KR20210129143A - 층상 삼중 금속 촉매 물품 및 촉매 물품의 제조 방법 - Google Patents

층상 삼중 금속 촉매 물품 및 촉매 물품의 제조 방법 Download PDF

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KR20210129143A
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알렉세이 브주노프
샤오라이 정
미첼 디바
패트릭 엘 버크
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    • F01N2510/0684—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings having more than one coating layer, e.g. multi-layered coatings

Abstract

현재 청구된 발명은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품을 제공한다.

Description

층상 삼중 금속 촉매 물품 및 촉매 물품의 제조 방법
관련 출원의 교차 참조
이 출원은 그 전체 내용이 2019년 3월 18일자로 출원된 미국 임시 출원 제62/819696호 및 2019년 4월 16일자로 출원된 유럽 특허출원공개 19169472.8호의 우선권의 이익을 주장한다.
기술분야
현재 청구된 발명은 그 내부에 함유된 오염물을 감소시키기 위한 배기 가스의 처리에 유용한 층상 촉매 물품(catalytic article)에 관한 것이다. 특히, 현재 청구된 발명은 층상 삼중 촉매 물품 및 촉매 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 구역화된 층상 삼중 촉매 물품 및 촉매 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
삼원 전환(TWC) 촉매(이하 삼원 전환 촉매, 삼원 촉매, TWC 촉매 및 TWC라고 상호 교환적으로 지칭됨)는 수년 동안 내연 기관으로부터의 배기 가스 스트림의 처리에 사용되어 왔다. 일반적으로, 탄화수소, 질소 산화물, 및 일산화탄소와 같은 오염 물질을 함유하는 배기 가스를 처리하거나 정화하기 위해 내연 기관의 배기 가스 라인에는 삼원 전환 촉매를 함유하는 촉매 전환 장치가 사용된다. 삼원 전환 촉매는 통상적으로 불연 탄화수소 및 일산화탄소를 산화시키고 질소 산화물을 환원시키는 것으로 알려져 있다.
통상적으로, 상업적으로 이용 가능한 대부분의 TWC 촉매는 더 적은 양의 로듐과 함께 사용되는 주요 백금족 금속 성분으로 팔라듐을 함유한다. 배기 가스 오염 물질의 양을 줄이는 데 보조하는 촉매 전환 장치의 제조에 다량의 팔라듐이 사용되기 때문에 향후 몇 년 동안 시장에서 팔라듐 공급 부족이 발생할 수 있다. 현재 팔라듐은 백금보다 약 20 내지 25% 더 비싸다. 동시에, 백금 수요 감소로 인해 백금 가격이 하락할 것으로 예상된다. 그 이유 중 하나는 디젤 차량의 생산량 감소일 수 있다.
따라서, 촉매의 비용을 실질적으로 감소하기 위해서는 TWC 촉매에서 팔라듐의 일부를 백금으로 대체하는 것이 바람직하다. 그러나, 제안된 접근 방식은 팔라듐의 일부를 백금으로 단순히 대체하는 것만으로는 불가능한 촉매의 원하는 효능을 유지하거나 개선할 필요가 있기 때문에 복잡하다.
따라서, 현재 청구된 발명의 초점은 대부분의 관할 구역의 규제 기관에서 차량 인증을 위한 핵심 요구 사항 중 하나인 비(非)메탄 탄화수소(NMHC) 및 아산화질소(NOx)의 약식(summary) 테일 파이프(tail pipe) 배출뿐만 아니라 개별 CO, HC 및 NOx 전환 수준의 비교에 의해 기재된 바와 같이 전체 촉매 물품 성능 감소 없이 팔라듐의 적어도 50%가 백금으로 치환된 촉매 물품을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은
a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층;
b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및
c) 기재;를 포함하며,
팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품을 제공한다.
다른 양태에서, 현재 청구된 발명은 층상 촉매 물품의 제조 방법을 제공한다.
또 다른 양태에서, 현재 청구된 발명은 본 발명의 층상 촉매 물품을 포함하는, 내연 기관용 배기 시스템을 제공한다.
현재 청구된 발명은 상기 배기 시스템을 본 발명에 따른 층상 촉매 물품 또는 배기 시스템과 접촉시키는 단계를 포함하는, 기체 배기 시스템을 처리하는 방법을 제공한다. 현재 청구된 발명은 기체 배기 스트림에서 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물 수준을 감소시키는 방법으로서, 기체 배기 스트림을 본 발명에 따른 촉매 물품 또는 배기 시스템과 접촉시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시형태의 이해를 제공하기 위해, 첨부된 도면을 참조로 하는데, 이러한 도면은 반드시 일정한 비율로 그려진 것이 아니며, 참조 번호는 본 발명의 예시적인 실시형태의 성분을 지칭한다. 도면은 단지 예시적일 뿐이며 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 현재 청구된 발명의 상기의 그리고 다른 특징, 그 성질 및 다양한 이점은 첨부된 도면과 함께 취해진 하기의 상세한 설명을 고려할 때 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 현재 청구된 발명의 일부 실시형태에 따른 예시적인 구성에서 촉매 물품 디자인의 개략도이다.
도 2는 현재 청구된 발명의 일부 실시형태에 따른 배기 시스템의 개략도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 중간층(mid bed) 및 테일 파이프에서 다양한 촉매 물품 재료의 누적 HC 배출량, CO 배출량 및 NO 배출량에 대한 비교 테스트 결과를 나타내는 선 그래프이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 중간층 및 테일 파이프에서 다양한 촉매 물품 재료의 누적 HC 배출량, CO 배출량 및 NO 배출량에 대한 비교 테스트 결과를 나타내는 선 그래프이다.
도 5a는 현재 청구된 발명의 하나의 실시형태에 따른 촉매 조성물을 포함할 수 있는 벌집형 기재 담체의 사시도이다.
도 5b는 도 5a에 대해 확대되고, 도 5a에 나타낸 복수의 기체 유로의 확대도를 도시하는 도 5a의 기재 담체의 단부면에 평행한 평면을 따라 취해진 부분 단면도이다.
도 6은 도 5a에 대해 확대된 단면의 절개도이며, 여기서 도 5a에서 벌집형 기재는 벽 유동 필터 기재 모놀리스(monolith)를 나타낸다.
현재 청구된 발명은 이제 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 현재 청구된 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고, 본원에 제시된 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며; 그보다는 이들 실시형태는 본 현재 청구된 발명이 철저하고 완전하며 당업자에게 발명의 범위를 온전히 전달되도록 제공된다. 본 명세서에서 어떠한 언어도 개시되는 물질 및 방법의 실시에 필수적인 것으로서 임의의 청구되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본원에서 논의된 물질 및 방법을 설명하는 맥락에서 용어 "하나", "하나의", "상기" 및 유사한 지시어의 사용은 (특히 하기 청구항의 맥락에서) 본원에서 달리 표시되지 않거나 맥락에 의해 명확하게 모순되지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 용어 "약"은 작은 변동을 설명하고 고려하기 위해 사용된다. 예를 들어, 용어 "약"은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, ±1% 이하, ±0.5% 이하, ±0.2% 이하, ±0.1% 이하 또는 ±0.05% 이하를 지칭할 수 있다. 본원에서 모든 수치는 명백하게 표시되든 또는 그렇지 않든 간에 용어 "약"에 의해 수식된다. 용어 "약"에 의해 수식된 값은 물론 특정치를 포함한다. 예를 들어, "약 5.0"는 5.0을 포함해야 한다.
본원에서 기술되는 모든 방법은 본원에서 달리 지시되거나 맥락상 명백하게 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에서 제공되는 임의의 및 모든 예, 또는 예시적인 언어(예를 들어, "~와 같은")의 사용은 단지 재료 및 방법을 더 잘 설명하기 위한 것이며 달리 청구되지 않는 한 범위에 제한을 두지 않는다.
본 발명은 팔라듐을 실질적으로 대체하기 위해 다량의 백금이 사용될 수 있는 3개의 백금족 금속(PGM)을 포함하는 구역화된 삼중 금속 층상 촉매 물품을 제공한다.
하나의 실시형태에서, 팔라듐 및 백금은 특정 조건 하에서 촉매 효능을 제한할 수 있는 합금의 형성을 회피하기 위해 별도의 층으로 제공된다. 합금 형성은 코어-쉘 구조 형성 및/또는 과도한 PGM 안정화 및/또는 소결로 이어질 수 있다. 촉매 물품의 최상의 성능은 팔라듐이 하부층에 제공되고 백금과 로듐이 상부(제2)층에 제공될 때 발견된다. 즉, 서로 다른 워시코트(washcoat) 층에서 백금과 팔라듐의 물리적 분리로 성능이 개선되었다. 다른 실시형태에서, 백금과 팔라듐이 동일층, 예를 들어, 백금과 팔라듐이 직접 접촉을 회피하기 위하여 전방 구역 및 후방 구역과 같은 상이한 구역에 제공되는 하부층에 제공된다.
현재 청구된 발명의 구역화된 삼금속(Pt/Pd/Rh) TWC 촉매 물품 디자인은 동등한 총 워시코트, PGM 및 Rh 로딩에서 최신 Pd/Rh TWC 촉매 물품과 비교하여 동일하거나 더 양호한 성능을 입증하였다.
백금족 금속(PGM) 성분은 PGM(Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt 및/또는 Au)을 포함하는 임의의 성분을 지칭한다. 예를 들어, PGM은 원자가가 0인 금속 형태일 수 있거나, 또는 PGM은 산화물 형태일 수 있다. "PGM 성분"에 대한 언급은 임의의 원자가 상태에서 PGM의 존재를 허용한다. 용어 "백금(Pt) 성분", "로듐(Rh) 성분", "팔라듐(Pd) 성분", "이리듐(Ir) 성분", "루테늄(Ru) 성분" 등은 촉매의 하소 또는 사용 시에 분해되거나 그렇지 않으면 촉매 활성 형태, 대체로 금속 또는 금속 산화물로 전환되는 개개의 백금족 금속 화합물, 착물 등을 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "촉매" 또는 "촉매 조성물"은 반응을 촉진하는 물질을 지칭한다.
용어 "촉매 물품(catalytic article)" 또는 "촉매 물품(catalyst article)"은 기재가 원하는 반응을 촉진하는 데 사용되는 촉매 조성물로 코팅된 성분을 지칭한다. 하나의 실시형태에서, 촉매 물품은 층상 촉매 물품이다. 용어 층상 촉매 물품은 기재가 층상 방식으로 PGM 조성물(들)로 코팅된 촉매 물품을 지칭한다. 이 조성물(들)은 워시코트(washcoat)(들)로 지칭될 수 있다.
용어 "NOx"는 질소 산화물 화합물, 예컨대 NO 및/또는 NO2를 지칭한다.
따라서, 하나의 실시형태에서, a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품이 제공된다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있다. 하부층은 기재 상에 코팅되며 상부층은 하부층 상에 코팅된다. 하부층은 주입구 구역(전방 구역)이 기재 길이의 30 내지 70%를 포함하며 배출구 구역(후방 구역)이 기재 길이의 30 내지 70%를 포함하도록 구역화된다. 하나의 실시형태에서, 하부층은 주입구 구역(전방 구역)이 기재 길이의 50%를 포함하며 배출구 구역(후방 구역)이 기재 길이의 50%를 포함하도록 구역화된다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 내지 1.0:1.3:0.3의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품의 상부층은 본질적으로 팔라듐이 없다. 본원에 사용된 용어 "본질적으로 팔라듐이 없음"은 상부층에 팔라듐의 외부 첨가가 없음을 지칭하지만, 0.001% 미만의 분획량으로 선택적으로 존재할 수 있다. 하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층으로서, 본질적으로 팔라듐이 없는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있다. 하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층으로서, 본질적으로 팔라듐이 없는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있다. 하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층으로서, 본질적으로 팔라듐이 없는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 내지 1.0:1.3:0.3의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있다.
다른 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 기재;를 포함하고, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있으며, 후방 구역은 하부층에서 백금의 총량에 대하여 알루미나 성분 상에 지지된 30 내지 60%의 백금; 및 하부층에서 백금의 총량에 대하여 세리아 성분 상에 지지된 30 내지 60%의 백금을 포함한다.
하나의 실시형태에서, 후방 구역에서 알루미나 성분 대 세리아 성분의 중량비는 1.0:1.0 내지 2.0:1.0의 범위에 있다. 하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있고, 후방 구역에서 알루미나 성분 대 세리아 성분의 중량비는 1.0:1.0 대 2.0:1.0의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 후방 구역 및 전방 구역에서 알루미나 성분 대 산소 저장 성분의 중량비는 3.0:1.0 내지 0.5:1.0의 범위에 있다. 하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있고, 후방 구역 및 전방 구역에서 알루미나 성분 대 산소 저장 성분의 중량비는 3.0:1.0 대 0.5:1.0의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 후방 구역 및 전방 구역에서 알루미나 성분 대 산소 저장 성분의 중량비는 2.0:1.0 내지 0.6:1.0의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 50 중량%의 범위에 있는 세리아를 포함하는 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 로듐은 산소 저장 성분의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 15 중량%의 범위에 있는 세리아를 포함하는 산소 저장 성분 상에 지지된다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 50 중량%의 범위에 있는 세리아를 포함하는 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있고, 하부층 및 상부층에서 백금의 양의 비율은 층상 촉매 물품에 존재하는 백금의 총량을 기준으로 50:50 내지 80:20의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 1.0 내지 200 g/ft3의 백금, 및 산소 저장 성분의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 50 중량%의 범위에 있는 세리아를 포함하는 산소 저장 성분 상에 지지된 1.0 내지 100 g/ft3의 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 1.0 내지 300 g/ft3의 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 1.0 내지 200 g/ft3의 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 10 내지 80 g/ft3의 백금, 및 산소 저장 성분의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 50 중량%의 범위에 있는 세리아를 포함하는 산소 저장 성분 상에 지지된 1.0 내지 20 g/ft3의 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 10 내지 80 g/ft3의 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분 (및) 세리아 성분 또는 산소 저장 성분 상에 지지된 10 내지 80 g/ft3의 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:1.0의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 대 1.0:1.3:0.3의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:1.0:0.105의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 19 g/ft3의 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 4.0 g/ft3의 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 76 g/ft3의 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 38 g/ft3의 백금을 포함하는, 하부층을 포함한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:1.0:0.105의 범위에 있고, 알루미나 성분 대 산소 저장 성분의 중량비는 2.0:1.0 내지 0.6:1.0의 범위에 있으며 알루미나 성분 대 세리아 성분의 중량비는 1.0:1.0 내지 2.0:1.0의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 산소 저장 성분 상에 지지된 4.0 g/ft3의 로듐 및 알루미나 성분 상에 지지된 19 g/ft3의 백금으로 로딩된 상부층; 알루미나 성분 및 산소 저장 성분 상에 지지된 76 g/ft3의 팔라듐으로 로딩된 하부층의 전방 구역; 및 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 38 g/ft3의 백금으로 로딩된 하부층의 후방 구역을 포함한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 백금 및 팔라듐이 하부층의 후방 구역에 존재하며, 백금 및/또는 팔라듐은 지지체 상에 열적으로 또는 화학적으로 고정된, 본원에서 상기 기재된 바와 같은 삼중 금속 촉매 물품이 제공된다. 열 고정은 예를 들어, 초기 습윤 함침 방법을 통해 지지체 상에 PGM을 증착한 이후, 생성된 PGM/지지체 혼합물의 열 하소를 포함한다. 일례로서, 혼합물은 1 내지 25℃/분의 램프 속도(ramp rate)로 400 내지 700℃에서 1 내지 3시간 동안 하소된다. 화학적 고정은 PGM을 지지체에 증착한 후 추가 시약을 사용하여 고정하여 PGM을 화학적으로 변형시키는 것을 포함한다. 일례로서, 수성 Pd-질산염은 알루미나에 함침된다. 함침된 분말을 건조 또는 하소되지 않고 대신 Ba-수산화물의 수용액에 첨가된다. 첨가의 결과, 산성 Pd-질산염은 염기성 Ba-수산화물과 반응하여 수불용성 Pd-수산화물 및 Ba-질산염을 생성한다. 따라서, Pd는 기공 내에서 및 알루미나 지지체 표면 상에 불용성 성분으로 화학적으로 고정된다. 대안적으로, 지지체에 우선 산성 성분을 함침시킨 다음 제2 염기성 성분을 함침시킬 수 있다. 지지체, 예를 들어, 알루미나 상에 증착된 두 시약 사이의 화학 반응은 지지 기공 내 및 표면 상에도 증착되는 불용성 또는 용해성이 거의 없는 화합물을 형성하게 된다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층을 포함하며, 백금 및/또는 팔라듐은 열적으로 또는 화학적으로 고정되고, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 내지 1.0:1.3:0.3의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층을 포함하며, 백금 및/또는 팔라듐은 열적으로 또는 화학적으로 고정되고, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:1.0:0.105의 범위에 있다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 산소 저장 성분 상에 지지된 4.0 g/ft3의 로듐 및 란타니아-지르코니아 상에 지지된 19 g/ft3의 백금으로 로딩된 상부층; 알루미나 성분 및 산소 저장 성분 상에 지지된 60.8 g/ft3의 팔라듐으로 로딩된 하부층의 전방 구역; 및 산소 저장 성분 상에 지지된 38 g/ft3의 백금 및 알루미나 성분 상에 지지된 15.2 g/ft3의 팔라듐으로 로딩된 하부층의 후방 구역을 포함하며, 백금 및/또는 팔라듐은 열적으로 또는 화학적으로 고정된다.
하나의 실시형태에서, 산소 저장 성분은 세리아-지르코니아, 세리아-지르코니아-란타나, 세리아-지르코니아-이트리아, 리아-지르코니아-란타나-이트리아, 세리아-지르코니아-네오디미아, 세리아-지르코니아-프라세오디미아, 세리아-지르코니아-란타나-네오디미아, 세리아-지르코니아-란타나-프라세오디미아, 세리아-지르코니아-란타나-네오디미아-프라세오디미아, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하며, 산소 저장 성분의 양은 하부 또는 상부층의 총 중량을 기준으로 20 내지 80 중량%이다.
하나의 실시형태에서, 알루미나 성분은 알루미나, 란타나-알루미나, 세리아-알루미나, 세리아-지르코니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 바리아-란타나-알루미나, 바리아-란타나-네오디미아-알루미나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하며; 알루미나 성분의 양은 하부 또는 상부층의 총 중량을 기준으로 10 내지 90 중량%이다.
하나의 실시형태에서, 세리아 성분은 세리아 또는 적어도 85 중량%의 산화세륨 함량을 갖는 안정화된 세리아를 포함한다. 세리아 성분은 지르코니아, 이트리아, 프라세오디미아, 란타나, 네오디미아, 사마리아, 가돌리니아, 알루미나, 티타니아, 바리아, 스트론티아 및 이들의 조합으로부터 선택된 도펀트를 더 포함하며, 도펀트의 양은 세리아 성분의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 20 중량%이다.
본 발명의 맥락에서, 용어 지르코니아 성분은 란타나 또는 바리아 또는 세리아에 의해 안정화되거나 촉진된 지르코니아계 지지체이다. 예는 란타나-지르코니아, 바륨-지르코니아, 스트론티안-지르코니아 및 세리아-지르코니아를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 지르코니아 성분은 70 중량% 이상의 산화지르코늄 함량을 갖는다.
하나의 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 a) 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; b) 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐 및 전방 구역의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%의 양으로 산화바륨, 산화스트론튬, 산화란탄 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 적어도 하나의 알칼리 토금속 산화물을 포함하며 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층; 및 c) 기재;를 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:1.0이다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 대 1.0:1.3:0.3의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 내지 1.0:1.3:0.3의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 내지 1.0:1.3:0.3의 범위에 있고, 알루미나 성분 대 산소 저장 성분의 중량비는 2.0:1.0 내지 0.6:1.0의 범위에 있으며 알루미나 성분 대 세리아 성분의 중량비는 1.0:1.0 내지 2.0:1.0의 범위에 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 삼중 금속 층상 촉매 물품은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층; 및 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 하부층을 포함하며, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 내지 1.0:1.3:0.3의 범위에 있으며 알루미나 성분 대 산소 저장 성분의 중량비는 2.0:1.0 대 0.6:1.0의 범위에 있다.
본원에 사용된 용어 "기재"는 통상적으로 그 위에 촉매 조성물을 함유하는 복수의 입자들을 함유하는 워시코트의 형태로, 촉매 조성물이 배치되는 모놀리식 물질을 지칭한다.
"모놀리식 기재" 또는 "벌집 기재"에 대한 언급은 주입구에서 배출구로 균일하고 연속적인 단일 구조를 의미한다.
본원에 사용된 용어 "워시코트"는 당업계에서 기재 물질, 예컨대 벌집형 담체 부재에 도포되는 촉매 물질 또는 다른 물질의 얇은 접착성 코팅의 통상적인 의미를 가지며, 이는 처리되는 가스 스트림의 통과를 가능하게 할 정도로 충분히 다공성이다. 워시코트는 액체 비히클에서 특정 고체 함량(예를 들어, 15 내지 60 중량%)의 입자를 함유하는 슬러리를 제조하고, 이어서 이것을 기재 상에 코팅하고 건조시켜 워시코트 층을 제공함으로써 형성된다.
본원에서 사용되고 문헌[Heck, Ronald and Farrauto, Robert, Catalytic Air Pollution Control, New York: Wiley-Interscience, 2002, pp. 18-19]에 기재되어 있는 바와 같이, 워시코트 층은 모놀리식 기재 또는 하부 워시코트 층의 표면 상에 증착된 물질의 조성적으로 구별되는 층을 포함한다. 하나의 실시형태에서, 기재는 하나 이상의 워시코트 층을 함유하며, 각각의 워시코트 층은 어떤 방식으로든 상이하고(예를 들어, 입자 크기 또는 결정상과 같은 그의 물리적 특성이 상이할 수 있고) 및/또는 화학적 촉매 기능이 상이할 수 있다.
촉매 물품은 "신품"일 수 있고, 이는 새 제품이고 임의의 열 또는 열 스트레스에 장기간 노출되지 않은 것을 의미한다. "신품"은 촉매가 최근에 제조되었으며 배기 가스나 고온에 노출되지 않았음을 의미할 수도 있다. 마찬가지로, "노화된" 촉매 물품은 새것이 아니며 장기간(즉, 3시간 초과) 배기 가스 및 고온(즉, 500℃ 초과)에 노출된 것이다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 현재 청구된 발명의 촉매 물품의 기재는 자동차 촉매를 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 임의의 물질로 구성될 수 있고 통상적으로 세라믹 또는 금속 모놀리식 벌집 구조를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 기재는 세라믹 기재, 금속 기재, 세라믹 폼(foam) 기재, 중합체 폼 기재 또는 직조 섬유 기재이다.
기재는 통상적으로 상기 본원에 기재된 촉매 조성물을 포함하는 워시코트가 도포 및 부착되어 촉매 조성물에 대한 담체로서 작용하는 복수의 벽 표면을 제공한다.
예시적인 금속 기재는, 티타늄 및 스테인리스강과 같은 내열 금속 및 금속 합금뿐 아니라, 철이 실질적인 또는 주요 성분인 기타 합금을 포함한다. 이러한 합금은 하나 이상의 니켈, 크롬 및/또는 알루미늄을 함유할 수 있으며, 이들 금속의 총량은 유리하게는 적어도 15 중량%의 합금, 예를 들어 10 내지 25 중량%의 크롬, 3 내지 8 중량%의 알루미늄, 및 최대 20 중량%의 니켈을 포함할 수 있다. 합금은 또한 망간, 구리, 바나듐, 티타늄 등과 같은 하나 이상의 금속을 소량 또는 미량으로 함유할 수 있다. 금속 기재의 표면은 고온, 예를 들어 1000℃ 이상에서 산화되어, 기재의 표면 상에 산화물 층을 형성하여, 합금의 내부식성을 향상시키고 금속 표면에의 워시코트 층의 접착을 용이하게 할 수 있다.
기재를 구성하는 데 사용되는 세라믹 물질은 임의의 적합한 내화성 재료, 예를 들어, 코디어라이트(cordierite), 멀라이트, 코디어라이트-알루미나, 질화규소, 지르콘 멀라이트, 스포듀멘, 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 실리케이트, 실리만나이트, 규산마그네슘, 지르콘, 페탈라이트, 알루미나, 알루미노실리케이트 등을 포함할 수 있다.
통로가 유체 흐름에 따라 개방되도록 기재의 주입구에서 배출구면으로 연장된 복수의 미세, 평행한 가스 유동 통로를 갖는 모놀리식 관류형 기재와 같은 임의의 적합한 기재가 이용될 수 있다. 주입구에서 배출구까지 본질적으로 직선 경로인 통로는, 통로를 통해 흐르는 가스가 촉매 물질과 접촉하도록 촉매 물질이 워시코트로 코팅된 벽으로 경계가 지어져 있다. 모놀리식 기재의 유동 통로는 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인곡선형, 육각형, 타원형, 원형 등과 같은 임의의 적합한 단면 형상인 얇은 벽으로 된 채널이다. 이러한 구조는 단면의 제곱 인치 당 약 60개 내지 약 1200개 또는 그 이상의 가스 주입구 개구부(즉, "셀(cell)")(cpsi), 보다 일반적으로 약 300 cpsi 내지 900 cpsi를 함유한다. 관류(flow-through) 기재의 벽 두께는 0.002와 0.1 인치 사이인 통상적인 범위로 다양할 수 있다. 대표적인 상업적으로-입수 가능한 관류 기재는 400 cpsi 및 6 mil의 벽 두께, 또는 600 cpsi 및 4.0 mil의 벽 두께를 갖는 코디어라이트 기재이다. 그러나, 본 발명이 특정 기재 유형, 물질 또는 기하구조에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 대안적인 실시형태에서, 기재는 벽-유동 기재일 수 있고, 여기서 각각의 통로는 반대편 말단-면에서 차단된 대안적 통로를 갖는, 비(非)다공성 플러그를 갖는 기재 본체의 일 말단에서 차단된다. 이는 배출구에 도달하도록 벽-유동 기재의 다공성 벽을 통한 가스 흐름을 필요로 한다. 이러한 모놀리식 기재는 최대 약 700 이상의 cpsi, 예컨대 약 100 cpsi 내지 400 cpsi, 보다 통상적으로 약 200 cpsi 내지 약 300 cpsi를 함유할 수 있다. 셀의 단면 형상은 상기 기재된 바와 같이 다양할 수 있다. 벽-유동 기재는 통상적으로 0.002와 0.1 인치 사이의 벽 두께를 갖는다. 대표적인 상업적으로 입수 가능한 벽-유동 기재는 다공성 코디어라이트로 구성되며, 이의 예는, 200 cpsi 및 10 mil 벽 두께를 갖거나 300 cpsi를 갖고 8 mil 벽 두께이며, 벽 다공도가 45% 내지 65%인 것이다. 알루미늄-티타네이트, 탄화규소 및 질화규소와 같은 다른 세라믹 물질이 또한 벽-유동 필터 기재로 사용된다. 그러나, 본 발명이 특정 기재 유형, 물질 또는 기하구조에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 기재가 벽-유동 기재인 경우, 촉매 조성물은 벽의 표면 상에 배치되는 것에 부가하여 다공성 벽의 기공 구조 내로 침투할 수 있음(즉, 기공 개구부를 부분적으로 또는 완전히 폐쇄함)을 유의한다. 하나의 실시형태에서, 기재는 세라믹 벌집 구조를 통한 유동, 벽-유동 세라믹 벌집 구조 또는 금속 벌집 구조를 갖는다.
본원에서 사용되는 용어 "스트림"은 고체 또는 액체 미립자 물질을 함유할 수 있는 유동 가스의 임의의 조합을 광범위하게 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "상류" 및 "하류"는 엔진으로부터 테일 파이프(tailpipe)까지 엔진 배기 가스 스트림의 유동에 따른 상대적인 방향을 지칭하며, 엔진은 상류에 있고, 테일 파이프 및 임의의 오염 저감 물품, 예컨대 필터 및 촉매는 엔진으로부터 하류에 있다.
도 5a 및 도 5b는 본원에 기재된 바와 같은 워시코트 조성물로 코팅된 관류 기재 형태의 예시적인 기재(2)를 도시한다. 도 5a를 참조하여, 예시적인 기재(2)는 원통형상 및 원통형 외면(4), 상류 단부면(6) 및 단부면(6)과 동일한 상응하는 하류 단부면(8)을 갖는다. 기재(2)는 그 내부에 형성된 복수의 미세, 평행한 가스 유동 통로(10)를 갖는다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 유동 통로(10)는 벽(12)에 의해 형성되고, 상류 단부면(6)으로부터 하류 단부면(8)까지 기재(2)를 통해 연장되며, 통로(10)는 비(非)폐쇄되어, 기재(2)를 통해 길이방향으로 이의 가스 유동 통로(10)를 통한 유체, 예를 들어 가스 스트림의 유동을 가능하게 한다. 도 6에 보다 용이하게 도시된 바와 같이, 벽(12)은, 가스 유동 통로(10)가 실질적으로 규칙적인 다각형 모양을 갖도록 치수화되고 구성된다. 도시된 바와 같이, 워시코트 조성물은 원하는 경우 다수의 별개의 층에 도포될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 워시코트는 기재 부재(member)의 벽(12)에 접착된 별도의 제1 워시코트 층(14)과, 제1 워시코트 층(14) 위에 코팅된 제2 별도의 워시코트 층(16)으로 구성된다. 하나의 실시형태에서, 현재 청구된 발명은 또한 둘 이상의(예를 들어, 3 또는 4개의) 워시코트 층으로 실시되고, 도시된 2-층 실시형태로 한정되지 않는다.
도 6은 본원에 기재된 바와 같은 워시코트 조성물로 코팅된 벽 유동 필터 기재 형태의 예시적인 기재(2)를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 예시적인 기재(2)는 복수의 통로(52)를 갖는다. 통로는 필터 기재의 내벽(53)에 의해 관형으로 에워싸여 있다. 기재는 주입구 말단(54) 및 배출구 말단(56)을 갖는다. 교번 통로는 주입구 말단에서 주입구 플러그(58)로 막히고 배출구 말단에서 배출구 플러그(60)로 막혀 주입구(54) 및 배출구(56)에서 반대의 격자 줄무늬 패턴을 형성한다. 가스 스트림(62)은 언플러그(unplugged) 채널 주입구(64)를 통해 진입하며, 배출구 플러그(60)에 의해 중단되고, 채널 벽(53)(다공성임)을 통해 배출구 측(66)으로 확산된다. 가스는 주입구 플러그(58) 때문에 벽의 주입구 측으로 되돌아 통과할 수 없다. 본 발명에 사용된 다공성 벽 유동 필터는, 상기 요소의 벽이 하나 이상의 촉매 물질을 그 위에 갖거나 그 안에 함유한다는 점에서 촉매화된다. 촉매 물질은 요소 벽의 주입구 측면 단독, 배출구 측면 단독, 주입구 측면과 배출구 측면 양쪽 모두 상에 존재할 수 있거나, 벽 자체는 촉매 물질 모두 또는 일부로 구성될 수 있다. 본 발명은 요소의 주입구 벽 및/또는 배출구 벽 상에 하나 이상의 촉매 물질 층의 사용을 포함한다.
다른 양태에서, 층상 촉매 물품의 제조 방법이 또한 제공된다. 하나의 실시형태에서, 방법은 전방 구역 하부층 슬러리를 제조하는 단계; 기재 상에 슬러리를 증착하여 하부층의 전방 구역을 수득하는 단계; 후방 구역 하부층 슬러리를 제조하는 단계; 기재 상에 슬러리를 증착하여 하부층의 후방 구역을 수득하는 단계; 상부층 슬러리를 제조하는 단계; 및 하부층 상에 상부층 슬러리를 증착하여 상부층을 수득한 후 400 내지 700℃ 범위의 온도에서 하소하는 단계;를 포함한다. 슬러리를 제조하는 단계는 초기 습윤 함침, 초기 습윤 공-함침 및 후-첨가(post-addition)로부터 선택된 기법을 포함한다.
모세관 함침 또는 건식 함침이라고도 하는 초기 습식 함침 기법은 일반적으로 불균질 물질, 즉, 촉매의 합성에 사용된다. 통상적으로, 활성 금속 전구체는 수용액 또는 유기 용액에 용해된 이후에 금속 함유 용액이 첨가된 용액의 체적과 동일한 기공 체적을 함유하는 촉매 지지체에 첨가된다. 모세관 작용은 지지체의 기공 내로 용액을 흡인한다. 지지체 기공 체적보다 과량으로 첨가된 용액은 용액 수송을 모세관 작용 과정에서 훨씬 더 느린 확산 과정으로 변화시킨다. 촉매를 건조하고 하소하여 용액 내의 휘발성 성분을 제거하여 촉매 지지체의 표면 상에 금속을 증착시킨다. 함침된 물질의 농도 프로파일은 함침 및 건조 동안 기공 내에서의 물질 전달 조건에 의존한다. 적절한 희석 후 복수의 활성 금속 전구체는 촉매 지지체 상에 공-함침될 수 있다. 대안적으로, 활성 금속 전구체는 슬러리 제조 공정 동안 교반 하에 후-첨가를 통해 슬러리에 도입된다.
지지체 입자는 통상적으로 모든 용액을 실질적으로 흡수하기에 충분히 건조하여 습윤 고체를 형성한다. 활성 금속의 수용성 화합물 또는 착물, 예컨대 염화로듐, 질산로듐, 아세트산로듐, 또는 로듐이 활성 금속인 이들의 조합 및 질산팔라듐, 팔라듐 테트라아민, 아세트산팔라듐, 또는 팔라듐이 활성 금속인 이들의 조합의 수용액이 통상적으로 활용된다. 지지체 입자를 활성 금속 용액으로 처리한 후, 입자는 예컨대 입자를 승온(예를 들어 100 내지 150℃)에서 소정의 기간(예를 들어 1 내지 3시간) 동안 열처리함으로써 건조되고, 그 후에 하소되어 활성 금속을 보다 촉매적으로 활성 형태로 전환시킨다. 예시적인 하소 방법은 공기 중에서 400 내지 550℃의 온도에서 10분 내지 3시간 동안 열 처리하는 것을 포함한다. 상기 공정은 함침에 의해 활성 금속의 원하는 로딩 수준에 도달하기 위해 필요에 따라 반복될 수 있다.
상기-주지된 촉매 조성물은 통상적으로, 상기 주지된 바와 같이 촉매 입자 형태로 제조된다. 이 촉매 입자는 물과 혼합되어 촉매 기재, 예컨대 벌집형 기재를 코팅할 목적을 위한 슬러리를 형성한다. 촉매 입자에 더하여, 슬러리는 선택적으로 알루미나, 실리카, 아세트산지르코늄, 콜로이드 지르코니아 또는 지르코늄 히드록사이드, 결합성 증점제 및/또는 계면활성제(음이온성, 양이온성, 비이온성 또는 양쪽성 계면활성제 포함) 형태의 결합제를 함유할 수 있다. 다른 예시적인 결합제는 베마이트, 감마-알루미나, 또는 델타/세타 알루미나뿐만 아니라 실리카 졸을 포함한다. 존재하는 경우, 결합제는 통상적으로 총 워시코트 하중의 약 1.0 내지 5.0 중량%의 양으로 사용된다. 산성 또는 염기성 종을 슬러리에 첨가하여 그에 따라 pH를 조정한다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 슬러리의 pH는 수산화암모늄, 수성 질산, 또는 아세트산을 첨가함으로써 조정된다. 통상적인 슬러리 pH 범위는 약 3.0 내지 12이다.
슬러리는 입자 크기를 감소시키고 입자 혼합을 향상시키도록 밀링될 수 있다. 밀링은 볼 밀, 연속 밀 또는 다른 유사한 장비에서 수행될 수 있으며, 슬러리의 고형분 함량은, 예를 들어, 약 20 내지 60 중량%, 보다 구체적으로는 약 20 내지 40 중량%일 수 있다. 하나의 실시형태에서, 밀링 후 슬러리는 약 3.0 내지 약 40 미크론, 바람직하게는 10 내지 약 30 미크론, 보다 바람직하게는 약 10 내지 약 15 미크론의 D90 입자 크기를 특징으로 한다. D90은 전용 입자 크기 분석기를 사용하여 결정된다. 이 예에서 사용된 장비는 레이저 회절을 사용하여 작은 체적의 슬러리에서 입자 크기를 측정한다. 통상적으로 미크론 단위의 D90은, 입자 수의 90%가 그 값보다 직경이 작음을 의미한다.
슬러리는 당업계에 공지된 임의의 워시코트 기법을 사용하여 촉매 기재 상에 코팅된다. 하나의 실시형태에서, 촉매 기재는 슬러리에 1회 이상 침지되거나 그렇지 않으면 슬러리로 코팅된다. 이후, 코팅된 기재는 승온(예를 들어, 100 내지 150℃)에서 소정의 기간(예를 들어, 10분 내지 3시간) 동안 건조되고, 이후 예를 들어 400 내지 700℃에서, 통상적으로 약 10분 내지 약 3시간 동안 가열되어 하소된다. 건조 및 하소 후, 최종 워시코트 코팅층은 본질적으로 무용매인 것으로 관찰된다. 하소 후, 상술된 워시코트 기법에 의해 수득되는 촉매 하중은 기재의 코팅 중량 및 비 코팅 중량의 차이를 계산함으로써 결정될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 촉매 하중은 슬러리 레올로지를 변경함으로써 조정될 수 있다. 또한, 워시코트를 생성하기 위한 코팅/건조/하소 공정은 코팅을 목적하는 하중 수준 또는 두께로 구축하기 위해 필요에 따라 반복될 수 있으며, 이는 하나 초과의 워시코트가 도포될 수 있음을 의미한다.
특정 실시형태에서, 코팅된 기재를 열처리하여 코팅된 기재를 노화시킨다. 하나의 실시형태에서, 노화는 탄화수소/공기 공급을 교대로 하며 10 체적% 물의 환경에서 약 850℃ 내지 약 1050℃의 온도에서 50 내지 75시간 동안 수행된다. 따라서 특정 실시형태에서 노화된 촉매 물품이 제공된다. 특정 실시형태에서, 특히 효과적인 물질은 노화 시(예를 들어, 탄화수소/공기 공급을 교대로 하며 약 850℃ 내지 약 1050℃, 10 체적% 물에서, 50 내지 75시간 노화) 높은 백분율(예를 들어, 약 95 내지 100%)의 기공 체적을 유지하는 금속 산화물계 지지체(실질적으로 100% 세리아 지지체를 포함하지만 이에 한정되지 않음)를 포함한다.
다른 양태에서, 현재 청구된 발명은 내연 기관용 배기 시스템을 제공한다. 배기 시스템은 상기한 본원에 기재된 바와 같이 촉매 물품을 포함한다. 하나의 실시형태에서, 배기 시스템은 백금족 금속계 삼원 전환(TWC) 촉매 물품 및 본 발명에 따른 층상 촉매 물품을 포함하고, 백금족 금속계 삼원 전환(TWC) 촉매 물품은 내연 기관으로부터 하류에 위치되며 층상 촉매 물품은 백금족 금속계 삼원 전환(TWC) 촉매 물품과 유체 연통하여 하류에 위치된다.
다른 실시형태에서, 배기 시스템은 백금족 금속계 삼원 전환(TWC) 촉매 물품 및 본 발명에 따른 층상 촉매 물품을 포함하고, 촉매 물품은 내연 기관으로부터 하류에 위치되며 백금족 금속계 삼원 전환(TWC) 촉매 물품은 삼원 전환(TWC) 촉매 물품과 유체 연통하여 하류에 위치된다. 배기 시스템은 도 2에 도시된다. 도 2a는 산소 저장 성분 및 알루미나 상에 지지된 Pd, 및 산화바륨을 포함하는 하부층; 알루미나 상에 지지된 Rh 및 산소 저장 성분 상에 지지된 Pd를 포함하는 상부층; 및 기재;를 포함하는 기준 TWC CC1 촉매 물품은 내연 기관으로부터 하류에 위치된 반면에 산소 저장 성분 및 알루미나 상에 지지된 Pd, 및 산화바륨을 포함하는 하부층; 알루미나 상에 지지된 Rh 및 산소 저장 성분 상에 지지된 Rh를 포함하는 상부층; 및 기재;를 포함하는 기준 TWC CC2 촉매 물품은 TWC CC1 촉매 물품과 유체 연통하여 하류에 위치된 배기 시스템을 도시한다. TWC CC1에서 PGM 로딩(Pt/Pd/Rh)은 0/76/4이고 TWC CC2에서 PGM 로딩(Pt/Pd/Rh)은 0/14/4이다.
도 2b는 알루미나 성분 상에 지지된 Pt 및 산소 저장 성분 상에 지지된 Rh를 포함하는 상부층; 및 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 Pd, 및 산화바륨을 포함하는 전방 구역, 및 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 Pt를 포함하는 후방 구역을 포함하는 하부층; 및 기재;를 포함하는 본 발명의 촉매 B는 내연 기관으로부터 하류에 위치된 반면에 산소 저장 성분 및 알루미나 상에 지지된 Pd, 및 산화바륨을 포함하는 하부층; 알루미나 상에 지지된 Rh 및 산소 저장 성분 상에 지지된 Rh를 포함하는 상부층; 및 기재;를 포함하는 기준 TWC CC2 촉매 물품은 본 발명의 촉매 물품과 유체 연통하여 하류에 위치된 배기 시스템을 도시한다. 본 발명 촉매 물품 A에서 PGM 로딩(Pt/Pd/Rh)은 38/38/4이고 TWC CC2에서 PGM 로딩(Pt/Pd/Rh)은 0/14/4이다.
도 2c는 란타나-지르코니아 성분 상에 지지된 Pt 및 산소 저장 성분 상에 지지된 Rh를 포함하는 상부층; 및 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 Pd, 및 산화바륨을 포함하는 전방 구역, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 Pt, 알루미나 성분 상에 지지된 Pd, 및 산화바륨을 포함하는 후방 구역을 포함하는 하부층; 및 기재;를 포함하는 본 발명의 촉매 A는 내연 기관으로부터 하류에 위치된 반면에 산소 저장 성분 및 알루미나 상에 지지된 Pd, 및 산화바륨을 포함하는 하부층; 알루미나 상에 지지된 Rh 및 산소 저장 성분 상에 지지된 Rh를 포함하는 상부층; 및 기재;를 포함하는 기준 TWC CC2 촉매 물품은 본 발명의 촉매 물품과 유체 연통하여 하류에 위치된 배기 시스템을 도시한다. 본 발명 촉매 물품 B에서 PGM 로딩(Pt/Pd/Rh)은 38/38/4이고 TWC CC2에서 PGM 로딩(Pt/Pd/Rh)은 0/14/4이다.
하나의 양태에서, 현재 청구된 발명은 또한 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물을 포함하는 기체 배기 스트림을 처리하는 방법을 제공한다. 방법은 배기 스트림을 현재 청구된 발명에 따른 촉매 물품 또는 배기 시스템과 접촉시키는 단계를 포함한다. 용어 "배기 스트림", "엔진 배기 스트림", "배기 가스 스트림" 등은 고체 또는 액체 미립자 물질을 또한 함유할 수 있는 유동 엔진 유출 가스의 임의의 조합을 지칭한다. 스트림은 기체 성분을 포함하며, 예를 들어 린번(lean burn) 엔진의 배기 가스로서, 이는 액적, 고체 미립자 등과 같은 특정의 비 기체 성분을 함유할 수 있다. 린번 엔진의 배기 스트림은 통상적으로 연소 생성물, 불완전 연소 생성물, 질소 산화물, 연소성 및/또는 탄소질 미립자 물질(매연) 및 미반응된 산소 및/또는 질소를 포함한다. 이러한 용어는 본원에 기재된 바와 같은 하나 이상의 다른 촉매 시스템 성분의 하류의 유출물을 또한 지칭한다. 하나의 실시형태에서, 일산화탄소를 함유하는 배기 스트림을 처리하는 방법이 제공된다.
다른 양태에서, 현재 청구된 발명은 또한 기체 배기 스트림에서 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물 수준을 감소시키는 방법을 제공한다. 방법은 기체 배기 스트림을 현재 청구된 발명에 따른 촉매 물품 또는 배기 시스템과 접촉시켜 배기 가스에서 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물의 수준을 감소시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 현재 청구된 발명은 또한 현재 청구된 발명의 층상 촉매 물품의 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물을 포함하는 기체 배기 스트림을 정화하는 용도를 제공한다.
일부 실시형태에서, 촉매 물품은 촉매 물품과 접촉하기 전에 배기 가스 스트림에 존재하는 일산화탄소, 탄화수소 및 아산화질소의 양의 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%를 전환시킨다. 일부 실시형태에서, 촉매 물품은 탄화수소를 이산화탄소 및 물로 전환시킨다. 일부 실시형태에서, 촉매 물품은 촉매 물품과 접촉하기 전에 배기 가스 스트림에 존재하는 탄화수소의 양의 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%를 전환시킨다. 일부 실시형태에서, 촉매 물품은 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시킨다. 일부 실시형태에서, 촉매 물품은 질소 산화물을 질소로 전환시킨다.
일부 실시형태에서, 촉매 물품은 촉매 물품과 접촉하기 전에 배기 가스 스트림에 존재하는 질소 산화물의 양의 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 75%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%를 전환시킨다. 일부 실시형태에서, 촉매 물품은 촉매 물품과 접촉하기 전에 배기 가스 스트림에 존재하는 탄화수소, 이산화탄소 및 질소 산화물 합계의 총량의 적어도 약 50%, 또는 적어도 약 60%, 또는 적어도 약 70%, 또는 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%를 전환시킨다.
실시예
현재 청구된 발명의 양태는 하기 실시예를 통해 보다 충분히 예시되며, 이러한 실시예는 본 발명의 특정 양태를 예시하기 위해 제시된 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예 1: 기준 CC1 촉매 물품(RC-1, 이중 금속: Pd/Rh, 비율: 1:0.052)의 제조
Pd/Rh계 TWC 촉매 물품을 제조하고 밀접 결합된 기준 촉매 물품으로 사용하였다. 총 PGM 로딩(Pt/Pd/Rh)는 0/76/4이다. 하부 코트는 촉매 물품에서 68.4 g/ft3 Pd, 또는 90%의 총 Pd를 함유한다. 상부 코트는 촉매 물품에서 7.6 g/ft3의 Pd 및 4.0 g/ft3의 Rh, 또는 10%의 총 Pd 및 100%의 총 Rh를 함유한다. 하부 코트는 2.34 g/inch3의 워시코트 로딩을 가지며 상부 코트는 1.355 g/inch3의 워시코트 로딩을 갖는다. 참조 촉매 물품(RC-CC1)이 도 1의 A에 도시되어 있다.
하부 코트를 314 그램의 알루미나 상에 60% Pd-질산염 용액(43.3 그램, 28% Pd-질산염 수용액) 및 785 그램의 세리아-지르코니아 상에 40%의 Pd-질산염 용액(28.9 그램, 28% Pd-질산염 수용액)을 함침시켜 제조하였다. 알루미나 부분은 Pd/알루미나 혼합물을 물 중에 85.6 그램의 아세트산바륨의 수용액에 첨가함으로써 화학적으로 고정시켰다. 39 그램의 황산바륨도 혼합물에 첨가하였다. 그런 다음, 이 성분을 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 세리아-지르코니아 부분을 물에 첨가하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 128 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
상부 코트는 2개 성분을 갖는다. 903 그램의 알루미나 상에 560 그램의 물에 20.7 그램의 Rh-질산염(9.9% Rh-함량)과 80.5 그램의 질산네오디뮴(27.5% Nd2O3 함량)의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 그런 다음, 생성된 분말을 물과 혼합하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 260.4 그램의 세리아-지르코니아 상에 물과 혼합된 13.8 그램의 Pd-질산염(28% Pd 함량)을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 제2 성분을 제조하였다. 그런 다음, 생성된 분말을 물과 혼합하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다. 이렇게 수득된 2개의 슬러리를 블렌딩하고 156 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다.
촉매 물품은 우선 하부 코트 슬러리를 600/3.5 세라믹 기재 상에 코팅하여 제조하였다. 이후, 수득된 코팅된 기재를 500℃에서 2시간 동안 건조 및 하소하였다. 이후, 상부 코트 슬러리를 도포하였다. 얻어진 생성물을 500℃에서 2시간 동안 다시 하소하였다.
실시예 2: 본 발명 촉매 물품 A의 제조(IC-A, 삼중 금속, 상부층: Rh-OSC 및 Pt-Al, 하부층: 전방 구역에서 Pd 및 후방 구역에서 Pt, 비율: 1:1:0.105):
PGM(Pt: Pd: Rh)을 사용하여 촉매 물품을 제형화하여 38/38/4 디자인을 생성하였다. 총 PGM 로딩은 80 g/ft3이다. 하부 코트를 주입구 코트(전방 구역)가 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 76 g/ft3 Pd, 또는 100%의 총 Pd를 함유하도록 구역화하였다. 하부 코트 배출구 구역(후방 구역)은 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 38 g/ft3 Pt 또는 50%의 총 Pt를 함유한다. 상부 코트는 기재 길이의 100%를 덮고 촉매 물품에서 19 g/ft3 Pt 및 4.0 g/ft3 Rh, 또는 50%의 총 Pt 및 100%의 총 Rh를 함유한다. 하부 코트는 2.124 g/inch3의 워시코트 로딩을 가지며 상부 코트는 1.558 g/inch3의 워시코트 로딩을 갖는다. 본 발명의 촉매 물품 A는 도 1 의 B에 도시되어 있다.
하부 코트 주입구는 2개 성분을 함유한다. 961 그램의 알루미나 상에 117.78 그램의 28% Pd-질산염 수용액, 251 그램의 Ba-아세트산염(59.9% BaO 함량) 및 643 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 2690 그램의 세리아-지르코니아 상에 176.7 그램의 28% Rh-질산염 수용액과 1137.5 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제2 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 알루미나 성분을 물과 143.3 그램의 황산바륨과 혼합하였다. 그런 다음, 이 혼합물을 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5로 조절하였다. 세리아-지르코니아 부분을 물에 첨가하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 475.5 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
하부 코트 배출구는 2개 성분을 함유한다. 2509.4 그램의 알루미나 상에 146.1 그램의 14.3% Rh-질산염 수용액과 1914.9 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제2 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 제2 성분을 2 단계로 제조하였다. 우선, 1239.2 그램의 세리아 상에 73.1 그램의 14.3% Rh-질산염 수용액, 320.5 그램의 Al-질산염(14.8% Al2O3 함량) 및 40 그램의 물의 혼합물을 함침시킴으로써. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이어서, Pt/Al/CeO2 성분 상에 상기의 Pt/Al 혼합물을 함침시켜 원하는 금속 로딩을 달성함으로써 제2 단계를 수행하였다. 즉, 73.1 그램의 14.3% Pt-질산염 수용액, 320.5 그램의 Al-질산염(14.8% Al2O3 함량) 및 40 그램의 물의 추가 혼합물을 Pt/Al/세리아 성분 상에 함침시켰다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 알루미나 성분을 물과 144.4 그램의 황산바륨과 혼합하였다. 그런 다음, 이 혼합물을 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 세리아 부분을 물에 첨가하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 479.2 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
상부 코트는 2개 성분을 갖는다. 241.6 그램의 알루미나 상에 158 그램의 물에 44.5 그램의 Rh-질산염(14.3% Rh-함량)의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 그런 다음, 생성된 분말을 물과 혼합하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 648.3 그램의 세리아-지르코니아 상에 13.5 그램의 Pd-질산염(9.9% Rh 함량) 및 292 그램의 물을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 제2 성분을 제조하였다. 그런 다음, 생성된 분말을 물과 혼합하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 이렇게 수득된 2개의 슬러리를 블렌딩하고 102.1 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다.
촉매 물품은 우선 하부 코트 주입구 슬러리를 600/3.5 세라믹 기재 상에 코팅하여 제조하였다. 주입구 코트를 건조시킨 다음, 이어서 하부 코트 배출구 슬러리를 도포하였다. 이후, 수득된 코팅된 기재를 500℃에서 2시간 동안 건조 및 하소하였다. 이후, 상부 코트 슬러리를 도포하였다. 얻어진 생성물을 500℃에서 2시간 동안 다시 하소하였다.
실시예 3: 본 발명 촉매 물품 B의 제조(IC-B, 삼중 금속, 상부층: Rh 및 Pt, 하부층: 전방 구역에서 Pd 및 후방 구역에서 Pt 및 Pd, 비율: 1:1:0.105)
PGM(Pt: Pd: Rh)을 사용하여 촉매 물품을 제형화하여 38/38/4 디자인을 생성하였다. 총 PGM 로딩은 80 g/ft3이며 하부 코트를 주입구 코트가 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 60.8 g/ft3 Pd, 또는 80%의 총 Pd를 함유하도록 구역화하였다. 하부 코트 배출구 구역은 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 38 g/ft3 Pt 또는 50%의 총 Pt, 및 촉매 물품에서 15.2 g/ft3 Pd 또는 20%의 총 Pd를 함유한다. 상부 코트는 기재 길이의 100%를 덮고 촉매 물품에서 19 g/ft3 Pt 및 4.0 g/ft3 Rh, 또는 50%의 총 Pt 및 100%의 총 Rh를 함유한다. 하부 코트는 2.115 g/inch3의 워시코트 로딩을 가지며 상부 코트는 1.563 g/inch3의 워시코트 로딩을 갖는다. 본 발명의 촉매 물품 B는 도 1 의 C에 도시되어 있다.
하부 코트 주입구는 2개 성분을 함유한다. 1736.7 그램의 알루미나 상에 118.3 그램의 28% Pd-질산염 수용액, 252.5 그램의 Ba-아세트산염(59.9% BaO 함량) 및 1055 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 1929.7 그램의 세리아-지르코니아 상에 118.37 그램의 28% Pd-질산염 수용액과 727 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제2 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 알루미나 성분을 물과 143.9 그램의 황산바륨과 혼합하였다. 그런 다음, 이 혼합물을 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 세리아-지르코니아 부분을 물에 첨가하고 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 477.6 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
하부 코트 배출구는 2개 성분을 함유한다. 1468.8 그램의 알루미나 상에 60.0 그램의 28% Pd-질산염 수용액, 160.1 그램의 Ba-아세트산염(59.9% BaO 함량) 및 942 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 제2 성분을 2 단계로 제조하였다. 2356.7 그램의 세리아-지르코니아 상에 295.6 그램의 14.3% Pt-질산염 수용액과 623 그램의 물의 혼합물을 함침시켰다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 알루미나 성분을 물과 혼합한 다음 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 세리아-지르코니아 부분을 물에 첨가하고 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 484.6 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
상부 코트는 2개 성분을 갖는다. 352.5 그램의 란타나-지르코니아 상에 127 그램의 물에 44.3 그램의 Pt-질산염(14.3% Pt-함량)의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 411.2 그램의 세리아-지르코니아 상에 13.5 그램의 Rh-질산염(9.9% Rh 함량) 및 161 그램의 물을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 제2 성분을 제조하였다. 2개의 하소된 분말을 물과 혼합하고, 117.5 그램의 알루미나를 첨가하며, 혼합물을 12 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 최종적으로, 145.4 그램의 알루미나-결합제를 슬러리에 첨가하며 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다.
촉매 물품은 우선 하부 코트 주입구 슬러리를 600/3.5 세라믹 기재 상에 코팅하여 제조하였다. 주입구 코트를 건조시킨 다음, 이어서 하부 코트 배출구 슬러리를 도포하였다. 이후, 수득된 코팅된 기재를 500℃에서 2시간 동안 건조 및 하소하였다. 이후, 상부 코트 슬러리를 도포하였다. 얻어진 생성물을 500℃에서 2시간 동안 다시 하소하였다.
실시예 4: 촉매 물품 C의 제조(RC-C, 삼중 금속, 상부층: Rh-Al 및 Pt-OSC, 하부층: 전방 구역에서 Pd, 및 후방 구역에서 Pt, 범위 외)
PGM(Pt: Pd: Rh)을 사용하여 촉매 물품을 제형화하여 38/38/4 디자인을 생성하였다. 총 PGM 로딩은 80 g/ft3이며 하부 코트를 주입구 코트가 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 76 g/ft3 Pd, 또는 100%의 총 Pd를 함유하도록 구역화하였다. 하부 코트 배출구 구역은 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 38 g/ft3 Pt 또는 50%의 총 Pt를 함유한다. 상부 코트는 기재 길이의 100%를 덮고 촉매 물품에서 19 g/ft3 Pt 및 4.0 g/ft3 Rh, 또는 50%의 총 Pt 및 100%의 총 Rh를 함유한다. 하부 코트는 2.124 g/inch3의 워시코트 로딩을 가지며 상부 코트는 1.558 g/inch3의 워시코트 로딩을 갖는다. 촉매 물품 C는 도 1 의 D에 도시되어 있다.
하부 코트 주입구는 2개 성분을 함유한다. 961 그램의 알루미나 상에 117.78 그램의 28% Pd-질산염 수용액, 251 그램의 Ba-아세트산염(59.9% BaO 함량) 및 643 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 2690 그램의 세리아-지르코니아 상에 176.7 그램의 28% Pd-질산염 수용액과 1137.5 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제2 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 알루미나 성분을 물과 143.3 그램의 황산바륨과 혼합하였다. 그런 다음, 이 혼합물을 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 세리아-지르코니아 부분을 물에 첨가하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 475.5 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
하부 코트 배출구는 2개 성분을 함유한다. 1882 그램의 알루미나 상에 109.6 그램의 14.3% Pt-질산염 수용액과 1436 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제2 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 제2 성분을 2 단계로 제조하였다. 929.4 그램의 세리아 상에 54.8 그램의 14.3% Pt-질산염 수용액, 234.5 그램의 Al-질산염(15.2% Al2O3 함량) 및 25 그램의 물의 혼합물을 함침시켰다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이어서, Pt/Al/CeO2 성분 상에 상기의 Pt/Al 혼합물을 함침시켜 원하는 금속 로딩을 달성함으로써 제2 단계를 수행하였다. 즉, 54.8 그램의 14.3% Pt-질산염 수용액, 234.5 그램의 Al-질산염(15.2% Al2O3 함량) 및 25 그램의 물의 추가 혼합물을 Pt/Al/세리아 성분 상에 함침시켰다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 알루미나 성분을 물과 144.4 그램의 황산바륨과 혼합하였다. 그런 다음, 이 혼합물을 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다. 세리아 부분을 물에 첨가하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 359.4 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
상부 코트는 2개 성분을 갖는다. 235.7 그램의 세리아-지르코니아 상에 44.5 그램의 Pt-질산염(14.3% Pt-함량)과 97.0 그램의 La-질산염 수용액(26.8% La2O3 함량)의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 그런 다음, 생성된 분말을 물과 혼합하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다. 627.6 그램의 알루미나 상에 13.5 그램의 Rh-질산염(9.9% Rh 함량) 및 498 그램의 물을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 제2 성분을 제조하였다. 그런 다음, 생성된 분말을 물과 혼합하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 이렇게 수득된 2개의 슬러리를 블렌딩하고 102.1 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다.
촉매 물품은 우선 하부 코트 주입구 슬러리를 600/3.5 세라믹 기재 상에 코팅하여 제조하였다. 주입구 코트를 건조시킨 다음, 이어서 하부 코트 배출구 슬러리를 도포하였다. 이후, 수득된 코팅된 기재를 500℃에서 2시간 동안 건조 및 하소하였다. 이후, 상부 코트 슬러리를 도포하였다. 얻어진 생성물을 500℃에서 2시간 동안 다시 하소하였다.
실시예 5: 촉매 물품 D의 제조(IC-D, 삼중 금속, 상부층: Rh, Pdl 및 Pt, 하부층: 전방 구역에서 Pd, 및 후방 구역에서 Pt,)
PGM(Pt: Pd: Rh)을 사용하여 촉매 물품을 제형화하여 38/38/4 디자인을 생성하였다. 총 PGM 로딩은 80 g/ft3이며 하부 코트를 주입구 코트가 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 72.2 g/ft3 Pd, 또는 95%의 총 Pd를 함유하도록 구역화하였다. 하부 코트 배출구 구역은 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 38 g/ft3 Pt 또는 50%의 총 Pt를 함유한다. 상부 코트는 기재 길이의 100%를 덮고 촉매 물품에서 19 g/ft3 Pt, 1.9 g/ft3 Pd 및 4.0 g/ft3 Rh, 또는 50%의 총 Pt, 5%의 총 Pd 및 100%의 총 Rh를 함유한다. 하부 코트는 2.122 g/inch3의 워시코트 로딩을 가지며 상부 코트는 1.558 g/inch3의 워시코트 로딩을 갖는다. 촉매 물품 D는 도 1 의 E에 도시되어 있다.
하부 코트 주입구는 2개 성분을 함유한다. 961.8 그램의 알루미나 상에 112.0 그램의 28% Pd-질산염 수용액, 251.6 그램의 Ba-아세트산염(59.9% BaO 함량) 및 647 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 2693.1 그램의 세리아-지르코니아 상에 168.0 그램의 28% Pd-질산염 수용액과 1145 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제2 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 알루미나 성분을 물과 143.5 그램의 황산바륨과 혼합하였다. 그런 다음, 이 혼합물을 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다. 세리아-지르코니아 부분을 물에 첨가하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 476.0 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
2954.8 그램의 세리아-지르코니아 상에 297.3 그램의 14.3% Pt-질산염 수용액과 844 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 하부 코트 배출구를 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 하소된 분말을 물과 혼합하고, 985 그램의 알루미나를 첨가하며, 이후 혼합물을 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 487.0 그램의 알루미나-결합제를 첨가하며, 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다.
상부 코트는 3개 성분을 갖는다. 294.6 그램의 란타나-지르코니아 상에 72 그램의 물에 44.5 그램의 Pt-질산염(14.3% Pt-함량)의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 471.4 그램의 세리아-지르코니아 상에 13.5 그램의 Rh-질산염(9.9% Rh 함량) 및 163 그램의 물을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 제2 성분을 제조하였다. 123.2 그램의 알루미나 상에 2.3 그램의 Pd-질산염(28% Pd 함량) 및 92 그램의 물을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 제3 성분을 제조하였다.
그런 다음, 알루미나 분말을 물과 혼합하고 18 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. Pt-함유 및 Rh-함유 분말을 첨가하며, 혼합물을 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 최종적으로, 102 그램의 알루미나-결합제를 슬러리에 첨가하며 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다.
촉매 물품은 우선 하부 코트 주입구 슬러리를 600/3.5 세라믹 기재 상에 코팅하여 제조하였다. 주입구 코트를 건조시킨 다음, 이어서 하부 코트 배출구 슬러리를 도포하였다. 이후, 수득된 코팅된 기재를 500℃에서 2시간 동안 건조 및 하소하였다. 이후, 상부 코트 슬러리를 도포하였다. 얻어진 생성물을 500℃에서 2시간 동안 다시 하소하였다.
실시예 6: 촉매 물품 E 및 촉매 물품 F의 제조(RC-E: 삼중 금속, 상부층: Rh-OSC, 하부층: 전방 구역에서 Pd, 및 후방 구역에서 Pt; RC-F: 상부층: Rh-Al/OSC, 하부층: 전방 구역에서 Pd, 및 후방 구역에서 Pt, 범위 외)
PGM(Pt: Pd: Rh)을 사용하여 촉매 물품 E 및 F를 제형화하여 38/38/4 디자인을 생성하였다. 총 PGM 로딩은 80 g/ft3이다. 하부 코트를 주입구 코트가 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 76 g/ft3 Pd, 또는 100%의 총 Pd를 함유하도록 구역화하였다. 하부 코트 배출구 구역은 기재 길이의 50%를 포함하고 촉매 물품에서 76 g/ft3 Pt 또는 100%의 총 Pt를 함유한다. 상부 코트는 기재 길이의 100%를 덮고 촉매 물품에서 4.0 g/ft3 Rh, 또는 100%의 총 Rh를 함유한다. 하부 코트는 2.122 g/inch3의 워시코트 로딩을 가지며 상부 코트는 1.558 g/inch3의 워시코트 로딩을 갖는다.
양쪽 촉매 물품 모두 구역화된 동일한 하부 코트 제형을 사용한다. 하부 코트 주입구는 2개 성분을 함유한다. 960.8 그램의 알루미나 상에 117.8 그램의 28% Pd-질산염 수용액, 251.3 그램의 Ba-아세트산염(59.9% BaO 함량) 및 643 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 2690.3 그램의 세리아-지르코니아 상에 176.7 그램의 28% Pd-질산염 수용액과 1137 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 제2 성분을 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 알루미나 성분을 물과 143.3 그램의 황산바륨과 혼합하였다. 그런 다음, 이 혼합물을 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 세리아-지르코니아 부분을 물에 첨가하고 16 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다. 그런 다음, 2개 성분을 블렌딩하고 475.6 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
3380.5 그램의 세리아-지르코니아 상에 583.05 그램의 14.3% Pt-질산염 수용액, 524.4 그램의 Al-질산염(14.8% Al2O3 함량) 및 476.6 그램의 물의 혼합물을 함침시켜 하부 코트 배출구를 제조하였다. 이 단계는 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정하였다. 이후, 하소된 분말을 물과 혼합하고, 440.43 그램의 알루미나를 첨가하며, 이후 혼합물을 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 487.0 그램의 알루미나-결합제를 첨가하며, 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4 내지 5로 조절하였다.
836.3 그램의 세리아-지르코니아 상에 13.7 그램의 Rh-질산염(9.9% Rh 함량) 및 339 그램의 물의 혼합물을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 촉매 물품 E의 상부 코트를 제조하였다. 이후, 하소된 분말을 물과 혼합하고, 59.7 그램의 알루미나를 첨가하며, 혼합물을 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 최종적으로, 103.5 그램의 알루미나-결합제를 첨가하였다.
촉매 물품 F의 상부 코트는 2개 성분을 함유하였다. 448 그램의 알루미나 상에 6.8 그램의 Rh-질산염(9.9% Rh 함량) 및 358 그램의 물의 혼합물을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 제2 성분을 제조하였다. 448 그램의 세리아-지르코니아 상에 6.8 그램의 Rh-질산염(9.9% Rh 함량) 및 182 그램의 물의 혼합물을 함침시킨 이후 500℃에서 2시간 동안 하소를 수행하여 지지체 상에 PGM을 고정시켜 제2 성분을 제조하였다. 그런 다음, 알루미나 분말을 물과 혼합하고 18 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다. 세리아-지르코니아 분말을 첨가하며, 혼합물을 13 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다.
촉매 물품 E 및 F 양쪽 모두는 우선 하부 코트 주입구 슬러리를 600/3.5 세라믹 기재 상에 코팅하여 제조하였다. 주입구 코트를 건조시킨 다음, 이어서 하부 코트 배출구 슬러리를 도포하였다. 이후, 수득된 코팅된 기재를 500℃에서 2시간 동안 건조 및 하소하였다. 이후, 상부 코트 슬러리를 도포하였다. 얻어진 생성물을 500℃에서 2시간 동안 다시 하소하였다.
실시예 7: 기준 CC2 촉매 물품(이중 금속, RC-2)의 제조
기준 CC2 촉매 물품은 제2 밀착 위치에 사용되는 0/14/4 디자인의 PGM TWC(Pt:Pd:Rh)이다. 하부 코트는 718.5 그램의 알루미나와 물을 혼합하고 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절한 이후 16 μm 미만의 D90으로 밀링하여 제조하였다. 이후, 716.2 그램의 세리아-지르코니아를 슬러리에 첨가하였다. 이후, 27.7 그램의 Pd(27.3% Pd 함량)를 슬러리에 첨가하고 잠시 혼합한 후 슬러리를 14 μm 미만의 D90으로 다시 밀링하였다. 다음 단계에서, 71.5 그램의 황산바륨 및 239.2 그램의 알루미나-결합제를 첨가하고, 최종 슬러리를 20분 동안 혼합하였다.
상부 코트는 2개 성분을 함유하였다. 483 그램의 알루미나 상에 367 그램의 물에 11.3 그램의 Rh-질산염(9.8% Rh-함량)을 함침시켜 제1 성분을 제조하였다. 이후, 분말을 물에 첨가하고 pH가 8이 될 때까지 메틸-에틸-아민(MEA)을 첨가하였다. 이후, 슬러리를 20분 동안 혼합하고 질산을 사용하여 pH를 5.5 내지 6으로 감소시켰다. 그런 다음, 슬러리를 14 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 979.3 그램의 세리아-지르코니아 상에 550 그램의 물과 혼합된 11.3 그램의 Rh-질산염(9.8% Rh 함량)을 함침시켜 제2 성분을 제조하였다. 이후, 분말을 물에 첨가하고 pH가 8이 될 때까지 메틸-에틸-아민(MEA)을 첨가하였다. 이후, 슬러리를 20분 동안 혼합하고, 80.6 그램의 질산지르코늄(19.7% ZrO2 함량)을 첨가하며 필요한 경우 질산을 사용하여 pH를 5.5 내지 6으로 감소시켰다. 그런 다음, 슬러리를 14 μm 미만의 D90으로 밀링하였다. 이후, 2개의 수득된 슬러리를 블렌딩하고, 245 그램의 알루미나-결합제를 첨가하며, 필요한 경우 질산을 첨가하여 pH를 약 4.0 내지 5.0으로 조절하였다.
촉매 물품은 우선 하부 코트 슬러리를 600/3.5 세라믹 기재 상에 코팅하여 제조하였다. 이후, 수득된 코팅된 기재를 500℃에서 2시간 동안 건조 및 하소하였다. 이후, 상부 코트 슬러리를 도포하였다. 얻어진 생성물을 500℃에서 2시간 동안 다시 하소하였다.
실시예 9: 촉매 물품 노화 및 테스트
모든 촉매 물품을 4.16 × 2.717" 600/3.5 코디어라이트 기재 상에 코팅하였다. 촉매 물품을 50시간 동안 950℃의 주입구 온도에서 교번하는 희박/농후 기체 공급에서 엔진 상에서 노화시켰다. 이어서, 촉매 물품을 FTP-75 테스트 프로토콜을 사용하여 4기통 가솔린 엔진이 장착된 2016 SULEV-30 차량에서 CC1 + CC2 시스템으로 테스트하였다. 각 테스트를 데이터 재현성을 보장하기 위해 적어도 3회 반복하였다. 모든 경우에 동일한 CC2 촉매 물품을 사용하였으며 시스템 성능에 대한 CC1 촉매 물품의 영향을 직접 비교할 수 있도록 CC1 촉매 물품만 변경하였다. 촉매 시스템은 하기 표에 나와 있다:
Figure pct00001
첨부 도면의 도 3은 배출량 제어 테스트에서 구역화된 본 발명 촉매 물품 A(IC-A)의 개선된 성능을 입증한다. 구역화의 효과는 촉매 활성화(light-off)에 큰 영향을 미치지 않으므로 촉매 물품 주입구에 고농도의 Pd를 할당하는 것보다 디자인의 고유한 우수성을 확인하였다. 본 발명의 촉매 물품 A는 중간층 및 테일 파이프 탄화수소 및 일산화탄소 배출 양쪽 모두에서 Pd/Rh 기준 촉매 물품 1보다 우수한 성능을 보여준다. 구체적으로, 본 발명 촉매 물품 A를 사용하는 경우, 중간층 및 테일 파이프 탄화수소 배출량이 각각 20% 및 20% 감소되고, 일산화탄소가 각각 21% 및 25% 감소된다. 중간층 NOx 배출량은 본 발명 촉매 물품의 경우 20% 더 높지만, 테일 파이프 NOx 배출량 값은 기준 및 본 발명 촉매 물품 A 양쪽 모두에 대해 동일하다.
도 3은 또한 본 발명 촉매 물품 A와 촉매 물품 E 및 촉매 물품 F의 비교를 도시한다. 촉매 물품 A에서와 같이 상부층 및 하부층 양쪽 모두에 백금이 존재하면 하부 배출구 층(후방 구역)에만 존재하는 백금을 함유하는 촉매 물품과 비교하여 향상된 배출 감소 결과를 제공한다. 본 발명 촉매 물품 A는 촉매 물품 E 및 촉매 물품 F와 비교하여 40 내지 45% 더 낮은 중간층 탄화수소, 20 내지 27% 더 낮은 중간층 CO 및 30 내지 40% 더 낮은 중간층 NOx 배출량을 나타낸다. 활성 차이는 또한 테일 파이프로 이어지며, 여기서 촉매 물품 A는 상부 코트에 Pt가 없는 촉매 물품(촉매 물품 E 및 F)과 비교하여 약 38%의 탄화수소, 16 내지 38%의 CO 및 약 25%의 NOx의 배출 감소를 달성한다.
촉매 물품 성능에서의 차이는 또한 하부 코트 배출구 구역에서 Pt 지지체 선택의 중요성을 강조한다. 일반적으로, 알루미나 대 세리아 또는 세리아-지르코니아 또는 지르코니아 비율은 3.0과 0.5 사이, 또는 더욱 더 바람직하게는 약 2.0과 0.6 사이가 바람직하며, Pt를 지지하기 위해 물질의 조합이 선택될 때 가장 높은 활성을 제공한다.
촉매 물품 A는 또한 도 3에서 상부층에서 알루미나 상에 지지된 로듐 및 OSC 상에 지지된 백금을 함유하는 촉매 물품, 예컨대, 촉매 물품 C와 비교하여 더 낮은 배출량의 측면에서 OSC 상에 지지된 로듐 및 70% 초과의 Zr 함량을 갖는 알루미나 또는 지르코니아계 지지체, 예를 들어, 란타나-지르코니아 또는 세리아 지르코니아 상에 지지된 백금을 함유하는 이점을 도시한다. 촉매 물품 A는 촉매 물품 C와 비교하여 중간층에서 18%의 탄화수소, 10%의 CO 및 25%의 NOx의 감소를 달성하는 것으로 밝혀졌다. 시스템으로서, CC2 촉매 물품도 고려될 때, 본 발명 촉매 물품 A는 동일한 NOx 성능을 유지하면서 20% 더 낮은 테일 파이프 탄화수소 및 29% 더 낮은 CO 배출량을 여전히 보여주었다.
도 4는 본 발명 촉매 물품 B와 기준 촉매 물품의 비교를 보여준다. 촉매 물품 B는 기준 CC1과 비교하여 개선된 성능을 나타내며 중간층에서 6%의 탄화수소, 22%의 CO 및 26%의 NOx의 감소를 보인다. 또한, 본 발명 촉매 물품 B는 탄화수소, CO 및 NOx에서 각각 2%, 12% 및 7%의 테일 파이프 감소를 나타낸다.
본 발명 촉매 물품 B(IC-B)는 또한 기준 시스템과 유사하게 수행되지만 본 발명 촉매 물품 B의 전환 수준을 제공하지 않는 촉매 물품 D와 비교되었다. 이러한 불일치에 대한 이유 중 하나는 상부 코트 PGM-지지체 선택의 불균형이다. 일례로, 촉매 물품 C의 경우에서 Rh는 알루미나 상에 할당되고 Pt는 OSC 상에 할당되며, 이는 지지체 물질의 상대적인 양과 조합하여 촉매 물품 C의 삼중 금속 디자인의 유효성을 제한한다.
전반적으로, 현재 청구된 촉매 물품은 로듐 및 팔라듐을 함유하는 기존 촉매 물품과 비교하여 CO, HC 및 NO와 같은 오염 물질의 향상된 감소를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 현재 청구된 촉매 물품은 기존 촉매 물품에 비해 경제적이다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시형태", "특정 실시형태", "하나 이상의 실시형태", 또는 "일 실시형태"에 대한 언급은 실시형태와 관련하여 기재된 특정 특징, 구조, 물질 또는 특성이 현재 청구된 발명의 적어도 하나의 실시형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "하나 이상의 실시형태에서," "특정 실시형태에서," "일부 실시형태에서," "하나의 실시형태에서" 또는 "일 실시형태에서"와 같은 문구의 출현이 반드시 현재 청구된 발명의 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정한 특징, 구조, 물질, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 본원에 개시된 모든 다양한 실시형태, 양태 및 옵션은 그러한 특징 또는 요소가 본원의 특정 실시형태 설명에서 명시적으로 조합되는지 여부에 관계없이 모든 변형으로 조합될 수 있다. 현재 청구된 발명은 개시된 발명의 임의의 분리 가능한 특징 또는 요소가 이의 다양한 양태 및 실시형태에서 맥락이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 조합 가능한 것으로 간주되도록 전체적으로 판독되도록 의도된다.
본원에 개시된 실시형태는 특정 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 이들 실시형태는 단지 현재 청구된 발명의 원리 및 적용을 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 현재 청구된 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 현재 청구된 발명의 방법 및 장치에 대한 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 현재 청구된 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 변형 및 변경을 포함하는 것이며, 상술한 실시형태는 예시의 목적을 위해 제시된 것이고 제한하는 것이 아닌 것으로 의도된다. 본원에서 인용되는 모든 특허 및 간행물은 다른 통합 진술이 구체적으로 제공되지 않는 한, 명시된 바와 같은 특정 교시를 위해 본원에 인용되어 포함된다.

Claims (28)

  1. 삼중 금속 층상 촉매 물품으로서,
    a. 산소 저장 성분, 지르코니아 성분 및 알루미나 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금, 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하는 상부층;
    b. 전방 구역 및 후방 구역을 포함하는 하부층으로서, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 알루미나 성분, 세리아 성분 및 산소 저장 성분 중 적어도 하나 상에 지지된 백금을 포함하는, 하부층; 및
    c. 기재;를 포함하며,
    팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.4 내지 1.0:2.0의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  2. 제1항에 있어서, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 팔라듐 대 백금 대 로듐의 중량비는 1.0:0.7:0.1 내지 1.0:1.3:0.3의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층은 본질적으로 팔라듐이 없는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하고; 그리고 하부층은 전방 구역 및 후방 구역을 포함하고, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하고; 그리고 하부층은 전방 구역 및 후방 구역을 포함하고, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 후방 구역은 하부층에서 백금의 총량에 대하여 알루미나 성분 상에 지지된 30 내지 60%의 백금; 및 하부층에서 백금의 총량에 대하여 세리아 성분 상에 지지된 30 내지 60%의 백금을 포함하는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 후방 구역에서 알루미나 성분 대 세리아 성분의 중량비는 1.0:1.0 내지 2.0:1.0의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 후방 구역 및 전방 구역에서 알루미나 성분 대 산소 저장 성분의 중량비는 3.0:1.0 내지 0.5:1.0의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 로듐은 산소 저장 성분의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 50 중량%의 범위에 있는 세리아를 포함하는 산소 저장 성분 상에 지지되는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하부층 및 상부층에서 백금의 양의 비율은 층상 촉매 물품에 존재하는 백금의 총량을 기준으로 50:50 내지 80:20의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 하부층의 전방 구역은 알루미나 성분 및 산소 저장 성분 상에 지지된 1.0 내지 300 g/ft3의 팔라듐으로 로딩되고; 하부층의 후방 구역은 알루미나 (및) 세리아 성분 또는 산소 저장 성분 상에 지지된 1.0 내지 200 g/ft3의 백금으로 로딩되고; 상부층은 산소 저장 성분 상에 지지된 1.0 내지 100 g/ft3의 로듐 및 알루미나 성분 또는 지르코니아 성분 상에 지지된 1.0 내지 200 g/ft3의 백금으로 로딩된, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 저장 성분은 세리아-지르코니아, 세리아-지르코니아-란타나, 세리아-지르코니아-이트리아, 세리아-지르코니아-란타나-이트리아, 세리아-지르코니아-네오디미아, 세리아-지르코니아-프라세오디미아, 세리아-지르코니아-란타나-네오디미아, 세리아-지르코니아-란타나-프라세오디미아, 세리아-지르코니아-란타나-네오디미아-프라세오디미아, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하며, 산소 저장 성분의 양은 하부 또는 상부층의 총 중량을 기준으로 20 내지 80 중량%인, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미나 성분은 알루미나, 란타나-알루미나, 세리아-알루미나, 세리아-지르코니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 바리아-란타나-알루미나, 바리아-란타나-네오디미아-알루미나, 또는 이들의 조합을 포함하며; 알루미나 성분의 양은 하부 또는 상부층의 총 중량을 기준으로 10 내지 90 중량%인, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 로듐은 산소 저장 성분의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 15 중량%의 범위에 있는 세리아를 포함하는 산소 저장 성분 상에 지지되는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 세리아 성분은 지르코니아, 이트리아, 프라세오디미아, 란타나, 네오디미아, 사마리아, 가돌리니아, 알루미나, 티타니아, 바리아, 스트론티아 및 이들의 조합으로부터 선택된 도펀트를 더 포함하며, 도펀트의 양은 세리아 성분의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 20 중량%인, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 지르코니아 성분은 지르코니아 성분의 총 중량을 기준으로 70 내지 100 중량%의 지르코니아 함량을 갖는 란타나-지르코니아, 바리아-지르코니아, 또는 스트론티아-지르코니아를 포함하는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 기재는 세라믹 기재, 금속 기재, 세라믹 폼(foam) 기재, 중합체 폼 기재 또는 직조 섬유 기재인, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 전방 구역은 산화바륨, 산화스트론튬, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 적어도 하나의 알칼리 토금속 산화물을 전방 구역의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 20 중량%의 양으로 포함하는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  20. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층은 알루미나 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하고; 그리고 하부층은 전방 구역 및 후방 구역을 포함하고, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 세리아 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금을 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  21. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층은 지르코니아 성분 상에 지지된 백금 및 산소 저장 성분 상에 지지된 로듐을 포함하고; 그리고 하부층은 전방 구역 및 후방 구역을 포함하고, 상기 전방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐, 및 산화바륨을 포함하고, 후방 구역은 산소 저장 성분 및 알루미나 성분 상에 지지된 백금, 및 알루미나 성분 상에 지지된 팔라듐을 포함하며, 팔라듐 대 백금의 중량비는 1.0:0.7 내지 1.0:1.3의 범위에 있는, 삼중 금속 층상 촉매 물품.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 층상 촉매 물품의 제조 방법으로서, 상기 방법은 전방 구역 하부층 슬러리를 제조하는 단계; 기재 상에 슬러리를 증착하여 하부층의 전방 구역을 수득하는 단계; 후방 구역 하부층 슬러리를 제조하는 단계; 기재 상에 슬러리를 증착하여 하부층의 후방 구역을 수득하는 단계; 상부층 슬러리를 제조하는 단계; 및 하부층 상에 상부층 슬러리를 증착하여 상부층을 수득한 후 400 내지 700℃ 범위의 온도에서 하소하는 단계;를 포함하며, 슬러리를 제조하는 단계는 초기 습윤 함침, 초기 습윤 공-함침 및 후-첨가(post-addition)로부터 선택된 기법을 포함하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 층상 촉매 물품을 포함하는, 내연 기관용 배기 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 시스템은 백금족 금속계 삼원 전환 촉매 물품 및 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 층상 촉매 물품을 포함하고, 백금족 금속계 삼원 전환 촉매 물품은 내연 기관으로부터 하류에 위치되며 층상 촉매 물품은 백금족 금속계 삼원 전환 촉매 물품과 유체 연통하여 하류에 위치되는, 배기 시스템.
  25. 제23항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 백금족 금속계 삼원 전환 촉매 물품 및 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 층상 촉매 물품을 포함하고, 촉매 물품은 내연 기관으로부터 하류에 위치되며 백금족 금속계 삼원 전환 촉매 물품은 삼원 전환 촉매 물품과 유체 연통하여 하류에 위치되는, 배기 시스템.
  26. 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물을 포함하는 기체 배기 스트림을 처리하는 방법으로서, 상기 배기 스트림을 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 층상 촉매 물품 또는 제23항 내지 제25항에 따른 배기 시스템과 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 기체 배기 스트림에서 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물 수준을 감소시키는 방법으로서, 기체 배기 스트림을 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 층상 촉매 물품 또는 제23항 내지 제25항에 따른 배기 시스템과 접촉시켜 배기 가스에서 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물의 수준을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 탄화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물을 포함하는 기체 배기 스트림을 정화하기 위한, 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 층상 촉매 물품의 용도.
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