ＣＮＧ 자동차 배기가스 정화용 촉매 및 이의 제조방법
专利汇可以提供ＣＮＧ 자동차 배기가스 정화용 촉매 및 이의 제조방법专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: Catalysts for the purification of automobile exhaust gas using compressed natural gas (CNG) as fuel and its fabrication method are provided to remove methanols by almost 90 % efficiency. CONSTITUTION: The fabrication method of catalysts for the purification of automobile exhaust gas using compressed natural gas is characterized in that a ceramic carrier, based on 1L of the ceramic carrier, is supported with 20 to 200 gram of activated alumina (γ-Al2O3); 0 to 50 gram of La2O3 as an auxiliary catalyst; 0 to 50 gram of CeO2; 0 to 20 gram of BaO; and 0.1 to 10 gram of noble metals as catalyst activator.，下面是ＣＮＧ 자동차 배기가스 정화용 촉매 및 이의 제조방법专利的具体信息内容。
ＣＮＧ 자동차 배기가스 정화용 촉매 및 이의 제조방법{Catalysts and Their Manufacturing Process}
본 발명은 CNG 자동차 배기가스 정화용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세라믹 담체 1L당 활성 알루미나(γ-Al 2 O 3 ), 조촉매(La 2 O 3 , CeO 2 , BaO) 및 촉매 활성 물질로 0.1 ∼ 10 g의 귀금속이 담지되어 제조된 CNG 자동차 배기가스 저감 촉매를 제조함으로써 배기가스의 대부분을 차지하는 메탄을 효율적으로 정화시키는 CNG 자동차 배기가스 정화용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
CNG(Compressed Natural Gas ; 압축천연가스)는 넓게는 천연으로 지중에서 산출하는 가스를 말하지만, 보통 탄화수소를 주성분으로 하는 가연성가스를 가리킨다. CNG의 종류로는 유전지대에서 나오는 유전가스, 탄전지대에서 나오는 탄전가스, 석유나 석탄의 성인과는 관계없이 물에 녹아 존재하는 수용성가스로 대별된다. 탄전가스, 수용성가스는 메탄을 주성분으로 하고, 이산화탄소, 산소, 질소 등을 함유하지만 상온에서는 가압하여도 액화하지 않으므로 드라이가스라고 하며, 유전가스는 메탄 외에 프로판, 부탄 등을 함유하고 가압하면 상온에서 액화하므로 웨트가스라고 불린다.
차량에 CNG를 연료로 사용할 경우에는 가격이 싸고 경제성이 뛰어나며 혼합기가 가스상태로 공기와 혼합되어 실린더로 들어감으로써 그 상태가 균일하고 이론 공기혼합비에 가까운 값에서 완전 연소되기 때문에 연소의 효율이 높으며 엔진이 조용할 뿐만 아니라 연소속도가 가솔린보다 느리고 옥탄가가 높으므로 노킹현상이 없다는 장점이 있다.
그리고, CNG엔진은 경제성이 뛰어나며 연료비, 엔진오일 주입비, 엔진수명 등이 가솔린에 비해 탁월하며, 비점이 낮기 때문에 실린더 내에서 완전히 기화되어 오일을 묽게 만들지 않으며, 카본이 잘 생기지 않는다. 또한, 첨가제를 사용하지 않으므로 카본이나 회분에 의해 오일을 더럽히는 일이 없고 유황성분이 거의 없어 배기가스로 인한 금속 부식현상이 일어나지 않는다. 그래서, 대기오염이 적고 위생적이며 유독성 물질인 CO의 함량이 적어 배기가스의 냄새가 거의 없고 연기도 거의 없다.
그러나, 최근 환경에 대한 관심이 고조되면서 이에 따라 환경규제가 점점 더 엄격해지고 있어 CNG 자동차에 대해 활발한 연구가 진행되고 있다.
따라서, CNG 자동차용 배기가스를 정화할 수 있는 촉매를 개발하고 있는 실정이다. 현재 CNG 배기가스 정화촉매로는 대부분 기존의 가솔린 자동차의 삼원촉매가 쓰이고 있으나, 연료과잉분위기(Lean Burn)에서 작동하는 CNG 자동차에서는 메탄의 정화효율이 극히 낮은 편이다
이에, 본 발명자는 상기와 같은 점을 감안하여 연구한 결과, 세라믹 담체 1L당 활성 알루미나(γ-Al 2 O 3 ), 조촉매(La 2 O 3 , CeO 2 , BaO) 및 촉매 활성 물질이 담지되어 제조된 CNG 자동차 배기가스 정화용 촉매를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 CNG 자동차 배기가스 주성분인 메탄을 효율적으로 정화할 수 있는 CNG 자동차 배기가스 정화용 촉매 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 라이트-오프 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 세라믹 담체 1L당 활성 알루미나(γ-Al 2 O 3 ), 조촉매(La 2 O 3 , CeO 2 , BaO) 및 촉매 활성 물질이 담지되어 제조된 CNG 자동차 배기가스 정화용 촉매를 그 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 CNG 자동차 배기가스 정화용 촉매는 세라믹 담체 1L당 20 ∼ 200 g의 γ-Al 2 O 3 , 0 ∼ 50 g의 La 2 O 3 , 0 ∼ 50 g의 CeO 2 , 0 ∼ 20 g의 BaO, 및 촉매 활성 물질로서 0.1 ∼ 10 g의 귀금속을 담지하여 제조한다.
상기 촉매 활성 물질은 팔라듐, 플라티늄, 로듐 및 이들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 것으로 사용한다. 촉매 활성 물질은 세라믹 담체 1L당 0.1 내지 10 g를 담지시키는 것이 바람직하며, 만일 이의 함량이 0.1 g 미만이면 메탄의 정화활성이 낮은 문제점이 있으며, 10 g 을 초과하면 더 이상의 메탄의 정화활성의 향상을 얻을 수 없는 문제점이 있다. 또한, 세라믹 담체에 대한 담지를 위한 귀금속은 귀금속 염화물, 질산염 및 초산염 등의 형태로 담지된다.
한편, 촉매에서 담지층으로 사용되는 활성 알루미나(γ-Al 2 O 3 ) 및 조촉매로 사용되는 La 2 O 3 , CeO 2 및 BaO은 산화물, 질산염, 초산염 및 황산염 등의 형태로 담지된다. 이때 활성 알루미나는 세라믹 담체 1L 당 20 ∼ 200 g을 사용하는 것이 바람직하며, 20 g 미만 사용하면 충분한 활성표면적을 만들어 주기 어려운 문제가 있고, 200 g 초과하면 엔진에 배압이 심하게 걸리는 문제점이 있다. 조촉매로 사용되는 La 2 O 3 와 CeO 2 은 각각 50 g 이하 사용하는 것이 바람직하며, BaO은 20 g 이하 사용하는 것이 바람직하다. 상기 함량을 벗어나면 오히려 촉매활성을 떨어뜨릴 수 있는 문제가 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 : 팔라듐(Pd) 담지 촉매의 제조
란타나(La 2 O 3 )가 5% 도핑되었으며 비표면적이 100 m 2 /g인 활성 알루미나(γ-Al 2 O 3 ) 분체와, 비표면적이 각각 4 m 2 /g인 CeO 2 분체와 BaO 분체를 습식 분쇄하여 슬러리를 제조하였다. 이에 팔라듐염화염(H 2 PdCl 6 )를 섞어 슬러리를 제조하였다. 그 후, 상기 슬러리를 세라믹 담체에 담지하기 위해 도포하였는데, 담지량은 세라믹 담체 1L당 활성 알루미나 100 g, CeO 2 10 g, 및 BaO가 5 g이었다. 이어서, 상기 도포된 세라믹 담체를 건조시킨 다음, 500 ℃의 온도에서 소성하였다. 이때, 세라믹 담체 1L당 담지된 Pd의 양은 각각 2.47 g(실시예 1), 3.53 g(실시예 2), 4.24 g(실시예 3)이었다.
실시예 1
상기 제조예와 같이 제조된 Pd의 담지량이 세라믹 담체 1L당 2.47 g인 Pd 촉매로 촉매가 프레시(Fresh)한 상태에서 라이트-오프 테스트(Light-off Test)를 실시하였다.
이때의 모델가스 조성은 다음 표 1과 같으며, 상온에서 450 ℃까지 15 ℃/min의 승온속도로 메탄의 정화 효율을 측정하였다. 이때의 공간속도는80,000/hr이었다. 그 결과는 도 1에 나타내었다.
| 성분 | CH 4 | CO | NO | O 2 | H 2 O | CO 2 | N 2 |
| 조성 | 900 ppm | 350 ppm | 550 ppm | 8.52% | 10% | 7.51% | 발렌스 |
라이트-오프 테스트에 있어서, 상기 촉매의 메탄이 50% 정화되는 온도(LOT50)를 측정하였다. LOT50은 328 ℃이었다.
실시예 2
상기 실시예1과 제조방법은 같으며 Pd의 담지량이 세라믹 담체 1L당 3.53 g인 Pd 촉매로 라이트-오프 테스트시, LOT50은 308 ℃이었다. 그 결과는 도1에 나타내었다.
실시예 3
상기 실시예1과 제조방법은 같으며 Pd의 담지량이 세라믹 담체 1L당 4.24 g인 Pd 촉매로 라이트-오프 테스트시, LOT50은 298 ℃이었다. 그 결과는 도1에 나타내었다.
비교예
현재 가솔린 촉매로 사용되고 있는 Pd 촉매로 Pd의 담지량이 세라믹 담체 1L당 5.30 g이고 라이트-오프 테스트시, LOT50은 375 ℃이었다. 그 결과는 도1에나타내었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매를 사용하면 CNG 자동차 배기가스 중의 대부분을 차지하는 메탄올을 효율적으로 정화시킬 수 있다.
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