KR20220067569A - 탄화수소 흡착 촉매 및 이를 포함하는 탄화수소 트랩 - Google Patents

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zeolite
adsorption
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김창환
최정규
장은희
김진성
노휘윤
최라영
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Abstract

본 발명은 기공 크기가 0.30 nm 내지 0.44 nm인 제올라이트를 포함하는 짧은 사슬 탄화수소(short-chain hydrocarbon) 흡착용 제1 촉매, 그리고 전이 금속으로 이온 교환된 제올라이트를 포함하는 긴 사슬 탄화수소(long-chain hydrocarbon) 흡착용 제2 촉매를 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매를 제공한다.

Description

탄화수소 흡착 촉매 및 이를 포함하는 탄화수소 트랩{CATALYST FOR ADSORBING HYDROCARBON AND HYDROCARBON TRAP COMPRISING THE SAME}
본 발명은 냉시동 구간의 탄화수소 배출을 개선할 수 있는 탄화수소 흡착 촉매 및 이를 포함하는 탄화수소 트랩에 관한 것이다.
가솔린 차량의 배기 가스는 삼원 촉매에 의해 정화되며, 촉매의 온도가 400 ℃ 이상인 경우 거의 100%에 가까운 정화 성능을 가진다. 그러나, 엔진 시동 직후의 냉시동 구간(Cold-Start)에서는 삼원 촉매가 정상 작동되지 못해 배기 가스가 정화되지 못하고 대기 중으로 배출 된다. 특히, 탄화수소(hydrocarbon, HC)는 전체 EM의 약 70%가 냉시동 구간에서 배출되는 것으로 알려져 있다.
이에 대한 대처 방안으로서, 배기 가스 시스템에 제올라이트(zeolite)계의 탄화수소 흡착 촉매(HC Trap)를 도입하여, 삼원 촉매의 웜업(Warm-up) 완료 시점 까지는 냉시동 구간에 배출되는 탄화수소를 탄화수소 흡착 촉매에서 일시적으로 흡착한 뒤, 삼원 촉매의 웜업(Warm-up)가 끝나는 시점에 탄화수소 흡착 촉매에서 탈착되었을 때 삼원 촉매를 통해 정화 시키는 기술이다.
현재까지 보고된 대부분의 연구에서 제올라이트계의 탄화수소 흡착 촉매는 고온 내열성이 부족하여 850 ℃ 이상에서 구조가 붕괴하기 때문에, 언더플로어(Underfloor)에 설치하여 사용하는 방안에 대해서만 검토되었다. 그러나, 언더플로어(Underfloor)에서는 삼원 촉매의 웜업(Warm-up) 속도가 늦어 삼원 촉매의 활성화 이전에 탄화수소 흡착 촉매로부터 탄화수소 슬립(Slip)이 일어남으로써 탄화수소 흡착 촉매 기술을 적용하는 것이 어려웠다.
또한, 탄화수소 트랩에 흡장되지 않고 엔진 시동과 동시에 배출되는 짧은 사슬 탄화수소(C1Hx 내지 C5Hy)의 종류가 전체 탄화수소 배출의 약 30%를 차지하고 있어, 향후 강화 배기 규제(Fleet Average Standard/SULEV30) 대응을 위해서는 짧은 사슬 탄화수소에 대한 정화 성능 개선이 시급하다.
본 발명의 목적은 화학적 흡착이 어려운 짧은 사슬 탄화수소(short-chain hydrocarbon)의 정화를 위해, 삼원촉매의 활성화 시점까지, 물리적으로 짧은 사슬 탄화수소의 확산을 지연시킴으로써, 냉시동 구간의 탄화수소 배출을 개선할 수 있는 탄화수소 흡착 촉매를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 탄화수소 흡착 촉매를 포함하는 탄화수소 트랩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 기공 크기가 0.30 nm 내지 0.44 nm인 제올라이트를 포함하는 짧은 사슬 탄화수소(short-chain hydrocarbon) 흡착용 제1 촉매, 그리고 전이 금속으로 이온 교환된 제올라이트를 포함하는 긴 사슬 탄화수소(long-chain hydrocarbon) 흡착용 제2 촉매를 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매를 제공한다.
상기 제1 촉매는 CHA, DDR, SAPO-34, LTA, AEI, AVF, AFT, AFX, AVL, EAB, EEI, EMT, ERI, FAU, GME, IFY, IRN, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MER, MOZ, MSO, MWW, OFF, PAU, RHO, RTE, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SFW, SSF, SZR, TSC, UFI, WEN, 또는 이들의 조합을 포함하는 제올라이트를 포함할 수 있다.
상기 제2 촉매는 ZSM-5, BEA, MOR, Y, 또는 이들의 조합을 포함하는 제올라이트를 포함할 수 있다.
상기 제1 촉매의 제올라이트는 전이 금속으로 이온 교환될 수 있다.
상기 전이 금속은 Cu, Fe, Co, Ti, Zn, Ag, Mn, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 촉매는 상기 제1 촉매 전체 중량에 대하여 상기 전이 금속을 0.1 중량% 내지 3 중량%로 포함할 수 있다.
상기 제2 촉매는 상기 제2 촉매 전체 중량에 대하여 상기 전이 금속을 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함할 수 있다.
상기 탄화수소 흡착 촉매는 상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매를 1:9 내지 9:1의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제1 촉매 또는 상기 제2 촉매를 800 ℃에서, 24 시간 동안, 10 중량%의 물을 포함하는 공기로 수열 열화시킨 후, 상기 제1 촉매 또는 상기 제2 촉매 60 mg을 반응관에 충진하고, 600 ℃에서 30 분 동안 He 흐름 하에서 전처리한 후, 70 ℃에서 5 분 동안 C3H6(162 ppm), C7H8(162 ppm), CO(0.58 부피%), H2(0.19 부피%), O2(0.60 부피%), CO2(13.36 부피%), H2O(10 부피%), 및 Ar/He 이송 가스(나머지 부피%)를 포함하는 혼합 가스를 100 cc/min로 공급하여 탄화수소 흡착 평가 시, 상기 제1 촉매는 상기 C3H6의 처리 효율이 5% 이상일 수 있고, 상기 제2 촉매는 상기 C7H8의 처리 효율이 15% 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 기재, 그리고 상기 기재 위에 코팅되며, 상기 탄화수소 흡착 촉매를 포함하는 촉매층을 포함하는, 탄화수소 트랩을 제공한다.
상기 촉매층은 상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매가 혼합될 수 있다.
상기 촉매층은 상기 제1 촉매가 코팅된 제1 영역, 및 상기 제2 촉매가 코팅된 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 배기 가스 스트림의 전방에 위치하고, 상기 제2 영역은 배기 가스 스트림의 후방에 위치할 수 있다.
본 발명의 탄화수소 흡착 촉매는 화학적 흡착이 어려운 짧은 사슬 탄화수소(short-chain hydrocarbon)의 정화를 위해, 삼원촉매의 활성화 시점까지, 물리적으로 짧은 사슬 탄화수소의 확산을 지연시킴으로써, 냉시동 구간의 탄화수소 배출을 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 제조예 1 내지 제조예 3에서 제조한 촉매의 탄화수소 흡착 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조한 탄화수소 흡착 촉매의 탄화수소 흡착 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
이후 설명하는 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 구현되는 형태는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 할 수 있다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로, 또는 과도하게 해석되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 탄화수소 흡착 촉매는 짧은 사슬 탄화수소(short-chain hydrocarbon) 흡착용 제1 촉매, 그리고 긴 사슬 탄화수소(long-chain hydrocarbon) 흡착용 제2 촉매를 포함한다.
상기 짧은 사슬 탄화수소는 자동차 배기 가스에 포함된 탄소수 1 내지 5의 탄화수소로서, 일반식 C1Hx 내지 C5Hy로 표시될 수 있고, 예를 들면 C2H2, C2H6, C3H6, C4H8 또는 C5H12 등일 수 있다. 상기 긴 사슬 탄화수소는 자동차 배기 가스에 포함된 탄소수 6 이상의 탄화수소로서, 예를 들면 C7H8 등일 수 있다.
상기 탄화수소 흡착 촉매는 상기 제1 촉매 및 상기 제2 촉매를 혼합물(mixing)의 형태로 포함하거나, 서로 다른 영역에 분리 배치되는 형태(zone coating)로 포함할 수 있다.
상기 제1 촉매는 화학적 흡착이 어려운 상기 짧은 사슬 탄화수소를 물리적으로 확산 지연시키기 위하여, 상기 짧은 사슬 탄화수소의 크기에 상응하는 기공 크기를 가지는 제올라이트를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 촉매의 제올라이트는 기공 크기가 0.30 nm 내지 0.44 nm일 수 있다. 상기 제1 촉매의 제올라이트의 기공 크기가 0.30 nm 미만인 경우 짧은 사슬 탄화수소를 흡착하지 않을 수 있고, 0.44 nm를 초과하는 경우 긴 사슬 탄화수소 흡착에 의해 짧은 사슬 탄화수소 흡착량이 적어질 수 있다.
상기 제1 촉매는 수열 열화시킨 후, 탄화수소 흡착 평가시, C3H6의 처리 효율이 5% 이상일 수 있고, 예를 들어 10% 내지 15%일 수 있다. 상기 제1 촉매의 수열 열화시킨 후, 탄화수소 흡착 평가 시, C3H6의 처리 효율이 5% 미만인 경우 제올라이트 구조가 붕괴되어 탄화수소 흡착 성능을 기대할 수 없는 경우이다.
상기 C3H6의 처리 효율은 하기 수학식 1로 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 수학식 1에서,
QIn-은 탄화수소 흡착 촉매로 주입되는 탄화수소의 양을 나타내고,
QOut-은 탄화수소 흡착 촉매를 지나 배출되는 탄화수소의 양을 나타내며,
A는 5 이상의 수이고, 처리 효율을 나타낸다.
상기 식 1은 탄화수소 흡착 촉매에 탄화수소를 주입하여 주입된 양과 탄화수소 흡착 촉매로부터 배출되는 탄화수소의 양을 측정하고, 300 ℃까지 탄화수소 흡착 촉매에 주입된 탄화수소의 양과 탄화수소 흡착 촉매를 지나 배출된 탄화수소의 양의 비율을 통해 탄화수소 흡착 촉매의 탄화수소 처리 효율을 계산한 식이다.
상기 촉매의 수열 열화는, 일 예로 800 ℃에서, 24 시간 동안, 10 중량%의 물을 포함하는 공기로 수행될 수 있다. 상기 촉매의 탄화수소 흡착 평가는, 일 예로 상기 촉매 60 mg을 반응관에 충진하고, 600 ℃에서 30 분 동안 He 흐름 하에서 전처리한 후, 70 ℃에서 5 분 동안 C3H6(162 ppm), C7H8(162 ppm), CO(0.58 부피%), H2(0.19 부피%), O2(0.60 부피%), CO2(13.36 부피%), H2O(10 부피%), 및 Ar/He 이송 가스(나머지 부피%)를 포함하는 혼합 가스를 100 cc/min로 공급하여 수행될 수 있다.
이러한 조건을 만족시키기 위하여, 상기 제1 촉매의 제올라이트는 8원환(8 membered ring) 제올라이트일 수 있고, 예를 들어 CHA, DDR, SAPO-34, LTA, AEI, AVF, AFT, AFX, AVL, EAB, EEI, EMT, ERI, FAU, GME, IFY, IRN, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MER, MOZ, MSO, MWW, OFF, PAU, RHO, RTE, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SFW, SSF, SZR, TSC, UFI, WEN, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 촉매의 제올라이트는 전이 금속으로 이온 교환될 수 있고, 예를 들어 Cu, Fe, Co, Ti, Zn, Ag, Mn 또는 이들의 조합을 포함하는 전이 금속으로 이온 교환될 수 있다.
상기 전이 금속은 상기 제1 촉매 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있고, 예를 들어 0.1 중량% 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 전이 금속의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 탄화수소 흡착 평가 시 수분이 포함된 조건에서 짧은 사슬 탄화수소를 흡착하지 못할 수 있고, 3 중량%를 초과하는 경우 수열 열화 후 제올라이트의 구조가 붕괴될 수 있다.
상기 제2 촉매는 상대적으로 긴 사슬 탄화수소 흡착 성능이 더 우수한 촉매로서, 전이 금속으로 이온 교환된 제올라이트를 포함한다. 상기 제2 촉매의 제올라이트는 기공 크기가 0.45 nm 내지 0.90 nm일 수 있다.
상기 제2 촉매는 수열 열화시킨 후, 탄화수소 흡착 평가시, C7H8의 처리 효율이 15% 이상일 수 있고, 예를 들어 20% 내지 40%일 수 있다. 상기 제2 촉매의 수열 열화시킨 후, 탄화수소 흡착 평가시, C7H8의 처리 효율이 15% 미만인 경우 제올라이트의 구조가 붕괴되어 탄화수소 흡착 성능을 기대할 수 없는 경우이다. 상기 제2 촉매의 수열 열화 조건 및 탄화수소 흡착 평가 조건은 상기 제1 촉매에서 설명한 바와 동일하므로, 반복적인 설명은 생략한다.
상기 제2 촉매의 제올라이트로는, 예를 들면 Y형 제올라이트(FAU), MFI형 제올라이트, 모데나이트형 제올라이트, 베타형 제올라이트(BEA), A형 제올라이트, X형 제올라이트, Y형 제올라이트, L형 제올라이트, ZSM-5, MOR 등의 합성 제올라이트 또는 천연 제올라이트 등이 사용될 수 있고, 구체적으로 ZSM-5, BEA, MOR, Y, 또는 이들의 조합을 포함하는 제올라이트를 포함할 수 있다.
상기 제2 촉매의 제올라이트는 Si/Al 몰비가 11.5 내지 150일 수 있고, 예를 들어 11.5 내지 70일 수 있다. 상기 제올라이트의 Si/Al 몰비가 11.5 미만인 경우 수열 열화 후 제올라이트의 구조가 붕괴될 수 있고, 150을 초과하는 경우 흡장량이 적을 수 있다.
상기 제2 촉매의 제올라이트는 전이 금속으로 이온 교환될 수 있고, 예를 들어 Cu, Fe, Co, Ti, Zn, Ag, Mn 또는 이들의 조합을 포함하는 전이 금속으로 이온 교환될 수 있다.
상기 전이 금속은 상기 제2 촉매 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있고, 예를 들어 0.1 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 전이 금속의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 탄화수소 흡착 평가 시 수분이 포함된 조건에서 긴 사슬 탄화수소를 흡착하지 못할 수 있고, 10 중량%를 초과하는 경우 수열 열화 후 제올라이트 구조가 붕괴될 수 있다.
상기 제올라이트를 전이 금속으로 이온 교환시키는 방법은 본 발명에서 제한되지 않으나, 일 예로 상기 제올라이트를 상기 전이 금속 전구체 함유 용액에 첨가하여 상기 전이 금속을 상기 제올라이트에 함침시키는 습식 함침법(wet impregnation)을 이용할 수 있다.
상기 탄화수소 흡착 촉매는 상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매를 1:9 내지 9:1의 중량비로 포함할 수 있고, 예를 들어 3:7 내지 7:3의 중량비, 또는 4:6 내지 6:4의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 제1 촉매의 중량비가 1 미만인 경우 짧은 사슬 탄화수소를 흡착하지 못할 수 있고, 9를 초과하는 경우 긴 사슬 탄화수소 흡착 성능이 감소할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 탄화수소 트랩은 기재, 그리고 상기 기재 위에 코팅된 촉매층을 포함하며, 상기 촉매층은 상기 탄화수소 흡착 촉매를 포함한다.
상기 기재는 자동차 배기 가스 정화용 촉매 물건에 사용되는 것이면 제한 없이 사용 가능하고, 일 예로 금속 또는 세라믹 허니콤 구조체일 수 있고, 상기 기재의 유입구에서 배출구 측으로 다수의 미세하고 평행한 가스 유동 통로가 이어져, 상기 통로가 유체 흐름에 개방되어 있는 모노리스형 관통 기재일 수 있다.
상기 기재의 통로의 벽에는 촉매 물질이 워쉬코팅(washcoating)으로 코팅되어 상기 통로를 통해 흐르는 가스가 촉매 물질과 접촉하게 된다. 상기 모노리스형 기재의 유통로는 임의의 적당한 단면 형상, 예컨대 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인파형, 육각형, 달걀형, 원형 등으로 될 수 있는 얇은 벽의 채널이다. 그러한 구조체는 단면적 1 제곱 인치(cpsi) 당 약 60 내지 약 1200 개 이상의 가스 유입 개구(즉, 셀)를 함유할 수 있다. 대표적인 상업적으로 입수가능한 기재는 Corning 400/6 코디어라이트 물질인데, 이것은 코디어라이트로 구성되고, 셀 밀도가 400 cpsi이고, 벽 두께가 6 mm이다.
상기 세라믹 기재는 임의의 적당한 내화 물질, 예컨대 코디어라이트, 코디어라이트-α 알루미나, 질화규소, 지르콘멀라이트, 스포듀민, 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 실리케이트, 실리마나이트, 마그네슘 실리케이트, 지르콘, 페탈라이트, α 알루미나, 알루미노규산염 등으로 제조될 수 있다.
상기 금속 기재는 티타늄 및 스테인레스 스틸과 같은 내열성 금속 및 금속 합금뿐 아니라 철이 실질적이거나 주된 성분인 다른 합금이 포함될 수 있다. 상기 합금은 니켈, 크롬, 및/또는 알루미늄 중 하나 이상을 함유할 수 있으며, 이들 금속의 총량은 합금의 15 중량% 이상을 차지할 수 있다. 일 예로, 10 중량% 내지 25 중량%의 크롬, 3 중량% 내지 8 중량%의 알루미늄 및 최대 20 중량%의 니켈을 포함할 수 있다. 상기 합금은 1 종 이상의 다른 금속, 예를 들어 망간, 구리, 바나듐, 티타늄 등을 소량 또는 미량 함유할 수도 있다. 상기 금속 기재는 골판형 또는 모노리스형 등과 같은 다양한 형상일 수 있다. 대표적인 상업적으로 입수할 수 있는 금속 기재는 에미텍(Emitec)사에서 제조한 것이다.
상기 촉매층은 상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매가 혼합 형태로 상기 기재 위에 코팅되거나, 상기 제1 촉매가 코팅된 제1 영역은 배기 가스 스트림의 전방에 위치하고(즉, 기재의 유입구측), 상기 제2 촉매가 코팅된 제2 영역은 배기 가스 스트림의 후방에 위치할 수 있다(즉, 기재의 배출구측).
이하에서는 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되어서는 아니된다.
[제조예 1: 전이 금속 이온 교환된 제올라이트 촉매의 제조]
(제조예 1 내지 제조예 3)
습식 함침법(wet impregnation)을 이용하여 Cu를 각각의 H-CHA, H-ZSM-5 및 H-BEA 제올라이트에 함침시켰다.
구체적으로, 질산구리 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O, 98%, Sigma-Aldrich)을 탈이온수에 용해시켜 0.04 M 질산구리II(Cu(NO3)2) 용액을 제조하였다. H-CHA, H-ZSM-5 및 H-BEA 제올라이트 입자를 각각 질산구리 용액에 첨가하여, 1 중량%, 3 중량%, 5 중량% 및 10 중량% Cu가 함침되도록 조절하였다.
상기 혼합물을 회전식 증발기에 넣고 수분을 모두 제거한 후, Cu 함침된 H-CHA, H-ZSM-5 및 H-BEA 제올라이트를 회수하여, 100 ℃에서 3 시간 동안 건조시키고, 200 mL/분의 기류 하에서 1 ℃/분의 상승 속도로 550 ℃에서 6 시간 동안 소성시켰다.
[실험예 1: 전이 금속 함량에 따른 흡착 성능 평가]
상기 제조예 1 내지 제조예 3에서 제조한 촉매를 800 ℃에서, 24 시간 동안, 10 중량%의 물을 포함하는 공기로 수열 처리(열화)한 후, 열화 전후의 탄화수소 흡착 평가를 진행하였다.
상기 촉매의 탄화수소 흡착 평가는, 상기 촉매 60 mg을 반응관에 충진하고, 600 ℃에서 30 분 동안 He 흐름 하에서 전처리한 후, 70 ℃에서 5 분 동안 C3H6(162 ppm), C7H8(162 ppm), CO(0.58 부피%), H2(0.19 부피%), O2(0.60 부피%), CO2(13.36 부피%), H2O(10 부피%), 및 Ar/He 이송 가스(나머지 부피%)를 포함하는 혼합 가스를 100 cc/min로 공급하여 수행하였다.
도 1 내지 도 3은 상기 제조예 1 내지 제조예 3에서 제조한 촉매의 탄화수소 흡착 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
상기 도 1 내지 도 3을 참조하면, 수열 열화 후, 짧은 사슬 탄화수소인 C3H6에 대한 흡착 성능은 1 중량%의 Cu를 함유하는 CHA 촉매(제조예 1)가 가장 우수한 것을 확인할 수 있고, 수열 열화 후, 긴 사슬 탄화수소인 C7H8에 대한 흡착 성능은 3 중량%의 Cu를 함유하는 BEA 촉매(제조예 3)가 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
[제조예 2: 탄화수소 흡착 촉매의 제조]
(실시예 1 내지 실시예 3)
상기 실험예 1의 전이 금속 함량에 따른 흡착 성능 평가 결과에 따라, 1 중량%의 Cu를 함유하는 CHA 촉매(제조예 1)와 3 중량%의 Cu를 함유하는 BEA 촉매(제조예 3)를 각각 7:3, 5:5 및 3:7 중량비로 혼합하여 탄화수소 흡착 촉매를 제조하였다.
[실험예 2: 혼합 중량비에 따른 흡착 성능 평가]
상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조한 촉매를 상기 실험예 1에서와 같은 조건으로 수열 처리(열화)한 후, 열화 전후의 탄화수소 흡착 평가를 진행하였다.
도 4는 상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조한 탄화수소 흡착 촉매의 탄화수소 흡착 평가 결과를 나타내는 그래프이다. 상기 도 4에서 10:0은 상기 제조예 1에서 제조된 촉매만을 포함한 경우를 나타내고, 7:3은 상기 실시예 1에서 제조된 촉매를 나타내고, 5:5은 상기 실시예 2에서 제조된 촉매를 나타내고, 3:7은 상기 실시예 3에서 제조된 촉매를 나타내고, 0:10은 상기 제조예 3에서 제조된 촉매만을 포함한 경우를 나타낸다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 제조예 1에서 제조된 촉매와 상기 제조예 2에서 제조된 촉매 혼합 시, 짧은 사슬 탄화수소인 C3H6에 대한 흡착 성능과 긴 사슬 탄화수소인 C7H8에 대한 흡착 성능이 모두 개선되는 시너지 효과가 발생함을 알 수 있으며, 상기 제조예 1에서 제조된 촉매와 상기 제조예 2에서 제조된 촉매의 혼합 중량비가 7:3 내지 3:7인 경우 흡착 성능이 대폭 개선되는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 기공 크기가 0.30 nm 내지 0.44 nm인 제올라이트를 포함하는 짧은 사슬 탄화수소(short-chain hydrocarbon) 흡착용 제1 촉매, 그리고
    전이 금속으로 이온 교환된 제올라이트를 포함하는 긴 사슬 탄화수소(long-chain hydrocarbon) 흡착용 제2 촉매를 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 촉매는 CHA, DDR, SAPO-34, LTA, AEI, AVF, AFT, AFX, AVL, EAB, EEI, EMT, ERI, FAU, GME, IFY, IRN, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MER, MOZ, MSO, MWW, OFF, PAU, RHO, RTE, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SFW, SSF, SZR, TSC, UFI, WEN, 또는 이들의 조합을 포함하는 제올라이트를 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 촉매는 ZSM-5, BEA, MOR, Y, 또는 이들의 조합을 포함하는 제올라이트를 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 촉매의 제올라이트는 전이 금속으로 이온 교환되는, 탄화수소 흡착 촉매.
  5. 제1항 또는 제4항에서,
    상기 전이 금속은 Cu, Fe, Co, Ti, Zn, Ag, Mn, 또는 이들의 조합을 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매.
  6. 제4항에서,
    상기 제1 촉매는 상기 제1 촉매 전체 중량에 대하여 상기 전이 금속을 0.1 중량% 내지 3 중량%로 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매.
  7. 제1항에서,
    상기 제2 촉매는 상기 제2 촉매 전체 중량에 대하여 상기 전이 금속을 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매.
  8. 제1항에서,
    상기 탄화수소 흡착 촉매는 상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매를 1:9 내지 9:1의 중량비로 포함하는, 탄화수소 흡착 촉매.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 촉매 또는 상기 제2 촉매를 800 ℃에서, 24 시간 동안, 10 중량%의 물을 포함하는 공기로 수열 열화시킨 후,
    상기 제1 촉매 또는 상기 제2 촉매 60 mg을 반응관에 충진하고, 600 ℃에서 30 분 동안 He 흐름 하에서 전처리한 후, 70 ℃에서 5 분 동안 C3H6(162 ppm), C7H8(162 ppm), CO(0.58 부피%), H2(0.19 부피%), O2(0.60 부피%), CO2(13.36 부피%), H2O(10 부피%), 및 Ar/He 이송 가스(나머지 부피%)를 포함하는 혼합 가스를 100 cc/min로 공급하여 탄화수소 흡착 평가시,
    상기 제1 촉매는 상기 C3H6의 처리 효율이 5% 이상이고,
    상기 제2 촉매는 상기 C7H8의 처리 효율이 15% 이상인, 탄화수소 흡착 촉매.
  10. 기재, 그리고
    상기 기재 위에 코팅되며, 상기 제1항에 따른 탄화수소 흡착 촉매를 포함하는 촉매층을 포함하는, 탄화수소 트랩.
  11. 제10항에서,
    상기 촉매층은 상기 제1 촉매와 상기 제2 촉매가 혼합된, 탄화수소 트랩.
  12. 제10항에서,
    상기 촉매층은 상기 제1 촉매가 코팅된 제1 영역, 및
    상기 제2 촉매가 코팅된 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역은 배기 가스 스트림의 전방에 위치하고,
    상기 제2 영역은 배기 가스 스트림의 후방에 위치하는, 탄화수소 트랩.
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