KR100904029B1

KR100904029B1 - 배기가스정화촉매

Info

Publication number: KR100904029B1
Application number: KR1020077018799A
Authority: KR
Inventors: 히로마사 스즈키
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2009-06-22
Also published as: EP1850948B9; US7598205B2; CN101119789B; KR20070104419A; JP2006224032A; US20090163358A1; EP1850948B1; WO2006087920A1; ES2367136T9; CA2598395A1; JP4716087B2; ES2367136T3; CN101119789A; CA2598395C; EP1850948A1

Abstract

내연기관으로부터의 배기가스를 정화하기 위한 3원 촉매에 있어서, 비스무트 성분의 스캐터링은 Bi-Ti 복합산화물을 소정의 비율로 채택하여 억제될 수 있다. 이에 따라, 수소황화물 생성량을 억제하는 효과가 장기간 유지될 수 있다. 이러한 촉매는 담체기재, 및 상기 담체기재 상에 형성되어, 귀금속, 다공질산화물 및 Bi-Ti 복합산화물을 포함하는 촉매층을 포함하여 이루어지고, 0.3 ≤ R ≤ 1.5 를 만족하는 데, 여기서 R은 담체기재의 단위체적당 Ti 함유량에 대한 Bi 함유량의 몰비이다.

Description

배기가스정화촉매{EXHAUST GAS PURIFYING CATALYST}

본 발명은 자동차 엔진과 같은 내연기관으로부터의 배기가스를 정화하기 위한 촉매에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소황화물(H₂S) 생성량을 억제할 수 있는 배기가스정화촉매에 관한 것이다.

요즘에는, 자동차 등으로부터의 배기가스 내의 NOx(질소산화물), CO(일산화탄소) 및 HC(탄화수소)를 정화하기 위한 촉매로서 3원 촉매가 널리 사용된다. 3원 촉매는 알루미나, 세리아, 지르코니아 및 세리아-지르코니아 고용체(solid solution)와 같은 다공질산화물담체 및 상기 담체 상에 로딩된 백금(Pt), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)과 같은 귀금속을 포함하여 이루어지고, 이와 동시에 HC 및 CO를 산화에 의해 그리고 NOx를 환원에 의해 정화시킨다. 이들 반응은 3원 촉매가 인스톨되는 자동차에 있어서 근사적으로 산화 성분과 환원 성분의 등가량을 포함하는 분위기에서 가장 효율적으로 진행되기 때문에, 공연혼합물이 이론적인 공연비, 즉 화학양론적 포인트(A/F = 대략 14.6 ±0.2)에서 또는 그 부근에서 연소되도록 공연비가 제어된다.

하지만, 3원 촉매는 배기가스분위기가 환원될 때에 상기 배기가스 내의 황산 화물이 환원되어 H₂S로 생성된다는 문제점이 있다. 일본심사특허공보(KOUKOKU) 제H08-015,554호에는 3원 촉매의 성분으로서 니켈 또는 구리 산화물을 사용하는 것이 개시되어 있다. 상기 니켈 또는 구리 산화물은 산화분위기에서 SO₂를 SO₃ 또는 SO₄로 산화시켜, 환원분위기에서 Ni₂S₃와 같은 황화물로서 황성분을 흡장함으로써, H₂S 생성량이 억제될 수 있게 된다.

하지만, 니켈 또는 구리는 환경적으로 유해 물질이기 때문에, 자동차로부터의 배기가스를 정화하기 위한 촉매에 질소나 구리를 사용하는 것을 금지하고 있다. 그러므로, 니켈 또는 구리 산화물에 대한 H₂S 생성량을 억제하는 것과 유사한 효과를 나타내는 비스무트 산화물을 사용하는 것이 고려되고 있다. 하지만, Bi-함유 촉매는 비스무트 성분이 상승된 온도에서 스캐터링하여, H₂S 생성량을 억제하는 효과가 장기간 유지되지 못한다는 문제점이 있다.

그런데, 일본심사특허공보(KOUKOKU) 제H02-020,561호, 제H05-081,521호 및 제S61-020,342호에는 Bi-함유 촉매가 개시되어 있다. 하지만, 이들 촉매는 산화분위기에서 H₂S를 산화시키기 위함이다. 그러므로, 공연비가 자동차의 경우에서와 같이 제어되면, 화학양론적 또는 환원분위기에서 H₂S가 생성되는 위험이 있다. 이들 특허 문헌들은 화학양론적 또는 환원분위기에서의 촉매 효과들을 언급하고 있지 않으며, 상기 화학양론적 또는 환원분위기에서도 사용되는 3원 촉매로서 상기 촉매들을 사용하는 것도 전혀 개시하거나 제시하고 있지 않다.

본 발명은 상술된 문제점들의 관점에서 고안되었다. 본 발명의 목적은 비스무트의 스캐터링을 줄일 수 있어, H₂S 생성량을 억제하는 효과를 장기간 유지할 수 있는 배기가스정화촉매를 제공하는 것이다.

본 발명자는 Bi-Ti 복합산화물을 종래의 3원 촉매에서 소정의 비율로 채택하여 Bi 성분들의 스캐터링이 억제될 수 있다는 것을 고안하였다.

본 발명에 따른 배기가스정화촉매는, 담체기재 및 상기 담체기재 상에 형성되어, 귀금속, 다공질산화물 및 비스무트와 티탄의 복합산화물을 포함하는 촉매층을 포함하여 이루어지고, 상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 티탄의 몰량에 대한 상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 비스무트의 몰량의 비(R)가 0.3 ≤ R ≤ 1.5 를 만족한다.

상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 비스무트의 몰량은 0.2 mol/liter 이상이고 0.5 mol/liter 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 배기가스정화촉매에 따르면, Bi-Ti 복합산화물에 함유된 비스무트의 스캐터링이 0.3 ≤ R ≤ 1.5를 만족하여 억제될 수 있는데, 여기서 R은 담체기재의 단위체적당 로딩된 Ti의 몰량에 대한 담체기재의 단위체적당 로딩된 Bi의 몰량의 비이다. 그 결과, 배기가스정화촉매의 H₂S 생성량을 억제하는 효과가 장기간 유지될 수 있다.

이외에도, 담체기재의 단위체적당 Bi의 몰량을 0.2 mol/liter 이상이고 0.5 mol/liter 이하이게 하여, H₂S 생성량 억제 및 비스무트 스캐터링 억제가 동시에 실현될 수 있다. 그 결과, H₂S 생성량을 억제하는 효과가 고레벨로 장기간 유지될 수 있다.

도 1은 담체기재의 단위체적당 Bi 함유량의 함수로서 Bi 잔존율을 도시한 그래프;

도 2는 Bi/Ti 비율의 함수, 즉 담체기재의 단위체적당 로딩된 Ti의 몰량에 대한 담체기재의 단위체적당 로딩된 Bi의 몰량의 비(R)로서 Bi 잔존율을 도시한 그래프;

도 3은 기재의 단위체적당 Bi 함유량의 함수로서 H₂S 생성량을 도시한 그래프; 및

도 4는 기재의 단위체적당 Bi 함유량의 함수로서 CO-NOx 크로스 컨버전(cross conversion) 효율을 도시한 그래프이다.

본 발명의 배기가스정화촉매는 담체기재 및 촉매층을 포함하여 이루어지고, 상기 촉매층은 상기 담체기재 상에 형성되어, 귀금속, 다공질산화물 및 Bi-Ti 복합산화물을 포함한다. 다시 말해, 상기 촉매층은 상술된 바와 같이 종래의 3원 촉매 이외에 Bi-Ti 복합산화물을 포함한다.

다공질산화물의 예로는 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아 및 세리아-지르코니아 고용체와 같이 복수의 상기 물질을 함유하는 복합산화물을 들 수 있고, 1이상의 상기 산화물이 채택될 수 있다. 적어도 비표면적이 큰 활성 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다. 만일 세리아-지르코니아 고용체와 같은 산소 흡장 환원 능력을 갖는 산화물이 채택된다면, 배기가스분위기에서의 변동이 억제될 수 있어, 3원 활성이 더욱 개선된다.

Bi-함유 복합산화물이 종래의 3원 촉매에 첨가되면, Bi-함유 복합산화물은 산화분위기에서 SO₂를 SO₃ 또는 SO₄로 산화시켜, 환원분위기에서 황화물로서 황성분을 흡장함으로써 H₂S 생성량을 억제할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 비스무트 성분들은 상승된 온도에서 스캐터링된다. 본 발명자는 비스무트의 스캐터링이 비스무트의 복합산화물과 비스무트와 화합물을 형성하는 또다른 원소를 이용하여 억제될 수 있다는 것과, 특히 비스무트와 화합물을 형성하는 또다른 원소로서 티탄이 사용될 때에 현저한 효과가 달성된다는 것을 발견하였다.

Bi-Ti 복합산화물은 주로 Bi 이온과 Ti 이온 양자 모두를 함유하는 산화물이지만, 주석(Sn) 및 아연(Zn)과 같은 기타 금속들을 포함할 수도 있다. 담체기재의 단위체적당 로딩된 Ti의 몰량에 대한 상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 Bi의 몰량의 비(R)(이하, 간단히 "R"이라고 함)가 0.3 ≤ R ≤ 1.5 를 만족하면, 상승된 온도에서 사용 시에 발생하기 쉬운 비스무트의 스캐터링이 효과적으로 억제될 수 있다. 그러므로, H₂S 생성량을 억제하는 효과가 장기간 유지될 수 있다. 이와는 대조적으로, R이 상기 범위를 벗어나면, 비스무트가 스캐터링되는 것을 억제하는 효 과가 강렬하게 열화되어, 결과적으로 H₂S 생성량을 억제하는 효과가 장기간 사용으로 인해 저하된다. R이 0.5 ≤ R ≤ 1.3 를 만족하면, 비스무트의 스캐터링이 더욱 효과적으로 억제될 수 있다.

더욱이, Bi 함유량에 관해서는, 담체기재의 단위체적당 로딩된 Bi의 몰량이 0.2 mol/liter 이상이고 0.5 mol/liter 이하인 것이 바람직하다. Bi의 몰량이 상기 범위 이내에 있으면, H₂S 생성량이 효과적으로 억제될 수 있다. 그러므로, H₂S 생성량 억제 및 비스무트 스캐터링 억제가 동시에 실현될 수 있고, H₂S 생성량을 억제하는 효과가 고레벨로 장기간 유지될 수 있다.

상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 비스무트의 몰량은 0.2 mol/liter 이상이고 0.4 mol/liter 이하인 것이 더욱 바람직하다. 로딩된 Bi의 몰량이 상기 범위 이내에 있으면, 종래의 3원 촉매의 3원 활성을 유지하면서 H₂S 생성량이 억제될 수 있다.

상기 Bi-Ti 복합산화물은 다공질산화물과 물리적으로 혼합될 수 있지만, 졸-겔 공침전 처리 등에 의해 첨가될 수도 있다. 예컨대, Bi-Ti 복합산화물은, 적어도 비스무트와 티탄을 포함하는 질산으로서 수용성 화학 화합물의 수용액으로부터 침전물을 분리하고, 상기 침전물을 알루미나 분말 등에 로딩한 다음, 결과물을 캘사이닝함으로써 얻어질 수 있다.

여기서 사용된 귀금속은 HC 및 CO의 산화 또는 NOx의 환원에 촉매작용을 하며, 상기 귀금속의 적절한 예로는 백금(Pt), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)을 들 수 있 다. 강산화 활성을 보이는 백금 및 강환원 활성을 보이는 로듐을 조합하여 사용하는 것도 바람직하다. 일부 귀금속이 Bi-Ti 복합산화물 상에 로딩될 수 있지만, 대부분의 귀금속은 다공질산화물 상에 로딩되는 것이 바람직하다.

귀금속 로딩은 종래의 3원 촉매에서와 동일한 레벨에 있을 수 있고, 원하는 성능에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 바람직한 귀금속 로딩은 귀금속 종류에 좌우하지만, 촉매층의 리터당 0.1 내지 10 g 이다.

본 발명의 배기가스정화촉매는 촉매층이 형성되는 담체기재를 포함하여 이루어진다. 이용되는 담체기재는 세라믹 및 금속 허니콤 구조와 같은 종래의 구조일 수 있다. 촉매층을 담체기재 상에 형성하는 것은, 예컨대 다공질산화물과 Bi-Ti 복합산화물을 포함하는 슬러리를 허니콤 구조 상에 워시 코팅하고, 코팅층을 형성하기 위해 코팅된 구조를 캘사이닝하며, 흡착(습식 주입(wet impregnation)) 또는 흡수(초기 습식 주입(incipient wetness impregnation))에 의해 상기 코팅층 상에 귀금속을 로딩함으로써 수행될 수 있다.

귀금속을 사전에 미리 다공질산화물 상에 로딩하여 형성되는 촉매 분말을 준비하고, 상기 촉매 분말과 Bi-Ti 복합산화물을 혼합하여, 상기 혼합물로 코팅층을 형성하는 것도 바람직하다.

본 발명의 배기가스정화촉매가 본 발명을 실시하는 상기 방법들로 국한되는 것은 아님에 유의한다. 예를 들어, 필요에 따라서는, 본 발명의 배기가스정화촉매의 장점들에 영향을 주지 않는 한, 촉매층에 또다른 기능을 부가하기 위해 또다른 물질이 첨가될 수도 있다.

[바람직한 실시예들]

이하, 본 발명의 배기가스정화촉매의 예시들을 비교예들과 함께 구체적으로 기술하기로 한다.

<배기가스정화촉매의 형성>

배기가스정화촉매의 샘플(1 내지 15)들은 다음과 같은 절차들에 의해 형성되었다.

[샘플 1]

[슬러리의 준비]

Ce-Zr 고용체(CeO₂ : ZrO₂ : Y₂O₃ = 65 : 30 : 5의 몰비)의 75 중량부, 활성 알루미나의 120 중량부, 알루미나 바인더(알루미나 하이드레이트의 3 중량부, 40% 알루미늄 질산 수용액의 44 중량부) 및 소정량의 순수를 혼합하고, 상기 혼합물을 밀링함으로써 슬러리(S)가 준비되었다.

[촉매코팅층의 형성]

400 cpsi(cells per square inch)의 셀 밀도, 100 ㎛의 벽 두께, 103 mm의 직경, 130 mm의 길이, 및 1.1 리터의 체적을 갖는 허니콤 기재가 준비되어, 슬러리(S)로 워시 코팅되었다. 코팅된 기재는 120℃로 건조된 후, 3시간 동안 650℃로 캘사이닝되어, 촉매코팅층을 형성하였다.

다음으로, 촉매코팅층을 구비한 기재가 로듐을 흡착 및 로딩하기 위하여 소정의 농도의 로듐 질산 수용액 내에 침지되었다. 상기 용액으로부터 제거된 후, 피 스가 120℃로 건조된 후, 1시간 동안 500℃로 캘사이닝되어, 로듐을 로딩하였다. 더욱이, 상기 피스는 백금을 흡착 및 로딩하기 위하여 소정의 농도의 백금 디니트로디아민 용액 내에 침지되었다. 상기 용액으로부터 제거된 후, 상기 피스는 120℃로 건조된 후, 1시간 동안 500℃로 캘사이닝되어, 백금을 로딩하였다. 귀금속 로딩은 기재의 리터당 0.2 g 로듐 및 1.0 g 백금이었다.

[샘플 2]

샘플 2는 비스무트 산화물의 23 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 3]

샘플 3은 비스무트 산화물의 46 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 4]

샘플 4는 비스무트 산화물의 69 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 5]

Bi-Ti 복합산화물 분말은 Ti에 대한 Bi의 몰비(R) = 1로 비스무트 질산을 함유하기 위하여 비스무트 질산 수용액과 함께 아나타세 티타니아 분말을 주입하고, 건조한 다음 그 결과물을 2시간 동안 600℃로 캘사이닝하여 준비되었다. 샘플 5는 상기 Bi-Ti 복합산화물 분말의 27 중량부(비스무트 산화물과 티탄 산화물 전체의 27 중량부; 이하 동일하게 적용됨)가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 6]

샘플 6은 Bi-Ti 복합산화물 분말의 54 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 7]

샘플 7은 Bi-Ti 복합산화물 분말의 108 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 8]

샘플 8은 Bi-Ti 복합산화물 분말의 216 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 9]

샘플 9는 Bi-Ti 복합산화물 분말의 270 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 10]

Bi-Ti 복합산화물 분말은 Ti에 대한 Bi의 몰비(R) = 4로 비스무트 질산을 함유하기 위하여 비스무트 질산 수용액과 함께 아나타세 티타니아 분말을 주입하고, 건조한 다음 그 결과물을 2시간 동안 600℃로 캘사이닝하여 준비되었다. 샘플 10은 상기 Bi-Ti 복합산화물 분말의 96 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 11]

Bi-Ti 복합산화물 분말은 Ti에 대한 Bi의 몰비(R) = 2로 비스무트 질산을 함유하기 위하여 비스무트 질산 수용액과 함께 아나타세 티타니아 분말을 주입하고, 건조한 다음 그 결과물을 2시간 동안 600℃로 캘사이닝하여 준비되었다. 샘플 11은 상기 Bi-Ti 복합산화물 분말의 100 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 12]

Bi-Ti 복합산화물 분말은 Ti에 대한 Bi의 몰비(R) = 1.33으로 비스무트 질산을 함유하기 위하여 비스무트 질산 수용액과 함께 아나타세 티타니아 분말을 주입하고, 건조한 다음 그 결과물을 2시간 동안 600℃로 캘사이닝하여 준비되었다. 샘플 12는 상기 Bi-Ti 복합산화물 분말의 104 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 13]

Bi-Ti 복합산화물 분말은 Ti에 대한 Bi의 몰비(R) = 1로 비스무트 질산을 함유하기 위하여 비스무트 질산 수용액과 함께 아나타세 티타니아 분말을 주입하고, 건조한 다음 그 결과물을 2시간 동안 600℃로 캘사이닝하여 준비되었다. 샘플 13은 상기 Bi-Ti 복합산화물 분말의 108 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 14]

Bi-Ti 복합산화물 분말은 Ti에 대한 Bi의 몰비(R) = 0.5로 비스무트 질산을 함유하기 위하여 비스무트 질산 수용액과 함께 아나타세 티타니아 분말을 주입하 고, 건조한 다음 그 결과물을 2시간 동안 600℃로 캘사이닝하여 준비되었다. 샘플 14는 상기 Bi-Ti 복합산화물 분말의 132 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

[샘플 15]

Bi-Ti 복합산화물 분말은 Ti에 대한 Bi의 몰비(R) = 0.33으로 비스무트 질산을 함유하기 위하여 비스무트 질산 수용액과 함께 아나타세 티타니아 분말을 주입하고, 건조한 다음 그 결과물을 2시간 동안 600℃로 캘사이닝하여 준비되었다. 샘플 15는 상기 Bi-Ti 복합산화물 분말의 140 중량부가 슬러리(S)에 첨가되었다는 점을 제외하고는 샘플 1과 유사한 방식으로 준비되었다.

각각의 샘플의 Bi 함유량, Ti 함유량 및 Bi/Ti 비율(R)이 표 1에 도시되어 있다.

	Bi 함유량 (mol/liter)	Ti 함유량 (mol/liter)	Bi/Ti 비율	H₂S 생성량 (ppm)	Bi 잔존율 (%)	CO-NOx 크로스 컨버전(%)
샘플 1 샘플 2 샘플 3 샘플 4	0 0 0.05 0 0.1 0 0.3 0		- 300 - 96.7 - 25 34 96.4 - 15 27 94.7 - 8 18 91.0
샘플 5 샘플 6 샘플 7 샘플 8 샘플 9	0.05 0.05 0.1 0.1 0.2 0.2 0.4 0.4 0.5 0.5		1 54 95 96.5 1 36 93 95.7 1 24 94 95.0 1 21 93 93.7 1 19 85 93.0
샘플 10 샘플 11 샘플 12 샘플 13 샘플 14 샘플 15	0.2 0.05 0.2 0.1 0.2 0.15 0.2 0.2 0.2 0.4 0.2 0.6		4 21 22 - 2 20 23 - 1.33 24 78 - 1 23 95 - 0.5 26 90 - 0.33 25 60 -

<조사 및 평가>

[Bi 스캐터닝 테스트]

상기 각각의 샘플 1 내지 15는 4.3-리터 V-타입 8-기통 엔진이 갖춰진 엔진 벤치의 배기 라인에 배치되어, A/F = 15와 A/F = 14 사이의 1 Hz의 공연비 주파수로 50시간 동안 850℃의 촉매층 온도에서 에이징되었다. 이러한 에이징 후, 각각의 샘플들이 해체되어 Bi 함유량의 원소 분석을 거쳤으며, 상기 Bi 함유량은 에이징 전후로 비교되었다. 에이징 전에 대한 에이징 후의 Bi 함유량의 비율은 표 1, 도 1 및 도 2의 "Bi 잔존율"로 도시되며, 번호들은 샘플 번호를 나타낸다.

[H₂S 생성량 테스트]

상술된 각각의 샘플 1 내지 15는 2.4-리터 인라인 4-기통 엔진이 갖춰진 자동차에서 언더플로어 촉매로서 인스톨되었고, 테스트 런은 언더플로어 촉매층의 온도를 600 내지 650℃로 하기 위하여 40 km/hr의 주행 속도로 주행 모드 및 연소를 유지하면서 1시간 동안 실시되었다. 다음으로, 스로틀을 완전히 개방하면서, 자동차가 10초 이내에 110 km/hr의 속도까지 가속되어, 이 속도로 10초 동안 유지된 다음, 20초 이내에 감속 및 정지되어, 상기 정지로부터 10초 동안 공회전 상태가 유지되었다.

공회전 시의 배기가스 내의 H₂S의 농도가 측정되었고, 그 피크 농도가 표 1 및 도 3에 도시되어 있으며, 번호들은 샘플 번호들을 나타낸다.

[컨버전 효율 테스트]

상기 각각의 샘플 1 내지 9는 상기 Bi 스캐터링 테스트에서와 동일한 방식으로 에이징되었다. 이러한 에이징 후, 상기 각각의 샘플 1 내지 9는 2.4-리터 인라인 4-기통 엔진이 갖춰진 자동차에서 언더플로어 촉매로서 배치되었고, 연소 조건이 A/F = 13.5와 A/F = 15.5 사이의 공연비를 스위핑하도록 변경되면서, CO 및 NOx의 유입 및 유출 촉매 배기가스 컨버전 효율들이 측정되었다. 샘플 촉매들의 유입 배기가스 온도는 400℃이었다. CO 컨버전 곡선 및 NOx 컨버전 곡선의 교차점에서의 컨버전 효율을 "CO-NOx 크로스 컨버전"이라고 한다. 상기 CO-NOx 크로스 컨버전은 표 1 및 도 4에 도시되어 있으며, 번호들은 샘플 번호들을 나타낸다.

[평가]

Ti 및 Bi 양자 모두를 함유하고 있는 복합산화물이 에이징 이후에 Ti가 없는 복합산화물보다 높은 Bi 잔존율을 나타낸다는 것은 도 1의 그래프로부터 명백하다. 또한, Bi/Ti 비율(R)이 0.3 ≤ R ≤ 1.5 를 만족하는 샘플 12 내지 15는 Bi가 스캐터링되는 것을 억제하는 효과에 있어 우수하다는 점도 도 2의 그래프로부터 명백하다. 특히, 상기 비율(R)이 0.5 ≤ R ≤ 1.3 을 만족하는 촉매들은 Bi가 스캐터링되는 것을 억제하는 효과에 있어 더욱 우수하다.

도 3의 그래프로부터 알 수 있듯이, Bi 함유량이 0.2 mol/liter 이상이고 0.5 mol/liter 이하이면, H₂S 생성량을 억제하는 효과가 높다. 더욱이, 도 4의 그래프로부터 알 수 있듯이, Bi 함유량이 0.2 mol/liter 이상이고 0.4 mol/liter 이하이면, 3원 활성을 유지하면서 H₂S 생성량이 억제될 수 있다.

지금까지 바람직한 실시예들을 도시 및 기술하였지만, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 대체가 가능하다. 이에 따라, 본 발명은 단지 예시의 방법을 통해서 기술되었으며, 본 명세서에 개시된 이러한 예시 및 실시예들이 청구범위를 제한하는 것으로 구성되어서는 아니된다는 점을 이해하여야 한다.

본 발명의 배기가스정화촉매는 자동차 엔진용 3원 촉매로서 유용하다. 하지만, 본 출원이 자동차 엔진으로 국한되는 것은 아니며, 화학양론적 분위기에서 또는 그 부근에서 연소가 제어되는 여타의 내연기관용으로 사용될 수 있다.

Claims

배기가스정화촉매에 있어서,

담체기재; 및

상기 담체기재 상에 형성되어, 귀금속, 다공질산화물 및 비스무트와 티탄의 복합산화물을 포함하는 촉매층을 포함하여 이루어지고,

상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 티탄의 몰량에 대한 상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 비스무트의 몰량의 비(R)가 0.3 ≤ R ≤ 1.5 를 만족하는 것을 특징으로 하는 배기가스정화촉매.
제1항에 있어서,

상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 티탄의 몰량에 대한 상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 비스무트의 몰량의 비(R)가 0.5 ≤ R ≤ 1.3 을 만족하는 것을 특징으로 하는 배기가스정화촉매.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 비스무트의 몰량은 0.2 mol/liter 이상이고 0.5 mol/liter 이하인 것을 특징으로 하는 배기가스정화촉매.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 담체기재의 단위체적당 로딩된 비스무트의 몰량은 0.2 mol/liter 이상이고 0.4 mol/liter 이하인 것을 특징으로 하는 배기가스정화촉매.