷하거나 유사한 결과를 얻을 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 당업자는 여기서 보고된 임의의 특성은 일상적으로 측정된 특성을 대표하고, 다수의 다른 방법에 의해 얻을 수 있다는 점을 이해할 것이다. 여기서 설명된 방법들은 이러한 하나의 방법을 대표하고, 다른 방법들이 본 발명의 범위를 넘어서지 않으면서 사용될 수 있다.
실시예 1
Zr, Ce, La, Y 및 Fe 염을 포함하는 용액은 90.5 g의 ZrOCl2*8H2O, 64.5 g 의 27.9% 세륨 (III) 질산염 용액 및 15.55 g 의 19.3% 이트륨 질산염 용액, 11.85 g 의 18.3 % 란타늄 질산염 용액 및 18.2 g의 Fe(NO3)3*6H2O과 200 g를 탈이온수(DI water)에 혼합하여 제조된다. 다가 금속을 포함하는 용액은 700 g의 25% NH4OH 용액이 담겨진 1 리터 비이커(beaker)에 한 방울씩 첨가된다. 형성된 침전물은 부흐너(Buchner) 필터를 이용하여 여과되고, 과량의 염화물(chloride), 질산염(nitrate) 및 암모늄 이온(ammonium ions)을 제거하기 위하여 탈이온수(DI water)로 세척된다.
젖은 상태의 수집된 침전물은 130oC로 12시간 동안 전자 오븐에서 건조된다. 이어서, 건조된 침전물은 800°C로 2시간동안 질소 분위기에서 하소된다. 하소된 샘플은 추가적으로 1100°C로 4시간 동안 공기 중에서 에이징된다.
에이징된 산소 저장 물질(OSM)의 산화-환원 반응 활성은 통상적인 온도에 따른 환원 특성 (Temperature Programmed Reduction, TPR-H2) 방법을 이용하여 시험된다. 이론적인 산소 저장 용량(OSC)는 1.75 mMol H2/g이다. 따라서, 1.75 mMol H2/g의 이용 가능한 산소 저장 용량(OSC)은 모든 Ce이 산화-환원 반응에 이용 가능하다는 것을 나타낸다. 도 2에 도시한 것과 같이, TPR-H2 프로파일은 Tmax= 370°C 및 Tmax= 480°C에서 2개의 피크를 보인다.
실시예 2
Zr, Ce, La, Y, 및 Cu 염을 포함하는 용액은 58.1 g의 ZrOCl2*8H2O, 96.8 g의 27.9% 세륨 (III) 질산염 용액, 15.55 g의 19.3% 이트륨 질산염 용액, 11.85 g의 18.3 % 란타늄 질산염 용액 및 14.46 g의 Cu(NO3)2*3H2O를 200 g의 탈이온수(DI water)에 혼합하여 제조된다. 다가 금속을 포함하는 용액은 700 g의 10% NaOH 용액이 담겨진 1 리터 비이커(beaker)에 한 방울씩 첨가된다. 형성된 침전물은 부흐너(Buchner) 필터를 이용하여 여과되고, 과량의 염화물(chloride), 질산염(nitrate) 및 나트륨(sodium) 이온을 제거하기 위하여 탈이온수로 세척된다.
젖은 상태의 수집된 침전물은 130oC로 12시간 동안 전자 오븐에서 건조되고, 이어서 800°C로 2시간동안 질소 분위기에서 하소된다. 하소된 샘플은 추가적으로 1100°C로 4시간 동안 공기 중에서 에이징된다.
에이징된 산소 저장 물질(OSM)의 산화-환원 반응 활성은 통상적인 TPR-H2 방법을 이용하여 시험된다. 이론적인 산소 저장 용량(OSC)는 2.15 mMol H2/g이다. 따라서, 2.15 mMol H2/g의 이용 가능한 산소 저장 용량(OSC)은 100% Ce이 산화-환원 반응에 이용 가능하다는 것을 나타낸다. 도 3에 도시한 것과 같이, TPR-H2 프로파일은 Tmax= 190°C 및 Tmax= 350°C에서 2개의 피크를 보인다.
실시예 3
Zr, Ce, La, Y, Cu 및 Fe 염을 포함하는 용액은 50.25 g의 ZrOCl2*8H2O, 107.5 g의 27.9% 세륨 (III) 질산염 용액, 15.55 g의 19.3% 이트륨 질산염 용액, 11.85 g의 18.3 % 란타늄 질산염 용액, 0.9 g의 Cu(NO3)2*3H2O 및 22.7 g의 Fe(NO3)3*6H2O를 200 g의 탈이온수(DI water)에 혼합하여 제조된다. 다가 금속을 포함하는 용액은 700 g의 10% NaOH 용액이 담겨진 1 리터 비이커(beaker)에 한 방울씩 첨가된다. 형성된 침전물은 부흐너(Buchner) 필터를 이용하여 여과되고, 과량의 염화물(chloride), 질산염(nitrate) 및 나트륨(sodium) 이온을 제거하기 위하여 탈이온수로 세척된다.
젖은 상태의 수집된 침전물은 130oC로 12시간 동안 전자 오븐에서 건조되고, 이어서 800°C로 2시간동안 5 wt.% CO 분위기에서 하소된다. 하소된 샘플은 추가적으로 1100°C로 4시간 동안 공기 중에서 에이징된다.
에이징된 산소 저장 물질(OSM)의 산화-환원 반응 활성은 통상적인 TPR-H2 방법을 이용하여 시험된다. 이론적인 산소 저장 용량(OSC)는 2.50 mMol H2/g이다. 따라서, 2.5 mMol H2/g의 이용 가능한 산소 저장 용량(OSC)은 100% Ce이 산화-환원 반응에 이용 가능하다는 것을 나타낸다. 도 3에 도시한 것과 같이, TPR-H2 프로파일은 Tmax= 225°C 및 Tmax= 440°C에서 2개의 피크를 보인다.
본 명세서에서, 실시예들은 명확하고 간결한 명세서가 작성되도록 하는 방식으로 서술되었으나, 실시예들은 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 다양하게 조합되거나 분리될 수 있음이 의도되고 이해될 것이다. 예를 들어, 여기서 서술된 모든 바람직한 특징은 여기서 서술된 발명의 모든 양태에 적용 가능하다는 것이 이해될 것이다.
앞서 말한 본 발명의 다양한 형태의 서술은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 개시된 명확한 형태로 발명을 완전히 일치시키거나 한정하기 위한 의도가 아니다. 상기 교시에 비추어 수많은 수정 또는 변형이 가능하다. 논의된 형태는 본 발명의 원리 및 실질적인 적용에 대하여 가장 잘 설명함으로써 당업자가 본 발명을 고려된 특정 용도에 적합하도록 다양한 형태 및 다양한 수정으로 이용할 수 있도록 선택되어 서술되었다. 모든 수정 및 변형은 타당하고, 합법적이며, 공정하게 부여된 범위에 따라 해석된 경우 첨부된 청구범위로부터 결정된 본 발명의 범위 이내이다.
Claims (16)
- 지르코늄(zirconium), 세륨(cerium), 세륨 이외의 적어도 하나의 희토류 금속 및 적어도 하나의 전이 금속의 산화물들을 포함하는 산소 저장 물질(OSM)에 있어서;
상기 산소 저장 물질(OSM)은 상기 산소 저장 물질(OSM)의 전체 중량 대비 30wt.%이상의 지르코늄 산화물 함량 및 8wt.% 이하의 전이 금속 산화물 함량을 가지며; 그리고,
상기 산소 저장 물질(OSM)은 100% CeO2 환원성 및 1100°C에서 4시간 동안 에이징된 이후의 산소 저장 능력(OSC)이 이정점(bimodal) TPR-H2 프로파일에서 적어도 1.5 mmol H2/g 이상인, 산소 저장 물질(OSM). - 청구항 1에 있어서, 상기 산소 저장 물질(OSM)은 산소 저장 물질(OSM)의 전체 중량 대비 30 wt.% 내지 80 wt.%의 지르코늄 산화물 함량을 갖는 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 산소 저장 물질(OSM)은 상기 산소 저장 물질(OSM)의 전체 중량 대비 5 wt.% 내지 50 wt.%의 세륨 산화물 함량을 갖는 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 희토류 금속은 란타늄(lanthanum), 네오디뮴(neodymium), 프라세오디뮴(praseodymium), 이트륨(yttrium) 또는 이들의 조합의 그룹에서 선택되는 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 희토류 금속 산화물의 함량은 상기 산소 저장 물질(OSM)의 전체 중량 대비 0 wt.% 내지 15 wt.%인 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 전이 금속은 구리(copper), 철(iron), 니켈(nickel), 코발트(cobalt), 망간(manganese) 또는 이들의 조합의 그룹에서 선택되는 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 전이 금속 산화물의 함량은 질량으로(by mass) 0% 내지 8%인 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소 저장 물질(OSM)은 1100°C에서 4시간 동안 에이징된 이후에 100% CeO2 환원성을 갖는 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소 저장 물질(OSM)은 1100°C에서 4시간 동안 에이징된 이후에 350-400°C에서 저온 Tmax 및 450-550°C에서 고온 Tmax를 보이는 이정점(bimodal) TPR-H2 프로파일에서 1.5 mmol H2/g 내지 2.5 mmol H2/g인 산소 저장 능력을 갖는 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 산소 저장 물질(OSM)은 1100°C에서 4시간 동안 에이징된 이후에 150-250°C에서 저온 Tmax 및 350-450°C에서 고온 Tmax를 보이는 이정점(bimodal) TPR-H2 프로파일에서 1.5 mmol H2/g 내지 2.5 mmol H2/g인 산소 저장 능력을 갖는 산소 저장 물질(OSM).
- 청구항 1의 산소 저장 물질(OSM)을 제조하는 방법으로서,
(a) 지르코늄, 세륨, 희토류 금속 및 전이 금속 염을 포함하는 용액을 제조하는 단계,
(b) 혼합 수산화물 공동 침전물(co-precipitate)을 형성하기 위하여 상기 다가(polyvalent) 금속을 포함하는 용액을 염기 용액에 첨가하는 단계
(c) 상기 침전된 혼합 수산화물을 에이징(ageing)하는 단계;
(d) 음이온 및 양이온 혼합물을 제거하기 위하여 상기 침전된 혼합 수산화물을 물로 세척하는 단계;
(e) 상기 세척된 혼합 산화물을 건조하는 단계; 및
(f) 비활성 또는 환원 분위기에서 상기 혼합 산화물을 하소(calcining)하는 단계를 포함하는 산소 저장 물질(OSM)을 제조하는 방법. - 청구항 11에 있어서, 상기 다가 금속을 포함하는 용액은 수용성인 질산염(nitrates), 염화물(chlorides), 지르코늄의 황산염(sulfates salts), 희토류 금속, 전이 금속 및 이들의 조합으로 이루어진 산소 저장 물질(OSM)을 제조하는 방법.
- 청구항 11 또는 12에 있어서, 상기 염기는 알칼리(alkali) 수산화물, 암모니아 수용액(aqueous ammonia) 또는 테트라알킬암모늄(tetraalkylammonium) 수산화물의 그룹에서 선택되는 산소 저장 물질(OSM)을 제조하는 방법.
- 청구항 11 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 비활성 또는 환원 분위기에서 하소는 500°C 내지 900°C 범위의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 수행되는 산소 저장 물질(OSM)을 제조하는 방법.
- 청구항 11 내지 14 중 어느 하나의 산소 저장 물질(OSM)을 제조하는 방법에 따라 형성된 산소 저장 물질(OSM)의 사용으로서,
3원 촉매, 4원 촉매, 디젤 산화 촉매 또는 차량 배기 가스의 처리를 위한 산화 촉매에서 산소 저장 물질(OSM)의 사용. - 청구항 1 내지 10 중 어느 하나의 산소 저장 물질(OSM)의 사용으로서,
3원 촉매, 4원 촉매, 디젤 산화 촉매 또는 차량 배기 가스의 처리를 위한 산화 촉매에서 산소 저장 물질(OSM)의 사용.
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