KR102354203B1 - 휘발화된 백금을 위한 포획 영역을 갖는 압축 점화 엔진용 배기 시스템 - Google Patents

휘발화된 백금을 위한 포획 영역을 갖는 압축 점화 엔진용 배기 시스템 Download PDF

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Abstract

압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 기판; 기판 상에 배치된 촉매 물질로서, 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질; 및 포획 물질을 포함하는 영역으로서, 여기서 포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하며, 여기서 내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아를 포함하는 것인 영역을 포함하며, 여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열되는 것인 산화 촉매.

Description

휘발화된 백금을 위한 포획 영역을 갖는 압축 점화 엔진용 배기 시스템
본 발명은 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매 및 배기 시스템에 관한 것이다. 추가로 본 발명은 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 방법 및 산화 촉매, 배기 시스템 및 영역의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 산화 촉매 또는 배기 시스템을 포함하는 차량에 관한 것이다.
압축 점화 엔진은 전세계적으로 환경 법규의 적용을 받는 다양한 오염물질을 함유하는 배기 가스를 발생시킨다. 이들 오염물질은 일산화탄소 (CO), 미연소 탄화수소 (HC), 질소 산화물 (NOx) 및 미립자 물질 (PM)을 포함한다.
오염물질의 대기로 배출될 수 있는 법규로 정해진 허용 수준을 충족시키기 위해, 압축 점화에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템은 일반적으로 여러 배출물 제어 장치를 함유한다. 이러한 배기 시스템에서, 배기 가스는 통상, 가스 내 존재하는 일산화탄소 (CO) 및 미연소 탄화수소 (HC)를 산화시킬 수 있는 제1 배출물 제어 장치로 안내된다. 제1 배출물 제어 장치는, 예를 들어, 디젤 산화 촉매 (DOC), 촉매 그을음 필터 (CSF), NOx 저장 촉매 (NSC), 수동 NOx 흡착체 (PNA), 디젤 발열 촉매 (DEC) 또는 냉간 시동 개념 (CSC™) 촉매일 수 있다.
NOx 배출물을 위해, 압축 점화 엔진용 배기 시스템은 NOx의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매, 예컨대 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 함유할 수 있다. NOx의 선택적 촉매 환원 (SCR)은 주로 하기 3가지 반응에 의해 발생한다:
(1) 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O;
(2) 4NH3 + 2NO + 2NO2 → 4N2 + 6H2O; 및
(3) 8NH3 + 6NO → 7N2 + 12H2O.
SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매에 진입하는 배기 가스 내 NO2:NO의 비가 그의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매는 NO2:NO의 비가 약 1:1일 때 최적의 성능을 제시한다. 이는, 정상적인 사용 동안 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스가 전형적으로 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매의 최적의 성능을 위해서는 불충분한 NO2 (즉, NO2:NO의 비가 1:1보다 훨씬 더 작음)를 함유하기 때문에 문제가 될 수 있다. 이러한 낮은 수준의 NO2를 보상하기 위해, 제1 배출물 제어 장치는 일산화질소 (NO)를 이산화질소 (NO2)로 산화시키도록 배합되어 있는 촉매 물질을 종종 함유하여, 배기 가스 내 NO2:NO의 비를 증가시킨다. SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매는 통상적으로 배기 시스템에서 제1 배출물 제어 장치의 하류에 배열되어, 배기 가스가 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매를 통과하기에 앞서 제1 배출물 제어 장치를 통과할 것이다.
NO를 NO2로 산화시키기 위한 촉매 물질은 전형적으로 백금 (Pt)을 포함한다. 제1 배출물 제어 장치가 충분한 시간 동안 비교적 고온에 노출되는 경우에, 낮은 수준의 백금 (Pt)이 촉매 물질로부터 휘발화될 수 있으며 SCR/SCRF™ 촉매 상에 포집될 수 있다. 이러한 비교적 고온은, 특히 대형 디젤 적용에서의 정상적인 사용 동안, 또는 예컨대 제1 배출물 제어 장치가 CSF이거나 또는 상류 디젤 미립자 필터 (DPF)가 존재하는 경우에는 필터 재생 동안 발생할 수 있다. SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매 상에 포집된 Pt는 암모니아 (NH3)를 산화시킬 수 있기 때문에, 촉매의 성능에 매우 유해한 효과를 미칠 수 있다. 포집된 Pt는 NOx의 선택적 촉매 환원을 위해 의도된 NH3을 소모할 수 있고 (이에 의해 NOx 변환이 저감됨), 바람직하지 않은 2차 배출물이 발생될 수 있다.
Pt 휘발화의 문제는 본 출원인의 공개 WO 2013/088133, WO 2013/088132, WO 2013/088128, WO 2013/050784 및 국제 특허 출원 번호 PCT/GB2016/050285에 논의되어 있다.
본 발명은 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 기판; 기판 상에 배치된 촉매 물질로서, 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질; 및 포획 물질을 포함하는 영역으로서, 여기서 포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하고, 내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아를 포함하는 것인 영역을 포함하며, 여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열되는 것인 산화 촉매를 제공한다.
포획 물질을 포함하는 영역은 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역이다. 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에, 배기 가스는, 특히 배기 가스가 비교적 고온인 경우에, 예컨대 엔진이 장기간 동안 큰 부하 하에 작동된 경우 또는 엔진이 대형 엔진인 경우에, 휘발화된 Pt를 함유할 수 있다. 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하거나 또는 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
관련 기술분야에서 휘발화된 Pt의 포획에 효과적인 것으로 밝혀진 바 있는 물질은, 특히 NO2:NO의 비에 민감한 하류 배출물 제어 장치의 온도 영역에서 NO2의 양 (및 또한 NO2:NO의 비)을 낮출 수 있어, 특히 그것이 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매인 경우에 하류 장치의 성능에 있어 잠재적인 감소를 초래할 수 있다. 기존의 포획 물질은, NO2의 생성을 위해 배출물 제어 장치의 촉매 물질에 포함되는 임의의 Pt의 이익을 무효화할 수 있다.
본 발명자들은 배기 가스 내 NO2의 양 (예를 들어 NO2:NO의 비)에 영향을 미치지 않는 (즉, 저감시키지 않는), 휘발화된 Pt를 포집하기 위한 포획 물질을 개발하였다. 포획 물질은 산화 촉매의 촉매 물질 내 Pt에 의한 NO의 산화로부터 발생된 임의의 NO2의 양을 감소시키지 않을 것이다. 결과적으로 산화 촉매의 촉매 물질 및 포획 물질 둘 다를 통과한 배기 가스는, 압축 점화 엔진에 의해 처음에 발생된 배기 가스에 비해 더 높은 비의 NO2:NO를 함유할 것이므로, 하류 SCR/SCRF™ 촉매의 최적의 성능이 얻어질 수 있다.
휘발화된 Pt를 포집하기 위한 일부 포획 물질은 본 출원인의 국제 특허 출원 번호 PCT/GB2016/050285에 기재되어 있다. 이들 포획 물질은 (a) Pt-합금 금속의 상대적으로 큰 입자 (예를 들어 ≥ 약 10 nm의 평균 입자 크기 및/또는 ≤ 약 10%의 분산도를 가짐) 및 (b) 낮은 표면적을 갖는 내화성 산화물의 입자 (예를 들어 ≤ 약 50 m2/g의 평균 비표면적) 중 적어도 1종을 함유한다. 목적하는 특성을 갖는 포획 물질을 제조하기 위해, 내화성 산화물 및/또는 Pt-합금 금속을 열적으로 처리하고, 이어서 생성된 물질을 분말로서 단리하는 것이 편리하다. 이어서 포획 물질을 포함하는 영역이 통상적인 워시코트 기술을 사용하여 산화 촉매 상에 형성될 수 있으며, 여기서 워시코트는 분말을 용액 중에 용해시키거나 또는 분산시킴으로써 형성된다. 이러한 제조 방법의 단점은 시간 소모적이며 비용이 많이 든다는 것이다.
본 발명의 포획 물질은 단순한, 비용-효과적인 공정으로 제조될 수 있다. 포획 물질은 전형적으로 워시코트의 제조 동안 Pt-합금 금속의 1종 이상의 염 및 내화성 산화물로부터 계내에서 형성된다. 내화성 산화물 및 Pt-합금 금속 염을 전형적으로 워시코트 중에 분산시키고, 이어서 이를 기판의 표면 상에 코팅하고 부착시킨다. 코팅된 기판을 이어서 통상적으로 건조시키고 소성하며, 이로써 Pt-합금 금속 염이 Pt-합금 금속 또는 그의 산화물로 변환되며, 내화성 산화물의 표면 상에 고정된다.
본 발명은 또한 포획 브릭을 제공한다. 포획 브릭은 압축 점화 엔진용 배기 시스템에서 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질로부터 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하는데 적합하다. 포획 브릭은 기판 및 기판 상에 배치된 포획 물질을 포함하며, 여기서 포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하며, 여기서 내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아를 포함한다.
추가로 본 발명은 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템을 제공한다. 배기 시스템은 하기를 포함하며:
(i) 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 여기서 산화 촉매는 기판 및 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및
(ii) 포획 물질을 포함하는 영역으로서, 여기서 포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하고, 내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아를 포함하는 것인 영역;
여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
포획 물질을 포함하는 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된다. 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역은 산화 촉매의 일체형 일부일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역은 포획 브릭의 일부일 수 있다. 포획 물질을 포함하는 영역이 포획 브릭에 의해 제공되며, 이는 배기 가스가 산화 촉매를 통과할 때 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
본 발명의 배기 시스템은 하기를 포함할 수 있으며:
(i) 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 여기서 산화 촉매는 제1 기판 및 제1 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및
(ii) 촉매 물질로부터 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 포획 브릭으로서, 여기서 포획 브릭은 제2 기판 및 제2 기판 상에 배치된 포획 물질을 포함하며, 여기서 포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하고, 내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아를 포함하는 것인 포획 브릭;
여기서 포획 브릭은 배기 가스가 산화 촉매를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
"제1" 기판은 "제2" 기판과 별개이다 (예를 들어 "제1" 기판은 "제2" 기판으로부터 공간적으로 분리되어 있음). 이와 관련하여 용어 "제1" 및 "제2"는 단지 각각의 기판을 식별하기 위한 표지이며, 이들이 본 발명의 범주를 제한하지는 않는다.
상기 배기 시스템에서, 산화 촉매는 본 발명의 산화 촉매일 수 있거나 또는 아닐 수 있다.
본 발명은 추가로 차량을 제공한다. 차량은 압축 점화 엔진, 및 본 발명의 산화 촉매, 배기 시스템 또는 포획 브릭을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템 내 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역의 용도에 관한 것이다. 배기 시스템은 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 기판 및 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하는 산화 촉매를 포함하며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하고, 여기서 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하는 포획 물질을 포함하며, 여기서 내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아를 포함하고, 여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질 및/또는 산화 촉매와 접촉하거나 또는 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된다.
본 발명의 추가 측면은 압축 점화 엔진용 배기 시스템에서 촉매 물질로부터 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 각각의 방법은 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를, 하기를 포함하며:
(i) 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 여기서 산화 촉매는 기판 및 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및
(ii) 포획 물질을 포함하는 영역으로서, 여기서 포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하고, 내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아를 포함하는 것인 영역;
여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열되는 것인
배기 시스템을 통해 통과시키는 단계를 포함한다.
일반적으로, 휘발화된 백금은 배기 가스의 온도가 ≥ 700℃, 예컨대 ≥ 800℃, 바람직하게는 ≥ 900℃일 때 배기 가스에 (즉, 배기 시스템에) 존재할 수 있다.
도 1은 Cu/CHA 제올라이트 SCR 촉매 상의 백금 오염을 시험하는데 사용되는 실험실 반응기의 개략적 도면이다.
도 2는 본 발명의 배기 시스템 실시양태를 제시하는 개략적 도면이다. 배기 가스(20)는 포획 구역(3)을 갖는, 본 발명의 산화 촉매(1)를 통과한다. 배기 가스(20)가 산화 촉매(1)를 통과한 후에, 이는 제2 배출물 제어 장치(10), 예컨대 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 통과한다. SCR이 능동적으로 성능수행을 하도록 하려면, 배기 가스로의 암모니아의 공급원(30)이 도입될 수 있다. 수동 SCR의 경우에는, 암모니아의 공급원(30)이 존재하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 산화 촉매의 개략적 도면이다. 산화 촉매는 기판(1) 상에 배치된 영역 또는 구역(2)을 가지며, 이는 Pt를 함유하는 촉매 물질을 포함한다. 산화 촉매의 유출구 단부에 또는 그 근처에 포획 구역(3)이 존재하며, 상기 포획 구역은 휘발화된 Pt를 포획하기 위한 포획 물질을 포함한다.
도 4는 본 발명의 산화 촉매의 개략적 도면이다. 산화 촉매는 기판(1) 상에 배치된 층(2)을 가지며, 상기 층은 Pt를 함유하는 촉매 물질을 포함한다. 산화 촉매의 유출구 단부에서 또는 그 근처에서, 촉매 물질의 층(2) 상에 배치된 포획 구역(3)이 존재한다. 포획 구역(3)은 휘발화된 Pt를 포획하기 위한 포획 물질을 포함한다.
도 5는 본 발명의 산화 촉매의 개략적 도면이다. 산화 촉매는 기판 상에 배치된 영역 또는 구역(2)을 가지며, 상기 영역 또는 구역은 Pt를 함유하는 촉매 물질을 포함한다. 산화 촉매의 유출구 단부에 또는 그 근처에 포획 영역(3)이 존재한다. 포획 영역(3)은 촉매 물질을 함유하는 영역 또는 구역(2)과 중첩된다. 포획 영역(3)은 휘발화된 Pt를 포획하기 위한 포획 물질을 포함한다.
도 6은 본 발명의 배기 시스템 실시양태를 제시하는 개략적 도면이다. 배기 가스(20)는 본 발명의 산화 촉매(1)를 통과하며, 이는 기판의 유출구 단부 표면에 배치된 포획 물질(3)을 갖는다. 배기 가스(20)가 산화 촉매(1)를 통과한 후에, 이는 제2 배출물 제어 장치(10), 예컨대 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 통과한다. SCR이 능동적으로 성능수행을 하도록 하려면, 배기 가스로의 암모니아의 공급원(30)이 도입될 수 있다. 수동 SCR의 경우에는, 암모니아의 공급원(30)이 존재하지 않을 수 있다.
도 7은 본 발명의 산화 촉매의 개략적 도면이다. 산화 촉매는 기판(1) 상에 배치된 촉매 물질(2)을 갖는다. 기판의 유출구 단부 표면에 배치되거나 또는 지지된 포획 물질(3)이 존재한다.
도 8은 본 발명의 산화 촉매의 개략적 도면이다. 산화 촉매는 기판(1) 상에 배치된 촉매 물질(2)을 갖는다. 기판의 유출구 단부 표면에 배치되거나 또는 지지된 포획 물질(3)이 존재하며, 이는 부분적으로 촉매 물질(2) 위에 놓여있다.
도 9는 본 발명의 배기 시스템 실시양태를 제시하는 개략적 도면이다. 배기 가스(20)는 산화 촉매(1)를 통과하며, 이는 본 발명의 산화 촉매일 수 있거나 또는 아닐 수 있다. 배기 가스(20)가 산화 촉매(1)를 통과한 후에, 이는 기판 및 휘발화된 Pt를 포획하기 위한 영역(3)을 포함하는 포획 브릭(4)을 통과한다. 이어서 배기 가스(20)는 제2 배출물 제어 장치(10), 예컨대 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 상으로 유동한다. SCR이 능동적으로 성능수행을 하도록 하려면, 배기 가스가 포획 브릭(4)을 통과한 후에 배기 가스로의 암모니아의 공급원(30)이 도입될 수 있다. 수동 SCR의 경우에는, 암모니아의 공급원(30)이 존재하지 않을 수 있다.
본 발명은, 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진, 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역에 관한 것이다. 상기 영역은, 전형적으로 산화 촉매의 상류 촉매 물질을 통과한 배기 가스 내 휘발화된 Pt를 포집 또는 포획하도록 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 상기 영역은 휘발화된 Pt가 제2 하류 배출물 제어 장치, 예컨대 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매 상에서 응축되는 것을 방지하도록 배열된다.
포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어지며, 여기서 내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아를 포함한다.
본 발명자들은, 본 발명에 따른 포획 물질의 사용으로, 포획 물질이 적절한 방식으로 배기 시스템 내에 배열될 때, 휘발화된 Pt가 하류 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매 상에 침착되는 것을 감소시키거나 또는 방지할 수 있다는 것을 밝혀내었다. 본 발명의 포획 물질은, 특히 CO 및/또는 미연소 HC의 산화에 대해, 또한 특별히 NOx의 산화에 대해 낮은 촉매 활성을 갖는다. 일반적으로, 포획 물질은 또한, 특히 Pt 휘발화가 발생하는 조건 하에 및/또는 하류 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매가 NO2:NO의 비에 민감한 온도 영역에서, NO2의 분해 또는 환원에 대해 실질적으로 촉매 불활성이다.
일반적으로, 포획 물질 (즉, 새로운 것이거나 또는 미사용일 때) 또는 포획 영역은 백금 및/또는 로듐을 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 포획 물질은 백금 및/또는 로듐을 포함하지 않는다.
또한, 포획 물질 또는 포획 영역은 일반적으로 비귀금속, 예컨대 바륨 또는 바나듐을 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
전형적으로, 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역 또는 그의 포획 물질은 0.1 내지 3.5 g in-3, 바람직하게는 0.2 내지 2.5 g in-3, 보다 더 바람직하게는 0.3 내지 2.0 g in-3, 보다 더 바람직하게는 0.5 내지 1.75 g in-3 (예를 들어 0.75 내지 1.5 g in-3)의 내화성 산화물의 로딩을 포함한다.
포획 물질은 ≥ 약 50 m2/g (> 약 50 m2/g), 예컨대 ≥ 약 60 m2/g (> 약 60 m2/g), 바람직하게는 ≥ 약 75 m2/g (> 약 75 m2/g), 보다 바람직하게는 ≥ 약 90 m2/g (> 약 90 m2/g), 보다 더 바람직하게는 ≥ 약 100 m2/g (> 약 100 m2/g)의 평균 비표면적을 전형적으로 갖는 내화성 산화물의 입자를 포함한다.
내화성 산화물의 입자의 평균 비표면적 (SSA)은 부피측정 방법을 사용하여 -196℃에서 질소 물리흡착에 의해 결정될 수 있다. 평균 SSA는 BET 흡착 등온선 방정식을 사용하여 결정된다.
내화성 산화물은 <100 마이크로미터의 d90을 가질 수 있다. 내화성 산화물은 바람직하게는 < 75 마이크로미터, 예컨대 < 50 마이크로미터 (예를 들어 < 30 마이크로미터), 보다 바람직하게는 < 20 마이크로미터의 d90을 가질 수 있다. 내화성 산화물이 보다 작은 d90을 갖는 경우에, 보다 우수한 패킹 및 부착이 얻어질 수 있다. 의심을 피하기 위해, d90 측정치는 수학적 미 이론 모델을 적용하여 입자 크기 분포를 결정하는 부피-기반 기술 (즉, D90은 또한 DV90 (또는 D(v,0.90))으로 지칭될 수 있음)인, 레이저 회절 입자 크기 분석에 의해 말번 마스터사이저 2000을 사용하여 얻어질 수 있다.
전형적으로, 내화성 산화물은 > 0.1 마이크로미터의 d90을 갖는다. 내화성 산화물은 >1.0 마이크로미터, 예컨대 > 5.0 마이크로미터의 d90을 갖는 것이 바람직하다.
내화성 산화물은 적어도 65 중량%의 지르코니아 (ZrO2), 바람직하게는 적어도 70 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 80 중량%의 지르코니아 (예를 들어 적어도 90 중량%의 지르코니아)를 포함한다.
내화성 산화물은 20 중량% 미만의 세리아 (CeO2), 보다 바람직하게는 15 중량% 미만의 세리아, 보다 더 바람직하게는 10 중량% 미만의 세리아를 포함하는 것이 바람직하다.
전형적으로, 내화성 산화물은 세리아를 실질적으로 함유하지 않는다. 보다 바람직하게는, 내화성 산화물은 세리아를 포함하지 않는다.
내화성 산화물은 네오디뮴의 산화물 (예를 들어 Nd2O3), 란타넘의 산화물 (예를 들어 La2O3), 하프늄의 산화물 (예를 들어 HfO2), 이트륨의 산화물 (예를 들어 Y2O3) 및/또는 프라세오디뮴의 산화물 (예를 들어 Pr2O3, PrO2 및/또는 Pr6O11)을 추가로 포함할 수 있다. 이들 산화물은 내화성 산화물에 대해 안정화 기능을 제공할 수 있다. 일부 이들 산화물은 또한 내화성 산화물에 불순물로서 존재할 수 있다.
내화성 산화물은 네오디뮴의 산화물 (예를 들어 Nd2O3)을 추가로 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 내화성 산화물은 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 2.5 내지 15 중량% (예를 들어 5 내지 15 중량%), 예컨대 5 내지 10 중량%의 네오디뮴의 산화물 (예를 들어 Nd2O3)을 추가로 포함할 수 있다.
내화성 산화물은 지르코니아로 본질적으로 이루어질 수 있다.
전형적으로, Pt-합금 금속은 금속 및/또는 그의 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 금속은 바람직하게는 팔라듐 (Pd); 금 (Au); 구리 (Cu); Pd 및 Au의 혼합물; Pd 및 Cu의 혼합물; Au 및 Cu의 혼합물; Pd, Au 및 Cu의 혼합물; Pd 및 Au의 2금속성 합금; Pd 및 Cu의 2금속성 합금; Au 및 Cu의 2금속성 합금; 및 Pd, Au 및 Cu의 3금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 금속은 팔라듐 (Pd), Pd 및 Au의 혼합물, 및 Pd 및 Au의 2금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 금속은 팔라듐 (Pd)이다.
의심을 피하기 위해, Pt-합금 금속은 백금을 포함하지 않는다 (예를 들어 새로운 것이거나 또는 미사용일 때).
Pt-합금 금속의 입자는 ≤ 약 20 nm (예를 들어 < 약 20 nm)의 평균 입자 크기, 예컨대 ≤ 15 nm (예를 들어 < 약 15 nm), 보다 바람직하게는 ≤ 약 10 nm (예를 들어 < 약 10 nm), 특히 ≤ 8 nm (예를 들어 < 약 8 nm)의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
Pt-합금 금속 입자의 입자는 전형적으로 > 약 10%, 바람직하게는 ≥ 15% (예를 들어 15 내지 35%), 예컨대 ≥ 20% (예를 들어 20 내지 30%)의 분산도를 갖는다. 분산도의 측정치는 미사용된 Pt-합금 금속 입자 (즉, 반복된 또는 연장된 사용에 적용되지 않은, 프레시 입자)에 대한 것이다.
Pt-합금 금속과 관련하여, 특히 Pt-합금 금속이 팔라듐인 경우에 본원에 사용된 "평균 입자 크기" 및 "분산도"는 하기와 같이 CO 화학흡착에 의해 결정될 수 있다. Pt-합금 금속 함량을 유도 결합 플라즈마 광학 방출 분광분석법 (ICP-OES)에 의해 측정할 수 있다. 샘플의 CO 흡수량을 마이크로메리틱스 오토켐 2920 기기를 사용하여 측정할 수 있다. 샘플을 300℃에서 수소 가스로 전처리한다. 일산화탄소 흡수량을 50℃에서 펄스 화학흡착에 의해 측정한다. 그 후에, 샘플에 대한 CO 흡수량 및 S-포집 금속 함량에 기초하여 오토켐 2920 소프트웨어를 사용하여 Pt-합금 금속 입자 크기를 계산할 수 있다. 계산 시 CO:Pd에 대해 1:1의 화학흡착 비가 사용된다.
Pt-합금 금속의 분산도는 Pt-합금 금속의 입자 크기의 척도이다. 낮은 표면적을 갖는 큰 입자는 낮은 분산도를 갖는다.
일반적으로, 포획 물질 또는 포획 영역은 1 g ft-3 내지 50 g ft-3, 바람직하게는 4 g ft-3 내지 40 g ft-3, 보다 더 바람직하게는 8 g ft-3 내지 30 g ft-3의 Pt-합금 금속의 총 로딩 (예를 들어 Pt-합금 금속의 금속 함량)을 갖는다.
Pt-합금 금속은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된다. Pt-합금 금속은 내화성 산화물 상에 직접적으로 배치될 수 있거나 또는 그에 의해 직접적으로 지지된다 (예를 들어 Pt-합금 금속과 내화성 산화물 사이에 개재되는 지지체 물질이 없음). 예를 들어, Pt-합금 금속, 예컨대 팔라듐은 내화성 산화물의 표면 상에 분산되고/거나 내화성 산화물 내로 함침될 수 있다.
전형적으로, 내화성 산화물은, 특히 Pt-합금 금속이 팔라듐을 포함하는 경우에 Pt-합금 금속의 촉매 활성 (예를 들어 CO 및/또는 미연소 HC의 산화에서의 팔라듐의 촉매 활성)을 촉진시키는 물질이 아니다.
Pt-합금 금속의 적어도 1개의 입자가 내화성 산화물의 적어도 1개의 입자 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다. 바람직하게는, Pt-합금 금속의 복수의 입자가 내화성 산화물의 적어도 1개의 입자 상에 배치되거나 또는 지지된다. 보다 바람직하게는, 내화성 산화물의 복수의 입자가 존재하며, 여기서 Pt-합금 금속의 복수의 입자는 내화성 산화물의 각각의 입자 상에 배치되거나 또는 지지된다.
본 발명은, 산화 촉매의 일부인, (Pt)를 포함하는 촉매 물질과 관련하여 포획 물질의 다양한 배열을 포함한다. 원칙적으로, 포획 물질은 이러한 촉매 물질을 포함하는 산화 촉매와 함께 사용될 수 있다.
산화 촉매 자체가 포획 물질을 포함하는 경우에는 (즉, 포획 물질이 촉매 물질과 동일한 기판 상에 배치되거나 또는 지지됨), 산화 촉매는 본 발명의 산화 촉매이다.
포획 물질이 포획 브릭의 일부인 경우에는, 산화 촉매는 본 발명의 산화 촉매 또는 포획 물질을 포함하는 영역이 없는 산화 촉매일 수 있다.
산화 촉매가 본 발명의 산화 촉매인 경우에는, 이는 제1 포획 물질을 포함하는 영역을 포함할 수 있고, 포획 브릭은 제2 포획 물질을 포함할 수 있다. 제1 포획 물질은 제2 포획 물질의 조성과 동일하거나 상이한 조성을 가질 수 있다. 제1 포획 물질 및 제2 포획 물질의 조성이 상이한 경우에는, 각각의 포획 물질은 독립적으로 상기 정의된 바와 같은 조성을 가질 수 있다.
산화 촉매가 포획 물질을 포함하는 영역이 없는 산화 촉매인 경우에는, 산화 촉매는 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어지며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함한다.
산화 촉매와 관련하여 하기 기재된 특색은, 문맥에 달리 나타내지 않는 한, 본 발명의 산화 촉매 및/또는 포획 물질을 포함하는 영역이 없는 산화 촉매에 관한 것이다.
산화 촉매는 디젤 산화 촉매 (DOC), 촉매 그을음 필터 (CSF), NOx 저장 촉매 (NSC), 수동 NOx 흡착체 (PNA), 디젤 발열 촉매 (DEC), 냉간 시동 개념 (CSC™) 촉매 [각각 본원에 참조로 포함되는 WO 2012/166868 및 국제 특허 출원 번호 PCT/US14/69079 참조] 또는 암모니아 슬립 촉매 (ASC)일 수 있다. 산화 촉매는 DOC, CSF, NSC, PNA 또는 DEC인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 산화 촉매는 DOC 또는 CSF이다.
의심을 피하기 위해, 포획 물질 및 촉매 물질은 상이한 조성을 갖는다.
일반적으로, 촉매 물질은 지지체 물질 (본원에서 촉매 물질의 지지체 물질 또는 "CM 지지체 물질"이라 지칭됨) 상에 배치되거나 또는 지지된 백금 (Pt)을 포함한다. 백금은 지지체 물질 상에 직접적으로 배치될 수 있거나 또는 그에 의해 직접적으로 지지된다 (예를 들어 백금과 지지체 물질 사이에 개재되는 지지체 물질이 없음). 예를 들어, 백금은 지지체 물질의 표면에 걸쳐 분산되고/거나 지지체 물질 내로 함침될 수 있다.
CM 지지체 물질은 내화성 산화물 (본원에서 촉매 물질의 내화성 산화물이라 지칭됨)을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 내화성 산화물의 입자는 전형적으로 ≥ 75 m2/g, 예컨대 ≥ 85 m2/g, 바람직하게는 ≥ 100 m2/g의 평균 비표면적을 갖는다.
CM 지지체 물질의 내화성 산화물은 전형적으로 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 및 그의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 예를 들어, 내화성 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 실리카-알루미나, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 세리아-알루미나, 티타니아-실리카, 지르코니아-실리카, 지르코니아-티타니아, 세리아-지르코니아 및 알루미나-산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물이 알루미나의 혼합 또는 복합 산화물 (예를 들어 실리카-알루미나, 알루미나-산화마그네슘, 또는 알루미나 및 세리아의 혼합물)을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 바람직하게는 알루미나의 혼합 또는 복합 산화물은 적어도 50 내지 99 중량%의 알루미나, 보다 바람직하게는 70 내지 95 중량%의 알루미나, 보다 더 바람직하게는 75 내지 90 중량%의 알루미나를 포함한다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물이 세리아-지르코니아를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 세리아-지르코니아는 20 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 80 중량%의 지르코니아 (예를 들어 50 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 50 중량%의 지르코니아), 바람직하게는 35 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 65 중량%의 지르코니아 (예를 들어 55 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 45 중량%의 지르코니아), 보다 더 바람직하게는 45 내지 75 중량%의 세리아 및 25 내지 55 중량%의 지르코니아로 본질적으로 이루어질 수 있다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물은 임의로 도핑될 수 있다 (예를 들어 도펀트 사용). 도펀트는 지르코늄 (Zr), 티타늄 (Ti), 규소 (Si), 이트륨 (Y), 란타넘 (La), 프라세오디뮴 (Pr), 사마륨 (Sm), 네오디뮴 (Nd) 및 그의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물이 도핑되는 경우에, 도펀트의 총량은 0.25 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량% (예를 들어 약 1 중량%)이다.
CM 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물은 도펀트로 도핑된 알루미나를 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. 촉매 물질이 알칼리 토금속을 포함하는 경우에, 바람직하게는 산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC) 또는 촉매 그을음 필터 (CSF)인 경우에, CM 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물은 도펀트로 도핑된 알루미나를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어지는 것이 특히 바람직하다.
알루미나는 규소 (Si), 마그네슘 (Mg), 바륨 (Ba), 란타넘 (La), 세륨 (Ce), 티타늄 (Ti), 또는 지르코늄 (Zr) 또는 이들 중 2종 이상의 조합을 포함하는 도펀트로 도핑될 수 있다. 도펀트는 규소의 산화물, 마그네슘의 산화물, 바륨의 산화물, 란타넘의 산화물, 세륨의 산화물, 티타늄의 산화물 또는 지르코늄의 산화물을 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 도펀트는 규소, 마그네슘, 바륨, 세륨, 또는 그의 산화물, 특히 규소, 또는 세륨, 또는 그의 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 보다 바람직하게는, 도펀트는 규소, 마그네슘, 바륨, 또는 그의 산화물; 특히 규소, 마그네슘, 또는 그의 산화물; 특별히 규소 또는 그의 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다.
도펀트로 도핑된 알루미나의 예는 실리카로 도핑된 알루미나, 산화마그네슘으로 도핑된 알루미나, 바륨 또는 산화바륨으로 도핑된 알루미나, 산화란타넘으로 도핑된 알루미나, 또는 세리아로 도핑된 알루미나, 특히 실리카로 도핑된 알루미나, 산화란타넘으로 도핑된 알루미나, 또는 세리아로 도핑된 알루미나를 포함한다. 도펀트로 도핑된 알루미나는 실리카로 도핑된 알루미나, 바륨 또는 산화바륨으로 도핑된 알루미나, 또는 산화마그네슘으로 도핑된 알루미나인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 도펀트로 도핑된 알루미나는 실리카로 도핑된 알루미나 또는 산화마그네슘으로 도핑된 알루미나이다. 보다 더 바람직하게는, 도펀트로 도핑된 알루미나는 실리카로 도핑된 알루미나이다.
알루미나가 실리카로 도핑된 알루미나인 경우에는, 알루미나는 0.5 내지 45 중량% (즉, 알루미나 기준의 중량%), 바람직하게는 1 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 1.5 내지 30 중량% (예를 들어 1.5 내지 10 중량%), 특히 2.5 내지 25 중량%, 보다 특히 3.5 내지 20 중량% (예를 들어 5 내지 20 중량%), 보다 더 바람직하게는 4.5 내지 15 중량%의 총량의 실리카로 도핑된다.
알루미나가 산화마그네슘으로 도핑된 알루미나인 경우에는, 알루미나는 상기 정의된 바와 같은 양 또는 1 내지 40 중량% (즉, 알루미나 기준의 중량%), 예컨대 5 내지 28 중량%의 양의 산화마그네슘으로 도핑된다. 보다 바람직하게는, 알루미나는 10 내지 25 중량%의 양의 산화마그네슘으로 도핑된다.
대안적으로 또는 추가적으로, CM 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물은 알칼리 토금속 알루미네이트를 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. 용어 "알칼리 토금속 알루미네이트"는 일반적으로 화학식 MAl2O4 (여기서 "M"은 알칼리 토금속, 예컨대 Mg, Ca, Sr 또는 Ba를 나타냄)의 화합물을 지칭한다. 이러한 화합물은 스피넬 구조를 포함할 수 있다.
전형적으로, 알칼리 토금속 알루미네이트는 마그네슘 알루미네이트 (MgAl2O4), 칼슘 알루미네이트 (CaAl2O4), 스트론튬 알루미네이트 (SrAl2O4), 바륨 알루미네이트 (BaAl2O4), 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이다. 바람직하게는, 알칼리 토금속 알루미네이트는 마그네슘 알루미네이트 (MgAl2O4)이다.
산화 촉매에서, 촉매 물질은 단일 백금족 금속 (PGM)을 포함할 수 있으며, 이는 백금이다 (예를 들어 촉매 물질이 유일한 백금족 금속으로서 백금을 포함함).
대안적으로, 산화 촉매의 적용에 따라, 촉매 물질은 (i) 백금 (Pt), 및 (ii) 팔라듐 (Pd) 및/또는 로듐 (Rh)을 포함할 수 있다.
일반적으로, 촉매 영역 또는 그의 촉매 물질이 Pt 및 Pd (및 임의로 Rh)를 포함하는 경우에는, 전형적으로 Pt 대 Pd의 질량 기준 비는 ≥ 1:1이다. 촉매 물질은 Pt 대 Pd의 질량 기준 비가 1:0 내지 1:1이도록, Pt 및 임의로 Pd를 포함할 수 있다. 백금의 휘발화는 촉매 물질이 상대적으로 Pt 풍부일 때 발생하는 것으로 밝혀진 바 있다.
촉매 물질이 Pt 및 Pd (및 임의로 Rh)를 포함하는 경우에는, Pt 대 Pd의 질량 기준 비는 ≥ 1.5:1, 보다 바람직하게는 ≥ 2:1 (예를 들어 ≥ 3:1), 보다 더 바람직하게는 ≥ 4:1, 예컨대 ≥ 10:1인 것이 바람직하다. Pt 대 Pd의 질량 기준 비 (즉, 질량비)는 바람직하게는 50:1 내지 1:1, 보다 바람직하게는 30:1 내지 2:1 (예를 들어 25:1 내지 4:1), 보다 더 바람직하게는 20:1 내지 5:1, 예컨대 15:1 내지 7.5:1이다.
일반적으로, 촉매 물질이 Pt 및 Rh (및 임의로 Pd)를 포함하는 경우에는, 전형적으로 Pt 대 Rh의 질량 기준 비는 ≥ 1:1이다. 촉매 물질은 Pt 대 Rh의 질량 기준 비가 1:0 내지 1:1이도록, Pt 및 임의로 Rh를 포함할 수 있다. 촉매 물질이 Pt 및 Rh (및 임의로 Pd)를 포함하는 경우에는, 바람직하게는 Pt 대 Rh의 질량 기준 비는 ≥ 1.5:1, 보다 바람직하게는 ≥ 2:1 (예를 들어 ≥ 3:1), 보다 더 바람직하게는 ≥ 4:1, 예컨대 ≥ 10:1이다. Pt 대 Rh의 질량 기준 비 (즉, 질량비)는 바람직하게는 50:1 내지 1:1, 보다 바람직하게는 30:1 내지 2:1 (예를 들어 25:1 내지 4:1), 보다 더 바람직하게는 20:1 내지 5:1, 예컨대 15:1 내지 7.5:1이다.
촉매 물질이 Pd (및 임의로 Rh)를 포함하면, 촉매 물질은 CM 지지체 물질 상에 배치되거나 또는 지지된 Pd를 포함할 수 있다. Rh가 또한 존재하면, 촉매 물질은 CM 지지체 물질 상에 배치되거나 또는 지지된 Pd 및 Rh를 포함할 수 있다.
전형적으로, 산화 촉매는 5 내지 500 g ft-3의 PGM의 총 로딩을 갖는다. 바람직하게는, PGM의 총 로딩은 10 내지 400 g ft-3, 보다 바람직하게는 20 내지 300 g ft-3, 보다 더 바람직하게는 25 내지 250 g ft-3, 보다 더 바람직하게는 30 내지 200 g ft-3이다.
제1 산화 촉매 실시양태 (포획 물질이 존재하거나 또는 부재함)에서, 산화 촉매는 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC) 또는 수동 NOx 흡착체 (PNA)이다.
산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC), 수동 NOx 흡착체 (PNA), 냉간 시동 개념 (CSC™) 촉매 또는 암모니아 슬립 촉매 (ASC)인 경우에는, 전형적으로 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 20 내지 200 g ft-3, 보다 바람직하게는 40 내지 160 g ft-3의 PGM의 총 로딩을 갖는다.
제2 산화 촉매 실시양태 (포획 물질이 존재하거나 또는 부재함)에서, 산화 촉매는 촉매 그을음 필터 (CSF)이다.
산화 촉매가 촉매 그을음 필터 (CSF)인 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 1 내지 100 g ft-3, 보다 바람직하게는 5 내지 50 g ft-3의 PGM의 총 로딩을 갖는다.
산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC), 수동 NOx 흡착체 (PNA), 냉간 시동 개념 (CSC™) 촉매, 암모니아 슬립 촉매 (ASC) 또는 촉매 그을음 필터 (CSF)인 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 로듐 (Rh)을 포함하지 않는다. 촉매 물질은, 전형적으로 유일한 백금족 금속 (PGM)으로서 백금 (Pt), 또는 백금 (Pt) 및 팔라듐 (Pd)을 포함할 수 있다.
산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC) 또는 촉매 그을음 필터 (CSF)인 경우에, 내화성 산화물은 알루미나, 예컨대 도펀트로 임의로 도핑된 알루미나 (예를 들어 여기서 도펀트는 규소 또는 그의 산화물을 포함하거나, 또는 도펀트는 실리카임), 또는 알루미나의 혼합 또는 복합 산화물 (예를 들어 실리카-알루미나)을 포함하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 내화성 산화물은 알루미나로 본질적으로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 산화 촉매 실시양태에서 촉매 물질은 촉매 촉진제를 추가로 포함할 수 있다. 촉매 촉진제는 알칼리 토금속을 포함할 수 있거나 또는 그로 본질적으로 이루어질 수 있다. 알칼리 토금속은 마그네슘 (Mg), 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr), 바륨 (Ba) 및 이들 중 2종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 알칼리 토금속은 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr), 또는 바륨 (Ba)인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 스트론튬 (Sr) 또는 바륨 (Ba)이고, 가장 바람직하게는 알칼리 토금속은 바륨 (Ba)이다.
일반적으로, 촉매 물질은 10 내지 500 g ft-3 (예를 들어 60 내지 400 g ft-3 또는 10 내지 450 g ft-3), 특히 20 내지 400 g ft-3, 보다 특히 35 내지 350 g ft-3, 예컨대 50 내지 300 g ft-3, 특히 75 내지 250 g ft-3의 알칼리 토금속의 총량을 포함한다.
전형적으로, 촉매 촉진제 (예를 들어 알칼리 토금속) 및 백금 (및 임의로 팔라듐)은 CM 지지체 물질 상에 지지된다.
제3 산화 촉매 실시양태 (포획 물질이 존재하거나 또는 부재함)에서, 산화 촉매는 NOx 저장 촉매 (NSC)이다.
산화 촉매가 NOx 저장 촉매 (NSC)인 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 하기를 포함할 수 있다:
(a) 백금 (Pt) 및 팔라듐 (Pd), 바람직하게는 유일한 PGM으로서의 Pt 및 Pd; 또는
(b) 백금 (Pt) 및 로듐 (Rh), 바람직하게는 유일한 PGM으로서의 Pt 및 Rh; 또는
(c) 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd) 및 로듐 (Rh), 바람직하게는 유일한 PGM으로서의 Pt, Pd 및 Rh.
산화 촉매가 NOx 저장 촉매 (NSC)인 경우에는, 바람직하게는 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 20 내지 200 g ft-3, 보다 바람직하게는 40 내지 160 g ft-3의 PGM의 총 로딩을 갖는다.
촉매 물질이 Pd를 포함하면, Pd는 CM 지지체 물질 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다.
촉매 물질이 Pd를 포함하면, Pd는 CM 지지체 물질 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다.
제3 산화 촉매 실시양태에서, CM 지지체는 알루미나-산화마그네슘 (예를 들어 그의 혼합 또는 복합 산화물), 산화마그네슘으로 도핑된 알루미나 및 마그네슘 알루미네이트 (MgAl2O4)로 이루어진 군으로부터 선택된 내화성 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 내화성 산화물은 알루미나-산화마그네슘 (예를 들어 그의 혼합 또는 복합 산화물) 및 산화마그네슘으로 도핑된 알루미나로 이루어진 군으로부터 선택된다. 알루미나-산화마그네슘 또는 산화마그네슘으로 도핑된 알루미나는 1 내지 40 중량% (즉, 알루미나 기준의 중량%), 예컨대 5 내지 28 중량%의 양의 산화마그네슘을 포함한다. 보다 바람직하게는, 알루미나는 10 내지 25 중량%의 양의 산화마그네슘으로 도핑된다.
산화 촉매가 NOx 저장 촉매 (NSC)인 경우에는, 전형적으로 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 NOx 저장 성분을 포함한다.
NOx 저장 성분은 마그네슘 (Mg), 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr), 바륨 (Ba) 및 이들 중 2종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리 토금속을 포함한다. 알칼리 토금속은 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr), 또는 바륨 (Ba)인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 스트론튬 (Sr) 또는 바륨 (Ba)이고, 가장 바람직하게는 알칼리 토금속은 바륨 (Ba)이다.
전형적으로, NOx 저장 성분은 알칼리 토금속의 산화물, 탄산염 또는 수산화물로 이루어진다.
산화 촉매가 NOx 저장 촉매 (NSC)인 경우에는, 전형적으로 산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 100 내지 6000 g ft-3, 바람직하게는 250 내지 900 g ft-3 (예를 들어 250 내지 500 g ft-3), 특히 300 내지 850 g ft-3 (예를 들어 300 내지 450 g ft-3), 보다 특히 400 내지 800 g ft-3, 예컨대 450 내지 600 g ft-3의 NOx 저장 성분 (예를 들어 알칼리 토금속)의 총량을 포함한다. 일부 상황에서, CM 지지체 물질 및/또는 NSC 지지체 물질은, 예컨대 지지체 물질이 세리아를 포함할 때, 약간의 NOx 저장 활성을 제공할 수 있다. 의심을 피하기 위해, NOx 저장 성분의 총량은 전형적으로 CM 지지체 물질의 양 및/또는 NSC 지지체 물질의 양은 포함하지 않는다.
NOx 저장 성분은 CM 지지체 물질 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다.
산화 촉매 또는 그의 촉매 물질은 NOx 저장 성분 지지체 물질 (본원에서 "NSC 지지체 물질"이라 지칭됨)을 추가로 포함할 수 있다. CM 지지체 물질 상에 NOx 저장 성분이 배치되거나 또는 지지되는 것에 추가로 또는 그의 대안으로서, NOx 저장 성분은 NSC 지지체 물질 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다.
NSC 지지체 물질은 내화성 산화물, 예컨대 세리아, 및 그의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 내화성 산화물을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 세리아의 혼합 또는 복합 산화물은 세리아-알루미나 및 세리아-지르코니아로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 내화성 산화물은 세리아 및 세리아-지르코니아로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
NSC 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물이 세리아-지르코니아를 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 경우에는, 세리아-지르코니아는 20 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 80 중량%의 지르코니아 (예를 들어 50 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 50 중량%의 지르코니아), 바람직하게는 35 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 65 중량%의 지르코니아 (예를 들어 55 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 45 중량%의 지르코니아), 보다 더 바람직하게는 45 내지 75 중량%의 세리아 및 25 내지 55 중량%의 지르코니아로 본질적으로 이루어질 수 있다.
산화 촉매 (제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태 포함) 또는 그의 촉매 물질은 제올라이트를 추가로 포함할 수 있다. 제올라이트는 중간 세공 제올라이트 (예를 들어 10개 사면체 원자의 최대 고리 크기를 갖는 제올라이트) 또는 거대 세공 제올라이트 (예를 들어 12개 사면체 원자의 최대 고리 크기를 갖는 제올라이트)인 것이 바람직하다. 적합한 제올라이트 또는 제올라이트의 유형의 예는 파우자사이트, 클리놉틸로라이트, 모르데나이트, 실리칼라이트, 페리에라이트, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 초안정성 제올라이트 Y, AEI 제올라이트, ZSM-5 제올라이트, ZSM-12 제올라이트, ZSM-20 제올라이트, ZSM-34 제올라이트, CHA 제올라이트, SSZ-3 제올라이트, SAPO-5 제올라이트, 오프레타이트, 베타 제올라이트 또는 구리 CHA 제올라이트를 포함한다. 제올라이트는 바람직하게는 ZSM-5, 베타 제올라이트 또는 Y 제올라이트이다.
전형적으로, 제올라이트는 적어도 25:11, 바람직하게는 적어도 25:1의 실리카 대 알루미나 몰비를 가지며, 여기서 유용한 범위는 25:1 내지 1000:1, 50:1 내지 500:1 뿐만 아니라 25:1 내지 100:1, 25:1 내지 300:1, 100:1 내지 250:1이다.
산화 촉매 또는 그의 촉매 물질이 제올라이트를 포함하는 경우에는, 전형적으로 제올라이트의 총 로딩은 0.05 내지 3.00 g in-3, 특히 0.10 내지 2.00 g in-3, 보다 특히 0.2 내지 0.8 g in-3이다.
일반적으로, 산화 촉매는 촉매 물질을 포함하는 영역을 포함한다. 촉매 물질을 포함하는 영역은 본원에서 "촉매 영역"이라 지칭된다. 촉매 영역은 전형적으로 기판 상에 배치되거나 또는 지지된다. 촉매 영역은 기판 상에 직접적으로 배치될 수 있다 (즉, 촉매 영역이 기판의 표면과 접촉 상태임).
포획 영역은:
(a) 촉매 영역 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있고/거나;
(b) 기판 상에 직접적으로 배치될 수 있고/거나 [즉, 포획 영역이 기판의 표면과 접촉 상태임];
(c) 촉매 영역과 접촉 상태일 수 있다 [즉, 포획 영역이 촉매 영역에 인접해 있거나 또는 접해 있음].
일반적으로, 포획 영역은 기판의 복수의 채널 벽 (즉, 기판 내의 각각의 채널 벽) 상에 배치되거나 또는 지지된다.
본 발명의 산화 촉매는 또한 포획 물질을 포함하는 영역을 포함하며, 이는 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된다. 포획 물질을 포함하는 영역은 본원에서 "포획 영역"이라 지칭된다.
일반적으로, 포획 영역은 배기 가스가 산화 촉매를 이탈할 때 배기 가스와 접촉하도록 배열된다. 촉매 영역은 포획 영역에 앞서 배기 가스와 접촉하도록 배열 또는 배향될 수 있다. 본 발명의 산화 촉매의 제1 내지 제3 배열에서, 포획 영역은 배기 가스가 산화 촉매를 이탈할 때 배기 가스와 접촉하도록 배열되고, 임의로 촉매 영역은 포획 영역에 앞서 배기 가스와 접촉하도록 배열 또는 배향된다.
포획 영역은 포획 구역인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 포획 구역은 기판의 유출구 단부에 또는 그 근처에 배치되거나 또는 지지된다.
일반적으로, 포획 구역은 ≥ 0.5 인치 (≥ 12.7 mm), 바람직하게는 ≥ 1 인치 (≥ 25.4 mm)의 길이를 갖는다. 포획 구역의 이러한 길이는 기판의 길이와 무관하다.
포획 구역은 전형적으로 기판 길이의 2.5 내지 80% (예를 들어 5 내지 60%), 바람직하게는 기판 길이의 10 내지 50% (예를 들어 15 내지 35%), 보다 바람직하게는 기판 길이의 15 내지 30%의 길이를 갖는다.
본 발명의 산화 촉매의 제1 배열에서 (제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태 포함), 촉매 영역은 포획 구역의 상류에 배치되거나 또는 지지된다. 바람직하게는, 촉매 영역은 촉매 구역이다. 보다 바람직하게는, 촉매 구역은 기판의 유입구 단부에 또는 그 근처에 배치되거나 또는 지지된다.
전형적으로, 촉매 구역은 기판 길이의 10 내지 90% (예를 들어 50 내지 90%), 바람직하게는 기판 길이의 15 내지 80% (예를 들어 55 내지 80%), 보다 바람직하게는 기판 길이의 20 내지 75% (예를 들어 30 내지 65%), 보다 더 바람직하게는 30 내지 65%의 길이를 갖는다.
촉매 구역은 포획 구역에 인접해 있을 수 있다. 바람직하게는, 촉매 구역은 포획 구역과 접촉 상태이다. 촉매 구역이 포획 구역에 인접해 있거나 또는 촉매 구역이 포획 구역과 접촉 상태인 경우에는, 촉매 구역 및 포획 구역은 층 (예를 들어 단일 층)으로서 기판 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다. 따라서, 촉매 및 포획 구역이 서로 인접해 있거나 또는 접촉 상태일 때 층 (예를 들어 단일)이 기판 상에 형성될 수 있다. 이러한 배열은 배압의 문제를 피할 수 있다.
촉매 구역은 포획 구역으로부터 이격되어 있을 수 있다. 촉매 구역과 포획 구역 사이에 간격 (예를 들어 공간)이 있을 수 있다.
포획 구역은 촉매 구역과 중첩될 수 있다. 포획 구역의 단부 부분 또는 일부가 촉매 구역 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다. 포획 구역은 일반적으로 단지 부분적으로 촉매 구역과 중첩된다.
본 발명의 제2 산화 촉매 배열에서 (제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태 포함), 촉매 영역은 촉매 층이다. 촉매 층은 기판의 실질적으로 전체 길이, 특히 단일체 기판 채널의 전체 길이에 대해 연장되는 것이 바람직하다.
포획 구역은 전형적으로 촉매 층 상에 배치되거나 또는 지지된다. 바람직하게는 포획 구역은 촉매 층 상에 직접적으로 배치된다 (즉, 포획 구역이 촉매 층의 표면과 접촉 상태임).
포획 구역이 촉매 층 상에 배치되거나 또는 지지되는 경우에, 포획 구역의 전체 길이가 촉매 층 상에 배치되거나 또는 지지되는 것이 바람직하다. 포획 구역의 길이는 촉매 층의 길이보다 짧다.
제3 산화 촉매 배열에서 (제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태 포함), 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된 포획 영역은, 유출구 단부 표면 (즉, 기판의 유출구 단부 표면) 상에 배치되거나 또는 지지된 포획 물질이다. 따라서, 산화 촉매는, 유입구 단부 표면 및 유출구 단부 표면을 갖는 기판; 기판 상에 배치된 촉매 물질; 및 유출구 단부 표면 (즉, 기판의 유출구 단부 표면) 상에 배치되거나 또는 지지된 포획 물질을 포함한다.
제3 산화 촉매 배열은 귀금속 또는 희토류 금속과 같은 값비싼 물질의 대량 사용을 필요로 하지 않기 때문에, 백금-함유 산화 촉매로부터 휘발화된 백금이 빠져나오는 것을 감소시키거나 또는 방지하는 (또한 촉매에 의해 생성된 NO2의 양이 저감되는 것을 피할 수 있음) 비용 효과적인 해결책을 제공한다.
포획 물질은 기판의 유출구 단부 표면 상에 직접적으로 배치되거나 또는 지지될 수 있다 (예를 들어 포획 물질은 기판의 유출구 단부 표면과 접촉 상태임).
제3 산화 촉매 배열에서는 (제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태 포함), 바람직하게는 산화 촉매는 1 g ft-3 내지 500 g ft-3 (예를 들어 50 내지 400 g ft-3), 바람직하게는 4 g ft-3 내지 250 g ft-3 (예를 들어 75 내지 250 g ft-3), 보다 더 바람직하게는 8 g ft-3 내지 150 g ft-3 (예를 들어 100 내지 150 g ft-3)의 Pt-합금 금속의 총 로딩 (예를 들어 Pt-합금 금속의 금속 함량)을 갖는다. 포획 물질은 기판의 상대적으로 작은 부피를 차지할 수 있으며, 높은 로딩의 Pt-합금 금속이 존재할 필요가 있을 수 있다.
Pt-합금 금속, 예컨대 팔라듐은 기판의 유출구 단부 표면 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다 (예를 들어 Pt-합금 금속이 기판의 유출구 단부 표면 상에 직접적으로 코팅됨).
포획 물질은 기판의 유출구 단부 표면 (예를 들어 기판의 하류 단부 면) 상에 배치되거나 또는 지지된다. 기판의 유출구 단부 표면은 전형적으로 복수의 채널 벽 에지를 포함한다.
기판의 유출구 단부 표면은 평면 (예를 들어 통상적인 벌집형 기판에서와 같이) 또는 비-평면일 수 있다. 기판의 유출구 단부 표면이 비-평면인 경우에는, 유출구 단부 표면은 3차원적 토포그래피 구성을 가질 수 있다. 비-평면 단부 표면을 갖는 기판의 예는 US 8,257,659에 기재되어 있다. 비-평면 단부 표면을 갖는 기판은 평면 단부 표면을 갖는 기판보다 휘발화된 백금을 포집하는 포획 물질을 위한 보다 큰 표면적을 제공할 수 있다.
일반적으로, 기판의 유출구 단부 표면은 평면인 것이 바람직하다.
기판의 유출구 단부 표면 상에 배치되거나 또는 지지되는 것 이외에도, 포획 물질은 기판 내의 복수의 채널 벽 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다. 포획 물질의 적용 동안, 포획 물질 중 일부가 기판의 채널에 진입하며, 이에 의해 기판 내의 채널 벽을 부분적으로 코팅할 수 있다.
포획 물질이 기판 내의 복수의 채널 벽 상에 배치되거나 또는 지지되는 경우에는, 산화 촉매는 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 포획 구역을 포함한다.
포획 구역은 전형적으로 ≤ 25 mm, 바람직하게는 ≤ 20 mm, 예컨대 ≤ 15 mm, 보다 바람직하게는 ≤ 10 mm (예를 들어 ≤ 5 mm), 보다 더 바람직하게는 ≤ 3 mm (예를 들어 < 3 mm)의 평균 길이 (예를 들어 기판의 유출구 단부 표면으로부터의 길이)를 갖는다. 의심을 피하기 위해, 평균 길이는 기판의 축 방향의 길이를 지칭한다.
일반적으로, 산화 촉매는 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함한다. 촉매 물질은 기판 내의 복수의 채널 벽 상에 배치되거나 또는 지지된다.
제3 산화 촉매 배열에서 (제1 내지 제3 산화 촉매 실시양태 포함), 기판이 여과형 단일체 기판인 경우에, 촉매 물질은 유입구 채널의 막혀 있거나 또는 밀봉되어 있는 단부 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다. 촉매 물질은 복수의 유입구 채널의 막혀 있거나 또는 밀봉되어 있는 단부 상에 배치되거나 또는 지지되는 것이 바람직하다. 유입구 채널의 각각의 막혀 있거나 또는 밀봉되어 있는 단부는 기판의 하류 단부 (즉, 배기 가스 유출구 측)에 존재한다.
본 발명의 산화 촉매가 디젤 산화 촉매 (DOC), 디젤 발열 촉매 (DEC), 수동 NOx 흡착체 (PNA), NOx 저장 촉매 (NSC), CSC™ 촉매, ASC 또는 촉매 그을음 필터 (CSF)인 경우에는, 산화 촉매는 상기 제1, 제2 또는 제3 산화 촉매 배열을 가질 수 있다.
본 발명의 산화 촉매가 촉매 그을음 필터 (CSF)인 경우에는, 촉매 영역 (또는 촉매 층 또는 촉매 구역) 및 포획 영역 (또는 포획 구역) 둘 다는 (i) 기판의 복수의 유입구 채널 벽 및/또는 (ii) 기판의 복수의 유출구 채널 벽 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 산화 촉매가 촉매 그을음 필터 (CSF)인 경우에는, 촉매 영역 (또는 촉매 층 또는 촉매 구역)은 기판의 복수의 유입구 채널 벽 상에 배치되거나 또는 지지되고, 포획 영역 (또는 포획 구역)은 기판의 복수의 유출구 채널 벽 상에 배치되거나 또는 지지되는 것이 바람직하다.
산화 촉매를 지지하기 위한 기판은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다. 기판 상에 촉매 물질 또는 포획 물질을 적용하기 위한 워시코트를 제조하는 방법 및 기판 상에 워시코트를 적용하는 방법이 또한 관련 기술분야에 공지되어 있다 (예를 들어, 본 출원인의 WO 99/47260, WO 2007/077462 및 WO 2011/080525 참조).
기판은 전형적으로 복수의 채널 (예를 들어 배기 가스가 이를 통해 유동함)을 갖는다. 일반적으로, 기판은 세라믹 물질 또는 금속성 물질이다.
기판은 코디어라이트 (SiO2-Al2O3-MgO), 탄화규소 (SiC), Fe-Cr-Al 합금, Ni-Cr-Al 합금 또는 스테인레스 스틸 합금으로 만들어지거나 또는 그로 구성되는 것이 바람직하다.
전형적으로, 기판은 단일체 (본원에서 단일체 기판이라고도 지칭됨)이다. 이러한 단일체 기판은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다.
단일체 기판은 관통형 단일체 기판일 수 있다. 대안적으로, 단일체 기판은 여과형 단일체 기판일 수 있다.
관통형 단일체 기판은 전형적으로 이를 통해 연장되는 복수의 채널을 갖는 벌집형 단일체 (예를 들어 금속 또는 세라믹 벌집형 단일체)를 포함하며, 상기 채널은 양쪽 단부에서 개방되어 있다. 기판이 관통형 단일체 기판인 경우에는, 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 디젤 산화 촉매 (DOC), NOx 저장 촉매 (NSC), 수동 NOx 흡착체 (PNA), 디젤 발열 촉매 (DEC), 냉간 시동 개념 (CSC™) 촉매 또는 암모니아 슬립 촉매 (ASC)이다.
여과형 단일체 기판은 일반적으로 복수의 유입구 채널 및 복수의 유출구 채널을 포함하며, 여기서 유입구 채널은 상류 단부 (즉, 배기 가스 유입구 측)에서 개방되어 있으며 하류 단부 (즉, 배기 가스 유출구 측)에서 막혀 있거나 또는 밀봉되어 있고, 유출구 채널은 상류 단부에서 막혀 있거나 또는 밀봉되어 있으며 하류 단부에서 개방되어 있고, 여기서 각각의 유입구 채널은 다공성 구조에 의해 유출구 채널로부터 분리되어 있다. 기판이 여과형 단일체 기판인 경우에는, 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 촉매 그을음 필터 (CSF), 또는 필터 상의 NOx 저장 촉매 (NSC), 바람직하게는 촉매 그을음 필터 (CSF)이다.
단일체 기판이 여과형 단일체 기판인 경우에, 여과형 단일체 기판은 벽-유동형 필터인 것이 바람직하다. 벽-유동형 필터에서, 각각의 유입구 채널은 다공성 구조의 벽에 의해 유출구 채널로부터 교대로 분리되며, 그 반대의 경우도 가능하다. 유입구 채널 및 유출구 채널은 벌집형 배열로 배열되는 것이 바람직하다. 벌집형 배열이 존재하는 경우에, 유입구 채널에 종방향 및 횡방향으로 인접해 있는 채널은 상류 단부에서 막혀 있는 것이 바람직하며, 그 반대의 경우도 가능하다 (즉, 유출구 채널에 종방향 및 횡방향으로 인접해 있는 채널은 하류 단부에서 막혀 있음). 어느 단부에서 보더라도, 채널의 교대로 막혀 있고 개방되어 있는 단부는 체스판의 외관을 취한다.
원칙적으로, 기판은 임의의 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 그러나, 기판의 형상 및 크기는 통상적으로 촉매 내 촉매 활성 물질의 배기 가스에의 노출을 최적화하도록 선택된다. 기판은, 예를 들어, 관상, 섬유상 또는 미립자 형태를 가질 수 있다. 적합한 지지 기판의 예는 단일체 벌집형 코어디어라이트 유형의 기판, 단일체 벌집형 SiC 유형의 기판, 층상 섬유 또는 편성 직물 유형의 기판, 발포체 유형의 기판, 직교류 유형의 기판, 금속 와이어 메쉬 유형의 기판, 금속 다공체 유형의 기판 및 세라믹 입자 유형의 기판을 포함한다.
본 발명은 또한 기판 및 기판 상에 배치된 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 포획 브릭을 제공한다. 포획 물질은 상기 정의된 바와 같은 포획 물질일 수 있다.
전형적으로, 포획 브릭은 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 층을 포함한다. 층은 기판 상에 배치되거나 또는 지지된다. 층은 기판의 실질적으로 전체 길이, 특히 기판 채널의 전체 길이에 대해 연장되는 것이 바람직하다.
포획 브릭은 기판, 및 포획 물질을 포함하거나 또는 그로 본질적으로 이루어진 층으로 본질적으로 이루어질 수 있다.
포획 브릭은 0.1 내지 3.5 g in-3, 바람직하게는 0.2 내지 2.5 g in-3, 보다 더 바람직하게는 0.3 내지 2.0 g in-3, 보다 더 바람직하게는 0.5 내지 1.75 g in-3 (예를 들어 0.75 내지 1.5 g in-3)의 내화성 산화물의 로딩을 가질 수 있다.
포획 브릭의 기판은 일반적으로 상기 정의된 바와 같은 단일체 (본원에서 단일체 기판이라고도 지칭됨)이다. 단일체 기판은 바람직하게는 관통형 단일체 기판이다.
전형적으로, 포획 브릭의 기판은 30 mm 내지 300 mm (예를 들어 30 mm 내지 100 mm), 바람직하게는 40 mm 내지 200 mm, 예컨대 50 mm 내지 150 mm의 축 길이를 갖는다.
추가로 본 발명은 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템을 제공한다. 전형적으로, 배기 시스템은 (i) 본 발명의 산화 촉매 및/또는 본 발명의 포획 브릭, 및 (ii) 배출물 제어 장치를 포함한다.
배출물 제어 장치의 예는 디젤 미립자 필터 (DPF), NOx 저장 촉매 (NSC), 희박 NOx 촉매 (LNC), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 디젤 산화 촉매 (DOC), 촉매 그을음 필터 (CSF), 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매, 암모니아 슬립 촉매 (ASC) 및 이들 중 2종 이상의 조합을 포함한다. 이러한 배출물 제어 장치는 모두 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다.
배기 시스템은 NOx 저장 촉매 (NSC), 암모니아 슬립 촉매 (ASC), 디젤 미립자 필터 (DPF), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 촉매 그을음 필터 (CSF), 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 및 이들 중 2종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 배출물 제어 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 배출물 제어 장치는 디젤 미립자 필터 (DPF), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 촉매 그을음 필터 (CSF), 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 및 이들 중 2종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 보다 더 바람직하게는, 배출물 제어 장치는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매이다.
본 발명의 배기 시스템이 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매를 포함하는 경우에는, 배기 시스템은 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매의 상류에서 질소함유 환원제, 예컨대 암모니아 또는 암모니아 전구체, 예컨대 우레아 또는 암모늄 포르메이트, 바람직하게는 우레아를 배기 가스로 분사하기 위한 분사기를 추가로 포함할 수 있다. 전형적으로, 분사기는 산화 촉매 및/또는 포획 브릭의 하류에 있다. 이러한 분사기는 질소함유 환원제 전구체의 공급원 (예를 들어 탱크)에 유체적으로 연결될 수 있다. 배기 가스로 전구체를 밸브-제어 투입하는 것은 적합하게 프로그램화된 엔진 관리 수단, 및 배기 가스의 조성을 모니터링하는 센서에 의해 제공된 폐쇄 루프 또는 개방 루프 피드백에 의해 조절될 수 있다. 암모니아는 또한 암모늄 카르바메이트 (고체)를 가열함으로써 생성될 수 있고, 생성된 암모니아는 배기 가스로 분사될 수 있다.
분사기에 대해 대안적으로 또는 추가로, 암모니아는 계내에서 생성될 수 있다 (예를 들어 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매의 상류에 배치된 NSC의 농후 재생 동안). 따라서, 배기 시스템은 배기 가스를 탄화수소로 농후화하기 위한 엔진 관리 수단을 추가로 포함할 수 있다.
SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매는 Cu, Hf, La, Au, In, V, 란타나이드 및 VIII족 전이 금속 (예를 들어 Fe) 중 적어도 1종으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함할 수 있으며, 여기서 금속은 내화성 산화물 또는 분자체 상에 지지된다. 금속은 바람직하게는 Ce, Fe, Cu 및 이들 중 임의의 2종 이상의 조합으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 금속은 Fe 또는 Cu이다.
SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매를 위한 내화성 산화물은 Al2O3, TiO2, CeO2, SiO2, ZrO2 및 이들 중 2종 이상을 함유하는 혼합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 비-제올라이트 촉매는 또한 텅스텐 산화물 (예를 들어 V2O5/WO3/TiO2, WOx/CeZrO2, WOx/ZrO2 또는 Fe/WOx/ZrO2)을 포함할 수 있다.
SCR 촉매, SCRF™ 촉매 또는 그의 워시코트가 적어도 1종의 분자체, 예컨대 알루미노실리케이트 제올라이트 또는 SAPO를 포함하는 경우에 특히 바람직하다. 적어도 1종의 분자체는 소 세공, 중간 세공 또는 거대 세공 분자체일 수 있다. 본원에서 본 발명자들은 "소 세공 분자체"를 통해 8의 최대 고리 크기를 함유하는 분자체, 예컨대 CHA를 의미하고; 본원에서 본 발명자들은 "중간 세공 분자체"를 통해 10의 최대 고리 크기를 함유하는 분자체, 예컨대 ZSM-5를 의미하고; 본원에서 본 발명자들은 "거대 세공 분자체"를 통해 12의 최대 고리 크기를 갖는 분자체, 예컨대 베타를 의미한다. 소 세공 분자체가 잠재적으로 SCR 촉매에 사용하기에 유리하다.
본 발명의 배기 시스템에서, SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매를 위한 바람직한 분자체는 AEI, ZSM-5, ZSM-20, ZSM-34를 포함한 ERI, 모르데나이트, 페리에라이트, 베타를 포함한 BEA, Y, CHA, Nu-3을 포함한 LEV, MCM-22 및 EU-1, 바람직하게는 AEI 또는 CHA로 이루어진 군으로부터 선택되며, 약 10 내지 약 50, 예컨대 약 15 내지 약 40의 실리카-대-알루미나 비를 갖는 합성 알루미노실리케이트 제올라이트 분자체이다.
제1 배기 시스템 배열에서, 배기 시스템은 본 발명의 산화 촉매 (예를 들어 산화 촉매가 포획 물질을 포함하는 영역을 포함함)를 포함한다.
제1 배기 시스템 배열의 제1 실시양태에서, 배기 시스템은 본 발명의 산화 촉매 (예를 들어 DOC, DEC, NSC, PNA, CSC™ 촉매 또는 ASC로서) 및 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 포함한다. 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 사이에 질소함유 환원제 분사기가 배열될 수 있다. 따라서, 산화 촉매는 질소함유 환원제 분사기의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 질소함유 환원제 분사기는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있다.
제1 배기 시스템 배열의 제2 실시양태에서, 배기 시스템은 본 발명의 산화 촉매 (예를 들어 CSF, DOC, DEC, NSC, PNA, CSC™ 촉매 또는 ASC로서) 및 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 및 임의로 촉매 그을음 필터 (CSF) 또는 디젤 미립자 필터 (DPF)를 포함한다.
제1 배기 시스템 배열의 제2 실시양태에서, 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소함유 환원제 분사기가 배열될 수 있다. 따라서, 산화 촉매는 질소함유 환원제 분사기의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 질소함유 환원제 분사기는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있다. 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매는 촉매 그을음 필터 (CSF) 또는 디젤 미립자 필터 (DPF)의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있다.
제1 배기 배열의 제3 실시양태는 디젤 산화 촉매 (DOC), 본 발명의 산화 촉매 (바람직하게는 촉매 그을음 필터 (CSF)로서), 및 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매를 포함하는 배기 시스템에 관한 것이다. 디젤 산화 촉매 (DOC)는 전형적으로 본 발명의 산화 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있다. 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소함유 환원제 분사기가 배열될 수 있다. 따라서, 산화 촉매는 질소함유 환원제 분사기의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 질소함유 환원제 분사기는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있다.
제2 배기 시스템 배열에서, 배기 시스템은 (i) 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 여기서 산화 촉매는 제1 기판 및 제1 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및 (ii) 배기 가스가 산화 촉매를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된 본 발명의 포획 브릭을 포함한다. 산화 촉매는 본 발명의 산화 촉매일 수 있거나 또는 아닐 수 있다.
제2 배기 시스템 배열의 제1 실시양태에서, 배기 시스템은 산화 촉매 (예를 들어 DOC, DEC, NSC, PNA, CSC™ 촉매 또는 ASC로서), 예컨대 상기 정의된 바와 같은 산화 촉매 또는 본 발명의 산화 촉매, 본 발명의 포획 브릭, 및 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매를 포함한다. 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 포획 브릭의 앞에 (예를 들어 상류에) 있다. 포획 브릭은 전형적으로 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매의 앞에 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 사이에, 바람직하게는 포획 브릭과 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 사이에 질소함유 환원제 분사기가 배열될 수 있다. 따라서, 산화 촉매는 포획 브릭의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 포획 브릭은 질소함유 환원제 분사기의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 질소함유 환원제 분사기는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있다.
제2 배기 시스템 배열의 제2 실시양태에서, 배기 시스템은 산화 촉매 (예를 들어 CSF, DOC, DEC, NSC, PNA, CSC™ 촉매 또는 ASC로서), 예컨대 상기 정의된 바와 같은 산화 촉매 또는 본 발명의 산화 촉매, 본 발명의 포획 브릭, 및 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 및 임의로 촉매 그을음 필터 (CSF) 또는 디젤 미립자 필터 (DPF)를 포함한다.
제2 배기 시스템 배열의 제2 실시양태에서, 산화 촉매는 전형적으로 포획 브릭의 앞에 (예를 들어 상류에) 있고, 포획 브릭은 전형적으로 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소함유 환원제 분사기가 배열될 수 있고, 바람직하게는 포획 브릭과 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소함유 환원제 분사기가 배열된다. 따라서, 산화 촉매는 포획 브릭의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 포획 브릭은 질소함유 환원제 분사기의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 질소함유 환원제 분사기는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있다. 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매는 촉매 그을음 필터 (CSF) 또는 디젤 미립자 필터 (DPF)의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있다.
제2 배기 시스템 배열의 제3 실시양태는 디젤 산화 촉매 (DOC), 상기 기재된 바와 같은 산화 촉매 또는 본 발명의 산화 촉매 (촉매 그을음 필터 (CSF)로서), 포획 브릭, 및 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매를 포함하는 배기 시스템에 관한 것이다. 디젤 산화 촉매 (DOC)는 전형적으로 산화 촉매 (예를 들어 CSF)의 앞에 (예를 들어 상류에) 있다. 본 발명의 산화 촉매는 전형적으로 포획 브릭의 앞에 (예를 들어 상류에) 있고, 포획 브릭은 전형적으로 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있다. 산화 촉매와 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소함유 환원제 분사기가 배열될 수 있고, 바람직하게는 포획 브릭과 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 사이에 질소함유 환원제 분사기가 배열된다. 따라서, 산화 촉매는 포획 브릭의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 포획 브릭은 질소함유 환원제 분사기의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있고, 질소함유 환원제 분사기는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 앞에 (예를 들어 상류에) 있을 수 있다.
상기 본원에 기재된 제1 또는 제2 배기 시스템 배열의 임의의 실시양태에서, ASC 촉매는 SCR 촉매 또는 SCRF™ 촉매로부터 하류에 배치될 수 있거나 (즉, 별개의 기판 단일체로서), 또는 보다 바람직하게는 SCR 촉매를 포함하는 기판 단일체의 하류 또는 후단 단부 상의 구역이 ASC를 위한 지지체로서 사용될 수 있다.
본 발명은 추가로 차량을 제공한다. 차량은 압축 점화 엔진, 및 본 발명의 산화 촉매, 배기 시스템 또는 포획 브릭을 포함한다. 압축 점화 엔진은 바람직하게는 디젤 엔진이다. 디젤 엔진은 균일 충전 압축 점화 (HCCI) 엔진, 예비-혼합 충전 압축 점화 (PCCI) 엔진 또는 저온 연소 (LTC) 엔진일 수 있다. 디젤 엔진은 통상적인 (즉, 전통적인) 디젤 엔진인 것이 바람직하다.
차량은 미국 또는 유럽 법규에 정의된 바와 같은 소형 디젤 차량 (LDV)일 수 있다. 소형 디젤 차량은 전형적으로 < 2840 kg의 중량, 보다 바람직하게는 < 2610 kg의 중량을 갖는다.
미국에서, 소형 디젤 차량 (LDV)은 ≤ 8,500 파운드 (US lb)의 총 중량을 갖는 디젤 차량을 지칭한다. 유럽에서, 용어 소형 디젤 차량 (LDV)은 (i) 운전석 이외에 8개 이하의 좌석을 포함하며 5 톤을 초과하지 않는 최대 질량을 갖는 승용 차량, 및 (ii) 12 톤을 초과하지 않는 최대 질량을 갖는 화물 운송 차량을 지칭한다.
대안적으로, 차량은 미국 법규에 정의된 바와 같은 대형 디젤 차량 (HDV), 예컨대 > 8,500 파운드 (US lb)의 총 중량을 갖는 디젤 차량일 수 있다.
여과형 기판을 갖는 배출물 제어 장치는 디젤 미립자 필터 (DPF), 촉매 그을음 필터 (CSF), 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF™) 촉매 및 이들 중 2종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
정의
본원에 사용된 용어 "혼합 산화물"은 일반적으로 관련 기술분야에 통상적으로 공지된 바와 같이, 단일 상의 산화물의 혼합물을 지칭한다. 본원에 사용된 용어 "복합 산화물"은 일반적으로 관련 기술분야에 통상적으로 공지된 바와 같이, 1개 초과의 상을 갖는 산화물의 조성물을 지칭한다.
본원에 사용된 두문자어 "PGM"은 "백금족 금속"을 지칭한다. 용어 "백금족 금속"은 일반적으로 Ru, Rh, Pd, Os, Ir 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 금속, 바람직하게는 Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 지칭한다. 일반적으로, 용어 "PGM"은 바람직하게는 Rh, Pt 및 Pd로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 지칭한다.
본원에 사용된 용어 "포획 영역"은 "휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 영역"에 대한 동의어이다.
특히 "유입구 단부 표면" 또는 "유출구 단부 표면"과 관련하여 본원에 사용된 표현 "단부 표면"은 표현 "단부 면"과 동의어이다. 기판의 단부 표면 또는 단부 면은 전형적으로 기판을 통한 채널을 한정하거나 또는 경계를 정하는 벽 에지에 의해 (예를 들어 기판의 외부 표면에서) 형성된다.
본원에 사용된 표현 "Pt-합금 금속"은, 바람직하게는 배기 가스의 온도가 < 900℃, 특히 < 800℃, 예컨대 < 700℃일 때, 백금 (즉, 백금 금속)과 합금을 형성할 수 있는 물질을 지칭한다.
본원에 사용된 표현 "본질적으로 이루어진"은 특색의 범주를 명시된 물질, 및 그 특색의 기본적인 특징에 실질적으로 영향을 주지 않는 임의의 다른 물질 또는 단계, 예컨대 예를 들어 미량의 불순물을 포함하는 것으로 제한한다. "로 본질적으로 이루어진"이라는 표현은 "로 이루어진"이라는 표현을 포괄한다.
물질과 관련하여, 전형적으로 워시코트 영역, 워시코트 층 또는 워시코트 구역의 함량과 관련하여 본원에 사용된 표현 "실질적으로 함유하지 않는"은, 물질이 미량으로, 예컨대 ≤ 5 중량%, 바람직하게는 ≤ 2 중량%, 보다 바람직하게는 ≤ 1 중량%로 존재하는 것을 의미한다. "실질적으로 함유하지 않는"이라는 표현은 "포함하지 않는"이라는 표현을 포괄한다.
수치 범위의 종점과 관련하여 본원에 사용된 표현 "약"은 명시된 수치 범위의 정확한 종점을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 파라미터를 "약 0.2" 이하인 것으로 정의하는 표현은 0.2를 포함한 0.2까지의 파라미터를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "선택적 촉매 환원 필터 촉매"는 디젤 미립자 필터 상에 코팅되어 있는 선택적 촉매 환원 배합물 (SCR-DPF)을 포함하며, 이는 관련 기술분야에 공지되어 있다.
실시예
이제부터 본 발명은 하기 비제한적 실시예에 의해 예시될 것이다.
실시예 1 (참조 SCR 촉매)
3 중량% Cu/CHA 제올라이트로 코팅된 기판의 제조
상업적으로 입수가능한 알루미노실리케이트 CHA 제올라이트를 교반과 함께 Cu(NO3)2의 수성 용액에 첨가하였다. 슬러리를 여과한 다음, 세척하고 건조시켰다. 상기 절차는 목적하는 금속 로딩을 달성하기 위해 반복될 수 있다. 최종 생성물을 소성하였다. 혼합 후, 결합제 및 레올로지 개질제를 첨가하여 워시코트 조성물을 형성하였다.
400 cpsi 코디어라이트 관통형 기판 단일체를 WO 99/47260에 개시된 방법을 사용하여 3 중량% Cu/CHA 제올라이트 샘플의 수성 슬러리로 코팅하였다. 상기 코팅된 생성물 (한쪽 단부로부터만 코팅됨)을 건조시킨 다음 소성하고, 이 공정을 실질적으로 전체 기판 단일체가 코팅되도록 다른쪽 단부로부터 반복하였으며, 두 코팅 사이의 연결부에서 축 방향으로 약간의 중첩이 있었다. 코팅된 기판 단일체를 공기 중 퍼니스에서 5시간 동안 500℃에서 노화시켰다. 1 인치 (2.54cm) 직경 x 3 인치 (7.62cm) 길이의 코어를 완성된 물품으로부터 절단하였다.
실시예 2 (비교예)
실리카-알루미나 분말을 물 중에 슬러리화하고, < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 아세트산바륨을 슬러리에 첨가한 다음, 적절한 양의 가용성 백금 및 팔라듐 염을 첨가하였다. 베타 제올라이트를, 슬러리가 질량 기준 77% 실리카-알루미나 및 23% 제올라이트를 포함하도록 첨가하였다. 이어서, 슬러리를 교반하여 균질화하였다. 생성된 워시코트를 확립된 코팅 기술을 사용하여 제곱 인치당 400개의 셀을 갖는 코디어라이트 관통형 단일체의 유입구 채널에 적용하였다. 이어서, 부재를 건조시켰다.
실리카-알루미나의 제2 슬러리를 < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 질산백금 용액, 이어서 질산망가니즈 용액을 첨가하였다. 혼합물을 교반하여 균질화하였다. 슬러리를 확립된 코팅 기술을 사용하여 기판의 유출구 단부에 적용하였다. 이어서, 부재를 건조시키고, 500℃에서 소성하였다. 생성된 촉매는 150 g ft-3의 총 PGM 로딩 및 3:1의 Pt:Pd 중량비를 가졌다. Mn 로딩은 130 g ft-3이었다.
실시예 3
실리카-알루미나 분말을 물 중에 슬러리화하고, < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 아세트산바륨을 슬러리에 첨가한 다음, 적절한 양의 가용성 백금 및 팔라듐 염을 첨가하였다. 베타 제올라이트를, 슬러리가 질량 기준 77% 실리카-알루미나 및 23% 제올라이트를 포함하도록 첨가하였다. 이어서, 슬러리를 교반하여 균질화하였다. 생성된 워시코트를 확립된 코팅 기술을 사용하여 제곱 인치당 400개의 셀을 갖는 코디어라이트 관통형 단일체의 유입구 채널에 적용하였다. 이어서, 부재를 건조시켰다.
실리카-알루미나의 제2 슬러리를 < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 질산백금 용액, 이어서 질산망가니즈 용액을 첨가하였다. 혼합물을 교반하여 균질화하였다. 슬러리를 확립된 코팅 기술을 사용하여 기판의 유출구 단부에 적용하였다. 이어서, 부재를 건조시키고, 500℃에서 소성하였다. 생성된 촉매는 150 g ft-3의 총 PGM 로딩 및 3:1의 Pt:Pd 중량비를 가졌다. Mn 로딩은 130 g ft-3이었다.
제3 슬러리를 물에 안정화된-지르코니아 (13.5 중량% Nd2O3)를 첨가함으로써 제조하였다. Pd 니트레이트를 첨가하고, 혼합물을 교반하여 균질화하였다. 10% 알루미나 결합제를 첨가하고, 슬러리를 확립된 코팅 기술을 사용하여 1 인치의 코팅 깊이로 기판의 유출구 채널에 적용하였다. 부재를 건조시키고, 500℃에서 소성하였다. 안정화된-지르코니아 로딩은 2.0 g in-3이고, 이러한 제3 코팅의 Pd 로딩은 20 g ft-3이었다.
실시예 4
실리카-알루미나 분말을 물 중에 슬러리화하고, < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 아세트산바륨을 슬러리에 첨가한 다음, 적절한 양의 가용성 백금 및 팔라듐 염을 첨가하였다. 베타 제올라이트를, 슬러리가 질량 기준 77% 실리카-알루미나 및 23% 제올라이트를 포함하도록 첨가하였다. 이어서, 슬러리를 교반하여 균질화하였다. 생성된 워시코트를 확립된 코팅 기술을 사용하여 제곱 인치당 400개의 셀을 갖는 코디어라이트 관통형 단일체의 유입구 채널에 적용하였다. 이어서, 부재를 건조시켰다.
실리카-알루미나의 제2 슬러리를 < 20 마이크로미터의 d90으로 밀링하였다. 질산백금 용액, 이어서 질산망가니즈 용액을 첨가하였다. 혼합물을 교반하여 균질화하였다. 슬러리를 확립된 코팅 기술을 사용하여 기판의 유출구 단부에 적용하였다. 이어서, 부재를 건조시키고, 500℃에서 소성하였다. 생성된 촉매는 150 g ft-3의 총 PGM 로딩 및 3:1의 Pt:Pd 중량비를 가졌다. Mn 로딩은 130 g ft-3이었다.
제3 슬러리를 물에 안정화된-지르코니아 (13.5 중량% Nd2O3)를 첨가함으로써 제조하였다. Pd 니트레이트를 첨가하고, 혼합물을 교반하여 균질화하였다. 포름산을 질량 기준 슬러리의 0.7%로 첨가하고, 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 상기 시간 동안 슬러리는 Pd 염이 환원됨에 따라 황색에서 회색으로 변하였다. 10% 알루미나 결합제를 첨가하고, 슬러리를 확립된 코팅 기술을 사용하여 1 인치의 코팅 깊이로 기판의 유출구 채널에 적용하였다. 부재를 건조시키고, 500℃에서 소성하였다. 안정화된-지르코니아 로딩은 2.0 g in-3이고, 이러한 제3 코팅의 Pd 로딩은 20 g ft-3이었다.
실험 결과
시스템 시험
도 1에 예시된 제1 합성 촉매 활성 시험 (SCAT) 실험실 반응기 상에서 시험을 수행하였으며, 여기서 실시예 1의 코팅된 Cu/CHA 제올라이트 SCR 촉매의 노화된 코어가 실시예 2, 3 또는 4의 촉매의 코어의 하류 도관에 배치되어 있었다. 합성 가스 혼합물을 분당 6 리터의 속도로 도관을 통해 통과시켰다. 퍼니스를 사용하여, 산화 촉매 샘플을 950℃의 촉매 유출구 온도에서 정상-상태 온도로 2시간 동안 가열하였다 (또는 "노화시켰다"). SCR 촉매를 산화 촉매 샘플의 하류에 배치하고, 퍼니스 유출구와 SCR 유입구 사이의 튜브 길이를 조정함으로써 노화 공정 동안 300℃의 촉매 온도로 유지시켰지만, 적절하게 수냉식 열 교환기 재킷이 사용될 수도 있다. 온도를 적절하게 위치된 열전쌍을 사용하여 결정하였다 (T1 및 T2). 노화 동안 사용된 가스 혼합물은 40% 공기, 50% N2, 10% H2O였다.
노화 장치에서 SCR 코어의 상류에 백금 함유 산화 촉매가 놓여있지 않는 참조 "블랭크 노화" 샘플을 시험하였다. 즉, 블랭크 노화는 백금 함유 촉매의 부재 하에 수행되어, 백금 휘발화가 발생할 수 없었다.
산화 촉매의 노화 후에, SCR 촉매를 제1 SCAT 반응기로부터 제거하고, 제2 SCAT 반응기로 삽입하여 구체적으로 노화된 샘플의 NH3-SCR 활성을 시험하였다. SCR 촉매를 후속적으로 합성 가스 혼합물 (O2 = 10%; H2O = 5%, CO2 = 330ppm; NH3 = 400ppm; NO = 500ppm; NO2 = 0ppm; N2 = 나머지, 즉 0.8의 알파 값이 사용되었음 (NH3:NOx의 비))을 사용하여 500℃에서 SCR 활성에 대해 시험하였다. NOx 변환 결과를 블랭크 노화 시험으로부터의 SCR 코어에 대해 정규화하여 보고하였다. 정규화된 NOx 변환 결과가 표 1에 제시되어 있다.
표 1
Figure 112019023396254-pct00001
표 1은 950℃에서 2시간 동안 상류 산화 촉매 코어와 함께 노화 후, 실시예 1로부터 취한 노화된 SCR 촉매 코어의 NOx 변환 활성을 제시한다. 블랭크 노화 실행의 500℃에서의 NOx 변환은 백금 휘발화 없이 노화 후에 달성되는 기준선 변환을 나타낸다.
상류 위치에 있는 실시예 2로부터의 코어와 함께 노화된 SCR 샘플은 NOx 변환에 대해 유의한 감소를 제시한다. 실시예 2의 촉매는 백금 포획 물질을 갖지 않는다. 상류 위치에 있는 실시예 3으로부터의 코어와 함께 노화된 SCR 샘플은 블랭크 노화 실행에 비해 NOx 변환 성능에 있어서 단지 약간의 감소를 제시한다. 실시예 3의 산화 촉매는 지르코니아를 포함하는 포획 물질을 포함한다. 포획 물질 코팅은 물질을 분말로서 단리할 필요 없이 제조되었다. 상류 위치에 있는 실시예 4로부터의 코어와 함께 노화된 SCR 샘플은 실시예 3의 뒤에서 노화된 SCR 샘플과 유사한 NOx 변환 성능을 제시한다. 실시예 4는 포름산을 사용하여 환원된 Pd 및 지르코니아를 포함하는 포획 물질을 포함한다. 포획 물질 코팅은 물질을 분말로서 단리할 필요 없이 제조되었다.
촉매 활성의 측정
코어 샘플을 실시예 2, 3 및 4의 촉매로부터 취하였다. 코어를 10% 물을 사용하여 16시간 동안 790℃에서 열수작용에 의해 노화시켰다.
모든 코어의 촉매 활성을 합성 가스 벤치 촉매 활성 시험 (SCAT)을 사용하여 결정하였다. 노화된 코어를 표 2에 제시된 모의 배기 가스 혼합물로 시험하였다. 각각의 경우에 그 나머지는 질소이다. NO에 대한 산화 활성은 250℃에서의 백분율 변환으로서 결정된다. CO 및 HC에 대한 산화 활성은 50% 변환이 달성되는 라이트 오프 온도 (T50)에 의해 결정된다.
표 2
Figure 112019023396254-pct00002
결과
SCAT로부터의 결과가 표 3 및 4에 제시되어 있다.
표 3
Figure 112019023396254-pct00003
표 4
Figure 112019023396254-pct00004
표 3에 제시된 결과는 실시예 2, 3 및 4의 촉매에 대한 CO 및 HC 라이트 오프 온도를 제시한다. 실시예의 모든 촉매는 유사한 CO 및 HC 라이트 오프 활성을 갖는다. 실시예 3 및 4의 촉매는 지르코니아를 포함하는 포획 물질을 포함한다. 포획 물질의 포함이 CO 및 HC 라이트 오프에 대해 불리한 영향을 미치지 않는다.
표 4는 250℃에서의 NO 산화 활성을 제시한다. 실시예의 모든 촉매는 유사한 NO 산화 활성을 제시한다. 실시예 3 및 4는 지르코니아를 포함하는 포획 물질을 포함한다. 포획 물질의 포함이 NO 산화 활성에 대해 불리한 영향을 미치지 않는다.
어떠한 의심도 피하기 위해, 본원에 인용된 임의의 및 모든 문헌의 전체 내용은 본 출원에 참조로 포함된다.

Claims (29)

  1. 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 하기를 포함하며:
    기판;
    기판 상에 배치된 촉매 물질로서, 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질; 및
    포획 물질을 포함하는 영역으로서, 여기서 포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하며, 여기서 내화성 산화물은 50 m2/g이상의 평균 비표면적을 갖는 지르코니아를 적어도 65 중량% 포함하며, 여기서 내화성 산화물은 20 중량% 미만의 세리아를 포함하는 것인 영역,
    여기서 상기 영역은 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열되며,
    여기서 상기 Pt-합금 금속은 백금과 합금을 형성할 수 있는 금속을 지칭하는, 산화 촉매.
  2. 제1항에 있어서, 내화성 산화물이 5 중량% 이하의 세리아를 포함하는 것인 산화 촉매.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내화성 산화물은 네오디뮴의 산화물, 란타넘의 산화물, 하프늄의 산화물, 이트륨의 산화물 및/또는 프라세오디뮴의 산화물을 포함하는 산화 촉매.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내화성 산화물은 1 내지 20 중량%의 네오디뮴의 산화물을 포함하는 산화 촉매.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, Pt-합금 금속이 금속 및/또는 그의 산화물을 포함하며, 여기서 금속은 팔라듐 (Pd); 금 (Au); 구리 (Cu); Pd 및 Au의 혼합물; Pd 및 Cu의 혼합물; Au 및 Cu의 혼합물; Pd, Au 및 Cu의 혼합물; Pd 및 Au의 2금속성 합금; Pd 및 Cu의 2금속성 합금; Au 및 Cu의 2금속성 합금; 및 Pd, Au 및 Cu의 3금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 산화 촉매.
  6. 제5항에 있어서, 금속이 팔라듐 (Pd), Pd 및 Au의 혼합물, 및 Pd 및 Au의 2금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 산화 촉매.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매 물질이 지지체 물질 상에 배치되거나 또는 지지된 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매 물질이 (i) 백금 (Pt), 및 (ii) 팔라듐 (Pd) 및/또는 로듐 (Rh)을 포함하는 것인 산화 촉매.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매 물질이 Pt 및 Pd를 포함하고, Pt 대 Pd의 질량 기준 비가 1 이상인 산화 촉매.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매 물질이 Pt 및 Rh를 포함하고, Pt 대 Rh의 질량 기준 비가 1 이상인 산화 촉매.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화 촉매는 촉매 물질을 포함하는 촉매 영역을 포함하고, 포획 영역이 촉매 영역 상에 배치되거나 또는 지지되는 것인 산화 촉매.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 포획 영역이 기판 상에 직접적으로 배치되는 것인 산화 촉매.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화 촉매는 촉매 물질을 포함하는 촉매 영역을 포함하고, 포획 영역이 촉매 영역과 접촉 상태인 산화 촉매.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화 촉매는 촉매 물질을 포함하는 촉매 영역을 포함하고, 전체 포획 영역이 포획 구역이고, 촉매 영역이 포획 구역의 상류에 배치되거나 또는 지지되는 것인 산화 촉매.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화 촉매는 촉매 물질을 포함하는 촉매 영역을 포함하고, 촉매 영역이 촉매 층이고, 전체 포획 영역이 포획 구역이고, 포획 구역이 촉매 층 상에 배치되거나 또는 지지되는 것인 산화 촉매.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 유입구 단부 표면 및 유출구 단부 표면을 가지고, 배기 가스가 촉매 물질과 접촉하고/거나 그를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열된 포획 물질을 포함하는 영역이 기판의 유출구 단부 표면 상에 배치된 포획 물질인 산화 촉매.
  17. 제16항에 있어서, 포획 구역을 추가로 포함하며, 여기서 포획 구역은 기판 내의 복수의 채널 벽 상에 배치되거나 또는 지지된 포획 물질을 포함하고, 여기서 포획 구역은 ≤ 25 mm의 평균 길이를 갖는 것인 산화 촉매.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 관통형 단일체 기판인 산화 촉매.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 여과형 단일체 기판인 산화 촉매.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 디젤 산화 촉매 (DOC), 촉매 그을음 필터 (CSF), NOx 저장 촉매 (NSC), 수동 NOx 흡착체 (PNA) 또는 디젤 발열 촉매 (DEC)인 산화 촉매.
  21. 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템으로서, 제1항 또는 제2항에 따른 산화 촉매 및 배출물 제어 장치를 포함하는 배기 시스템.
  22. 압축 점화 엔진의 배기 시스템 내 백금 (Pt)을 포함하는 촉매 물질로부터 휘발화된 백금 (Pt)을 포획하기 위한 포획 브릭으로서, 포획 브릭은
    기판; 및
    기판 상에 배치된 포획 물질로서, 여기서 포획 물질은 내화성 산화물 상에 배치되거나 또는 지지된 Pt-합금 금속을 포함하며, 여기서 내화성 산화물은 50 m2/g이상의 평균 비표면적을 갖는 지르코니아를 적어도 65 중량% 포함하며, 여기서 내화성 산화물은 20 중량% 미만의 세리아를 포함하는 것인 포획 물질
    을 포함하며,
    여기서, 상기 Pt-합금 금속은 백금과 합금을 형성할 수 있는 금속을 지칭하는, 포획 브릭.
  23. 제22항에 있어서, 내화성 산화물이 5 중량% 이하의 세리아를 포함하는 것인 포획 브릭.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 내화성 산화물은 네오디뮴의 산화물, 란타넘의 산화물, 하프늄의 산화물, 이트륨의 산화물 및/또는 프라세오디뮴의 산화물을 포함하는 포획 브릭.
  25. 제22항 또는 제23항에 있어서, 내화성 산화물은 1 내지 20 중량%의 네오디뮴의 산화물을 포함하는 포획 브릭.
  26. 제22항 또는 제23항에 있어서, Pt-합금 금속이 금속 및/또는 그의 산화물을 포함하며, 여기서 금속은 팔라듐 (Pd); 금 (Au); 구리 (Cu); Pd 및 Au의 혼합물; Pd 및 Cu의 혼합물; Au 및 Cu의 혼합물; Pd, Au 및 Cu의 혼합물; Pd 및 Au의 2금속성 합금; Pd 및 Cu의 2금속성 합금; Au 및 Cu의 2금속성 합금; 및 Pd, Au 및 Cu의 3금속성 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 포획 브릭.
  27. 제22항 또는 제23항에 있어서, 기판이 관통형 단일체 기판인 포획 브릭.
  28. 압축 점화 엔진에 의해 발생된 배기 가스를 처리하기 위한 배기 시스템으로서, 하기를 포함하며:
    (i) 배기 가스를 처리하기 위한 산화 촉매로서, 여기서 산화 촉매는 제1 기판 및 제1 기판 상에 배치된 촉매 물질을 포함하며, 여기서 촉매 물질은 백금 (Pt)을 포함하는 것인 산화 촉매; 및
    (ii) 제22항 또는 제23항에 따른 포획 브릭;
    여기서 포획 브릭은 배기 가스가 산화 촉매를 통과한 후에 배기 가스와 접촉하도록 배열되고,
    여기서 제1 기판은 포획 브릭에 포함되어 있는 기판과 분리되어 있는,
    배기 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 산화 촉매가 제1항 또는 제2항에 정의되는 것인 배기 시스템.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3889404A1 (en) * 2020-03-30 2021-10-06 Johnson Matthey Public Limited Company Multi-region twc catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments with improved h2s attenuation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008088649A1 (en) 2007-01-17 2008-07-24 Nanostellar, Inc. Engine exhaust catalysts containing palladium-gold
US20130302214A1 (en) 2012-04-20 2013-11-14 Umicore Ag & Co. Kg Coated diesel particle filter
JP2015501719A (ja) * 2011-12-12 2015-01-19 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーＪｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ Ｐｕｂｌｉｃｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ 触媒化基材モノリス

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1469079A (en) 1922-08-10 1923-09-25 Kenneth B Glenn Floating jewel bearing
GB9805815D0 (en) 1998-03-19 1998-05-13 Johnson Matthey Plc Manufacturing process
KR100392943B1 (ko) * 2001-05-16 2003-07-28 (주)케이에이치 케미컬 디젤엔진 배기가스의 정화용 촉매
GB0600130D0 (en) 2006-01-06 2006-02-15 Johnson Matthey Plc Exhaust system comprising zoned oxidation catalyst
US8257659B2 (en) 2007-07-02 2012-09-04 Cummins Filtration Ip, Inc. Prevention of face-plugging on aftertreatment devices in exhaust
GB201000019D0 (en) 2010-01-04 2010-02-17 Johnson Matthey Plc Coating a monolith substrate with catalyst component
GB201021887D0 (en) * 2010-12-21 2011-02-02 Johnson Matthey Plc Oxidation catalyst for a lean burn internal combustion engine
US20120308439A1 (en) 2011-06-01 2012-12-06 Johnson Matthey Public Limited Company Cold start catalyst and its use in exhaust systems
JP5938819B2 (ja) 2011-10-06 2016-06-22 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーＪｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ Ｐｕｂｌｉｃ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ 排気ガス処理用酸化触媒
GB201200784D0 (en) 2011-12-12 2012-02-29 Johnson Matthey Plc Exhaust system for a lean-burn internal combustion engine including SCR catalyst
GB201200783D0 (en) * 2011-12-12 2012-02-29 Johnson Matthey Plc Substrate monolith comprising SCR catalyst
GB201200781D0 (en) 2011-12-12 2012-02-29 Johnson Matthey Plc Exhaust system for a lean-burn ic engine comprising a pgm component and a scr catalyst
GB201220912D0 (en) * 2012-11-21 2013-01-02 Johnson Matthey Plc Oxidation catalyst for treating the exhaust gas of a compression ignition engine
US9511355B2 (en) * 2013-11-26 2016-12-06 Clean Diesel Technologies, Inc. (Cdti) System and methods for using synergized PGM as a three-way catalyst
GB2514177A (en) * 2013-05-17 2014-11-19 Johnson Matthey Plc Oxidation catalyst for a compression ignition engine
DE102016102121A1 (de) * 2015-02-13 2016-08-18 Johnson Matthey Public Limited Company Abgassystem für einen Kompressionszündungsmotor, das einen Einfangbereich für verflüchtigtes Platin aufweist
GB201504658D0 (en) * 2015-03-19 2015-05-06 Johnson Matthey Plc Exhaust system for a compression ignition engine having a capture face for volatilised platinum

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008088649A1 (en) 2007-01-17 2008-07-24 Nanostellar, Inc. Engine exhaust catalysts containing palladium-gold
JP2015501719A (ja) * 2011-12-12 2015-01-19 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーＪｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ Ｐｕｂｌｉｃｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ 触媒化基材モノリス
US20130302214A1 (en) 2012-04-20 2013-11-14 Umicore Ag & Co. Kg Coated diesel particle filter

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