KR20110011641A - 탄화규소 및 알루미늄 티타네이트를 함유하는 촉매 필터 또는 기재 - Google Patents

탄화규소 및 알루미늄 티타네이트를 함유하는 촉매 필터 또는 기재 Download PDF

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카린 디엔-바라토
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생-고뱅 생트레 드 레체르체 에 데투드 유로삐엔
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Abstract

본 발명은 다공성 세라믹 재료로 제조된 허니콤 타입의 구조물에 관한 것으로서, 상기 구조물은 바람직하게는 알파 형태인 45 내지 90 중량%의 탄화규소 SiC 및 실질적으로 알루미늄 티타네이트 Al2TiO5 형태인 10 내지 55 중량%의 세라믹 산화물상을 적어도 부분적으로 포함하는 다공성 세라믹 재료로 이루어지고, 상기 재료는 또한 10% 초과의 공극률 및 5 내지 60 마이크로미터의 중간 공극 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

탄화규소 및 알루미늄 티타네이트를 함유하는 촉매 필터 또는 기재{CATALYTIC FILTER OR SUBSTRATE CONTAINING SILICON CARBIDE AND ALUMINUM TITANATE}
본 발명은 특히 디젤 타입의 내연 엔진의 배기 라인에 사용하는 촉매 여과 구조물 또는 기재에 관한 것이다.
디젤 엔진으로부터 나오는 가스의 처리 및 그을음을 제거하기 위한 촉매 필터는 종래 기술에 잘 알려져 있다. 이러한 구조물 모두는 흔히 허니콤(honeycomb) 구조를 갖는데, 구조물의 면 중 하나는 처리할 배기 가스의 유입을 위한 것이고, 다른 면은 처리된 배기 가스를 배출한다. 구조물은 입구 면과 배출 면 사이에, 다공성 벽에 의해 분리된 서로 평행한 축들을 갖는 인접 도관 또는 채널의 조립체를 포함한다. 도관은 그 단부 중 어느 하나에서 폐쇄되어 입구 면을 따라 입구 챔버 개구를 한정하고 배출 면을 따라 출구 챔버 개구를 한정한다. 배기 가스가 허니콤 본체를 통과하는 과정에서 출구 채널과의 결합을 위해 입구 채널의 측벽을 통과하는 식으로 채널은 교번식으로 폐쇄된다. 이러한 방식으로, 입자 또는 그을음이 여과체의 다공성 벽상에 침착 및 축적된다.
공지된 방식에서, 사용 중에, 입자 필터는 일련의 여과 단계(그을음 축적)와 재생 단계(그을음 제거)를 거친다. 여과 단계 중에, 엔진에 의해 방출되는 그을음 입자는 필터 내부에 보유 및 침착된다. 재생 단계 중에, 그을음 입자는 그의 여과 특성을 회복하기 위해 필터 내부에서 연소된다.
필터는 흔히 다공성 세라믹 재료, 예컨대 근청석 또는 탄화규소로 제조된다.
근청석 필터는 그 낮은 가격으로 인해 장기간 알려져 왔고 사용되어 왔지만, 이제 이러한 구조물에서, 특히 필터가 국부적으로 근청석의 융점을 초과하는 온도 하에 있을 수 있는, 열악하게 제어되는 재생 사이클 동안 심각한 문제가 발생할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이러한 열점(hot spot)의 결과는 필터 효능의 부분적 손실 내지 더 심각한 경우에는 전체적인 파괴에 이를 수 있다. 또한, 근청석은 연속되는 재생 사이클 중에 달성되는 온도에 대한 충분한 화학적 불활성(chemical inertia)을 갖지 않으며, 따라서 여과 단계 중에 구조물에 축적되는 금속과 반응함으로써 부식될 수 있는데, 이러한 현상은 또한 구조물 특성의 급속한 저하 원인이 될 수 있다.
예를 들어, 이러한 문제점은 특허 출원 WO 2004/01124에 기술되어 있는데, 여기서는 멀라이트(10 내지 40 중량%)에 의해 강화된 알루미늄 티타네이트(60 내지 90 중량%)를 기반으로 하고, 내구성이 개선된 필터를 제안한다.
최근, 이러한 문제점을 부분적으로 극복하기 위하여, 탄화규소 SiC로 제조된 여과 구조물이 기술되어 있다. 탄화규소로 제조된 이러한 촉매 필터의 샘플은 특허 출원 EP 816 065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 또는 WO 2004/090294 및 WO 2004/065088에 기술되어 있다.
상술한 문헌에 따라 얻은 SiC 필터는 상술한 의미 내에서 화학적으로 불활성인 여과 구조물을 얻을 수 있는데, 예를 들어 20℃에서 12 W/m.K 초과의 우수한 열 전도율이 예를 들어 특허 출원 EP 1 652 831에 개시되어 있다. 이러한 구조물에서, 공극의 공극률, 중간 직경 및 크기 분포는 열 기관으로부터 생긴 그을음을 여과하기 위한 용품에 이상적이다.
그러나 이러한 장비에 내재하는 특정 결함이 여전히 존재한다.
첫 번째 단점은 약 4×10-6 K-1인 SiC의 너무 높은 열 팽창 계수에 관한 것으로서, 이는 대형 모놀리식(monolithic) 필터의 제조를 불가능하게 하고, 통상적으로 출원 EP 1 455 923에 기술된 바와 같이 필터가 시멘트에 의해 결합되는 수 개의 허니콤 요소로 분할될 필요가 있다.
경제성에 있어서, 두 번째 문제점은 대개 2100℃ 초과인, 극도로 높은 소성 온도에 관한 것으로서, 이는 특히 필터의 수명에 걸쳐 연속되는 필터 재생 단계를 견디기 위하여 허니콤 구조물의 충분한 열기계적 강도를 보장하는 소결을 제공하는 데 필수적이다. 이러한 온도는 최종 생성된 필터의 가격을 상당히 증가시키는 특수한 장비의 설치를 필요로 한다.
또 다른 방법에 따르면, 출원 EP 1 070 687은 특히 TiO2 및 Al2O3로부터 선택된 적어도 하나의 단순한 산화물을 포함하는 산화물들을 기반으로 하는 세라믹 결합상을 갖는 SiC 그레인 기반의 구조물을 기술한다. 그러나 이 출원의 실시예에서 기술한 재료는 충분한 열 안정성을 갖지 않는다는 점을 경험을 통해 안다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 모든 문제점에 대응할 수 있는 새로운 타입의 허니콤 구조물을 제공하는 것이다.
일반적인 방식으로, 본 발명은 허니콤 타입의 구조물에 관한 것으로서, 상기 구조물은 바람직하게는 알파 형태인 45 내지 90 중량%의 탄화규소 SiC 및 실질적으로 알루미늄 티타네이트 Al2TiO5 형태인 10 내지 55 중량%의 세라믹 산화물상을 포함하는 다공성 세라믹 재료로 적어도 부분적으로 이루어지고, 상기 재료는 10% 초과, 바람직하게는 20% 내지 60%의 공극률 및 5 내지 60 마이크로미터, 바람직하게는 10 내지 25 마이크로미터의 중간 공극 크기를 또한 갖는다.
알루미늄 티타네이트 Al2TiO5의 형태에서 용어 "실질적으로"는 산화물상은 적어도 40%의 알루미늄 티타네이트 Al2TiO5, 바람직하게는 적어도 50 중량% 또는 심지어 적어도 60 중량%의 알루미늄 티타네이트 Al2TiO5, 또는 더욱 바람직하게는 적어도 80 중량%의 알루미늄 티타네이트 Al2TiO5를 포함한다는 점을 나타내는 것으로 본 명세서의 의미 내에서 이해된다.
바람직하게는, 다공성 재료에서 SiC상의 질량 백분율은 50% 내지 85%, 매우 바람직하게는 60% 내지 80%이다.
바람직하게는, 다공성 재료에서 Al2TiO5의 질량 백분율은 15% 내지 50%, 매우 바람직하게는 20% 내지 40%이다.
본 발명에 따르면, 구조물에 존재하는 산화물상은, 알루미늄 티타네이트 외에도 최소 비율, 즉 10 중량% 미만, 또는 심지어 5 중량% 미만의 멀라이트 Al6Si2O13 (3Al2O3-2SiO2), 예컨대 0.01 내지 10 중량%의 멀라이트, 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 멀라이트를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면 멀라이트의 존재가 필수적이지 않다는 점을 주목하는 것이 중요하다. 일반적으로, 이러한 상의 존재는 예를 들어 실리카의 형태로, 분말의 초기 혼합물에서 예를 들어 불가피한 불순물의 형태로 SiC 이외의 규소원의 사용 시 내재한다. 특정 이론에 얽매이지 않지만, 보충적인 멀라이트의 존재는 특정 조건하에서, 즉 모놀리스(monolith)의 소성 단계의 온도에서 혼합물에 존재하는 알루미나에 대한, SiC 그레인의 표면에 위치한 실리카의 반응성을 또한 높일 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 특히 마그네시아 MgO를 기반으로 하거나 마그네시아 MgO의 전구체를 기반으로 하는 또 다른 내화성 산화물상을 분말 혼합물에 또한 도입할 수 있다.
본 발명에 따라 얻은 구조물은 입자 필터로서 사용하기 적합한 공극률, 즉 일반적으로 20% 내지 65%의 공극률을 갖고, 중간 공극 직경은 이상적으로는 10 내지 20 마이크로미터이다.
본 발명의 가능한 실시양태에 따르면, 구조물은
- 45 내지 90 중량%의 탄화규소 SiC,
- 상에 존재하는 산화물의 총 질량을 기준으로 1% 내지 10%의 SiO2, 50% 내지 60%의 Al2O3 및 35% 내지 50%의 TiO2를 포함하며, 본질적으로 알루미늄 티타네이트의 형태로 존재하는 55 내지 10 중량%의 산화물 세라믹상
을 포함한다.
본 발명에 따른 여과 구조물은 통상적으로 허니콤 여과 요소 또는 결합 시멘트에 의해 서로 접합된 복수의 허니콤 여과 요소를 포함하는 중앙부를 특징으로 하고, 상기 요소 또는 요소들은 다공성 벽에 의해 분리된 서로 평행한 축들을 갖는 인접 도관 또는 채널의 조립체를 포함하는데, 도관은, 가스 유입 면을 따라 입구 챔버 개구를 한정하고, 가스 배출 면을 따라 출구 챔버 개구를 한정하기 위하여, 그 단부 중 어느 하나에서 스토퍼에 의해 폐쇄되어 가스가 다공성 벽을 통과한다.
일반적으로, 채널의 수는 ㎠당 7.75 내지 62이고, 상기 채널은 0.5㎟ 내지 9㎟의 단면적을 갖고, 채널을 분리하는 벽은 대략 0.2㎜ 내지 1.0㎜, 바람직하게는 0.2㎜ 내지 0.5㎜의 두께를 갖는다.
본 발명은 또한 전술한 구조물을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 구조물은 탄화규소 그레인 및 알루미늄 티타네이트 그레인의 초기 혼합물 또는 탄화규소 그레인, 산화티타늄 그레인 및 산화알루미늄 그레인의 초기 혼합물로부터 얻는다.
유리하게는, 탄화규소 분말은 125 마이크로미터 미만, 바람직하게는 10 내지 50 마이크로미터의 중간 직경 d50을 갖고, 산화티타늄 분말, 산화알루미늄 분말 또는 대안으로 알루미늄 티타네이트 분말은 15 마이크로미터 미만의 중간 직경 d50을 갖는다.
본 발명에 따르면, 분말 또는 그레인 혹은 입자의 조립체의 중간 직경 d50은 "중간 크기", 즉 이러한 조립체의 입자 또는 그레인을 동일한 질량의 제1 및 제2 모집단으로 분리하는 크기에 대응하는데, 이러한 제1 및 제2 모집단은 중간 크기보다 크거나 작은 크기를 각각 갖는 그레인을 포함할 뿐이다. 분말의 "입자 크기"는 입자 크기 분포를 규정하기 위하여 수행한 입도 분석에 의해 측정된 입자 크기를 의미하는 것으로 통상 이해된다. 입도 분석은 예를 들어 Micromeritics® Company의 Sedigraph 5100 입도분석기로 수행할 수 있다.
또 다른 제조 방법에 따르면, 본 발명에 따른 구조물은 원자들의 일부가 특히 Mg 원자에 의해 치환될 수 있는 알루미늄 티타네이트 그레인 및 탄화규소 그레인의 초기 혼합물로부터 또한 얻을 수 있다.
유리하게는, 알루미늄 티타네이트 분말은 60 마이크로미터 미만, 바람직하게는 30 마이크로미터 미만의 중간 직경 d50을 갖는다.
제조 방법은 통상적으로는 초기 혼합물을 블렌딩하여 페이스트의 형태의 균질 생성물을 얻는 단계, 적절한 다이를 통해 상기 생성물을 압출시켜 허니콤 형태를 갖는 모놀리스를 형성하는 단계, 수득된 모놀리스를 건조시키는 단계, 임의로 조립 단계, 및 1800℃를 초과하지 않는, 바람직하게는 1700℃를 초과하지 않는 온도에서 수행하는 소성 단계를 포함한다.
예를 들어, 제1 단계 중에, 적어도 하나의 탄화규소 분말 및 알루미늄 티타네이트 분말을 포함하는 혼합물 또는 산화티타늄 및 산화알루미늄 및 임의로 원하는 공극 크기에 따라 선택된 1% 내지 30%의 적어도 하나의 공극 형성제의 혼합물을 블렌딩하고, 이어서 적어도 하나의 유기 가소제 및/또는 유기 결합제 및 물이 첨가된다.
건조 단계 중에, 수득된 비소성 세라믹 모놀리스는 화학적으로 결합되지 않은 물이 1 중량% 미만이 되도록 하기에 충분한 시간 동안 마이크로파에 의해 또는 온도에서 일반적으로 건조된다.
입자 필터를 얻기 위한 방법은 모놀리스의 단부 각각에서 둘 중 한 채널을 폐쇄하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명에 따른 소성 단계에서, 모놀리식 구조물은 일반적으로 산소를 포함하는 분위기에서 대략 1300℃ 내지 대략 1700℃, 바람직하게는 대략 1400℃ 내지 1600℃의 온도에 있게 된다.
본 발명은 특히 Pt 및/또는 Rh 및/또는 Pd와 같은 적어도 하나의 귀금속 및 임의로 CeO2, ZrO2, CeO2-ZrO2와 같은 산화물을 일반적으로 포함하는 적어도 하나의 지지된 또는 바람직하게는 지지되지 않은 활성 촉매상의 침착, 바람직하게는 함침에 의한, 전술한 바와 같은 구조물로부터 얻은 촉매 필터 또는 기재에 관한 것이다.
이러한 구조물은 특히 디젤 또는 가솔린 엔진의 배기 라인에서 촉매 기재로서 또는 디젤 엔진의 배기 라인에서 입자 필터로서 응용된다.
본 발명 및 그 장점은 이하의 비제한적인 실시예를 통해 더욱 이해될 것이다.
실시예에서 모든 백분율은 중량으로 표현한다.
(본 발명에 따른) 실시예 1
블렌더에서,
- 대략 30 마이크로미터의 중간 직경을 갖는 SiC 그레인의 분말 3750g,
- Almatis Company가 참조번호 CT3000SG로 시판하는, 대략 0.6 마이크로미터의 중간 그레인 직경 d50을 갖는 알루미나 분말 120g,
- PVA(폴리비닐 알코올) 100g,
- 물 300g
을 혼합하였다.
이러한 혼합물이 균질화되고, 충분한 기계적 강도의 과립이 형성된 후, 이러한 과립을
- Almatis Company가 참조번호 A17NE로 시판하고, 특히 대략 2.5 마이크로미터의 중간 그레인 직경 d50으로 인해 첫 번째 알루미나 분말과 구별되는 알루미나 분말 970g,
- Kronos Company가 시판하는 등급 3025의 산화티타늄 분말 610g,
- 메틸셀룰로오스 타입의 유기 결합제 150g
과 블렌딩하였다.
물을 첨가하고, 균질 페이스트가 형성될 때까지 블렌딩을 수행하였는데, 페이스트의 가소성은 표 1에 제공된 치수 특성을 갖는 허니콤 구조를 갖는 다이를 통한 압출을 가능하게 한다.
Figure pct00001
이어서, 수득된 비소성 모놀리스를 화학적으로 결합되지 않은 물이 1 중량% 미만이 되기에 충분한 시간 동안 마이크로파에 의해 건조시켰다.
잘 알려진 기법, 예를 들어 출원 WO 2004/065088에 기술된 바에 따라 모놀리스의 각 면의 채널을 교번식으로 폐쇄시켰다.
이어서, 1500℃의 최대 온도에 도달할 때까지 공기 중에서 점진적으로 모놀리스를 소성시켰고, 4시간 동안 유지시켰다.
주사 전자 현미경에 의한 분석은, SiC 그레인, 및 재료의 10 중량% 미만을 구성하는 멀라이트 타입의 산화물상 및 구조물을 형성하는 재료의 대략 25%를 구성하고 탄화규소 그레인들 사이의 접촉 존을 형성하는 알루미늄 티타네이트 타입의 상으로 이루어진 산화물 매트릭스의 존재를 특징으로 하는, 실질적으로 균질한 구조물을 보여주었다.
실시예 2 ( 비교예 )
본 기술분야의 기법, 예를 들어 특허 EP 816 065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 또는 WO 2004/090294에 기술된 기법에 따라 모놀리식 요소는, 그 치수가 표 1에 제공된 치수를 따르지만, 탄화규소만으로 제조되는 허니콤의 형태로 합성되었다.
이를 위하여, 블렌더에서 다음을 혼합하였다.
- 98% 초과의 순도를 갖고, 70 중량%의 입자가 10 마이크로미터 초과의 직경을 갖도록 입자 크기 분포를 갖는 탄화규소 입자의 혼합물 3000g(여기서, 이러한 입자 크기 분획의 중간 직경은 300 마이크로미터 미만임). 본 명세서의 의미에서 중간 직경은 그 밑으로 50%의 모집단이 존재하는 입자의 직경을 나타낸다.
- 셀룰로오스 타입의 유기 결합제 150g.
물을 첨가하고, 균질 페이스트가 형성될 때까지 블렌딩을 수행하였는데, 페이스트의 가소성은 채널 및 외벽이 표 1의 정사각형 구조를 갖는 모놀리식 블록을 얻도록 구성된 다이를 통한 압출을 가능하게 한다.
수득된 비소성 모놀리스를 화학적으로 결합되지 않은 물이 1 중량% 미만이 되기에 충분한 시간 동안 마이크로파에 의해 건조시켰다.
잘 알려진 기법, 예를 들어 출원 WO 2004/065088에 기술된 바에 따라 모놀리스의 각 면의 채널을 교번식으로 폐쇄시켰다.
이어서, 2200℃의 온도에서 모놀리스를 소성시켰고, 5시간 동안 유지시켰다. 매우 높은 정도로 결정화된 α-SiC를 포함하는, 수득된 다공성 재료는 47%의 개방 공극률(open porosity) 및 14㎛ 정도의 평균 공극 직경 분포를 갖는다.
표 2는 α-SiC만으로 제조된 실시예 2의 이미 알려진 필터의 특성과 비교하여 실시예 1에 따라 얻은 필터에 대하여 측정한 특성을 제공한다.
구체적으로는 다음과 같다.
공극률 특성은 마이크로메리틱스(Micromeritics) 타입 9500 타입의 공극률 측정기로 수행하는, 높은 수은 압력을 이용한 공극률 측정 분석을 통해 측정하였다.
열 전도율 특성은 플래시 레이저로 측정하였다.
열 팽창 계수는 주위 온도로부터 1000℃까지 팽창법(dilatometry)으로 측정하였다.
산화물상 중 알루미늄 티타네이트 및 멀라이트의 중량%는 X-선 회절로 결정하였다.
탄화규소의 중량%는 화학 분석으로 측정하였다.
필터의 열기계적 특성은 이하의 방식으로 평가하였다.
실시예 1 및 2의 필터를 30분 동안 전출력(4000rpm)으로 동작하는 직접 분사 2.0L 디젤 엔진의 배기 라인상에 장착한 다음 해체한 후 초기 질량을 결정하기 위하여 무게를 달았다. 이어서, (필터의 부피 기준) 8 g/리터의 그을음 적재량(soot loading)을 얻기 위하여 3000rpm의 엔진 속도 및 다양한 주기 동안 50Nm의 토크를 갖는 엔진 시험 벤치상에 필터를 재장착하였다. 이러한 방식으로 적재된 필터를 다음의 방식, 즉 2분 동안 95Nm의 토크에 대하여 1700rpm의 엔진 속도에서 안정화 후, 18 ㎣/행정의 후분사(post-injection) 유량을 위하여 70°페이징(phasing)으로 후분사를 수행하는 방식으로 정의되는 엄격한 재생을 위하여 라인상에 재장착하였다. 그을음의 연소가 개시된 후, 더욱 정확하게는 적재량 손실이 적어도 4초 동안 떨어진 경우, 엔진 속도는 그을음의 연소를 가속화하기 위하여 5분 동안 40Nm의 토크에 대하여 1050rpm으로 감소하였다. 이어서, 남아있는 그을음을 제거하기 위하여 필터를 30분 동안 4000rpm의 엔진 속도하에 두었다.
육안으로 볼 수 있는 임의의 틈의 존재를 찾기 위하여, 재생된 필터를 자른 후 검사하였다. 필터의 열기계적 강도는 틈의 수로부터 평가하였는데, 틈의 수가 적으면 입자 필터로서의 사용에 허용할 수 있는 열기계적 강도가 된다.
표 2에 도시한 바와 같이, 다음의 표시를 필터 각각에 부과하였다.
+++: 매우 많은 틈이 존재함,
++ : 많은 틈이 존재함,
+ : 적은 수의 틈이 존재함,
- : 매우 적은 수의 틈이 존재하거나 틈이 존재하지 않음.
Figure pct00002
2개의 필터 간의 표 2의 데이터 비교는 본질적으로 알루미늄 티타네이트를 포함하는, 본 발명에 따른 산화물상의 보충적인 존재에 의해 얻은 용품에 대한 유익한 효과를 보여준다. 따라서,
- SiC만으로 제조된 통상의 필터의 경우보다 매우 낮은 소결 온도임에도 불구하고 동일한 정도의 공극률 특성을 얻음,
- SiC만으로 제조된 필터의 열 전도율 계수보다 약간 낮지만, 재료를 입자 필터로서 사용하기 위해서는 우수하게 유지되는 열 전도율 계수,
- 전술한 100% SiC 구조물에 비해 결정적인 장점이 되고, 특히 큰 직경을 갖는 대형 모놀리식 필터 제조의 가능성을 특히 초래하는, SiC-산화물 필터에 비해 실질적으로 더 낮은 20℃ 내지 1000℃에서의 평균 열 팽창 계수,
- 실질적으로 동일한 공극률 파라미터에 대하여, 재결정화된 SiC로 제조되는 기준 필터의 열기계적 강도보다 큰 열기계적 강도
가 관찰되었다.
더욱이, 표 2에서 알 수도 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 구조물은, 필터를 얻는 데 드는 비용을 실질적으로 절약할 수 있는, 재결정화된 SiC로 제조되는 필터를 제조하는 데 필요한 온도보다 대략 600℃ 낮은 온도에서 얻었다. 연구는 단지 소성 온도를 낮춤으로써 필터의 전체 원가의 적어도 ⅓을 절약하였음을 보여주었다.
전자 현미경 분석은 실시예 1에서 얻은 다공성 여과 구조물은 SiC 그레인으로 이루어졌음을 보여주었고, SiC 그레인 사이의 알루미늄 티타네이트로 실질적으로 이루어진 산화물상의 존재를 또한 보여주었다.
4 g/ℓ의 그을음이 적재된 본 발명에 따른 필터를 엔지 시험 벤치상에서 시험하였다. SMPS(Scanning Mobility Particles Sizer) 타입의 프로브로 측정한 여과 효율은 만족스러웠다는 점을 확인하였다.
전술한 설명 및 실시예에서, 본 발명은 명료성의 이유로, 디젤 엔진의 배기 라인에서 배출되는 배기 가스에 존재하는 가스 오염물 및 그을음을 제거할 수 있는 촉매화 입자 필터에 관해 기술하였다.
그러나 본 발명은 또한 가솔린 또는 심지어 디젤 엔진에서 배출되는 가스 오염물을 제거할 수 있는 촉매 기재에 관한 것이다. 이러한 타입의 구조물에서, 허니콤의 채널은 그 단부 중 어느 하나에서 폐쇄되지 않는다. 이러한 기재에 적용하는 경우, 본 발명의 실시는 기재의 전체적인 공극률에 영향을 미치지 않으면서 기재의 비표면적을 증가시켜, 결과적으로 기재에 존재하는 활성상의 양을 증가시키는 장점을 갖는다.

Claims (10)

  1. 다공성 세라믹 재료로 제조된 허니콤 타입의 구조물로서,
    상기 구조물은 바람직하게는 알파 형태인 45 내지 90 중량%의 탄화규소 SiC 및 실질적으로 알루미늄 티타네이트 Al2TiO5 형태인 10 내지 55 중량%의 세라믹 산화물상을 적어도 부분적으로 포함하는 다공성 세라믹 재료로 이루어지고, 상기 재료는 또한 10% 초과의 공극률 및 5 내지 60 마이크로미터의 중간 공극 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    다공성 재료에서 SiC상의 질량 백분율은 50% 내지 85%, 바람직하게는 60% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다공성 재료에서 Al2TiO5의 질량 백분율은 15% 내지 50%, 바람직하게는 20% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 구조물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화물상은 0.01% 내지 10%의 멀라이트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공극률은 20% 내지 65%이고, 중간 공극 직경은 10 내지 20 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 구조물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 45 내지 90 중량%의 탄화규소 SiC,
    - 상에 존재하는 산화물의 총 질량을 기준으로 1% 내지 10%의 SiO2, 50% 내지 60%의 Al2O3 및 35% 내지 50%의 TiO2를 포함하며, 본질적으로 알루미늄 티타네이트의 형태로 존재하는 55 내지 10 중량%의 산화물 세라믹상
    을 포함하는 구조물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    중앙부가 허니콤 여과 요소 또는 결합 시멘트에 의해 서로 접합된 복수의 허니콤 여과 요소를 포함하고, 상기 요소 또는 요소들은 다공성 벽에 의해 분리된 서로 평행한 축들을 갖는 인접 도관 또는 채널의 조립체를 포함하고, 이러한 도관은, 가스 유입 면을 따라 입구 챔버 개구를 한정하고, 가스 배출 면을 따라 출구 챔버 개구를 한정하기 위하여, 그 단부 중 어느 하나에서 스토퍼에 의해 폐쇄되어 가스가 다공성 벽을 통과하는, 여과 구조물.
  8. Pt 및/또는 Rh 및/또는 Pd와 같은 적어도 하나의 귀금속 및 임의로 CeO2, ZrO2, CeO2-ZrO2와 같은 산화물을 일반적으로 포함하는 적어도 하나의 지지된 또는 바람직하게는 지지되지 않은 활성 촉매상의 침착, 바람직하게는 함침에 의한, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 구조물로부터 얻은 촉매 필터 또는 기재.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 구조물의 제조 방법으로서,
    상기 구조물은 탄화규소 그레인 및 알루미늄 티타네이트 그레인의 초기 혼합물 또는 탄화규소 그레인, 산화티타늄 그레인 및 산화알루미늄 그레인의 초기 혼합물로부터 얻는 것을 특징으로 하는 구조물 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    초기 혼합물을 블렌딩하여 페이스트의 형태의 균질 생성물을 얻는 단계, 적절한 다이를 통해 상기 생성물을 압출시켜 허니콤 형태를 갖는 모놀리스를 형성하는 단계, 수득된 모놀리스를 건조시키는 단계, 임의로 조립 단계, 및 1800℃를 초과하지 않는, 바람직하게는 1700℃를 초과하지 않는 온도에서 수행하는 소성 단계를 포함하는 구조물 제조 방법.
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