WO2021107611A1 - 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매 - Google Patents

암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a catalyst for simultaneously suppressing the emission of ammonia and nitrous oxide, and more particularly, doping an iridium-ruthenium catalyst component into an existing catalyst to increase the nitrogen oxide reduction performance and simultaneously reduce the emission of ammonia and nitrous oxide It relates to a novel catalyst that can be inhibited at the same time.
  • a three-way catalyst converter loaded with precious metals is installed in the exhaust system to meet exhaust gas emission standards to promote decomposition of hydrocarbons, oxidation of carbon monoxide, and reduction of nitrogen oxides.
  • the three-way catalyst refers to a catalyst that simultaneously reacts with hydrocarbon-based compounds, carbon monoxide, and nitrogen oxides (NOx), which are harmful components of exhaust gas, to remove these compounds.
  • the three-way catalyst performs a function of reducing carbon monoxide and hydrocarbons and reducing nitrogen oxides according to changes in the lean (excessive oxygen) and rich (excessive fuel) states based on the air-fuel ratio of the exhaust gas.
  • these three-way catalysts have a problem in that the conversion rate of nitrogen oxides (NOx) in the lean region rapidly drops.
  • the three-way catalyst has a problem in that ammonia (NH 3 ) is generated in a rich region in the process of reducing nitrogen oxide, and a large amount of nitrous oxide (NO 2 ) is generated at a low temperature. It is difficult to remove ammonia with the three-way catalyst technology so far, and nitrous oxide has a greenhouse gas index (GWP) more than 300 times higher than that of carbon dioxide (CO 2 ). It is necessary to do it.
  • GWP greenhouse gas index
  • An object of the present invention is to improve the reduction performance of nitrogen oxides compared to the existing three-way catalyst and to solve the problem of nitrous oxide and ammonia being discharged.
  • An object of the present invention is to simplify the process and expand the scope of application by a method of doping a commercial three-way catalyst with a catalyst component other than the iridium-ruthenium catalyst powder itself.
  • the present invention provides an iridium-ruthenium catalyst component to a three way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier.
  • TWC three way catalyst
  • a catalyst for simultaneously suppressing the emission of ammonia and nitrous oxide is provided.
  • the iridium-ruthenium catalyst may contain iridium (Ir) in an amount of 0.1 to 10 wt%.
  • the iridium-ruthenium catalyst may contain ruthenium (Ru) in an amount of 0.1 to 10 wt%.
  • the three-way catalyst may be dipped into the precursor solution of the iridium-ruthenium catalyst component.
  • Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , Ce x Zr 1-x O 2 , Pr 6 O 11 , NiO, TiO 2 , BaO, or a mixed support thereof may be further included.
  • the support may be doped with the iridium-ruthenium catalyst component and calcined at a temperature of 300 to 800° C. under wet conditions.
  • the iridium-ruthenium catalyst component may not be a powder.
  • the present invention provides a three-way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst, or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier with an iridium-ruthenium catalyst component doped with ammonia and nitrous oxide
  • TWC three-way catalyst
  • A/F air/fuel ratio
  • A/F air/fuel ratio
  • the present invention provides a three-way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst, or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier with an iridium-ruthenium catalyst component doped with ammonia and nitrous oxide It provides an exhaust gas after-treatment device comprising a catalyst for simultaneously suppressing.
  • TWC three-way catalyst
  • diesel oxidation catalyst or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier with an iridium-ruthenium catalyst component doped with ammonia and nitrous oxide
  • an exhaust gas after-treatment device comprising a catalyst for simultaneously suppressing.
  • the conversion rate of nitrogen oxides in the lean region can be improved by 30% or more compared to the existing commercial three-way catalyst by a simple process.
  • FIG. 1a is a graph comparing the nitrogen oxide (NOx) conversion of the three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at 400° C. when Lean-rich perturbation is not applied, and FIG. 1b is 400° C. when Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing the nitrogen oxide (NOx) conversion of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at °C.
  • FIG. 2a is a graph comparing ammonia emissions of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at 400° C. when Lean-rich perturbation is not applied
  • FIG. 2b is a comparison at 400° C. when Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing ammonia emissions of the commercial three-way catalyst of Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4.
  • Figure 3a is a graph comparing the carbon monoxide conversion of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at 400 °C when Lean-rich perturbation is not applied
  • Figure 3b is a comparison at 400 °C when Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing the carbon monoxide conversion rate of the commercial three-way catalyst of Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4.
  • Figure 4a is a graph comparing the nitrogen monoxide conversion of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at 400 °C when Lean-rich perturbation is not applied, and Figure 4b is at 400 °C when Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing the nitrogen monoxide conversion rate of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4.
  • Example 6 is a commercial three-way catalyst at 200 ° C., the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 to which Lean-rich perturbation is applied, the three-way catalyst of Example 1 to which Lean-rich perturbation is not applied, and the three-way of Example 1 to which Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing the nitrogen monoxide conversion rates of catalysts.
  • 10 is a graph comparing nitrogen oxide, nitrogen monoxide, carbon monoxide conversion and ammonia concentration of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Comparative Example 2 at 400°C.
  • the present invention simultaneously discharges ammonia and nitrous oxide in which an iridium-ruthenium catalyst component is doped into a three way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier. It provides an inhibitory catalyst.
  • TWC three way catalyst
  • a diesel oxidation catalyst or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier. It provides an inhibitory catalyst.
  • the present invention provides a three-way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst, or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier with an iridium-ruthenium catalyst component doped with ammonia and nitrous oxide
  • TWC three-way catalyst
  • A/F air/fuel ratio
  • A/F air/fuel ratio
  • the present invention provides a three-way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst, or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier with an iridium-ruthenium catalyst component doped with ammonia and nitrous oxide It provides an exhaust gas after-treatment device comprising a catalyst for simultaneously suppressing.
  • TWC three-way catalyst
  • diesel oxidation catalyst or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier with an iridium-ruthenium catalyst component doped with ammonia and nitrous oxide
  • an exhaust gas after-treatment device comprising a catalyst for simultaneously suppressing.
  • the present invention provides an iridium-ruthenium catalyst component to a three way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier.
  • TWC three way catalyst
  • a catalyst for simultaneously suppressing the emission of ammonia and nitrous oxide is provided.
  • a three-way catalyst converter equipped with a catalyst loaded with a noble metal is installed in the exhaust system to meet the emission standards, thereby promoting the decomposition of hydrocarbons, oxidation of carbon monoxide, and reduction of nitrogen oxides.
  • the three-way catalyst refers to a catalyst that simultaneously reacts with harmful components such as hydrocarbon-based compounds, carbon monoxide, and nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas to remove these compounds, mainly Pt/Rh, Pd/Rh or Pt/Pd/Rh It means the three-way catalyst of the system.
  • the three-way catalyst according to the present invention can increase the nitrogen oxide conversion rate by doping the iridium-ruthenium catalyst into the support on which the commercial three-way catalyst is supported as described above.
  • the three-way catalyst according to the present invention can suppress the emission of ammonia and nitrous oxide at the same time by doping an iridium-ruthenium catalyst on the support on which the commercial three-way catalyst is supported.
  • the support may be Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , Ce x Zr 1-x O 2 , or a mixed support thereof.
  • iridium may be secondarily doped.
  • iridium and ruthenium can be prepared in an alloy state.
  • iridium and ruthenium exist separately due to the strong interaction between iridium and the support, so that a synergistic effect between iridium and ruthenium cannot be expected.
  • the support may be uniformly doped with an iridium-ruthenium catalyst. At this time, an iridium-ruthenium catalyst may be applied to the support and a calcination process may be further performed.
  • the firing may be performed at a temperature of 300 to 800 °C.
  • the sintering temperature is less than 300 °C, the precursor cannot be removed, and an iridium-ruthenium alloy cannot be formed.
  • the sintering temperature exceeds 800° C., the catalytic performance may be deteriorated by catalyst sintering and volatilization, so it is preferable to sinter within the above temperature range.
  • Conventional three-way catalysts generally use a method of applying a metal powder slurry, which is a catalyst component, to a support as a wash coating. Therefore, there is a problem in that it is difficult to add a catalyst component to improve the performance of an aged three-way catalyst or a three-way catalyst already included in mass-produced automobiles.
  • the present invention uses a simple manufacturing method of dipping the three-way catalyst into a metal precursor solution without using a metal powder slurry coating that requires a separate support and difficult to establish a process in order to coat the iridium-ruthenium on the three-way catalyst. There are also economic advantages.
  • the iridium-ruthenium catalyst according to the present invention may contain iridium in an amount of 0.1 to 10 wt%. If the iridium is contained in an amount of less than 0.1% by weight, it may cause deterioration in performance due to a low catalyst content, and if it exceeds 10% by weight, the performance of the existing three-way catalyst may be reduced due to the high catalyst content, and the catalyst price is increased. Since there is a problem of improvement, the above range is preferable.
  • Said iridium can be readily converted to water-soluble or partially water-soluble compounds, and can be prepared from any iridium compound capable of being deposited on a support.
  • iridium in a metallic state, an iridium salt, an oxide, etc. are preferable, but the present invention is not limited thereto.
  • iridium halide As the iridium salt, iridium halide is generally used. More specifically, the iridium halide may include IrI 3 , IrBr 3 , IrCl 3 , IrI 3 .4H 2 O and IrBr 3 .4H 2 O, but is not limited thereto, and IrCl 3 is preferably used.
  • the iridium-ruthenium catalyst according to the present invention may contain ruthenium in an amount of 0.1 to 10 wt%.
  • ruthenium When the ruthenium is included in an amount of less than 0.1% by weight, it may cause a decrease in performance due to a low catalyst content, and if it exceeds 10% by weight, the performance of the existing three-way catalyst may be reduced due to the high catalyst content, and the catalyst price is increased. Since there is a problem of improvement, the above range is preferable.
  • the ruthenium can be readily converted to water-soluble or partially water-soluble compounds and can be prepared from any ruthenium compound that can be deposited on a support.
  • Examples of the ruthenium compound include RuCl 3 , Ru(NO)(NO 3 ) 3 , but is not limited thereto, and RuCl 3 is preferably used.
  • other noble metal components in addition to the iridium-ruthenium catalyst may be additionally doped.
  • the noble metal component that can be additionally doped may be at least one selected from the group consisting of platinum, rhodium, palladium, and silver.
  • a three-way catalyst (TWC) supported on a support is doped with an iridium-ruthenium catalyst.
  • the nitrogen oxide reduction performance is improved in the lean region where the air-fuel ratio ( ⁇ ) of the exhaust gas is 1 or more.
  • the three-way catalyst system according to an embodiment of the present invention can suppress the discharge of ammonia at a temperature of 300 ⁇ 400 °C.
  • the existing three-way catalyst has a problem that ammonia is discharged by mixing nitrogen in the air when the engine is operated in a rich region.
  • ammonia is not discharged.
  • ⁇ 14.7
  • nitrous oxide emitted from automobiles comes from automobiles equipped with three-way catalysts.
  • An increase in the concentration of nitrous oxide leads to the destruction of the ozone layer, and the emission of nitrous oxide increases when the nitrogen component during combustion of automobiles is burned at low temperature or the three-way catalyst deteriorates due to a long driving distance.
  • the effect of suppressing the emission of nitrous oxide compared to the commercial three-way catalyst can be expected.
  • an iridium-ruthenium catalyst component is doped into a three way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst or a lean NOx trap supported on a honeycomb carrier. It provides an exhaust gas post-treatment device including a three-way catalyst that simultaneously suppresses the emission of ammonia and nitrous oxide.
  • a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a catalyst solution containing twice the IrCl 3 sample and the RuCl 3 sample was used.
  • a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a catalyst solution containing 1/5 of the IrCl 3 sample and the RuCl 3 sample was used.
  • a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that a catalyst solution containing 1/100 times the IrCl 3 sample and the RuCl 3 sample was used.
  • a commercial three-way catalyst on which Pd-Rh was supported was used.
  • a catalyst solution is prepared by simultaneously dissolving 0.3789 g of a PdCl 3 sample and 0.2805 g of a RuCl 3 sample in 10 g of water. After coating the commercial TWC catalyst on the catalyst solution, it was dried at 100 °C for 12 hours. After drying, the sample was calcined at a temperature of 500° C. under humid air for 4 hours to prepare a catalyst.
  • honeycomb three-way catalyst of Examples 1 to 4 and the commercial honeycomb three-way catalyst were mounted in a real-vehicle simulated catalyst reactor to compare nitrogen oxide reduction performance.
  • FIG. 1a is a graph comparing the nitrogen oxide (NOx) conversion of the three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at 400° C. when Lean-rich perturbation is not applied, and FIG. 1b is 400° C. when Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing the nitrogen oxide (NOx) conversion of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at °C.
  • FIG. 2a is a graph comparing ammonia emissions of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at 400° C. when Lean-rich perturbation is not applied
  • FIG. 2b is a comparison at 400° C. when Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing ammonia emissions of the commercial three-way catalyst of Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4.
  • Figure 3a is a graph comparing the carbon monoxide conversion of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at 400 °C when Lean-rich perturbation is not applied
  • Figure 3b is a comparison at 400 °C when Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing the carbon monoxide conversion rate of the commercial three-way catalyst of Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4.
  • Figure 4a is a graph comparing the nitrogen monoxide conversion of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4 at 400 °C when Lean-rich perturbation is not applied, and Figure 4b is at 400 °C when Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing the nitrogen monoxide conversion rate of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Examples 1 to 4.
  • the feed gas supplied as a reactant is nitrogen oxide (NO) 500 ppm, carbon monoxide (CO) 1 %, propylene (C 3 H 6 ) 500 ppm, carbon dioxide (CO 2 ) 10 %, water vapor (H 2 O) 10 %, He , O 2 gas was used, and the concentration of O 2 gas was set to 0.52 to 1.67 % depending on the conditions, and was measured at 400 °C and GHSV of 30,000 h -1.
  • the catalysts of Examples 1 to 4 improved the nitrogen oxide conversion rate by 30% or more in a lean region compared to the catalyst of Comparative Example 1.
  • honeycomb three-way catalyst of Example 1 and the commercial honeycomb three-way catalyst were mounted in a real-vehicle simulated catalyst reactor to compare nitrogen oxide reduction performance.
  • the feed gas supplied as a reactant is nitrogen oxide (NO) 500 ppm, carbon monoxide (CO) 1 %, propylene (C 3 H 6 ) 500 ppm, carbon dioxide (CO 2 ) 10 %, water vapor (H 2 O) 10 %, He , O 2 gas was used, and the concentration of O 2 gas was set to 0.52 to 1.67 % depending on the conditions, and was measured at 400 °C and GHSV of 30,000 h -1.
  • Example 6 is a commercial three-way catalyst at 200 ° C., the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 to which Lean-rich perturbation is applied, the three-way catalyst of Example 1 to which Lean-rich perturbation is not applied, and the three-way of Example 1 to which Lean-rich perturbation is applied. It is a graph comparing the nitrogen monoxide conversion rates of catalysts.
  • the catalyst according to Example 1 improved the conversion rates of nitrogen oxides and carbon monoxide by more than 40-50% compared to the catalyst of Comparative Example 1 at 200° C., which is a low temperature region.
  • ammonia gas was not generated under all conditions, and it was confirmed that the emission of nitrous oxide was reduced to a concentration of 25-50% of the catalyst of Example 1 compared to Comparative Example 1. .
  • 10 is a graph comparing nitrogen oxide, nitrogen monoxide, carbon monoxide conversion and ammonia concentration of the commercial three-way catalyst of Comparative Example 1 and the three-way catalyst of Comparative Example 2 at 400°C.
  • the three-way catalyst according to the present invention is not simply due to an increase in the amount of noble metals, but the nitrogen oxide conversion rate is improved by the catalyst components of supported iridium and ruthenium and the catalyst preparation method, and it is possible to suppress the emission of ammonia and nitrous oxide.
  • the conversion rate of nitrogen oxides in the lean region can be improved by 30% or more compared to the existing commercial three-way catalyst by a simple process.
  • there is an eco-friendly advantage by suppressing the emission of ammonia and nitrous oxide, which were emitted when a conventional commercial three-way catalyst is used.

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Abstract

본 발명은 기존의 삼원촉매에 비해 질소산화물의 환원 성능을 높이고, 아산화질소와 암모니아의 배출을 동시에 억제하며, 상용 삼원촉매에 추후적으로 이리듐-루테늄 촉매를 도핑하는 방법에 의해 공정을 간소화시키고 적용범위를 확대시키는 것에 목적이 있다. 본 발명은 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 제공한다.

Description

암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매
본 발명은 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 촉매에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑하여 질소산화물 환원 성능을 높임과 동시에, 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제할 수 있는 새로운 촉매에 관한 것이다.
최근 자동차의 이용도가 증가하고 교통량이 증가함에 따라 배기가스로 인한 대기오염의 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 따라서, 각국의 정부는 배기가스 규제를 위하여 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 및 질소산화물(NOx) 등의 배기가스 내 오염물질에 대한 배출기준을 정해놓고 있으며 이러한 배기가스 규제는 점차 강화되고 있다.
또한, 각 자동차 제조사들은 한층 강화되고 있는 배기가스 규제에 효과적으로 대응하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있으며 신규 차량은 배기가스 배출 기준에 맞추어 생산하고 있다.
특히, 자동차에서는 배기가스 배출 기준을 충족시키기 위하여 귀금속이 담지된 삼원촉매 컨버터(three way catalyst converter)가 배기계에 장착되어 탄화수소의 분해, 일산화탄소의 산화, 및 질소산화물의 환원을 촉진시킨다.
상기 삼원촉매는 배기가스의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소 및 질소산화물(NOx)과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거시키는 촉매를 의미한다. 삼원촉매는 배기가스의 공연비를 기준으로 린(lean; 산소과대) 상태와 리치(rich; 연료과대) 상태의 변동에 따라서 일산화탄소와 탄화수소를 저감시키고 질소산화물을 저감시키는 기능을 수행한다.
하지만, 이러한 삼원촉매는 린(lean) 영역에서 질소산화물(NOx)의 전환율이 급격히 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 삼원촉매는 질소산화물을 환원시키는 과정에서 리치한 영역에서의 암모니아(NH 3) 발생이라는 문제점과, 저온에서의 아산화질소(NO 2) 다량 발생이라는 문제점이 있다. 현재까지의 삼원촉매 기술로는 암모니아를 제거하기 어려우며, 아산화질소는 이산화탄소(CO 2)에 비해 온실가스지수(GWP)의 유발 정도가 300 배 이상 높은 것으로 나타나 촉매 개선을 통해 상기 기체들의 배출을 억제하는 것이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 기존의 삼원촉매에 비해 질소산화물의 환원 성능을 높이고, 아산화질소와 암모니아가 배출되던 문제점을 해결하기 위함이다.
본 발명은 상용 삼원촉매에 추후적으로 이리듐-루테늄 촉매 분말자체가 아닌 촉매 성분을 도핑하는 방법에 의해 공정을 간소화시키고 적용범위를 확대시키는 것에 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 제공한다.
상기 이리듐-루테늄 촉매에 이리듐(Ir)이 0.1 내지 10의 중량%로 포함될 수 있다.
상기 이리듐-루테늄 촉매에 루테늄(Ru)이 0.1 내지 10의 중량%로 포함될 수 있다.
상기 이리듐-루테늄 촉매 성분의 전구체 용액에 상기 삼원촉매를 디핑할 수 있다.
Al 2O 3, SiO 2, ZrO 2, CeO 2, Ce xZr 1-xO 2, Pr 6O 11, NiO, TiO 2, BaO 또는 이들의 혼합된 지지체를 더 포함할 수 있다.
상기 지지체에 상기 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑하고 습윤조건하에서 300 내지 800 ℃의 온도로 소성할 수 있다.
상기 이리듐-루테늄 촉매 성분은 분말이 아닐 수 있다.
또한, 본 발명은 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 사용하여, 배기가스의 공연비(air/fuel ratio; A/F)가 14.7(λ=1) 이상인 영역에서 질소산화물(NOx) 환원 성능을 향상시키는 배기가스 정화용 삼원촉매 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 포함하는 배기가스 후처리 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 간단한 공정에 의해 기존의 상용 삼원촉매에 비해 린(lean) 영역에서 질소산화물의 전환율을 30 % 이상 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기존의 상용 삼원촉매를 사용하는 경우 배출되던 암모니아와 아산화질소의 배출을 억제하여 친환경적인 효과가 있다.
도 1a는 Lean-rich 섭동 미적용시 400 ℃에서 비교예 1의 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 질소산화물(NOx) 전환율을 비교한 그래프이며, 도 1b는 Lean-rich 섭동 적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 질소산화물(NOx) 전환율을 비교한 그래프이다.
도 2a는 Lean-rich 섭동 미적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 암모니아 배출량을 비교한 그래프이며, 도 2b는 Lean-rich 섭동 적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 암모니아 배출량을 비교한 그래프이다.
도 3a는 Lean-rich 섭동 미적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 일산화탄소 전환율을 비교한 그래프이며, 도 3b는 Lean-rich 섭동 적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 일산화탄소 전환율을 비교한 그래프이다.
도 4a는 Lean-rich 섭동 미적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 일산화질소 전환율을 비교한 그래프이고, 도 4b는 Lean-rich 섭동 적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 일산화질소 전환율을 비교한 그래프이다.
도 5는 200 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 질소산화물(NOx) 전환율을 비교한 그래프이다.
도 6은 200 ℃에서 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 일산화질소 전환율을 비교한 그래프이다.
도 7은 200 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 일산화탄소 전환율을 비교한 그래프이다.
도 8은 200 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 아산화질소 배출량을 비교한 그래프이다.
도 9는 200 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 암모니아 배출량을 비교한 그래프이다.
도 10은 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 비교예 2의 삼원촉매의 질소산화물, 일산화질소, 일산화탄소 전환율 및 암모니아 농도를 비교한 그래프이다.
본 발명은 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 제공한다.
또한, 본 발명은 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 사용하여, 배기가스의 공연비(air/fuel ratio; A/F)가 14.7(λ=1) 이상인 영역에서 질소산화물(NOx) 환원 성능을 향상시키는 배기가스 정화용 삼원촉매 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매 (lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 포함하는 배기가스 후처리 장치를 제공한다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 제공한다.
자동차에서는 배기가스 배출기준을 충족시키기 위하여 귀금속이 담지된 촉매가 설치된 삼원촉매 컨버터(three way catalyst converter)가 배기계에 장착되어 탄화수소의 분해, 일산화탄소의 산화, 및 질소산화물의 환원을 촉진시킨다.
상기 삼원촉매는 배기가스 내의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소, 및 질소산화물(NOx)과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거시키는 촉매를 의미하며, 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계의 삼원촉매를 의미한다.
본 발명에 따른 삼원촉매는 상기와 같은 상용 삼원촉매가 담지된 지지체에 이리듐-루테늄 촉매를 도핑함으로써, 질소산화물 전환율을 상승시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 삼원촉매는 상용 삼원촉매가 담지된 지지체에 이리듐-루테늄 촉매를 도핑함으로써, 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제시킬 수 있다.
상기 지지체는 Al 2O 3, SiO 2, ZrO 2, CeO 2, Ce xZr 1-xO 2 또는 이들의 혼합된 지지체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지체에 1차적으로 루테늄을 도핑한 후, 2차적으로 이리듐을 도핑할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이리듐이 루테늄보다 먼저 도핑되는 것을 방지하기 위하여 루테늄과 이리듐을 동시에 도핑하는 것도 바람직하다. 상기 도핑방법을 통해서 이리듐과 루테늄을 합금상태로 제조할 수 있다.
이리듐이 먼저 도핑되는 경우, 이리듐과 지지체의 강한 상호작용으로 인하여 이리듐과 루테늄이 개별적으로 존재하게 되어 이리듐과 루테늄의 시너지 효과를 기대할 수 없다.
상기 지지체에 이리듐-루테늄 촉매를 균일하게 도핑할 수 있다. 이 때, 상기 지지체에 이리듐-루테늄 촉매를 도포하고 소성 공정을 더 수행할 수 있다.
상기 소성은 300 내지 800 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 소성온도가 300 ℃ 미만인 경우 전구체의 제거가 불가하며, 이리듐-루테늄의 합금 생성이 불가하다. 또한, 상기 소성온도가 800 ℃를 초과하는 경우 촉매 소결 및 휘발에 의해 촉매 성능이 저하될 수 있으므로 상기 온도 범위에서 소성하는 것이 바람직하다.
기존의 삼원촉매는 일반적으로 지지체에 촉매 성분인 금속 분말 슬러리를 워시 코팅으로 도포하는 방법을 사용한다. 따라서, 노후된 삼원촉매나 이미 양산된 자동차 안에 포함된 삼원촉매의 성능을 향상시키기 위해 촉매 성분을 추가하기 곤란한 문제점이 있었다.
그러나 본 발명은 이리듐-루테늄을 삼원촉매에 코팅하기 위해, 별도의 지지체가 필요하고 공정 정립이 어려운 금속 분말 슬러리 코팅을 사용하지 않고, 금속 전구체 용액에 삼원촉매를 디핑하는 간단한 제조방법을 사용하기 때문에 경제적 이점 또한 있다.
본 발명에 따른 이리듐-루테늄 촉매에 이리듐은 0.1 내지 10의 중량%로 포함될 수 있다. 상기 이리듐이 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우 낮은 촉매함량으로 인한 성능 저하를 유발할 수 있으며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 높은 촉매함량으로 인해 기존 삼원촉매의 성능을 저하시킬 수 있고, 촉매가격이 향상되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 이리듐은 수용성이거나 부분적으로 수용성 화합물로 쉽게 전환될 수 있고, 지지체에 침적시킬 수 있는 임의의 이리듐 화합물로부터 제조될 수 있다. 예를 들면, 금속 상태의 이리듐, 이리듐염, 산화물 등이 바람직하나 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 이리듐염으로는 할로겐화 이리듐이 일반적으로 사용된다. 상기 할로겐화 이리듐은 더 구체적으로 IrI 3, IrBr 3, IrCl 3, IrI 3·4H 2O 및 IrBr 3·4H 2O등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, IrCl 3를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이리듐-루테늄 촉매에 루테늄은 0.1 내지 10의 중량%로 포함될 수 있다. 상기 루테늄이 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우 낮은 촉매함량으로 인한 성능 저하를 유발할 수 있으며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 높은 촉매함량으로 인해 기존 삼원촉매의 성능을 저하시킬 수 있고, 촉매가격이 향상되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 루테늄은 수용성이거나 부분적으로 수용성 화합물로 쉽게 전환될 수 있고, 지지체에 침적시킬 수 있는 임의의 루테늄 화합물로부터 제조될 수 있다. 상기 루테늄 화합물의 예로서는 RuCl 3, Ru(NO)(NO 3) 3가 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, RuCl 3를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이리듐-루테늄 촉매 외에 다른 귀금속 성분을 추가로 도핑할 수 있다.
추가적으로 도핑할 수 있는 상기 귀금속 성분은 백금, 로듐, 팔라듐, 및 은으로 이루어진 군 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 지지체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC)에 이리듐-루테늄 촉매를 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 삼원촉매를 이용하여, 배기가스의 공연비(air/fuel ratio; A/F)가 14.7(λ=1) 이상인 영역에서 질소산화물(NOx) 환원 성능을 향상시키는 배기가스 정화용 삼원촉매 시스템을 제공한다.
본 발명에 따라 지지체에 담지되어 있는 삼원촉매에 이리듐-루테늄 촉매를 도핑하는 경우 배기가스의 공연비(λ)가 1 이상인 린(lean) 영역에서 질소산화물의 환원 성능이 향상된다.
본 발명에 일 실시예에 따른 삼원촉매 시스템은 300~400 ℃의 온도에서 암모니아의 배출을 억제할 수 있다. 기존의 삼원촉매는 리치(rich)한 영역에서 엔진 작동시 공기 중의 질소가 섞여 암모니아가 배출된다는 문제점이 있었으나, 본원발명에 따른 이리듐-루테늄 촉매를 삼원촉매에 도핑하는 경우 암모니아가 배출되지 않는 유리한 효과가 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 삼원촉매 시스템은, 300~400 ℃의 온도에서 배기가스의 공연비가 14.7(λ=1) 이하인 리치(rich)한 영역에서 일산화탄소(CO)의 전환율이 기존 삼원촉매 대비 80 % 향상된 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 200 ℃의 저온에서 상용 삼원촉매 대비 질소산화물 및 일산화탄소의 전환 성능을 40~50 % 이상 개선시키는 효과를 기대할 수 있다.
자동차에서 배출되는 대부분의 아산화질소는 삼원촉매를 장착한 자동차에서 발생한다. 아산화질소 농도의 증가는 오존층의 파괴로 이어지며, 자동차 연소 중의 질소성분이 저온에서 연소되거나 주행거리가 길어져 삼원촉매가 열화되는 경우 아산화질소의 배출량이 증가한다. 그러나, 본 발명에 따르면 상용 삼원촉매 대비 아산화질소의 배출을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 삼원촉매를 포함하는 배기가스 후처리 장치를 제공한다.
실시예
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
먼저, IrCl 3 시료 0.3789 g과 RuCl 3 시료 0.2805 g을 동시에 물 10g에 용해시켜 촉매용액을 제조한다. 상용 TWC 촉매를 촉매용액에 코팅한 후, 이것을 100 ℃에서 12 시간 동안 건조시켰다. 건조 후 시료를 습윤 공기하에서 500 ℃의 온도로 4 시간 동안 소성시켜 촉매를 제조하였다.
실시예 2
IrCl 3 시료와 RuCl 3 시료가 2배씩 들어간 촉매용액을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 촉매를 제조하였다.
실시예 3
IrCl 3 시료와 RuCl 3 시료가 1/5배씩 들어간 촉매용액을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 촉매를 제조하였다.
실시예 4
IrCl 3 시료와 RuCl 3 시료가 1/100배씩 들어간 촉매용액을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 촉매를 제조하였다.
비교예 1
Pd-Rh이 담지된 상용 삼원촉매를 사용하였다.
비교예 2
PdCl 3 시료 0.3789 g과 RuCl 3 시료 0.2805 g을 동시에 물 10g에 용해시켜 촉매용액을 제조한다. 상용 TWC 촉매를 촉매용액에 코팅한 후, 이것을 100 ℃에서 12 시간 동안 건조시켰다. 건조 후 시료를 습윤 공기하에서 500 ℃의 온도로 4 시간 동안 소성시켜 촉매를 제조하였다.
실험예 1: 400 ℃에서 질소산화물 저감 성능 확인
실시예 1 내지 4의 허니컴 삼원촉매와 상용 허니컴 삼원촉매를 실차 모사 촉매 반응기에 탑재하여 질소산화물 저감 성능을 비교하였다.
도 1a는 Lean-rich 섭동 미적용시 400 ℃에서 비교예 1의 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 질소산화물(NOx) 전환율을 비교한 그래프이며, 도 1b는 Lean-rich 섭동 적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 질소산화물(NOx) 전환율을 비교한 그래프이다.
도 2a는 Lean-rich 섭동 미적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 암모니아 배출량을 비교한 그래프이며, 도 2b는 Lean-rich 섭동 적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 암모니아 배출량을 비교한 그래프이다.
도 3a는 Lean-rich 섭동 미적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 일산화탄소 전환율을 비교한 그래프이며, 도 3b는 Lean-rich 섭동 적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 일산화탄소 전환율을 비교한 그래프이다.
도 4a는 Lean-rich 섭동 미적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 일산화질소 전환율을 비교한 그래프이고, 도 4b는 Lean-rich 섭동 적용시 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 실시예 1 내지 4의 삼원촉매의 일산화질소 전환율을 비교한 그래프이다.
반응물로써 공급되는 피드가스는 질소산화물(NO) 500 ppm, 일산화탄소(CO) 1 %, 프로필렌(C 3H 6) 500 ppm, 이산화탄소(CO 2) 10 %, 수증기(H 2O) 10 %, He, O 2 가스를 사용하였으며, O 2 가스의 농도는 조건에 따라 0.52~1.67 %로 설정하여 400 ℃, GHSV 30,000 h -1의 조건에서 측정하였다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예 1 내지 4의 촉매는 비교예 1의 촉매에 비해 lean 한 영역에서 질소산화물 전환율이 30 % 이상 개선되었다.
또한, 비교예 1의 촉매에 비해 실시예 1 내지 4의 촉매를 사용한 경우 암모니아가 배출되지 않았으며, 비교예 1의 촉매에 비해 실시예 1 내지 4의 촉매는 rich한 영역에서 일산화탄소 전환율이 30 % 이상 개선된 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 200 ℃에서 질소산화물 저감 성능 확인
실시예 1의 허니컴 삼원촉매와 상용 허니컴 삼원촉매를 실차 모사 촉매 반응기에 탑재하여 질소산화물 저감 성능을 비교하였다.
반응물로써 공급되는 피드가스는 질소산화물(NO) 500 ppm, 일산화탄소(CO) 1 %, 프로필렌(C 3H 6) 500 ppm, 이산화탄소(CO 2) 10 %, 수증기(H 2O) 10 %, He, O 2 가스를 사용하였으며, O 2 가스의 농도는 조건에 따라 0.52~1.67 %로 설정하여 400 ℃, GHSV 30,000 h -1의 조건에서 측정하였다.
도 5는 200 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 질소산화물(NOx) 전환율을 비교한 그래프이다.
도 6은 200 ℃에서 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 일산화질소 전환율을 비교한 그래프이다.
도 7은 200 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 일산화탄소 전환율을 비교한 그래프이다.
도 8은 200 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 아산화질소 배출량을 비교한 그래프이다.
도 9는 200 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 적용한 비교예 1의 상용 삼원촉매, Lean-rich 섭동을 미적용한 실시예 1의 삼원촉매, 및 Lean-rich 섭동을 적용한 실시예 1의 삼원촉매의 암모니아 배출량을 비교한 그래프이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 실시예 1에 따른 촉매는 저온 영역인 200 ℃에서 질소산화물, 일산화탄소의 전환율이 비교예 1의 촉매에 비해 40~50 % 이상 개선된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1의 촉매를 사용한 경우 암모니아 가스는 모든 조건에서 생성되지 않았으며, 아산화질소의 배출량은 비교예 1에 비해 실시예 1의 촉매가 25~50 % 수준의 농도로 감소한 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 200 ℃에서 담지된 귀금속에 따른 질소산화물 저감 성능 확인
도 10은 400 ℃에서 비교예 1의 상용 삼원촉매와 비교예 2의 삼원촉매의 질소산화물, 일산화질소, 일산화탄소 전환율 및 암모니아 농도를 비교한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 귀금속 양이 증가할수록 일산화탄소의 전환율은 상승하나, 질소산화물의 전환율이나 암모니아 가스의 생성량에는 변화가 없는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본원발명에 따른 삼원촉매는 단순히 귀금속 양의 증가 때문이 아니라 담지된 이리듐과 루테늄의 촉매 성분과 촉매 제조방법에 의해 질소산화물 전환율이 향상되며, 암모니아와 아산화질소의 배출을 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, 간단한 공정에 의해 기존의 상용 삼원촉매에 비해 린(lean) 영역에서 질소산화물의 전환율을 30 % 이상 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 기존의 상용 삼원촉매를 사용하는 경우 배출되던 암모니아와 아산화질소의 배출을 억제하여 친환경적인 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매(lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이리듐-루테늄 촉매에 이리듐(Ir)이 0.1 내지 10의 중량%로 포함된 것을 특징으로 하는 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이리듐-루테늄 촉매에 루테늄(Ru)이 0.1 내지 10의 중량%로 포함된 것을 특징으로 하는 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이리듐-루테늄 촉매 성분의 전구체 용액에 상기 삼원촉매를 디핑하는 것을 특징으로 하는 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매.
  5. 제1항에 있어서,
    Al 2O 3, SiO 2, ZrO 2, CeO 2, Ce xZr 1-xO 2, Pr 6O 11, NiO, TiO 2, BaO 또는 이들의 혼합된 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지체에 상기 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑하고 습윤조건하에서 300 내지 800 ℃의 온도로 소성하는 것을 특징으로 하는 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이리듐-루테늄 촉매 성분은 분말이 아닌 것을 특징으로 하는 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매.
  8. 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매 (lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 사용하여, 배기가스의 공연비(air/fuel ratio; A/F)가 14.7(λ=1) 이상인 영역에서 질소산화물(NOx) 환원 성능을 향상시키는 배기가스 정화용 삼원촉매 시스템.
  9. 허니컴 담체에 담지된 삼원촉매(three way catalyst; TWC), 산화촉매(diesel oxidation catalyst) 또는 흡장촉매 (lean NOx trap)에 이리듐-루테늄 촉매 성분을 도핑한 암모니아와 아산화질소의 배출을 동시에 억제하는 촉매를 포함하는 배기가스 후처리 장치.
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