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KR101180949B1 - 디젤 분진 필터용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치 - Google Patents

디젤 분진 필터용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치 Download PDF

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KR101180949B1
KR101180949B1 KR1020100066378A KR20100066378A KR101180949B1 KR 101180949 B1 KR101180949 B1 KR 101180949B1 KR 1020100066378 A KR1020100066378 A KR 1020100066378A KR 20100066378 A KR20100066378 A KR 20100066378A KR 101180949 B1 KR101180949 B1 KR 101180949B1
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박지원
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Abstract

본 발명은 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 포함하는 디젤 분진 필터용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치에 관한 것으로서, 상기 디젤 분진 필터용 촉매는 고온 또는 가황 조건에서 장시간 사용되어도 높은 촉매 활성을 유지할 수 있으며 높은 일산화질소(NO) 전환 효율을 구현할 수 있다.

Description

디젤 분진 필터용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치{CATALYST FOR DIESEL PARTICULATE FILTER, PREPARATION METHOD OF THE SAME, AND SMOKE REDUCTION DEVICE OF DIESEL ENGINE}
본 발명은 디젤 분진 필터용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 또는 가황 조건에서 장시간 사용되어도 높은 촉매 활성을 유지할 수 있으며 높은 일산화질소(NO) 전환 효율을 구현할 수 있는 디젤 분진 필터용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 차량은 뛰어난 연비 또는 출력 등에도 불구하고, 디젤 엔진의 특성상 공기 과잉율이 큰 상태에서 연소가 이루어지기 때문에 배출가스 중에는 가솔린 엔진과는 달리 일산화탄소(CO)나 탄화수소의 배출량이 적은 반면 질소산화물(이하, "NOx" 라 한다.)과 입자성물질(PM)이 상당히 많이 배출되는 단점이 있다.
입자상 물질(PM)의 배출에 대하여 연소 제어를 통해 많은 저감이 이루어지고 있으나, 입자성 물질(PM)과 NOx는 서로 상반되는 관계가 있어 NOx를 줄이면 입자상 물질(PM)이 증가하고, 입자상 물질(PM)을 줄이면 반대로 NOx가 증가하게 되어 양자를 동시에 저감 제어하는데 있어 다소간의 곤란한 상황이 발생된다.
특히, 최근 들어 입자상 물질(PM)은 대기를 오염시키는 가장 중요한 주원인으로 각종 매체에서 보도되고 있으며, 인체에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이러한 입자상 물질(PM)을 저감시키는 방법으로서 디젤 자동차에 디젤 분진 필터(Diesel Particle Filter, DPF)를 장착하고 있다. 디젤 분진 필터는 디젤 엔진으로부터 배출되는 입자상 물질(PM)을 필터 내에 물리적으로 포집 후 후분사 제어(Post Injection)로 배기가스의 온도를 일정온도 이상으로 승온하여 필터에 포집된 입자상 물질(PM)을 연소시켜 제거한다. 최근에는 전세계적으로 강화되고 있는 배기 가스 규제에 대응하기 위하여, 상기한 디젤 분진 필터(DPF) 전단에 질소산화물(NOx)을 분해 또는 환원하는 장치를 구비하여 배출되는 질소산화물의 양을 줄이는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 상기 질소산화물(NOx)을 분해 또는 환원하는 장치의 설치로 인하여, 디젤 분진 필터(DPF)로 유입되는 이산화질소의 양이 현저히 줄어들어 DPF에 포집된 매연(Soot)과 이산화질소의 반응에 의한 자연 재생 효과가 현저히 저하되는 문제점이 나타났다. 이에, 디젤 엔진 차량에 적용되는 배기 가스 규제를 만족시키면서도, 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스와 미세먼지를 완벽하게 제거할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 고온 또는 가황 조건에서 장시간 사용되어도 높은 촉매 활성을 유지할 수 있으며 높은 일산화질소(NO) 전환 효율을 구현할 수 있는 디젤 분진 필터용 촉매를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 디젤 분진 필터용 촉매의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 디젤 분진 필터용 촉매를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 포함하는 디젤 분진 필터용 촉매를 제공한다.
또한, 본 발명은 수용액 내에서 백금 전구체 및 네오디뮴 전구체를 혼합하는 단계; 상기 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 실리카에 담지시키는 단계; 및 상기 실리카에 담지된 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 소성하는 단계를 포함하는 디젤 분진 필터용 촉매의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 촉매를 포함하는 디젤 분진 필터를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치를 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 디젤 분진 필터용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 포함하는 디젤 분진 필터용 촉매가 제공될 수 있다.
디젤 차량용 매연 저감 장치, 특히 디젤 분진 필터에서는 높은 온도 조건 및 계속적으로 유입되는 황(Sulfur)으로 인하여 촉매의 활성이 쉽게 저하되고, 이에 따라 디젤 분진 필터의 재생 주기가 단축되는 문제가 있었다. 또한, 질소산화물(NOx)을 분해 또는 환원하는 장치가 디젤 분진 필터의 전단에 설치됨에 따라, 필터 내의 Soot 및 배기 중의 NO2의 반응에 의한 Soot의 자연 재생 효과가 저하되었다.
이에 본 발명자들은 디젤 분진 필터에 사용되는 촉매에 관한 연구를 진행하여, 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 디젤 분진 필터용 촉매에 사용하면 고온 또는 가황 조건에서 장시간 노출되어도 높은 촉매 활성을 유지할 수 있으며 높은 일산화질소(NO) 전환 효율을 구현할 수 있음을 실험을 통하여 확인하고 발명을 확인하였다.
상기 디젤 분진 필터용 촉매의 특성은 실리카 담체와 상기 금속 합금의 상호 작용에 따른 것으로 보여진다. 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 실리카에 담지시키면 안정한 비결정질의 Nd-O-Si 막이 실리카 상에 형성되는데, 이에 따라 상기 촉매 상의 백금 입자가 고온에서 응집 또는 소결되거나 상기 실리카 담체의 표면적이 감소하는 현상을 방지하여 촉매의 수명을 크게 늘릴 수 있으며, 고온 또는 가황 조건에서 장시간 노출되어도 높은 일산화질소(NO) 전환 효율을 구현할 수 있다
특히, 상기 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금에서 백금과 네오디뮴의 몰비가 1:0.1 내지 1:1.2, 바람직하게는 1:0.4 내지 1:0.8이면, 고온 또는/및 가황 조건에서 장시간 노출되어도 촉매의 활성이 크게 저하되지 않으며, 이에 따라 디젤 분진 필터 내의 Soot 및 배기 중의 NO2의 반응에 의한 Soot의 자연 재생 효과를 크게 증가시킬 수 있다.
상기 디젤 분진 필터용 촉매 중 백금의 함량은 0.1 내지 10중량%일 수 있다. 상기 백금의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 CO, 미연탄화수소 및 NO의 산화 활성이 나타나지 않을 수 있으며, 10중량%를 초과할 경우는 추가 첨가의 의의가 없어 경제적인 점에서 불리하다.
한편, 상기 디젤 분진 필터용 촉매는 하나의 H2-TPR(Temperature programmed Reduction) 피크(peak)를 400 내지 800℃ 에서 가질 수 있다. 도7에 나타난 바와 같이, 기존의 Pt/SiO2 촉매가 고온 또는 가황 조건에서 노화되는 경우 230℃ 부근에서 백금 산화물의 환원 피크가 나타나는데 반하여, 상기 열처리(TA-SA)를 거친 실시예의 촉매의 경우 상기 백금 산화물의 환원 피크를 나타내지 아니하며, 하나의 H2-TPR 피크(peak)를 400 내지 800℃ 에서 갖는 점이 확인된다. 따라서, 상기 디젤 분진 필터용 촉매는 촉매의 활성을 저하시킬 수 있는 백금 산화물의 발생을 최소화 하여 촉매 활성 및 수명을 크게 증가시킬 수 있다.
발명의 다른 구현예에 따르면, 수용액 내에서 백금 전구체 및 네오디뮴 전구체를 혼합하는 단계; 상기 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 실리카에 담지시키는 단계; 및 상기 실리카에 담지된 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 소성하는 단계를 포함하는 디젤 분진 필터용 촉매의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 제조 방법에 의하여 제조되는 디젤 분진 필터용 촉매, 즉 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 디젤 분진 필터용 촉매에 사용하면 고온 또는 가황 조건에서 장시간 노출되어도 높은 촉매 활성을 유지할 수 있으며 높은 일산화질소(NO) 전환 효율을 구현할 수 있다.
상기 백금 전구체 및 네오디뮴 전구체는 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 형성할 수 있는 것이면 별다른 제한 없이 사용 가능하지만, 상기 백금 전구체로 H2PtCl6, H2PtCl4, (NH4)2PtCl6, (NH4)2PtCl4, (NH4)2PtCl6, (NH4)2PtCl4, K2PtCl6, K2PtCl4, (NH4)2Pt(NO3)4, K2Pt(NO3)4, Pt(NH3)2Cl4, Pt(NH3)2(NO3)4, (R-NH3)2Pt(OH)6 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 네오디뮴 전구체로는 네오디뮴의 질산염, 탄산염, 할로겐염 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수용액 내에서 백금 전구체 및 네오디뮴 전구체를 혼합하는 단계에서는 통상적인 교반 또는 혼합 방법을 별 다른 제한 없이 사용할 수 있으나, 균일한 혼합물을 형성하기 위하여 증류수를 포함하는 상온의 수용액에서 2 내지 10시간 교반하는 것이 바람직하다.
상기 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물은 수용액상(aqueous) 또는 콜로이드상(colloid)에서 다양한 방법으로 실리카에 담지될 수 있는데, 수용액 상에서 용이하고 신속한 담지를 위하여 초기함침법(incipient wetness method)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 실리카에 담지시키는 단계 이후에는 담지된 혼합물을 건조하는 단계를 적용할 수 있으며, 이러한 건조 단계에는 통상적으로 알려진 수용액상 담지체의 건조 방법을 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다.
한편, 상기 실리카에 담지된 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 소성(calcinations)하면, 상기 백금(Pt) 전구체와 네오디뮴(Nd) 전구체가 반응하여 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금이 형성될 수 있으며, 상기 백금(Pt)- 네오디뮴(Nd) 합금이 실리카에 고정될 수 있다. 이러한 소성 단계는 300 내지 600℃에서 이루어질 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이, 상기 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금에서, 백금과 네오디뮴의 몰비가 1:0.1 내지 1:1.2, 바람직하게는 1:0.4 내지 1:0.8일 수 있다.
상기 소성이 완료된 이후에는 상기 결과물을 수소 분위기 하에서 열처리하면 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 신속하고 완전하게 환원 처리할 수 있다. 이에 따라, 상기 디젤 분진 필터용 촉매의 제조 방법은 상기 소성 단계에서 얻어진 결과물을 200 내지 500℃의 수소 분위기 하에서 1 내지 5시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 촉매를 포함하는 디젤 분진 필터를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치가 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 포함하는 디젤 분진 필터용 촉매는 고온 또는 가황 조건에서 장시간 사용되어도 높은 촉매 활성을 유지할 수 있으며 높은 일산화질소(NO) 전환 효율을 구현할 수 있다. 이에 따라, 상기 디젤 분진 필터용 촉매를 디젤 차량용 매연 저감 장치에 적용하면 우수한 촉매 활성 및 일산화질소(NO)전환 효율을 구현할 수 있어서 디젤 분진 필터의 재생 주기를 늘릴 수 있고, 디젤 분진 필터의 잦은 재생에 의한 LNT 촉매의 열화를 방지하여 이에 포함되는 귀금속의 비용을 절감시킬 수 있으며, 디젤 분진 필터의 자연 재생 효과를 증대시켜서 디젤 엔진의 연비를 향상시킬 수 있다.
상기 디젤 차량용 매연 저감 장치는 상기 디젤 분진 필터의 전단에 설치된 흡장 환원형 NOx 정화 촉매기를 더 포함할 수 있다. 이러한 흡장 환원형 NOx 정화 촉매기는 희박공연비(λ>1)인 조건에서 배기 가스중의 NOx를 흡착하고, 이론 공연비 또는 농후 공연비(λ≤1)인 조건에서 배기 가스중의 NOx를 탈착 환원할 수 있다.
상기 흡장 환원형 NOx 정화 촉매기의 설치에 따라서 상기 디젤 분진 필터로 유입되는 이산화질소의 양이 감소하여 필터 내의 Soot 및 배기 중의 NO2의 반응에 의한 Soot의 자연 재생 효과가 저하될 수 있는데, 상기 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 포함하는 디젤 분진 필터용 촉매는 필터 내에서 높은 효율로 일산화질소(NO)를 이산화질소로 변환할 수 있기 때문에, 상기 Soot의 자연 산화 반응의 효과를 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 고온 또는 가황 조건에서 장시간 사용되어도 높은 촉매 활성을 유지할 수 있으며 높은 일산화질소(NO) 전환 효율을 구현할 수 있는 디젤 분진 필터용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 1 wt% Pt/SiO2와 XPtYNd/SiO2 (X;Y = 1:0.25, 1:0.5, 1:1) 촉매의 열화 전 NO 산화 반응 실험 결과를 도시한 것이다.
도 2 는 1 wt% Pt/SiO2와 XPtYNd/SiO2 (X;Y = 1:0.25, 1:0.5, 1:1) 촉매의 열화 후 NO 산화 반응 실험 결과를 도시한 것이다.
도 3은 열화 후의 1 wt% Pt/SiO2와 XPtYNd/SiO2 (X;Y = 1:0.25, 1:0.5, 1:1) 촉매의 X선회절(XRD)분석 결과를 도시한 것이다.
도 4는 열화 후의 1 wt% Pt/SiO2와 XPtYNd/SiO2 (X;Y = 1:0.25, 1:0.5, 1:1) 촉매의 TPR분석 결과를 도시한 것이다.
도 5는 각 조건별(fresh, TA, SA, TASA)로 열화를 거친 Pt/SiO2의 NO 산화반응 실험 결과를 도시한 것이다.
도 6은 각 조건별(fresh, TA, SA, TASA)로 열화를 거친 Pt/SiO2의 X선회절(XRD)분석 결과를 도시한 것이다.
도 7은 각 조건별(fresh, TA, SA, TASA)로 열화를 거친 Pt/SiO2의 TPR분석 결과를 도시한 것이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 : 디젤 분진 필터용 촉매 제조>
30ml의 증류수에 일정량의 헥사클로로플래티네이트(IV) (H2PtCl6) 및 네오디뮴(III) 나이트레이트 헥사하이드레이트 [Nd(NO3)3?6H2O]를 첨가하고, 5시간 동안 교반하였고, 이때 Pt와 Nd의 몰비율(X:Y)이 각각 1:0.25, 1:0.5 및 1:1 로 하였다. 이렇게 얻어지는 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 초기함침법(incipient wetness method)을 사용하여 3 g의 실리카(Cabot, CAB-O-SIL, M-5)에 담지시켰다.
상기 실리카에 담지된 혼합물을 100 ℃ 오븐에서 24시간 동안 건조시켰다. 그리고, 건조된 고체 상태의 시료를 도가니에 넣고 5 ℃/min의 속도로 500℃까지 승온하여 3시간 동안 열처리한 후 천천히 냉각시켰다. 이렇게 냉각된 시료를 5 ℃/min의 속도로 300℃까지 승온한 후, 3시간 동안 수소분위기에서 열처리하여 환원시켜서, 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금 촉매를 얻었다.
< 실험예 : 디젤 분진 필터용 촉매의 물성 측정>
상기 실시예에서 얻어진 디젤 분진 필터용 촉매를 1) 750 ℃에서 24시간 동안 열처리하고(Thermal Aging, 이하 'TA'라고 한다), 2) 350 ℃에서 SO2 1000 ppm을 흘려주며 24시간 동안 열처리(Sulfur Aging, 이하 'SA'라고 한다)하였다.
그리고, 종래에 DPF촉매로 사용되고 있는 Pt/SiO2(Platinum on silica, Engelhard)를 물성 비교를 위한 대조군으로 사용하였고, 이러한 Pt/SiO2를 상기 실시예의 촉매와 동일하게 1) 750 ℃에서 24시간 동안 열처리하고2) 350 ℃에서 SO2 1000 ppm을 흘려주며 24시간 동안 열처리하였다.
실험예1 : BET 표면적 측정
담체의 비표면적은 열화에 의한 기공의 붕괴 및 구조의 변화에 따라 크게 변화하는데, 온도에 따른 담체 비표면적의 변화를 관찰하기 위하여 TA 열처리 이전/이후의 촉매의 비표면적을 측정하였다.
구체적으로, Micromeritics사의 ASAP 2010를 사용하여 BET 표면적을 측정하였으며, 이러한 결과를 하기 표1에 나타내었다.
BET 표면적 측정 결과
Pt 1Pt-0.25Nd 1Pt-0.5Nd 1Pt-1Nd
BET 표면적(㎡/g) TA 열처리 이전 196.3 195.9 195.1 195.6
TA 열처리 이후 164.6 178.8 182.5 184.4
상기 표1에 나타난 바와 같이, 네오디뮴(Nd)이 함유된 촉매의 경우 열처리 후에도 비표면적이 감소가 크기 않음이 확인되었다. 특히, 네오디뮴의 함량이 증가할수록 열에 의한 노화(Thermal agin)단계 이후에도 비표면적에 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 이것은 안정한 비결정질의 Nd-O-Si 막이 실리카 상에 형성되어서, 담체인 실리카가 열에 의하여 소결되거나 기공이 붕괴되는 것을 최소화할 수 있기 때문인 것으로 보여진다.
이에 따라, 상기 디젤 분진 필터용 촉매는 고온의 열이 발생할 수 있는 디젤 차량용 매연 저감 장치 내에서도 촉매 상의 백금 입자가 응집 또는 소결되는 정도를 최소화할 수 있으며 실리카 담체의 표면적이 감소하는 것을 방지하여 고온 조건에서 높은 촉매의 활성을 장시간 유지할 수 있다.
실험예2 : X선 회절 분석
상기 TA-SA열처리를 거친 실시예의 촉매의 결정 구조를 확인하기 위하여 X선 회절 분석(XRD)를 수행하고, 그 결과를 도3에 나타내었다. 도3에서 확인되는 바와 같이, 네오디뮴(Nd)의 함량이 증가함에 따라 백금(Pt)의 XRD 피크가 왼쪽으로 이동하는 것으로 확인되었다. 이러한 XRD 피크의 이동은 백금과 네오디뮴이 합금을 형성함에 따른 것으로 보여진다.
백금과 네오디뮴이 합금을 형성함에 따라서, 실리카 담체와 상기 금속 합금의 상호 작용이 변화하게 되어, 고온 또는 가황 조건에서도 촉매의 활성이 저하되지 않는다.
그리고, 상기에서 열처리한 Pt/SiO2에 대하여 X선 회절 분석(XRD)를 수행하고, 그 결과를 도6에 나타내었다. 도6에 나타난 바와 같이, 40 degree의 2 theta영역에서 TA처리를 거친 Pt/SiO2촉매의 피크 강도가 TA처리를 거치지 않은 Pt/SiO2 촉매보다 샤프(sharp)함을 알 수 있으며, 이것은 백금(Pt)가 소결하여 크기가 증가하였음을 의미한다. 즉, 상기 Pt/SiO2 촉매를 고온 또는/및 가황 조건에서 노화시키면 백금 입자가 응집되어 촉매의 활성이 저하되는 점이 확인되었다.
실험예3 : 일산화질소( NO )전환 효율 측정
상기 TA-SA열처리를 거친 실시예의 촉매 및 상기에서 열처리한 Pt/SiO2에 대하여 NO산화반응 실험을 수행하고, 그 결과를 도2 및 도5에 각각 나타내었다.
구체적으로, NO산화 반응 실험은 상기 실시예의 촉매 및 상기 Pt/SiO2를 고정층 반응기(fixed bed reactor)에 555 ppm의 NO와 10% O2/N2가스를 흘려주어 전체 유량을 400 ml/min로 하고, 공간 속도를 80,000/h 로 설치한 후, 화학발광법을 이용한 NOx 분석 장치(42i-HL, Thermo electron coporation)를 이용하여 활성을 측정하였다.
도1 및 도2의 비교 결과에서 도출되는 바와 같이, 실시예의 디젤 분진 필터용 촉매를 사용하면 고온 또는/및 가황 조건에서 노화시켜도 일산화질소(NO)전환 효율이 크게 낮아지지 않는 점이 확인되었다. 특히, 백금과 네오디뮴의 몰비가 1:0.5인 디젤 분진 필터용 촉매는 상기 TA-SA처리 후에도 일산화질소(NO)전환 효율이 거의 일정하게 유지되는 점이 확인되었다. 이에 따라, 상기 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 디젤 분진 필터용 촉매로 사용하면, 우수한 내열 특성 및 내황 특성을 구현할 수 있으며 디젤 차량용 매연 저감 장치 내에서 장시간 사용하여도 높은 촉매 활성을 유지할 수 있다.
이에 반하여, 도5에 나타난 바와 같이, 상기 고온 및 가황 조건에서 노화시킨 Pt/SiO2촉매(TASA)는 낮은 일산화질소(NO)전환 효율을 나타내는 점이 확인되었다. 특히, 상기 SA처리 후의 Pt/SiO2촉매가 TA처리 후의 Pt/SiO2촉매에 비하여 높은 활성을 갖는 것으로 나타나는 점으로 미루어 보아, 고온에서 백금(Pt)이 소결 및 응집함에 따라서 Pt/SiO2 촉매의 활성이 크게 저하된 것으로 보여진다.
실험예4 : H 2 - TPR ( Temperature programmed Reduction )분석 실험
상기 열처리(TA-SA)를 거친 실시예의 촉매 및 상기 열처리(TA-SA)한 Pt/SiO2에 대하여 H2-TPR(Temperature programmed Reduction)분석을 하고, 그 결과를 도4에 나타내었다. 그리고, 상기 열처리한 Pt/SiO2에 대하여 H2-TPR분석을 하고, 그 결과를 도7에 나타내었다.
이러한 H2-TPR 분석에는 BELCAT-B TPD장치(BEL JAPAN INC.)를 사용하였다.
도7에 나타난 바와 같이, 상기 TA 또는 TASA처리를 거친 Pt/SiO2 촉매의 경우, 100℃ 부근에서 백금 산화물의 환원 피크가 나타났다. 특히, 상기 TASA처리를 거친 Pt/SiO2 촉매의 경우, 230℃ 부근에서 백금 산화물의 환원 피크가 나타나는 점이 확인되었다.
이에 반하여, 상기 열처리(TA-SA)를 거친 실시예의 촉매의 경우, 400 내지 800℃ 부근에서 하나의 환원 피크만을 나타내는 점이 확인되었다. 이러한 실험결과로부터, 네오디뮴이 첨가됨에 따라 230℃ 부근에서의 백금 산화물의 환원 피크가 나타나지 않게 되었고, 이것은 백금과 네오디뮴의 합금 형성에 따른 것으로 보인다.
따라서, 상기 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 디젤 분진 필터용 촉매로 사용하게 되면, 촉매의 활성을 저하시키는 백금 산화물의 발생을 최소화 할 수 있어서, 우수한 촉매 활성 및 일산화질소(NO)전환 효율을 구현할 수 있다.

Claims (13)

  1. 실리카에 담지된 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금을 포함하고,
    상기 백금과 네오디뮴의 몰비가 1:0.4 내지 1:0.8이며,
    하나의 H2-TPR 피크(peak)가 400 내지 800℃에서 나타나는 디젤 분진 필터용 촉매.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    전체 촉매 중 백금의 함량이 0.1 내지 10중량%인 디젤 분진 필터용 촉매.
  5. 삭제
  6. 수용액 내에서 백금 전구체 및 네오디뮴 전구체를 혼합하는 단계;
    상기 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 실리카에 담지시키는 단계; 및
    상기 실리카에 담지된 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 소성하여 백금(Pt)- 네오디뮴(Nd) 합금을 형성하고, 상기 백금(Pt)- 네오디뮴(Nd) 합금을 실리카에 고정하는 단계를 포함하고,
    상기 백금(Pt)-네오디뮴(Nd) 합금에서, 백금과 네오디뮴의 몰비가 1:0.4 내지 1:0.8인 디젤 분진 필터용 촉매의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 실리카에 담지된 백금(Pt) 전구체 및 네오디뮴(Nd) 전구체의 혼합물을 소성하는 단계는 300 내지 600℃에서 이루어지는 디젤 분진 필터용 촉매의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 소성 단계에서 얻어진 결과물을 200 내지 500℃의 수소 분위기 하에서 1 내지 5시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함하는 디젤 분진 필터용 촉매의 제조 방법.
  12. 제1항의 촉매를 포함하는 디젤 분진 필터를 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 디젤 분진 필터의 전단에 설치된 흡장 환원형 NOx 정화 촉매기를 더 포함하는 디젤 차량용 매연 저감 장치.

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