WO2015194724A1 - 배기가스 처리장치 - Google Patents

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WO2015194724A1
WO2015194724A1 PCT/KR2014/012517 KR2014012517W WO2015194724A1 WO 2015194724 A1 WO2015194724 A1 WO 2015194724A1 KR 2014012517 W KR2014012517 W KR 2014012517W WO 2015194724 A1 WO2015194724 A1 WO 2015194724A1
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WO
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exhaust gas
catalyst
carrier
gas treatment
oxide
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/012517
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English (en)
French (fr)
Inventor
김동립
황정훈
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72—Copper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas treating apparatus, and more particularly, to an exhaust gas treating apparatus using a metal oxide nanostructure catalyst.
  • Automobile exhaust gas after-treatment device of the exhaust gas treatment device is a carbon dioxide (CO) which is a stable substance by using a catalyst for the harmful substances generated during driving of the vehicle, for example, carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO x ), hydrocarbons (HC) CO 2 ), water (H 2 O), nitrogen (N 2 ) to purify the device.
  • CO carbon dioxide
  • NO x nitrogen oxides
  • HC hydrocarbons
  • N 2 nitrogen
  • the catalyst material used is mainly composed of noble metals platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd), has been spotlighted for the excellent purification efficiency and stability of the precious metal catalyst.
  • the noble metal catalyst causes a high price due to the scarcity of the material, causing the unit cost of the exhaust gas after-treatment device of the automobile, and the catalyst is difficult to activate at low temperatures, and thus there is a problem that harmful substances are not purified during cold start without being discharged.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an exhaust gas treatment apparatus capable of sufficiently purifying harmful substances even when used as a non-noble metal material instead of a precious metal material as a catalyst material.
  • the exhaust gas treating apparatus has an exhaust gas processing space therein, an exhaust gas inlet is provided at one side, and an exhaust gas outlet is provided at the other side, a carrier accommodated in the exhaust gas processing space, and formed on the surface of the carrier. And, it may include a metal oxide nanostructure catalyst for treating the exhaust gas introduced from the exhaust gas inlet.
  • the exhaust gas may include CO, HC or NO x .
  • the carrier may be in the form of a honeycomb or net.
  • the metal oxide is characterized in that the oxide of the non-noble metal material.
  • the metal oxide may include cobalt oxide, copper oxide, or iron oxide.
  • the nanostructures may include nanowires, nanorods, nanoplates, nanofines or nanowalls.
  • the metal oxide nanostructure catalyst is formed on the surface of the carrier by using hydrothermal synthesis.
  • the present invention by providing a nanostructure catalyst on the surface of the carrier using a hydrothermal synthesis method to provide an exhaust gas treatment apparatus that can increase the catalytic conversion area to improve the purification efficiency.
  • nanostructure catalyst provides an exhaust gas treatment apparatus having a sufficient purification efficiency even when using a non-noble metal catalyst instead of a noble metal catalyst.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining an exhaust gas treating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a metal oxide nanostructure on a surface of a carrier for an exhaust gas treating apparatus.
  • FIG. 3 is an SEM image of a cobalt oxide nanowire catalyst prepared according to Preparation Example 1.
  • FIG. 4 is an SEM image of a carrier of a mesh network having a cobalt oxide nanowire catalyst formed on a surface prepared according to Preparation Example 2.
  • FIG. 4 is an SEM image of a carrier of a mesh network having a cobalt oxide nanowire catalyst formed on a surface prepared according to Preparation Example 2.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or regions, such elements, components, regions, layers, and / or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining an exhaust gas treating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • an exhaust gas treating apparatus includes a housing 100 having an exhaust gas processing space and a catalyst 300 housed in the housing 100 to purify exhaust gas. It includes a carrier 200 containing.
  • the housing 100 has an exhaust gas processing space 110 therein, an exhaust gas inlet 120 is provided at one side, and an exhaust gas outlet 130 is provided at the other side.
  • exhaust gas may be exhaust gas emitted from an automobile engine.
  • exhaust gases may comprise CO, HC or NO x .
  • Exhaust gas containing such a harmful substance is introduced into the exhaust gas treatment space 110 through an exhaust gas inlet 120 located at one side of the housing 100, and the catalyst 300 formed in the carrier 200 to be described later. It is purified by the exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust gas outlet 130 located on the other side of the housing (100).
  • a material stable by the catalyst 300 formed on the carrier 200 accommodated in the housing 100 while the exhaust gas containing CO, NO x , HC passes through the housing 100 of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention.
  • Phosphorus carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), nitrogen (N 2 ) can be purified and discharged to the exhaust gas outlet 130.
  • the carrier 200 is accommodated in the housing 100, that is, in the exhaust gas treatment space 110.
  • the support 200 is a support on which the metal oxide nanostructure catalyst 300 is formed, and the metal oxide nanostructure catalyst 300 is formed on the surface of the support 200.
  • the metal oxide nanostructure catalyst 300 may be formed on all of the surfaces of the carrier 200.
  • the carrier 200 may be provided in the form of a honeycomb structure or a mesh network.
  • the carrier 200 may be made of stainless steel or aluminum.
  • the carrier 200 may be a ceramic carrier.
  • the metal oxide nanostructure catalyst 300 is formed on the surface of the carrier 200 and serves to purify the exhaust gas introduced from the exhaust gas inlet 120.
  • the metal oxide may be an oxide of a noble metal material or a non-noble metal material.
  • the metal oxide may be an oxide of a non-noble metal material.
  • such metal oxides may include cobalt oxide, copper oxide or iron oxide.
  • cobalt oxide can be used as a catalyst.
  • Such cobalt oxide can be manufactured at a lower price than precious metal materials, and 100% oxidation of carbon monoxide (CO) and nitrogen monoxide (NO) at about 150 ° C. due to the low temperature activity characteristic capable of oxidizing carbon monoxide (CO) from about -75 ° C. As the% reduction is possible, the purification efficiency can be improved during cold start.
  • the metal oxide nanostructure at this time may include a nanowire (nanowire), nanorod (nanorod), nanoplate (nanoplate), nanopine (nanopine) or nanowall (nanowall). Therefore, since the catalyst is formed on the surface of the carrier 200 in the form of a nanostructure rather than in the form of a thin film, the area capable of converting the catalyst is increased, so that purification efficiency may be further improved.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a metal oxide nanostructure on a surface of a carrier for an exhaust gas treating apparatus.
  • a carrier for an exhaust gas treating apparatus is prepared (S100).
  • Such carriers may be honeycomb or mesh.
  • the carrier is introduced into the metal oxide precursor solution in which the metal oxide precursor is dissolved (S200).
  • the metal oxide precursor may be a cobalt oxide precursor.
  • a carrier in the form of a network may be added to a precursor solution in which cobalt nitrate hexahydrate and urea are dissolved in distilled water.
  • ammonium fluoride may be dissolved in the precursor solution as an adhesion aid to increase adhesion between the carrier and the cobalt oxide nanowire catalyst.
  • the metal oxide precursor solution in which the carrier is added may be heated at a low temperature (S300).
  • the low temperature heating step is a step of growing a metal nanostructure on the surface of the carrier, the low temperature heating temperature at this time may be 100 °C to 130 °C.
  • the heating time at this time may vary depending on the temperature, which may be usually 5 hours to 15 hours.
  • the heating time at this time may be 10 hours to 15 hours.
  • the metal nanostructure to be grown may be grown in various shapes by controlling conditions such as solution concentration and reaction time in hydrothermal synthesis.
  • conditions such as solution concentration and reaction time in hydrothermal synthesis.
  • nanostructures in the form of nanowires may be grown on the surface of the carrier.
  • the carrier may be taken out of the solution to remove debris (S400). At this time, debris can be removed using water.
  • the carrier from which the debris has been removed can then be heated in a high temperature state.
  • the high temperature heating step is to oxidize the metal nanostructure to form a metal oxide nanostructure, wherein the high temperature heating temperature may be 300 °C to 400 °C.
  • the carrier taken out of the solution may be heated at 400 ° C. to oxidize the cobalt nanostructure to form a cobalt oxide nanostructure.
  • the heating time at this time may be from 2 hours to 4 hours.
  • the heating time at this time may be 3 hours.
  • a cobalt oxide nanowire catalyst was prepared on an aluminum substrate which is a flat substrate by using hydrothermal synthesis.
  • a precursor solution is prepared by dissolving Cobalt Nitrate Hexahydrate and Urea in distilled water.
  • an aluminum substrate was added to the precursor solution and heated at a low temperature (100 to 130 ° C.) for 10 to 15 hours to produce a cobalt nanowire structure on the substrate.
  • the substrate was taken out of the precursor solution to remove debris with distilled water.
  • the substrate was heated at a high temperature (300 to 400 ° C.) for 2 to 4 hours to oxidize the cobalt nanowire to prepare a cobalt oxide nanowire catalyst.
  • FIG. 3 is an SEM image of a cobalt oxide nanowire catalyst prepared according to Preparation Example 1.
  • the cobalt oxide nanowire catalyst is formed on the substrate.
  • a cobalt oxide nanowire catalyst was prepared on a carrier in the form of a network using hydrothermal synthesis.
  • the material of the carrier at this time is stainless steel.
  • a carrier in the form of a network was added to the metal oxide precursor solution and heated at a low temperature (100 to 130 ° C.) for 10 to 15 hours to produce a cobalt nanowire structure on the surface of the carrier.
  • the carrier was taken out of the metal oxide precursor solution to remove debris with distilled water.
  • the carrier was heated and oxidized at a high temperature (300 to 400 ° C.) for 2 to 4 hours to prepare a cobalt oxide nanowire catalyst.
  • FIG. 4 is an SEM image of a mesh support carrier having a cobalt oxide nanowire catalyst formed on a surface prepared according to Preparation Example 2.
  • FIG. 4 is an SEM image of a mesh support carrier having a cobalt oxide nanowire catalyst formed on a surface prepared according to Preparation Example 2.
  • the cobalt oxide nanowire catalyst is formed on the surface of the mesh network carrier using the hydrothermal synthesis method.
  • FIG. 5 when the hydrothermal synthesis method is used, not only the nanowire structure but also the rhombus like nanorod (FIG. 5 (a)) and the nanoplate (FIG. 5 (b)) through proper mixing of the precursor solution. It can be seen that the pine needle-shaped nanopine (Nanopine, FIG. 5 (c)) and nanowall (Nanowall, FIG. 5 (d)) can be formed.
  • the present invention by providing a nanostructure catalyst on the surface of the carrier using a hydrothermal synthesis method to provide an exhaust gas treatment apparatus that can increase the catalytic conversion area to improve the purification efficiency.
  • nanostructure catalyst provides an exhaust gas treatment apparatus having a sufficient purification efficiency even when using a non-noble metal catalyst instead of a noble metal catalyst.
  • housing 110 exhaust gas treatment space

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Abstract

배기가스 처리장치를 제공한다. 배기가스 처리장치는 내부에 배기가스 처리공간을 가지며, 일측에 배기가스 유입구가 구비되고, 타측에 배기가스 배출구가 구비된 하우징, 상기 배기가스 처리공간에 수용되는 담체 및 상기 담체의 표면에 형성되며, 상기 배기가스 유입구로부터 유입된 배기가스를 처리하는 금속산화물 나노구조체 촉매를 포함할 수 있다. 따라서, 담체의 표면에 나노구조체 촉매가 형성됨으로써 촉매 변환 할 수 있는 면적을 증가시켜 정화 효율을 향상시킬 수 있는 바, 귀금속 촉매 대신 비귀금속 촉매를 사용하여도 충분한 정화 효율을 갖는 배기가스 처리장치를 제공한다. 또한, 비귀금속 촉매 중 산화코발트를 촉매로 사용함으로써 냉간 시동 시의 문제점을 완화시킬 수 있다.

Description

배기가스 처리장치
본 발명은 배기가스 처리장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 금속산화물 나노구조체 촉매를 이용한 배기가스 처리장치에 관한 것이다.
배기가스 처리장치 중 자동차 배기가스 후처리 장치는 자동차의 주행 중에 발생하는 유해물질, 예를 들어 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC)를 촉매를 이용하여 안정적인 물질인 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 질소(N2)로 정화시키는 장치이다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0032349(2013.04.26.)와 같이 일반적인 자동차 배기가스 후처리 장치는 담체에 촉매를 담지하여 촉매층을 형성하는 방식이 사용되고 있다.
이때 사용되는 촉매 물질은 주로 귀금속인 백금(Pt), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd)으로 구성되어 왔으며, 귀금속 촉매의 장점인 뛰어난 정화효율과 안정성으로 각광을 받아왔다.
그러나, 귀금속 촉매는 재료의 희소성으로 인한 높은 가격으로 자동차 배기가스 후처리 장치의 단가를 높이는 원인이 되고, 낮은 온도에서 촉매의 활성이 어려워 냉간 시동 시 유해물질이 정화되지 않고 배출되는 문제점이 있다.
한편, 이러한 귀금속 촉매 대신 비귀금속 촉매를 사용하게 될 경우 일반적으로 유해물질의 정화효율이 귀금속 촉매보다 떨어지게 된다. 따라서, 귀금속 촉매 대신 비귀금속 촉매를 사용하기 위하여는 유해물질의 정화효율을 향상시킬 수 있는 보완책이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 촉매 물질로 귀금속 물질 대신에 비귀금속 물질로 사용하여도 유해물질을 충분히 정화시킬 수 있는 배기가스 처리장치를 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 배기가스 처리장치를 제공한다. 이러한 배기가스 처리장치는 내부에 배기가스 처리공간을 가지며, 일측에 배기가스 유입구가 구비되고, 타측에 배기가스 배출구가 구비된 하우징, 상기 배기가스 처리공간에 수용되는 담체 및 상기 담체의 표면에 형성되며, 상기 배기가스 유입구로부터 유입된 배기가스를 처리하는 금속산화물 나노구조체 촉매를 포함할 수 있다.
상기 배기가스는 CO, HC 또는 NOx를 포함할 수 있다.
상기 담체는 벌집 구조 또는 그물구조망 형태일 수 있다.
상기 금속산화물은 비귀금속 물질의 산화물인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 금속산화물은 산화코발트, 산화구리 또는 산화철을 포함할 수 있다. 또한, 상기 나노구조체는 나노선, 나노로드, 나노판, 나노파인 또는 나노벽을 포함할 수 있다.
상기 금속산화물 나노구조체 촉매는 수열합성법을 이용하여 상기 담체의 표면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수열합성법을 이용하여 담체의 표면에 나노구조체 촉매를 형성함으로써 촉매 변환 할 수 있는 면적을 증가시켜 정화 효율을 향상시킬 수 있는 배기가스 처리장치를 제공한다.
또한, 이러한 나노 구조체 촉매를 이용함으로써, 귀금속 촉매 대신 비귀금속 촉매를 사용하여도 충분한 정화 효율을 갖는 배기가스 처리장치를 제공한다.
따라서, 이러한 비귀금속 촉매를 사용함으로써, 귀금속 촉매에 비해 저렴한 가격으로 동등한 성능의 배기가스 후처리 장치를 제작할 수 있다.
나아가, 비귀금속 촉매 중 산화코발트를 촉매로 사용함으로써 냉간 시동 시의 문제점을 완화시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 배기가스 처리장치용 담체 표면에 금속산화물 나노구조체를 형성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 제조예 1에 따라 제조된 산화코발트 나노선 촉매의 SEM 이미지이다.
도 4는 제조예 2에 따라 제조된 표면에 산화코발트 나노선 촉매가 형성된 그물 구조망의 담체의 SEM 이미지이다.
도 5는 수열합성법을 이용하여 형성한 금속산화물 나노구조체들의 SEM 이미지들이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치는 배기가스 처리공간을 가지는 하우징(100)과 이러한 하우징(100) 내부에 수용되어 배기가스를 정화 처리하는 촉매(300)를 포함하는 담체(200)를 포함한다.
하우징(100)은 내부에 배기가스 처리공간(110)을 가지며, 일측에 배기가스 유입구(120)가 구비되고, 타측에 배기가스 배출구(130)가 구비된다.
예를 들어, 이러한 배기가스는 자동차 엔진으로부터 배출된 배기가스일 수 있다. 이러한 배기가스는 CO, HC 또는 NOx를 포함할 수 있다.
이러한 유해물질을 포함하는 배기가스는 하우징(100)의 일측에 위치하는 배기가스 유입구(120)를 통하여 배기가스 처리공간(110)으로 유입되어, 후술하는 담체(200)에 형성된 촉매(300)에 의해 정화되어 하우징(100)의 타측에 위치하는 배기가스 배출구(130)를 통하여 외부로 배출된다. 예를 들어, CO, NOx, HC를 포함하는 배기가스가 본 발명 배기가스 처리장치의 하우징(100)을 통과하면서 하우징(100) 내에 수용된 담체(200)에 형성된 촉매(300)에 의해 안정적인 물질인 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 질소(N2)로 정화되어 배기가스 배출구(130)로 배출될 수 있다.
담체(200)는 이러한 하우징(100) 내부 즉, 배기가스 처리공간(110)에 수용된다. 이러한 담체(200)는 금속산화물 나노구조체 촉매(300)가 형성되는 지지체로써, 이러한 담체(200)의 표면에는 금속산화물 나노구조체 촉매(300)가 형성된다. 바람직하게 담체(200)의 표면 전부에 금속산화물 나노구조체 촉매(300)가 형성될 수 있다.
또한, 금속산화물 나노구조체 촉매(300)가 형성되는 면적을 증가시키기 위하여 담체(200)는 벌집 구조 또는 그물구조망 형태로 구비될 수 있다. 또한, 예를 들어 이러한 담체(200)는 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 구성될 수 있다. 또 다른 예로 이러한 담체(200)는 세라믹 담체일 수 있다.
금속산화물 나노구조체 촉매(300)는 담체(200)의 표면에 형성되며, 배기가스 유입구(120)로부터 유입된 배기가스를 정화 처리하는 역할을 한다.
이때의 금속산화물은 귀금속 물질 또는 비귀금속 물질의 산화물일 수 있다. 바람직하게 금속산화물은 비귀금속 물질의 산화물일 수 있다. 예를 들어, 이러한 금속산화물은 산화코발트, 산화구리 또는 산화철을 포함할 수 있다. 바람직하게, 산화코발트를 촉매로 이용할 수 있다. 이러한 산화코발트는 귀금속물질에 비하여 저렴한 가격으로 제작가능하고, 약 -75 ℃에서부터 일산화탄소(CO) 산화 가능한 저온 활성 특성에 의해 약 150 ℃에서 일산화탄소(CO) 100% 산화, 일산화질소(NO) 약 50% 환원이 가능한 바, 냉간 시동시 정화효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이때의 금속산화물 나노구조체는 나노선(nanowire), 나노로드(nanorod), 나노판(nanoplate), 나노파인(nanopine) 또는 나노벽(nanowall)을 포함할 수 있다. 따라서, 담체(200)의 표면에 촉매를 박막 형태로 형성되는 것보다 나노구조체 형태로 형성됨으로써, 촉매 변환 할 수 있는 면적이 증가되므로 정화 효율이 보다 향상될 수 있다.
도 2는 배기가스 처리장치용 담체 표면에 금속산화물 나노구조체를 형성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저, 배기가스 처리장치용 담체를 준비한다(S100). 이러한 담체는 벌집구조 또는 그물구조망일 수 있다.
그 다음에 금속산화물 전구체가 용해된 금속산화물 전구체 용액에 상기 담체를 투입한다(S200). 예를 들어 금속산화물 전구체는 코발트산화물 전구체일 수 있다. 예를 들어, 증류수에 질산 코발트 6수화물(Cobalt Nitrate Hexahydrate), 요소(Urea)를 용해시킨 전구체 용액에 그물구조망 형태의 담체를 투입할 수 있다. 만일, 담체 중 접착력(adhesion)이 떨어지는 재질(유리)인 경우에는 접착보조제로서 예컨대, 불화 암모늄(Ammonium Fluoride)을 전구체 용액에 용해시켜 담체와 산화 코발트 나노선 촉매 사이의 접착력을 높일 수 있다.
그 다음에, 담체가 투입된 금속산화물 전구체 용액을 저온 상태에서 가열할 수 있다(S300). 이때의 저온 가열 단계는 담체의 표면에 금속 나노구조체를 성장시키는 단계로서, 이때의 저온 가열 온도 100 ℃ 내지 130 ℃ 일 수 있다.
또한, 이때의 가열 시간은 온도에 따라서 달라지는데 보통 5시간 내지 15시간일 수 있다. 예를 들어, 120 ℃에서 가열할 경우 이때의 가열 시간은 10시간 내지 15시간일 수 있다.
이 때, 성장되는 금속 나노구조체는 수열합성법에서 용액의 농도, 반응시간 등의 조건을 조절하여 다양한 형상으로 성장시킬 수 있다. 예를 들어, 일정 농도의 첨가물이 투입된 용액에 담체를 투입하여 수열합성한 경우, 담체 표면에 나노선 형태의 나노구조체가 성장될 수 있다.
그 다음에 담체를 용액에서 꺼내 잔해물을 제거할 수 있다(S400). 이때, 물을 이용하여 잔해물을 제거할 수 있다.
그 다음에, 잔해물을 제거한 담체를 고온 상태에서 가열할 수 있다. 이러한 고온 가열 단계는 금속 나노구조체를 산화시켜 금속산화물 나노구조체를 형성하는 단계로서, 이때의 고온 가열 온도는 300℃ 내지 400℃ 일 수 있다.
예를 들어, 용액에서 꺼낸 담체를 400 ℃에서 가열하여 코발트 나노구조체를 산화시켜 코발트산화물 나노구조체로 형성할 수 있다. 또한, 이때의 가열 시간은 2시간 내지 4시간일 수 있다. 예를 들어, 이때의 가열 시간은 3시간일 수 있다.
제조예 1
수열합성법을 이용하여 평평한 기판인 알루미늄 기판 상에 산화코발트 나노선 촉매를 제조하였다.
먼저 증류수에 질산 코발트 6수화물(Cobalt Nitrate Hexahydrate)과 요소(Urea)를 용해시켜 전구체 용액를 제작한다.
그 후 이러한 전구체 용액에 알루미늄 기판을 투입하고 저온(100~130℃)에서 10~15시간 가열하여 기판 상에 코발트 나노선 구조체를 제작하였다.
그, 다음에, 저온 반응이 끝난 후 기판을 전구체 용액에서 꺼내 증류수로 잔해물을 제거하였다.
이 후 기판을 고온(300~400℃)에서 2~4시간 가열하여 코발트 나노선을 산화시켜 산화코발트 나노선 촉매를 제조하였다.
도 3은 제조예 1에 따라 제조된 산화코발트 나노선 촉매의 SEM 이미지이다.
도 3을 참조하면, 기판 상에 산화코발트 나노선 촉매가 형성됨을 알 수 있다.
제조예 2
수열합성법을 이용하여 그물구조망 형태의 담체 상에 산화코발트 나노선 촉매를 제조하였다. 이때의 담체의 재질은 스테인리스 강이다.
먼저, 증류수에 질산 코발트 6수화물(Cobalt Nitrate Hexahydrate)과 요소(Urea)를 용해시켜 금속산화물 전구체 용액을 제작하였다.
그 후 금속산화물 전구체 용액에 그물구조망 형태의 담체를 투입하고 저온(100~130℃)에서 10~15시간 가열하여 담체 표면에 코발트 나노선 구조체를 제작하였다.
저온 반응이 끝난 후 담체를 금속산화물 전구체 용액에서 꺼내 증류수로 잔해물을 제거하였다.
이 후 담체를 고온(300~400℃)에서 2~4시간 가열하여 산화시켜 산화코발트 나노선 촉매를 제조하였다.
도 4는 제조예 2에 따라 제조된 표면에 산화코발트 나노선 촉매가 형성된 그물 구조망 담체의 SEM 이미지이다.
도 4를 참조하면, 수열합성법을 이용하여 그물 구조망 담체의 표면에 산화코발트 나노선 촉매가 형성됨을 알 수 있다.
도 5는 수열합성법을 이용하여 형성한 금속산화물 나노구조체들의 SEM 이미지들이다.
도 5를 참조하면, 수열합성법을 이용할 경우 전구체 용액의 적절한 배합을 통해 나노선 구조체뿐만 아니라 마름모 모양의 나노로드(Rhombus like nanorod, 도 5(a)), 나노판(Nanoplate, 도 5(b)), 솔잎 모양의 나노파인(Nanopine, 도 5(c)) 및 나노벽(Nanowall, 도 5(d))을 형성할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 수열합성법을 이용하여 담체의 표면에 나노구조체 촉매를 형성함으로써 촉매 변환 할 수 있는 면적을 증가시켜 정화 효율을 향상시킬 수 있는 배기가스 처리장치를 제공한다.
또한, 이러한 나노 구조체 촉매를 이용함으로써, 귀금속 촉매 대신 비귀금속 촉매를 사용하여도 충분한 정화 효율을 갖는 배기가스 처리장치를 제공한다.
따라서, 이러한 비귀금속 촉매를 사용함으로써, 귀금속 촉매에 비해 저렴한 가격으로 동등한 성능의 배기가스 후처리 장치를 제작할 수 있다.
나아가, 비귀금속 촉매 중 산화코발트를 촉매로 사용함으로써 냉간 시동 시의 문제점을 완화시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
[부호의 설명]
100: 하우징 110: 배기가스 처리공간
120: 배기가스 유입구 130: 배기가스 배출구
200: 담체 300: 금속산화물 나노구조체 촉매

Claims (7)

  1. 내부에 배기가스 처리공간을 가지며, 일측에 배기가스 유입구가 구비되고, 타측에 배기가스 배출구가 구비된 하우징;
    상기 배기가스 처리공간에 수용되는 담체; 및
    상기 담체의 표면에 형성되며, 상기 배기가스 유입구로부터 유입된 배기가스를 처리하는 금속산화물 나노구조체 촉매를 포함하는 배기가스 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스는 CO, HC 또는 NOx를 포함하는 배기가스 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 담체는 벌집 구조 또는 그물구조망 형태인 배기가스 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속산화물은 비귀금속 물질의 산화물인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속산화물은 산화코발트, 산화구리 또는 산화철을 포함하는 배기가스 처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노구조체는 나노선, 나노로드, 나노판, 나노파인 또는 나노벽을 포함하는 배기가스 처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속산화물 나노구조체 촉매는 수열합성법을 이용하여 상기 담체의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210188655A1 (en) * 2017-06-20 2021-06-24 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Methods of synthesizing metal oxide nanostructures and photocatalytic water treatment applications of same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1033944A (ja) * 1996-07-25 1998-02-10 Agency Of Ind Science & Technol 窒素酸化物接触還元除去触媒及び窒素酸化物接触還元除去方法
KR20040037724A (ko) * 2002-10-30 2004-05-07 현대자동차주식회사 배기가스 정화 기능을 갖는 매연 여과장치
JP2013173112A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Tohoku Univ 排ガス浄化用触媒
JP2013202473A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Cataler Corp 排ガス浄化用担持触媒

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100648594B1 (ko) 2005-04-01 2006-11-23 희성엥겔하드주식회사 입자물질 산화촉매조성물 및 이를 이용한 디젤 입자물질배기필터
JP5703924B2 (ja) 2011-04-15 2015-04-22 トヨタ自動車株式会社 柱状セリア触媒

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1033944A (ja) * 1996-07-25 1998-02-10 Agency Of Ind Science & Technol 窒素酸化物接触還元除去触媒及び窒素酸化物接触還元除去方法
KR20040037724A (ko) * 2002-10-30 2004-05-07 현대자동차주식회사 배기가스 정화 기능을 갖는 매연 여과장치
JP2013173112A (ja) * 2012-02-27 2013-09-05 Tohoku Univ 排ガス浄化用触媒
JP2013202473A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Cataler Corp 排ガス浄化用担持触媒

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210188655A1 (en) * 2017-06-20 2021-06-24 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Methods of synthesizing metal oxide nanostructures and photocatalytic water treatment applications of same

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