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KR20230138494A - 중앙 분포식 pgm를 갖는 미립자 필터 및 이의 제조 방법 - Google Patents

중앙 분포식 pgm를 갖는 미립자 필터 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20230138494A
KR20230138494A KR1020237028807A KR20237028807A KR20230138494A KR 20230138494 A KR20230138494 A KR 20230138494A KR 1020237028807 A KR1020237028807 A KR 1020237028807A KR 20237028807 A KR20237028807 A KR 20237028807A KR 20230138494 A KR20230138494 A KR 20230138494A
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KR
South Korea
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particulate filter
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platinum group
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region
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Application number
KR1020237028807A
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English (en)
Inventor
쥔 총 지앙
이펑 순
알렉세이 뷔노프
예 후이 우
아틸리오 시아니
Original Assignee
바스프 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 개시내용은 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 촉매 물질층을 포함하는, 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 미립자 필터에 관한 것으로, 이때 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 영역의 백금족 금속의 평균 로딩이 미립자 필터의 나머지 부분의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.1 내지 10배이다. 본 발명에 따른 미립자 필터는 방사형 방향으로 중앙 분포식 PGM을 가지며, 우수한 HC, NOx 및 CO 전환율 및 낮은 배압을 나타낸다.

Description

중앙 분포식 PGM를 갖는 미립자 필터 및 이의 제조 방법
본 발명은, 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한, 방사형(radial) 방향으로 중앙 분포식(centralized-distributed) 백금족(platinum group) 금속을 갖는 미립자 필터, 상기 미립자 필터의 제조 방법, 및 내연 엔진으로부터의 배기 가스의 처리 방법에 관한 것이다.
내연 엔진의 배기 가스는 질소, 수증기 및 이산화탄소가 비교적 많이 포함하지만, 이러한 배기 가스는 또한 불완전 연소로 인한 일산화탄소, 미연소 연료로 인한 탄화수소, 과도한 연소 온도로 인한 질소 산화물(NOx) 및 미립자 물질(PM)과 같은 유해 및/또는 독성 물질도 비교적 소량으로 포함한다.
2016년 12월 23일, 중화인민공화국 환경보호부(MEP)는 China 5 배출 표준보다 훨씬 엄격한 경량 차량의 배출에 대한 China 6 제한 및 측정 방법에 대한 최종 법안(GB18352.6-2016; 이하 China 6이라고 함)을 발표하였다. 특히, China 6b는 미립자 물질(PM)에 대한 제한 사항을 통합하고 온보드 진단기(OBD) 요건을 차용한다. 또한, 차량은 WLTC(World Harmonized Light-duty Vehicle Test Cycle)에 따라 테스트해야 한다. WLTC는 많은 가파른 가속과 장기간의 고속 요건을 포함하는데, 이러한 요건은 농축(람다 <1) 또는 고농축(람다 <0.8) 조건 하에서 연장된 시간(예를 들어, >5초)에 "개방형 루프" 상황을 유발할 수 있는(따라서 연료 패들을 끝까지 눌러야 하는) 높은 전력 출력을 요구한다.
그러나, 미립자 기준이 더욱 엄격해짐에 따라, 배기관을 과도하게 밀집시키지 않고 배압을 증가시키지 않으면서 미립자 포획 기능을 제공할 필요가 있다. 게다가, HC, NOx 및 CO 전환율이 계속해서 관심을 끌고 있다. 일산화탄소, 탄화수소 및 질소 산화물의 배출을 줄이기 위한 한 가지 가능한 방법은 더 높은 워시코트 로딩(loading)을 사용하여 백금족 금속의 로딩을 증가시키는 것인데, 이는 필터 전체의 압력 강하를 증가시킨다.
대중과 정부가 탄화수소, NOx, 일산화탄소 및 이동장치 오염원의 미립자 배출에 대해 심각하게 우려하고 있음에 따라, 배압을 과도하게 증가시키지 않으면서 우수한 HC, NOx 및 CO 전환율을 제공하는 미립자 필터를 계속 제공할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 방사형 방향으로 중앙 분포식 백금족 금속을 갖는 미립자 필터를 제공하는 것이며, 이러한 필터는 우수한 HC, NOx 및 CO 전환율 및 낮은 배압을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 목적은, 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 미립자 필터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명에 따른 미립자 필터를 통해 엔진으로부터의 배기 가스를 유동시키는 것을 포함하는 내연 엔진으로부터의 배기 가스의 처리 방법을 제공하는 것이다.
놀랍게도 상기 목적이 하기 실시양태에 의해 달성될 수 있다는 것이 발견되었다:
1. 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 촉매 물질층을 포함하는, 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 미립자 필터로서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 영역의 백금족 금속의 평균 로딩이 미립자 필터의 나머지 부분의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.1 내지 10배인, 미립자 필터.
2. 항목 1에 있어서, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역의 백금족 금속의 평균 로딩이 미립자 필터의 나머지 부분의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.2 내지 8배, 바람직하게는 1.25 내지 6배인, 미립자 필터.
3. 항목 1 또는 2에 있어서, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
4. 항목 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역이 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩이, 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배인, 미립자 필터.
5. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 미립자 필터가 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 촉매 물질층을 포함하고, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 상기 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로, 12 내지 35 중량% 범위이고,
미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가, 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하인, 미립자 필터.
6. 항목 5에 있어서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 12.5 내지 30 중량%, 바람직하게는 13 내지 28 중량%, 특히 13 내지 25 중량% 범위인, 미립자 필터.
7. 항목 5 또는 6에 있어서, 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가, 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 15% 이하, 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
8. 항목 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 25 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 27 내지 60 중량%, 바람직하게는 28 내지 55 중량%, 더욱 바람직하게는 29 내지 50 중량% 범위이고,
미립자 필터의 총 부피의 25 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
9. 항목 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 34 내지 80 중량%, 바람직하게는 36 내지 75 중량%, 더욱 바람직하게는 37 내지 70 중량% 범위이고,
미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
10. 항목 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 44.4 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 47 내지 85 중량%, 바람직하게는 49 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 78 중량% 범위이고,
미립자 필터의 총 부피의 44.4 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
11. 항목 5 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역이 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩이, 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배인, 미립자 필터.
12. 항목 9에 있어서, 미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 상기 영역이 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩이, 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배인, 미립자 필터.
13. 항목 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 미립자 필터의 백금족 금속의 평균 로딩이 2 내지 50 g/ft3, 바람직하게는 3 내지 25 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 20 g/ft3 범위인, 미립자 필터.
14. 항목 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 미립자 필터의 촉매 물질층의 평균 로딩이 0.2 내지 3 g/in3, 바람직하게는 0.3 내지 2.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2 g/in3 범위인, 미립자 필터.
15. 항목 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 촉매 물질층이 적어도 하나의 내화성 금속 산화물을 추가로 포함하는, 미립자 필터.
16. 항목 1 내지 15 중 어느 하나의 미립자 필터의 제조 방법으로서,
i) 필터 기재를 제공하는 단계;
ii) 상기 필터 기재를 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 슬러리로 코팅하는 단계; 및
iii) 단계 ii)에서 수득된 필터 기재를 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 용액 또는 현탁액으로 추가로 코팅하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
17. 항목 16에 있어서, 상기 슬러리가 적어도 하나의 내화성 금속 산화물을 포함하는, 제조 방법.
18. 항목 16 또는 17에 있어서, 단계 iii)에서 적용된 백금족 금속의 양이, 단계 ii)에서 적용된 백금족 금속의 양의 50 내지 120 중량%, 바람직하게는 60 내지 100 중량%인, 제조 방법.
19. 항목 16 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 단계 ii) 및 단계 iii)가, 코팅 이후 코팅된 필터 기재를 하소하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
20. 항목 1 내지 15 중 어느 하나의 미립자 필터를 통해 엔진으로부터의 배기 가스를 유동시키는 것을 포함하는 내연 엔진으로부터의 배기 가스의 처리 방법.
21. 항목 20에 있어서, 상기 배기 가스가 미연소 탄화수소, 일산화탄소, 질소 산화물 및 미립자 물질을 포함하는, 방법.
본 발명에 따른 미립자 필터는 방사형 방향으로 중앙 분포식 백금족 금속을 가지며, 우수한 HC, NOx 및 CO 전환율 및 낮은 배압을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 제조 방법은 매우 단순하고 효과적인 방식으로 본 발명에 따른 미립자 필터를 제조할 수 있게 한다.
도 1은 WLTC 하에서 테스트된, 본 발명에 따른 필터(실시예 2, 3 및 4) 및 선행 기술 미립자 필터(실시예 1 - 비교예)의 촉매 미립자 필터를 근접 장착식 촉매(CCC)로서 테스트한 가스 방출 결과의 플롯을 도시한다.
도 2는 WLTC 단계 1 하에서 테스트된, 본 발명에 따른 필터(실시예 2, 3 및 4) 및 선행 기술 미립자 필터(실시예 1 - 비교예)의 촉매 미립자 필터를 근접 장착식 촉매로서 테스트한 가스 방출 결과의 플롯을 도시한다.
도 3은 WLTC 하에서 테스트된, 본 발명에 따른 필터(실시예 2, 3 및 4) 및 선행 기술 미립자 필터(실시예 1 - 비교예)의 촉매 미립자 필터를 언더플로어 촉매(UFC)로서 CCC+UFC 시스템에서 테스트한 가스 방출 결과의 플롯을 도시한다.
도 4는 WLTC 하에서 테스트된, 본 발명에 따른 필터(실시예 2 및 5) 및 선행 기술 미립자 필터(실시예 1 및 6 - 비교예)의 촉매 미립자 필터를 근접 장착식 촉매로서 테스트한 가스 방출 결과의 플롯을 도시한다.
도 5는 WLTC 단계 1 하에서 테스트된, 본 발명에 따른 필터(실시예 2 및 5) 및 선행 기술 미립자 필터(실시예 1 및 6 - 비교예)의 촉매 미립자 필터를 근접 장착식 촉매로서 테스트한 가스 방출 결과의 플롯을 도시한다.
도 6은 600 m3/h 유량 및 25℃에서 테스트된 촉매 미립자 필터의 배압 누계치를 나타낸다(실시예 2 - 본 발명, 실시예 1 및 7 - 비교예).
도 7은 실시예 1 내지 7에 대한 PGM 분포 레이아웃을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 예시적인 벽-유동형 필터를 도시한다.
하기 약어가 사용되었다:
"HC" = 탄화수소;
"NOx" =질소 산화물;
"CO" = 일산화탄소;
"WLTC" = World Harmonized Light-duty Vehicle Test Cycle;
"PM" = 미립자 물질;
"CCC" = 근접 장착식(close-coupled) 촉매;
"UFC" = 언더플로어(underfloor) 촉매;
"OSC" = 산소 저장 성분;
"PGM" = 백금족 금속;
"WFF" = 벽 유동형 필터;
"SCR 촉매" = 선택적 접촉 환원(selective catalytic reduction) 촉매;
"DOC" = 디젤 산화 촉매;
"DEC" = 디젤 발열 촉매;
"TWC 촉매" =3원 전환(Three-way conversion) 촉매.
정의되지 않은 관사는 해당 관사 다음에 오는 용어로 지정된 하나 이상의 종을 의미한다.
본 개시내용의 맥락에서, (끝점으로서 범위에서 언급된 특정 값을 포함하는) 특징에 대해 언급된 임의의 특정 값은 새로운 범위를 형성하기 위해 재결합될 수 있다.
본 개시내용의 맥락에서, 그와 같이 정의된 각각의 양태는 명백히 반대되는 것이 아닌 한 임의의 다른 양태 또는 양태들과 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 특징은 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 다른 특징 또는 특징들과 조합될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "촉매" 또는 "촉매 조성물"은 반응을 촉진하는 물질을 지칭한다.
본원에서 사용된 용어 "상류" 및 "하류"는 엔진으로부터 테일파이프(tailpipe)를 향하는 엔진 배기 가스 스트림의 유동에 따른 상대적인 방향을 의미하며, 상류 위치에 있는 엔진과 테일파이프 및 임의의 오염 저감 물품, 예컨대 필터가 엔진의 하류에 있다.
용어 "배기 가스", "배기 스트림", "엔진 배기 스트림, "배기 가스 스트림" 등은 고체 또는 액체 미립자 물질을 포함할 수 있는 흐르는 엔진 배기 가스의 임의의 조합을 지칭한다. 스트림은 기체 성분을 포함하고, 예를 들어 액적, 고체 미립자 등과 같은 특정 비 기체 성분을 함유할 수 있는 희박 연소 엔진의 배기가스이다. 희박 연소 엔진의 배기 스트림은 전형적으로 연소 생성물, 탄화수소, 불완전 연소 생성물, 질소 산화물, 가연성 및/또는 탄소질 미립자 물질(매연(soot)) 및 미반응 산소 및/또는 질소를 추가로 포함한다.
본원에 사용된 용어 "워시코트(washcoat)"는 기재 물질에 적용되는 촉매 또는 다른 물질의 얇고 접착성인 코팅을 의미하는, 기술 분야의 통상적인 의미를 갖는다.
워시코트는 액체 매질에 특정 고체 함량(예를 들어, 30-90 중량%)의 입자를 함유하는 슬러리를 제조한 후, 이를 기재 상에 코딩하고 건조하여 워시코트 층을 제공함으로써 형성된다.
촉매는 "신선"할 수 있는데, 이는 촉매가 새 제품이며, 장시간 동안 열이나 열 스트레스에 노출되지 않았음을 의미한다. "신선함"은 또한 촉매가 최근에 제조되었으며, 어떤 배기 가스에도 노출되지 않았음을 의미할 수 있다. 마찬가지로, "에이징된" 촉매는 새 제품이 아니며, 장기간(즉, 3시간 이상) 동안 배기 가스 및 상승된 온도(즉, 500℃초과)에 노출된 것이다.
촉매 물질 또는 촉매 워시코트의 "지지체"는 금속(예를 들어, PGM), 안정제, 촉진제, 결합제 등을 침전, 회합, 분산, 함침 또는 다른 적합한 방법을 통해 수용하는 물질을 지칭한다. 예시적인 지지체는 하기 본원에 기재된 내화성 금속 산화물 지지체를 포함한다.
"내화성 금속 산화물 지지체"는 금속 산화물, 예를 들어, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 및 지르코니아, 마그네시아, 바륨 옥사이드, 망간 옥사이드, 텅스텐 옥사이드, 및 희토류 금속 산화물, 염기성 금속 산화물, 뿐만 아니라 이들의 물리적 혼합물, 화학적 조합물 및/또는 원자-도핑된(atomically-doped) 조합물, 예를 들어 높은 표면적 또는 활성화된 화합물, 예컨대 활성화된 알루미나를 포함한다. 금속 산화물의 예시적인 조합물은 알루미나-지르코니아, 알루미나-세리아-지르코니아, 란타나-알루미나, 란타나-지르코니아-알루미나, 바리아-알루미나, 바리아-란타나-알루미나, 바리아-란타나-네오디미아 알루미나, 및 알루미나-세리아를 포함한다. 예시적인 알루미나는 큰 기공 뵈마이트, 감마-알루미나, 및 델타/쎄타 알루미나를 포함한다. 예시적인 공정에서 출발 물질로서 사용되는 유용한 상업적 알루미나는 활성화된 알루미나, 예를 들어 높은 부피 밀도 감마-알루미나, 낮은 또는 중간 부피 밀도의 큰 기공 감마-알루미나, 및 낮은 부피 밀도 큰 기공 베마이트 및 감마-알루미나를 포함한다. 이러한 물질은 일반적으로 생성된 촉매에 내구성을 제공하는 것으로 간주된다.
"높은 표면적 내화성 금속 산화물 지지체"는 구체적으로 20 Å 초과의 기공 및 넓은 기공 분포를 갖는 지지체 입자를 지칭한다. 높은 표면적 내화성 금속 산화물 지지체, 예를 들어, 알루미나 지지체 물질("감마 알루미나" 또는 "활성화된 알루미나"로도 지칭)은, 전형적으로 새로운 물질의 BET 표면적이 60 그램당 평방미터("m2/g") 초과, 종종 최대 약 200 m2/g 이상을 나타낸다. 이러한 활성화된 알루미나는 일반적으로 알루미나의 감마 및 델타 상의 혼합물이지만, 상당한 양의 에타, 카파 및 쎄타 알루미나 상을 함유할 수도 있다.
용어 "NOx"는 질소 산화물 화합물, 예컨대 NO 또는 NO2를 지칭한다.
본원에서 사용된 용어 "산소 저장 성분(OSC)"은 다중 원자가 상태를 가지며, 환원 조건 하에서 일산화탄소(CO) 및/또는 수소와 같은 환원제와 능동적으로 반응한 후, 산화 조건 하에서 산소 또는 질소 산화물과 같은 산화제와 반응할 수 있는 실체를 지칭한다. 산소 저장 성분의 예는 희토류 산화물, 특히 세리아, 란타나, 프라세오디미아, 네오디미아, 니오비아, 유로피아, 사마리아, 이테르비아, 이트리아, 지르코니아 및 이들의 혼합물을 포함한다.
백금족 금속(PGM) 성분은 PGM(Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt 및/또는 Au)을 포함하는 모든 성분을 의미한다. 예를 들어, PGM은 원자가가 0인 금속 형태일 수 있거나, PGM은 산화물 형태일 수 있다. "PGM 성분"에 대한 언급은 모든 원자가 상태에서 PGM의 존재를 허용한다. 용어 "백금(Pt) 성분", "로듐(Rh) 성분", "팔라듐(Pd) 성분", "이리듐(Ir) 성분", "루테늄(Ru) 성분" 등은 각각의 백금족 금속 화합물, 착물 등을 지칭하며, 이는 하소 또는 촉매 사용 시 분해되거나 또는 촉매적 활성 형태, 일반적으로 금속 또는 금속 산화물로 전환된다.
본 발명의 한 양태는 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 미립자 필터에 관한 것이며, 이때 미립자 필터는 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 촉매 물질층을 포함하고, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 상기 미립자 필터의 나머지 부분의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.1 내지 10배이다.
본 발명의 맥락에서, "전체 중심축 주위의 영역"은 상기 영역이 필터와 동일한 중심축을 공유한다는 것을 의미한다. 당업자는 상기 영역이 미립자 필터의 중앙 영역임을 이해할 수 있다. 반지름이 R이고 길이가 L인 실린더(1) 형태의 미립자 필터를 예로 들면, "미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있고, 미립자 필터의 총 부피의 20 부피%를 차지하는 영역"이라는 표현은, 실린더(1)와 동일한 중심축을 공유하며 반지름이 0.45 R이고 길이가 L인 작은 실린더를 의미하고; "미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있고, 미립자 필터의 총 부피의 70 부피%를 차지하는 영역"이라는 표현은, 실린더(1)와 동일한 중심축을 공유하며 반지름이 0.84 R이고 길이가 L인 작은 실린더를 의미한다.
본 발명에 따르면, 영역에서 "PGM의 평균 로딩"은 하기와 같이 계산될 수 있다: 영역에서 PGM의 평균 로딩 = 상기 영역에서 PGM의 양/상기 영역의 부피. 예를 들어, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 부피%를 차지하는 영역의 부피가 m(ft3)이고, 상기 영역의 PGM의 양이 n(g)인 경우, 상기 영역의 PGM의 평균 로딩 = n/m(g/ft3)이다.
백금족 금속의 양은 원소 분석을 통해 결정될 수 있다. 예를 들어, 먼저 획정된 샘플 영역에 대한 원소 분석을 통해 백금족 금속의 방사형 분포를 결정할 수 있다. 그러면, 백금족 금속의 방사형 분포에 따라 해당 영역의 백금족 금속의 양이 결정될 수 있다.
예를 들어, 필터의 획정된 방사형 내에 있는 코어가 필터로부터 채취될 수 있다. 그런 다음, 샘플이 Malvern Panalytical Axios FAST 파장 분산형 X선 형광(XRF) 분광계로 분석될 수 있다.
미립자 필터는 전형적으로 다공성 기재의 형태이다. 다공성 기재는, 예를 들어 코디어라이트, 규소 카바이드, 규소 나이트라이드, 지르코니아, 멀라이트, 스포듀민, 알루미나-실리카-마그네시아, 지르코늄 실리케이트 및/또는 알루미늄 티타네이트, 전형적으로 코디어라이트 또는 규소 카바이드와 같은 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 다공성 기재는 내연 엔진의 배출 처리 시스템에서 전형적으로 사용되는 유형의 다공성 기재일 수 있다.
내연 엔진은 희박-연소 엔진, 디젤 엔진, 천연가스 엔진, 발전소, 소각로, 또는 가솔린 엔진일 수 있다.
다공성 기재는 종래의 허니콤 구조를 나타낼 수 있다. 필터는 종래의 "관류형 필터"의 형태를 취할 수 있다. 택일적으로, 필터는 종래의 "벽 유동형 필터"(WFF)의 형태를 취할 수 있다. 이러한 필터는 기술 분야에 공지되어 있다.
미립자 필터는 바람직하게는 벽-유동형 필터이다. 도 8a 및 도 8b를 참조하여, 예시적인 벽-유동형 필터가 제공된다. 벽-유동형 필터는 배기 가스(13)(미립자 물질 포함)의 흐름이 다공성 재료로 형성된 벽을 통과하도록 하여 작동한다.
벽 유동형 필터는 그 사이의 세로 방향을 획정하는 제1 면과 제2 면을 갖는다. 사용 시, 제1 면과 제2 면 중 하나는 배기 가스(13)의 입구면이 되고 다른 하나는 처리된 배기 가스(14)의 출구면이 된다. 종래의 벽 유동형 필터는 세로 방향으로 연장되는 복수의 제1 및 제2 채널을 갖는다. 제1 복수 채널(11)은 입구면(01)에서 개방되고 출구면(02)에서 폐쇄된다. 제2 복수 채널(12)은 출구면(02)에서 개방되고 입구면(01)에서 폐쇄된다. 채널은 채널 사이에 일정한 벽 두께를 제공하기 위해 바람직하게는 서로 평행하다. 결과적으로, 입구면에서 복수의 채널 중 하나에 들어가는 가스는 입구측(21)에서 출구측(22)으로 채널 벽(15)을 통해 다른 복수 채널로 확산되지 않고는 단일체(monolith)를 떠날 수 없다. 채널의 개방된 단부에 실런트 재료를 주입하면 채널이 폐쇄된다. 바람직하게는, 제1 복수의 채널 수는 제2 복수의 채널 수와 동일하고, 각각의 복수는 단일체 전체에 고르게 분포된다. 바람직하게는, 길이 방향에 직교하는 평면 내에서, 벽 유동형 필터는 평방 인치당 100 내지 500개, 바람직하게는 200 내지 400개의 채널을 갖는다. 예를 들어, 입구면(01)에서 개방형 채널과 폐쇄형 채널의 밀도는 평방 인치당 200 내지 400개 채널이다. 채널은 직사각형, 정사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 육각형 또는 기타 다각형 모양의 단면을 가질 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 미립자 필터의 나머지 부분의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.2 내지 8배, 예를 들어 1.25, 1.3, 1.35, 1.4, 1.5, 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7 또는 8배, 바람직하게는 1.25 내지 6배이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 촉매 물질층은 실질적으로 균일하다. 본 발명에 따르면, 방사형 방향으로 중앙 분포식 백금족 금속을 갖는 실질적으로 균일한 촉매 물질층은 우수한 HC, NOx, 및 CO 전환율 및 낮은 배압을 나타낼 수 있다. 실질적으로 균일한 촉매 물질층에 대해, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하일 수있다. 예를 들어, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 %를 차지하는 영역에서 촉매 물질층의 평균 로딩(평균 로딩20 부피%)이 미립자 필터의 나머지 부분에서의 촉매 물질층의 평균 로딩(평균 로딩80 부피%)보다 더 높은 경우, 그 차이는 하기와 같이 계산될 수 있다: (평균 로딩20 %- 평균 로딩80 부피%) × 100%/ 평균 로딩80 부피%.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 20% 이하, 15% 또는 10% 이하, 바람직하게는 5% 또는 2% 이하, 특히 1% 이하일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역은 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 예를 들어 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배이다.
전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역의 예는, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 22 내지 70 부피%를 차지하는 영역, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 25 내지 70 부피%를 차지하는 영역, 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 30 내지 70 부피%, 예를 들어 미립자 필터의 총 부피의 35 부피%, 40 부피%, 45 부피%, 50 부피%, 55 부피%, 60 부피%, 65 부피%, 68 부피% 또는 69 부피%를 차지하는 영역을 포함할 수 있다. 당업자는 본 개시내용의 맥락에서 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역에 대한 임의의 설명이 내지 이러한 예시적인 영역에 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
본 발명의 한 양태는, 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 촉매 물질층을 포함하는, 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 미립자 필터에 관한 것이며, 이때 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양은 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 12 내지 35 중량% 범위이고,
미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가, 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하이다.
본 발명에 따르면, 미립자 필터는 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 촉매 물질층을 포함하고, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양은 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 12 내지 35 중량% 범위, 예를 들어 12 중량%, 12.2 중량%, 12.5 중량%, 12.8 중량%, 13 중량%, 13.5 중량%, 14 중량%, 15 중량%, 18 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 또는 35 중량%, 바람직하게는 12.5 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 13 내지 28 중량%, 특히 13 내지 25 중량% 범위이다. 상기 언급된 바와 같이, (끝점으로서 범위에서 언급된 특정 값을 포함하는) 특징에 대해 언급된 임의의 특정 값은 새로운 범위를 형성하기 위해 재결합될 수 있으며, 예를 들어 13 내지 35 중량% 또는 18 내지 25 중량%의 새로운 범위가 본원에서 언급될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "전체 중심축 주위의 영역"은 상기 영역이 필터와 동일한 중심축을 공유한다는 것을 의미한다. 당업자는 상기 영역이 미립자 필터의 중앙 영역임을 이해할 수 있다. 반지름이 R이고 길이가 L인 실린더(1) 형태의 미립자 필터를 예로 들면, "미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있고, 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 영역"이라는 표현은, 실린더(1)와 동일한 중심축을 공유하며 반지름이 1/3 R이고 길이가 L인 작은 실린더를 의미한다. 한 변의 길이가 A인 정육면체(1)의 미립자 필터의 경우, "미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 영역"이라는 표현은, 정육면체(1)과 동일한 중심축을 공유하는 작은 직육면체를 의미하며, 직육면체의 길이와 너비가 둘 다 1/3 A이고 높이가 A이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 미립자 필터는 실질적으로 균일한 촉매 물질층을 갖는다. 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하이다. 이와 관련하여, 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역의 촉매 물질층의 평균 로딩(평균 로딩11.1 부피%)이 미립자 필터의 나머지 부분의 촉매 물질층의 평균 로딩(평균 로딩88.9 부피%)보다 더 높은 경우, 그 차이는 하기와 같이 계산될 수 있다: (평균 로딩11.1 부피%- 평균 로딩88.9 부피%) × 100%/ 평균 로딩88.9 부피%.
미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 20% 이하, 15% 또는 10% 이하, 바람직하게는 5% 또는 2% 이하, 특히 1% 이하일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역은 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 예를 들어 입구 하위영역, 또는 중간 하위영역, 또는 출구 하위영역, 또는 입구 및 중간 하위영역, 또는 중간 및 출구 하위영역, 또는 입구 및 출구 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 예를 들어 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배이다.
바람직한 실시양태에 따르면, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 25 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양은 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 27 내지 60 중량% 범위, 예를 들어 28 중량%, 29 중량%, 30 중량%, 31 중량%, 32 중량%, 33 중량%, 34 중량%, 35 중량%, 38 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 또는 60 중량%, 바람직하게는 28 내지 55 중량%, 더욱 바람직하게는 29 내지 50 중량%이고,
이때 미립자 필터의 총 부피의 25 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 25% 이하이다.
바람직한 실시양태에서, 상기 미립자 필터의 총 부피의 25 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 20% 이하, 15% 또는 10% 이하, 바람직하게는 5% 또는 2% 이하, 특히 1% 이하일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 25 부피%를 차지하는 상기 영역은 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 예를 들어 입구 하위영역, 또는 중간 하위영역, 또는 출구 하위영역, 또는 입구 및 중간 하위영역, 또는 중간 및 출구 하위영역, 또는 입구 및 출구 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 예를 들어 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양은 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 34 내지 80 중량% 범위, 예를 들어 35 중량%, 36 중량%, 37 중량%, 38 중량%, 39 중량%, 40 중량%, 41 중량%, 42 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 60 중량%, 바람직하게는 36 내지 75 중량%, 더욱 바람직하게는 37 내지 70 중량% 또는 38 내지 68 중량%이고,
이때 미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 25% 이하이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 20% 이하, 15% 또는 10% 이하, 바람직하게는 5% 또는 2% 이하, 특히 1% 이하일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 상기 영역은 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 예를 들어 입구 하위영역, 또는 중간 하위영역, 또는 출구 하위영역, 또는 입구 및 중간 하위영역, 또는 중간 및 출구 하위영역, 또는 입구 및 출구 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 예를 들어 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 44.4 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양은 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 47 내지 85 중량% 범위, 예를 들어 48 중량%, 49 중량%, 50 중량%, 51 중량%, 52 중량%, 53 중량%, 54 중량%, 55 중량%, 56 중량%, 57 중량%, 58 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 또는 80 중량%, 바람직하게는 49 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 78 중량% 또는 51 내지 75 중량%이고,
이때 미립자 필터의 총 부피의 44.4 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 25% 이하이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 44.4 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 20% 이하, 15% 또는 10% 이하, 바람직하게는 5% 또는 2% 이하, 특히 1% 이하일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 44.4 부피%를 차지하는 상기 영역은 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 예를 들어 입구 하위영역, 또는 중간 하위영역, 또는 출구 하위영역, 또는 입구 및 중간 하위영역, 또는 중간 및 출구 하위영역, 또는 입구 및 출구 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 예를 들어 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 56.3 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양은 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 60 내지 90 중량% 범위, 예를 들어 61 중량%, 62 중량%, 63 중량%, 64 중량%, 65 중량%, 66 중량%, 67 중량%, 68 중량%, 69 중량%, 70 중량%, 72 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 82 중량%, 85 중량%, 또는 88 중량%, 바람직하게는 62 내지 85 중량%, 더욱 바람직하게는 64 내지 80 중량%이고,
이때 미립자 필터의 총 부피의 56.3 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 25% 이하이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 56.3 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 20% 이하, 15% 또는 10% 이하, 바람직하게는 5% 또는 2% 이하, 특히 1% 이하일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 56.3 부피%를 차지하는 상기 영역은 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 예를 들어 입구 하위영역, 또는 중간 하위영역, 또는 출구 하위영역, 또는 입구 및 중간 하위영역, 또는 중간 및 출구 하위영역, 또는 입구 및 출구 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 예를 들어 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 69.4 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양은 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 75 내지 95 중량% 범위, 예를 들어 78 중량%, 80 중량%, 82 중량%, 85 중량%, 88 중량%, 90 중량% 또는 92 중량%, 바람직하게는 78 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 80 내지 88 중량%이고,
이때 미립자 필터의 총 부피의 69.4 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 25% 이하이다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 69.4 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이는 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 20% 이하, 15% 또는 10% 이하, 바람직하게는 5% 또는 2% 이하, 특히 1% 이하일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 미립자 필터의 총 부피의 69.4 부피%를 차지하는 상기 영역은 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 예를 들어 입구 하위영역, 또는 중간 하위영역, 또는 출구 하위영역, 또는 입구 및 중간 하위영역, 또는 중간 및 출구 하위영역, 또는 입구 및 출구 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩은 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 예를 들어 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배이다.
미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%, 25 부피%, 44.4 부피%, 56.3 부피%, 69.4 부피% 및 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역에 대해 상기 언급된 3개의 하위영역은 3개의 하위영역으로 간주되며 물리적으로 구분되지 않지만 서로 다른 백금족 금속의 평균 로딩을 가질 수 있다. 2개의 하위영역의 PGM 평균 로딩이 나머지 하위영역의 평균 로딩보다 높은 경우, 상기 2개의 하위영역의 PGM 개별 평균 로딩은 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 3개의 하위영역에서 PGM의 평균 로딩은 각각 a, b, c이고 a > b > c이며(즉, 2개의 하위영역의 PGM 개별 평균 로딩은 동일하거나 상이할 수 있고), 상기 언급된 "배수"는 (a+b)/2c로 계산될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 촉매 물질층, 특히 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%, 25 부피%, 44.4 부피%, 56.3 부피%, 69.4 부피% 및 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역의 촉매 물질층은 제1 구역, 제2 구역, 및 제3 구역을 포함하고;
제1 구역은 입구 축방향 단부에서 시작하여, 전체 필터 길이(L)의 10-45%에 걸쳐 연장되는 제1 길이(L1)를 갖고; 제3 구역은 출구 축방향 단부에서 시작하여 전체 필터 길이(L)의 10-45%에 걸쳐 연장되는 제3 길이(L3)를 갖고; 제2 구역은 제1구역의 축방향 단부에서 시작하여, 제3 구역 축방향 입구에서 끝나고;
구역 부피당 백금족 금속의 중량으로 계산 시, 제1 구역의 PGM 평균 로딩은 제2 구역의 PGM 평균 로딩보다 높고, 제3 구역의 PGM 평균 로딩은 제2 구역의 PGM 평균 로딩보다 높다.
바람직한 실시양태에서, 제1 및/또는 제3 구역의 백금족 금속의 평균 로딩은 제2 구역의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 예를 들어 1.8, 2.0, 2.5, 3, 3.5, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배이다.
미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%, 25 부피%, 44.4 부피%, 56.3 부피%, 69.4 부피% 및 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역에서 PGM의 평균 로딩은 8 내지 60 g/ft3 범위, 예를 들어, 9 g/ft3, 10 g/ft3, 11 g/ft3, 12 g/ft3, 13 g/ft3, 14 g/ft3, 15 g/ft3, 18 g/ft3, 20 g/ft3, 25 g/ft3, 30 g/ft3, 32 g/ft3, 35 g/ft3, 40 g/ft3, 45 g/ft3, 50 g/ft3 또는 55 g/ft3, 바람직하게는 9 내지 40 g/ft3, 더욱 바람직하게는 10 내지 30 g/ft3 또는 10 내지 25 g/ft3일 수 있다. 미립자 필터의 나머지 부분에 있는 PGM의 평균 로딩은 2 내지 30 g/ft3 범위, 예를 들어 3 g/ft3, 4 g/ft3, 5 g/ft3, 6 g/ft3, 8 g/ft3, 10 g/ft3, 12 g/ft3, 14 g/ft3, 16 g/ft3, 18 g/ft3, 20 g/ft3, 22 g/ft3, 25 g/ft3, 28 g/ft3, 바람직하게는 3 내지 18 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 15 g/ft3 또는 4 내지 12 g/ft3일 수 있다.
본 발명에 따르면, 미립자 필터의 PGM의 평균 로딩은 2 내지 50 g/ft3 범위, 예를 들어 3 g/ft3, 4 g/ft3, 5 g/ft3, 6 g/ft3, 7 g/ft3, 8 g/ft3, 9 g/ft3, 10 g/ft3, 12 g/ft3,15 g/ft3, 18 g/ft3, 20 g/ft3, 25 g/ft3, 30 g/ft3, 35 g/ft3, 40 g/ft3 또는 45 g/ft3, 바람직하게는 3 내지 25 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 20 g/ft3 또는 4 내지 15 g/ft3일 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 백금족 금속(PGM)은 Ru, Rh, Os, Ir, Pd, Pt 및 Au로부터 선택될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, PGM은 Pt, Rh 및 Pd로부터, 바람직하게는 Rh 및 Pd로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 Rh 및 Pd의 혼합물이다. 바람직한 실시양태에서, 촉매 물질층은 1:10 내지 10:1, 바람직하게는 1:5 내지 5:1의 몰비의, 팔라듐 및 로듐의 혼합물을 포함한다. 실시양태에서, 촉매 물질층은 Pt를 포함하지 않는다.
본 발명에 따르면, 미립자 필터의 촉매 물질층의 평균 로딩은 0.2 내지 3 g/in3 범위, 예를 들어 0.3 g/in3, 0.5 g/in3, 0.8 g/in3, 1.0 g/in3, 1.2 g/in3, 1.5 g/in3, 1.8 g/in3, 2 g/in3, 2.5 g/in3, 또는 3 g/in3, 바람직하게는 0.3 내지 2.5 g/in3 또는 0.5 내지 2 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 2 g/in3 또는 0.8 내지 1.5 g/in3일 수 있다.
본 발명에 따르면, 촉매 물질층은 적어도 하나의 내화성 금속 산화물을 추가로 포함한다. 내화성 금속 산화물은 PGM의 지지체로서 사용될 수 있다. 내화성 금속 산화물에 대한 세부사항은 상기 "내화성 금속 산화물 지지체"에 대한 설명을 참조할 수 있다. 실시양태에서, 내화성 금속 산화물은 알루미나, 지르코니아, 실리카, 티타니아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직한 실시양태에서, 촉매 물질층은 적어도 하나의 산소 저장 성분(OSC)을 추가로 포함할 수 있다. 산소 저장 성분에 대한 세부 사항은 "산소 저장 성분"에 대한 설명을 참조할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 촉매 물질층은 적어도 하나의 도펀트를 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "도펀트"는, 의도적으로 첨가된 도펀트를 갖지 않는 촉매 물질층과 비교하여 촉매 물질층의 활성을 향상시키기 위해 의도적으로 첨가되는 성분을 지칭한다. 본 개시내용에서, 예시적인 도펀트는 란타넘, 네오디뮴, 프레세오디뮴, 이트륨, 바륨, 세륨, 니오븀 및 이들의 조합과 같은 금속의 산화물이다.
촉매 물질층은 선택적 접촉 환원(SCR) 촉매, 디젤 산화 촉매(DOC), AMOx 촉매, NOx 트랩, NOx 흡수제 촉매, 탄화수소 트랩 촉매 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "선택적 접촉 환원" 및 "SCR"은 질소 환원제를 사용하여 질소 산화물을 질소(N2)로 환원시키는 접촉 공정을 지칭한다. SCR 촉매는 하기로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다: MOR; USY; ZSM-5; ZSM-20; 베타-제올라이트; CHA; LEV; AEI; AFX; FER; SAPO; ALPO; 바나듐; 바나듐 옥사이드; 티타늄 옥사이드; 텅스텐 옥사이드; 몰리브데늄 옥사이드; 세륨 옥사이드; 지르코늄 옥사이드; 니오븀 옥사이드; 철; 철 옥사이드; 망간 옥사이드; 구리; 몰리브데늄; 텅스텐; 및 이들의 혼합물. SCR 촉매의 활성 성분을 위한 지지체 구조는 임의의 적합한 제올라이트, 유사형 또는 비-제올라이트 화합물을 포함할 수 있다. 택일적으로, SCR 촉매는 금속, 금속 산화물, 또는 혼합 산화물을 활성 성분으로 포함할 수 있다. 전이 금속 로딩된 제올라이트(예를 들어, 구리-카바자이트, 또는 Cu-CHA, 뿐만 아니라 구리-레빈(levyne), 또는 Cu-LEV, 뿐만 아니라 Fe-Beta) 및 제오타입(예를 들어, 구리-SAPO, 또는 Cu-SAPO)이 바람직하다.
본원에서 사용된 용어 "디젤 산화 촉매" 및 "DOC"는 디젤 산화 촉매를 지칭하며, 이는 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 디젤 산화 촉매는 CO를 CO2로, 기체상 HC 및 디젤 미립자의 유기물 분획(가용성 유기물 분획)을 CO2 및 H2O로 산화시키도록 설계된다. 전형적인 디젤 산화 촉매는 높은 표면적 무기 산화물 지지체, 예컨대 알루미나, 실리카-알루미나, 티타니아, 실리카-티타니아 및 제올라이트 상의 백금 및 임의적으로 또한 팔라듐을 포함한다. 본원에서 사용된 이러한 용어는 발열을 일으키는 DEC(디젤 발열 촉매)를 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "암모니아 산화 촉매" 및 "AMOx"는 지지된 귀금속 금속 성분, 예컨대 하나 이상의 백금족 금속(PGM)을 적어도 포함하는 촉매를 지칭하며, 이러한 촉매는 배기 가스 스트림로부터 암모니아를 제거하는 데 효과적이다. 특정 실시양태에서, 귀금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐, 은 또는 금을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 귀금속 성분은 귀금속의 물리적 혼합물 또는 화학적 또는 원자-도핑된 조합물을 포함한다.
귀금속 성분은 전형적으로 높은 표면적 내화성 금속 산화물 지지체에 침착된다. 적합한 높은 표면적 내화성 금속 산화물의 예는, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 및 지르코니아, 마그네시아, 바륨 옥사이드, 망간 옥사이드, 텅스텐 옥사이드, 및 희토류 금속 산화물, 염기성 금속 산화물, 뿐만 아니라 이들의 물리적 혼합물, 화학적 조합물 및/또는 원자-도핑된 조합물을 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "NOx 흡착 촉매" 및 "NOx 트랩(또한 희박 NOx 트랩(약칭 LNT)이라고도 함)"은 흡착을 통해 희박 연소 내연 엔진으로부터의 질소 산화물(NO 및 NO2) 배출을 감소시키기 위한 촉매를 지칭한다. 전형적인 NOx 트랩은 알루미나 지지체에 분산된 귀금속(예컨대 백금) 촉매와 조합된 알칼리 토금속 산화물(예컨대 Mg, Ca, Sr 및 Ba의 산화물), 알칼리 금속 산화물(예컨대 Li, Na, K, Rb 및 Cs의 산화물), 및 희토류 금속 산화물(예컨대 Ce, La, Pr 및 Nd의 산화물)을 포함하며, 내연 엔진으로부터의 배기 가스의 정제에 사용되어 왔다. NOx 저장의 경우, 바리아는 일반적으로 희박 엔진 작동 시 질산염을 형성하고 농후 조건에서 상대적으로 쉽게 질산염을 방출하기 때문에 바람직하다.
본원에서 사용된 용어 "탄화수소 트랩"은 저온 작동 기간 동안 탄화수소를 포획하고 고온 작동 기간 동안 산화를 위해 이를 방출하는 촉매를 지칭한다. 탄화수소 트랩은 다양한 탄화수소(HC)의 흡착을 위해 하나 이상의 탄화수소(HC) 저장 성분에 의해 제공될 수 있다. 전형적으로, 귀금속과 최소한으로 상호작용 하는 탄화수소 저장 물질, 예를 들어 미세 다공성 물질, 예컨대 제올라이트 또는 제올라이트-유사 물질이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 탄화수소 저장 물질은 제올라이트이다. 베타 제올라이트가 특히 바람직한데, 베타 제올라이트는 큰 기공 개방부로 인해 디젤 유래 종의 탄화수소 분자가 효과적으로 포획될 수 있기 때문이다. 베타 제올라이트 이외에도 기타 제올라이트, 예컨대 포저사이트(faujasite), 카바자이트, 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 모더나이트, 실리칼라이트, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 초안정성 제올라이트 Y, ZSM-5 제올라이트, 오프레타이트(offretite)가 냉간 시동 작업에서 HC 저장을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명에 따른 미립자 필터의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은
i) 필터 기재를 제공하는 단계;
ii) 상기 필터 기재를 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 슬러리로 코팅하는 단계; 및
iii) 단계 ii)에서 수득된 필터 기재를 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 용액 또는 현탁액으로 추가로 코팅하는 단계
를 포함한다.
단계 ii)의 슬러리는 액체 매질(예컨대 물)을 백금족 금속(PGM) 성분 및 내화성 금속 산화물, 및 존재하는 경우 OSC 및 도펀트와 혼합하여 형성될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, PGM 성분(예를 들어, PGM 염의 용액의 형태)이, 예를 들어, 초기 습윤 기법에 의해 내화성 금속 산화물 지지체(예를 들어, 분말)에 함침되어 습식 분말을 수득할 수 있다. 수용성 PGM 화합물 또는 염, 또는 PGM 성분의 수분산성 화합물 또는 착물은 지지체 입자 상에 금속 성분을 함침 또는 침착시키기 위해 사용되는 액체 매질이 금속 또는 이의 화합물 또는 이의 착물 또는 촉매 조성물에 존재할 수 있거나 가열 및/또는 진공 적용 시 휘발 또는 분해에 의해 제거될 수 있는 기타 성분과 부정적으로 반응하지 않는 한, 사용될 수 있다. 일반적으로, 경제적 측면과 환경적 측면 모두에서, PGM 성분의 가용성 화합물, 염 또는 착물의 수용액이 유리하게 활용된다. 일부 실시양태에서, PGM 성분은 동시 함침 방법에 의해 지지체 상에 로딩된다. 동시 함침 기법은 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 미국 특허 7,943,548에 개시되어 있으며, 상기 특허는 관련 교시를 위해 본 명세서에 참고로 인용된다. 습식 분말은 물과 같은 액체 매질과 혼합되어 슬러리를 형성할 수 있다.
슬러리는 입자의 혼합과 균질한 물질의 형성을 향상시키기 위해 분쇄될 수 있다. 밀링은 볼 밀(ball mill), 연속 밀(continuous mill), 또는 기타 유사한 장비에서 수행될 수 있으며, 슬러리의 고체 함량은, 예를 들어, 약 20 내지 60 중량%, 더욱 구체적으로 약 30 내지 40 중량%일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 밀링 후 슬러리는 D90 입자 크기가 약 1 내지 약 30 마이크론인 것을 특징으로 한다. D90은 입자의 90%가 더 미세한 입자 크기를 갖는 입자 크기로 정의된다.
슬러리로 코팅한 후, 필터 기재는 일반적으로 하소된다. 예시적인 하소 공정은 공기 중에서 약 10분 내지 약 3시간 동안 약 400 내지 약 700℃의 온도에서 열처리하는 것을 포함한다. 하소 단계 동안, PGM 성분은 촉매 활성 형태의 금속 또는 이의 금속 산화물로 전환된다. 상기 방법은 원하는 수준의 PGM에 도달하기 위해 필요에 따라 반복될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 방법의 단계 iii)에서, 단계 ii)에서 수득된 필터 기재는 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 용액 또는 현탁액으로 코팅된다. 상기 용액 또는 현탁액은 내화성 금속 산화물을 포함하지 않는다. 일반적으로, 상기 용액 또는 분산액은 PGM 성분과 물과 같은 액체 매질로만 구성된다.
PGM 용액의 예는 아민-착물 용액 또는 PGM의 질산염 용액(예를 들어 백금 나이트레이트, 팔라듐 나이트레이트, 및 로듐 나이트레이트)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 PGM를 포함하는 용액 또는 현탁액은 내화성 금속 산화물을 포함하지 않기 때문에, 상기 용액 또는 현탁액으로 코팅하면 촉매 물질층의 평균 로딩(두께)이 실질적으로 증가하지 않는다.
적어도 하나의 PGM를 함유하는 용액 또는 현탁액으로의 코팅은 필터 기재의 중심 영역 내에서, 예를 들어 미립자 필터 기재의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터 기재의 총 부피의 20 내지 70 부피%, 바람직하게는 22 내지 70 부피%, 더욱 바람직하게는 25 내지 70 부피%, 또는 30 내지 70 부피%, 예를 들어 미립자 필터 기재의 총 부피의 35 부피%, 40 부피%, 45 부피%, 50 부피%, 55 부피%, 60 부피%, 65 부피%, 68 부피% 또는 69 부피%를 차지하는 중심 영역 내에서 수행된다.
특정 실시양태에서, PGM 용액 또는 현탁액으로의 코팅은 하기와 같이 수행된다: PGM 용액 또는 현탁액을 두 부분으로 분할한다. 상기 용액 또는 현탁액의 제1 부분을 한쪽에서 필터 기재에 적용하여 상기 필터 기재의 축방향 길이의 25 내지 75%, 바람직하게는 40 내지 60%까지 연장되도록 한 후 필터 기재를 건조한다. 상기 용액 또는 현탁액의 제12부분을 필터 기재의 다른 쪽에서 필터 기재의 나머지 축방향 길이까지 연장되도록 한 후 필터 기재를 다시 건조한다. 당업자는 각 부분의 중량이 코팅될 축방향 길이에 비례한다는 것을 이해할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, PGM 용액 또는 현탁액은 미립자 필터 기재의 전체 축방향 길이의 일부만, 예를 들어 전체 축방향 길이의 10 내지 90%, 예를 들어 전체 축방향 길이의 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% 또는 80%, 바람직하게는 20 내지 80% 또는 30 내지 70%로 연장(커버)되도록 적용된다. 바람직한 실시양태에서, PGM 용액 또는 현탁액은 입구측 또는 출구측으로부터 상기 축 방향 길이 백분율을 연장하기 위해 적용된다. 더욱 바람직한 실시양태에서, PGM 용액 또는 현탁액은 입구측 및 출구측 둘 다로부터 상기 축 방향 길이 백분율을 연장하기 위해 적용된다. PGM 용액 또는 현탁액에 의해 커버되는 입구측 축방향 길이 대 출구측 축방향 길이 비는 1:5 내지 5:1 범위, 예를 들어 1:4, 1:3, 1:2, 1:1, 2:1, 3:1 또는 4:1, 바람직하게는 1:3 내지 3:1 범위일 수 있다.
적어도 하나의 PGM를 포함하는 용액 또는 현탁액으로 코팅한 후, 필터 기재는 일반적으로 하소된다. 예시적인 하소 공정은 공기 중에서 약 10분 내지 약 3시간 동안 약 400 내지 약 700℃의 온도에서 열처리하는 것을 포함한다. 하소 단계 동안, PGM 성분은 촉매 활성 형태의 금속 또는 이의 금속 산화물로 전환된다. 상기 방법은 원하는 수준의 PGM에 도달하기 위해 필요에 따라 반복될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 단계 iii)에서 적용된 백금족 금속의 양은 단계 ii)에서 적용된 백금족 금속의 양의 50 내지 120 중량%, 예를 들어 단계 ii)에서 적용된 백금족 금속의 양의 60%, 70%, 80%, 90%, 100% 또는 110 중량%, 바람직하게는 단계 ii)에서 적용된 백금족 금속의 양의 60 내지 100% 또는 60 내지 95 중량%이다.
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명에 따른 또는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 미립자 필터를 통해 엔진으로부터의 배기 가스를 유동시키는 것을 포함하는 내연 엔진으로부터의 배기 가스의 처리 방법에 관한 것이다. 배기 가스는 미연소 탄화수소, 일산화탄소, 질소 산화물 및 미립자 물질을 포함한다.
실시예
본 발명은 하기 실시예에 의해 추가로 예시되며, 이는 본 발명을 예시하기 위해 제시된 것이며, 이를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 달리 명시하지 않는 한, 모든 부와 백분율은 중량 기준이며, 모든 중량 백분율은 달리 명시되지 않는 한 수분 함량을 제외한 건조 기준으로 표시된다. 각 실시예에서, 필터 기재는 코디어라이트로 제조하였다.
실시예 1 - 비교예
실시예 1에서 제조된 미립자 필터는 11 g/ft3의 PGM 로딩을 갖는 Pd/Rh 촉매층을 갖는다(Pd/Rh = 3/8). 실시예 1의 미립자 필터는 벽-유동형 필터 기재의 입구측 단일 코팅을 사용하여 제조하였다. 벽-유동형 필터 기재는 132 mm(D)*127 mm(L)의 크기, 1.74 L의 부피, 평방 인치당 300개의 셀 밀도, 약 200 μm의 벽 두께, 63%의 공극률 및 수은 침입 측정에 의한 직경 17μm의 평균 기공 크기를 가졌다.
기재 상에 코팅된 Pd/Rh 촉매층은 선행 기술의 3원 전환(TWC) 촉매 복합체를 포함한다. 촉매층을 하기와 같이 제조하였다:
유성 혼합기에 의해 팔라듐 나이트레이트 용액 형태의 팔라듐을 내화성 알루미나 및 안정화된 세리아-지르코니아 합성물에 약 40 중량%의 세리아를 함유한 안정화된 세리아-지르코니아 복합체에 함침시켜, 초기 습윤 상태를 달성하면서 습식 분말을 형성하였다. 유성 혼합기에 의해 질산 로듐 용액 형태의 로듐을 내화성 알루미나 및 안정화된 세리아-지르코니아 합성물에 약 40 중량%의 세리아를 함유한 안정화된 세리아-지르코니아 복합체에 함침시켜, 초기 습윤 상태를 달성하면서 습식 분말을 형성하였다. 상기 분말을 물에 첨가한 후, 바륨 하이드록사이드 및 지르코늄 나이트레이트 용액을 첨가하여 수성 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 90%의 입자 크기가 5 μm이 되도록 밀링하였다. 상기 슬러리를 벽-유동형 필터 기재의 입구측으로부터 코팅하고 전체 기재 길이를 커버하였다. 코팅 후, 필터 기재와 입구 코팅을 150℃에서 건조하고 550℃의 온도에서 약 1시간 동안 하소시켰다. 하소된 Pd/Rh 촉매층은 68.7 중량% 세리아-지르코니아 복합체, 0.14 중량% 팔라듐, 0.37 중량% 로듐, 4.6 중량%의 바륨 옥사이드, 1.4 중량% 지르코니아 옥사이드 및 잔량의 알루미나를 갖는다. 촉매 물질층의 총 로딩은 1.24 g/in3이었다.
실시예 2
실시예 2에서 제조된 미립자 필터는, 6 g/ft3의 PGM 로딩을 갖고, 입구측으로부터 기재 상에 코팅되어 전체 기재 면적 및 길이를 덮는 제1 Pd/Rh 촉매층(Pd/Rh = 1/1); 및 15.5 g/ft3의 국부적인 Rh 로딩을 갖고, 입구측 및 출구측 둘 다로부터 기재 상에 코팅되고 더 작은 직경의(D = 75 mm) 방사형 중심 영역 및 전체 기재 길이를 덮는 제2 Rh 촉매 성분을 갖는다.
벽-유동형 필터 기재는 132 mm(D)*127 mm(L)의 크기, 1.74 L의 부피, 평방 인치당 300개의 셀 밀도, 약 200 μm의 벽 두께, 63%의 공극률 및 수은 침입 측정에 의한 직경 17μm의 평균 기공 크기를 가졌다.
제1 Pd/Rh을 하기와 같이 제조하였다:
유성 혼합기에 의해 팔라듐 나이트레이트 용액 형태의 팔라듐을 내화성 알루미나 및 안정화된 세리아-지르코니아 합성물에 약 40 중량%의 세리아를 함유한 안정화된 세리아-지르코니아 복합체에 함침시켜, 초기 습윤 상태를 달성하면서 습식 분말을 형성하였다. 유성 혼합기에 의해 질산 로듐 용액 형태의 로듐을 내화성 알루미나 및 안정화된 세리아-지르코니아 합성물에 약 40 중량%의 세리아를 함유한 안정화된 세리아-지르코니아 복합체에 함침시켜, 초기 습윤 상태를 달성하면서 습식 분말을 형성하였다. 상기 분말을 물에 첨가한 후, 바륨 하이드록사이드 및 지르코늄 나이트레이트 용액을 첨가하여 수성 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 90%의 입자 크기가 5 μm이 되도록 밀링하였다. 기술 분야에 공지된 칩착 방법을 사용하여 상기 슬러리를 벽-유동형 필터 기재의 입구측으로부터 코팅하고 전체 기재 길이를 커버하였다. 코팅 후, 필터 기재와 입구 코팅을 150℃에서 건조하고 550℃의 온도에서 약 1시간 동안 하소시켰다. 하소된 Pd/Rh 촉매층은 68.8 중량% 세리아-지르코니아 복합체, 0.14 중량% 팔라듐, 0.14 중량% 로듐, 4.6 중량%의 바륨 옥사이드, 1.4 중량% 지르코니아 옥사이드 및 잔량의 알루미나를 갖는다. 촉매 물질층의 총 로딩은 1.23 g/in3이었다.
제2 Rh 촉매 성분을 하기와 같이 제조하였다:
총 5 g/ft3 로듐(미립자 필터의 총 부피의 평균)을 로듐 나이트레이트 용액의 형태로 침착시켜 기재의 직경보다 작은 직경(D = 75 mm)의 방사형 중심 영역을 커버하였다. 이러한 방사형 분포를 달성하기 위해 동일한 내경(D = 75mm)을 갖는 용액 주입 파이프를 사용하였다. 로듐 용액을 두 부분으로 균등하게 분할하고, 제1 로듐 용액을 희석한 후 파이프를 통해 통과시켜 필터 출구측에 코팅하였다. 상기 부분을 150℃에서 건조한 후 입구측으로부터 로둠 용액의 제2 절반을 적용하였다. 로듐 용액의 희석은 각 용액 코팅이 기재 길이의 50 내지 55%까지 연장되는 방식으로 수행하였다. 양측 모두 용액 코팅한 후, 필터를 150℃에서 건조하고 550℃의 온도에서 약 1시간 동안 하소시켰다.
실시예 3
실시예 3의 미립자 필터는 실시예 2와 유사하게 제조하되, 제2 Rh 촉매 성분을 D = 95 mm인 방사형 중심 면적 및 전체 기재 길이를 커버하도록 침착시켰다. 이로 인해, 제2 Rh 촉매 성분으로부터 9.7 g/ ft3의 국부적인 Rh 로딩을 갖는다.
실시예 4
실시예 4의 미립자 필터는 실시예 2와 유사하게 제조하되, 제2 Rh 촉매 성분을 D = 109 mm인 방사형 중심 면적 및 전체 기재 길이를 커버하도록 침착시켰다. 이로 인해, 제2 Rh 촉매 성분으로부터 7.3 g/ ft3의 국부적인 Rh 로딩을 갖는다.
실시예 5
실시예 5의 미립자 필터는 실시예 2와 유사하게 제조하되, 제2 Rh 촉매 성분을 D = 75 mm인 방사형 중심 면적 및 입구 및 출구측 둘 모두로부터 전체 기재 길이의 33%를 커버하도록 침착시켰다. 이로 인해, 제2 Rh 촉매 성분으로부터 23.3 g/ ft3의 국부적인 Rh 로딩을 갖는다.
실시예 6- 비교예
실시예 6의 미립자 필터는 실시예 2와 유사하게 제조하되, 제2 Rh 촉매 성분을 전체 기재 영역(D = 132mm) 및 전체 기재 길이를 커버하도록 침착시켰다. 이로 인해, 제2 Rh 촉매 성분으로부터 5 g/ ft3의 균일한 Rh 로딩을 갖는다.
실시예 7- 비교예
실시예 7의 제조된 미립자 필터는, 6 g/ft3의 PGM 로딩을 갖고, 입구측으로부터 기재 상에 코팅되어 전체 기재 면적 및 길이를 덮는 제1 Pd/Rh 촉매층(Pd/Rh = 1/1); 및 15.5 g/ft3의 국부적인 Rh 로딩을 갖고, 입구측 및 출구측 둘 다로부터 기재 상에 코팅되고 더 작은 직경의(D = 75 mm) 방사형 중심 영역 및 전체 기재 길이를 덮는 제2 Rh 촉매층을 갖는다.
벽-유동형 필터 기재는 132 mm(D)*127 mm(L)의 크기, 1.74 L의 부피, 평방 인치당 300개의 셀 밀도, 약 200 μm의 벽 두께, 63%의 공극률 및 수은 침입 측정에 의한 직경 17μm의 평균 기공 크기를 가졌다.
제1 Pd/Rh을 하기와 같이 제조하였다:
유성 혼합기에 의해 팔라듐 나이트레이트 용액 형태의 팔라듐을 내화성 알루미나 및 안정화된 세리아-지르코니아 합성물에 약 40 중량%의 세리아를 함유한 안정화된 세리아-지르코니아 복합체에 함침시켜, 초기 습윤 상태를 달성하면서 습식 분말을 형성하였다. 유성 혼합기에 의해 질산 로듐 용액 형태의 로듐을 내화성 알루미나 및 안정화된 세리아-지르코니아 합성물에 약 40 중량%의 세리아를 함유한 안정화된 세리아-지르코니아 복합체에 함침시켜, 초기 습윤 상태를 달성하면서 습식 분말을 형성하였다. 상기 분말을 물에 첨가한 후, 바륨 하이드록사이드 및 지르코늄 나이트레이트 용액을 첨가하여 수성 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 90%의 입자 크기가 5 μm이 되도록 밀링하였다. 기술 분야에 공지된 칩착 방법을 사용하여 상기 슬러리를 벽-유동형 필터 기재의 입구측으로부터 코팅하고 전체 기재 길이를 커버하였다. 코팅 후, 필터 기재와 입구 코팅을 150℃에서 건조하고 550℃의 온도에서 약 1시간 동안 하소시켰다. 하소된 Pd/Rh 촉매층은 68.8 중량% 세리아-지르코니아 복합체, 0.18 중량% 팔라듐, 0.18 중량% 로듐, 4.6 중량%의 바륨 옥사이드, 1.4 중량% 지르코니아 옥사이드 및 잔량의 알루미나를 갖는다. 촉매 물질층의 총 로딩은 0.99 g/in3이었다.
제2 Rh 촉매층을 하기와 같이 제조하였다:
유성 혼합기에 의해 총 5 g/ft3 로듐(미립자 필터의 총 부피의 평균)을, 로듐 나이트레이트 용액의 형태로, 내화성 알루미나 및 안정화된 세리아-지르코니아 합성물에 약 40 중량%의 세리아를 함유한 안정화된 세리아-지르코니아 복합체에 함침시켜, 초기 습윤 상태를 달성하면서 습식 분말을 형성하였다. 상기 분말을 물에 첨가한 후, 바륨 하이드록사이드 및 지르코늄 나이트레이트 용액을 첨가하여 수성 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 90%의 입자 크기가 5 μm이 되도록 밀링하였다. 상기 슬러리를 필터의 입구 및 출구측 둘 모두로부터 코팅하고 더 작은 직경(D = 75 mm)과 각 측면으로부터 전체 기재 길이의 50%로 방사형 중심 영역을 커버하였다. 코팅 후, 필터를 150℃에서 건조하고 550℃의 온도에서 약 1시간 동안 하소시켰다. 하소된 제2 Pd/Rh 촉매층은 68.2 중량% 세리아-지르코니아 복합체, 1.17 중량% 로듐, 4.6 중량%의 바륨 옥사이드, 1.4 중량% 지르코니아 옥사이드 및 잔량의 알루미나를 갖는다. 상기 촉매층의 국부적인 로딩은 0.77 g/in3이었다.
실시예 1 내지 7의 미립자 필터의 촉매 물질층은, PGM 분포 레이아웃이 상이함에도 불구하고 총 로딩과 귀금속의 총 로딩은 동일하며, 이는 도 7의 도식 1에 도시되어 있다.
실시예 8 - 실시예 1 내지 4의 촉매 미립자 필터의 테스트
8.1 CCC로서
8.1.1 WLTC 테스트
전형적인 입구 온도는 약 875℃이고 전형적인 촉매층 온도가 약 925℃이며 약 980℃를 초과하지 않도록 작동하는 엔진 설정을 사용하여, 실시예 1 내지 4의 미립자 필터를 발열 에이징 프로토콜 하에서 에이징하였다. 엔진-아웃 가스 공급 구성은 차량 내구성 테스트를 위한 전형적인 작동 조건을 시뮬레이션하기 위해 풍부함과 희박 사이를 번갈아 가며 나타난다. 모든 촉매 필터는 동일한 조건을 사용하여 100시간 동안 에이징하였다.
배출 성능은 WLTC 테스트 프로토콜에 따라 작동하는 근접 장착식 촉매 (CCC)-전용 배출 제어 시스템 구성을 갖춘 2.0L 터보-차지(turbo-charged) 엔진을 사용하여 테스트하였다. 각 촉매 미립자 필터를 CCC로서 근접 장착 위치에 설치하였고, 높은 실험 반복성과 데이터 일관성을 보장하기 위해 최소 3회 테스트하였다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 용액 코팅 접근법을 사용하여 백금족 금속(이 경우에, 로듐)의 방사형 농축은 촉매 미립자 필터의 촉매 활성을 촉진하였다. 본 발명의 실시예 2 내지 4의 미립자 필터는 WLTC 테스트에서 비교 실시예 1의 미립자 필터와 비교하여 동일한 백금족 금속 로딩에서 워시코트 지지체 제형을 변경하지 않고 최대 약 25% THC, 약 15% CO 및 약 10% NOx 개선을 나타냈다.
8.1.2 WLTC 단계 1 테스트
CCC로서의 실시예 1 내지 4의 미립자 필터를 또한 WLTC 단계 1에서 테스트하였다. WLTC 단계 1은 냉간 시동 및 저속 주행 모드(도심)를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2 내지 4의 미립자 필터는 WLTC 단계 1의 테스트에서 비교 실시예 1의 미립자 필터와 비교하여 최대 약 20% THC, 약 15% CO 및 약 15% NOx 개선을 나타냈다.
8.2 UFC로서
8.2.1 WLTC 테스트
또한, 동일한 2.0L 터보-차지 엔진이되, 상이한 근접 장착식 촉매(CCC) + 언더-플로어 촉매(UFC) 배출 제어 시스템 구성을 사용하여 실시예 필터의 배출 성능을 추가로 평가하였다. TWC 부품으로서, 1200℃에서 20시간 동안 오븐 에이징된, 132.1 mm(D) x 50.8 mm(L), 66 gcf PGM을 CCC로서 사용하였고, 실시에 필터를 UF 위치에 UFC로서 설치하였다. CCC와 UFC 사이의 거리는 800 mm이었다. 각 촉매 시스템은 높은 실험 반복성과 데이터 일관성을 보장하기 위해 최소 3회 테스트하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 CCC+ UFC 시스템에서, 최고 성능을 나타낸 본 발명의 실시예 2 및 3이 실시예 1의 필터를 갖는 기준 시스템과 비교하여 최대 약 10% NOx 개선을 나타내는 것으로 유지되었다.
실시예 9 - 실시예 1, 2, 5 및 6의 촉매 미립자 필터의 테스트
9.1 WLTC 테스트
상이한 에이징 설정 하에, 전형적인 입구 온도는 약 800℃이고 전형적인 촉매층 온도가 850℃이며 약 900℃를 초과하지 않도록 작동하는 엔진 설정을 사용하여, 실시예 1, 2, 5 및 6의 미립자 시스템을 발열 에이징 프로토콜 하에서 에이징하였다. 엔진-아웃 가스 공급 구성은 차량 내구성 테스트를 위한 전형적인 작동 조건을 시뮬레이션하기 위해 풍부함과 희박 사이를 번갈아 가며 나타난다. 모든 촉매 필터는 동일한 조건을 사용하여 125시간 동안 에이징하였다.
배출 성능은 WLTC 테스트 프로토콜에 따라 작동하는 근접 장착식 촉매 (CCC)-전용 배출 제어 시스템 구성을 갖춘 2.0L 터보-차지(turbo-charged) 엔진을 사용하여 테스트하였다. 각 촉매 미립자 필터를 CCC로서 근접 장착 위치에 설치하였고, 높은 실험 반복성과 데이터 일관성을 보장하기 위해 최소 3회 테스트하였다.
도 4에서 입증된 바와 같이, 실시예 2 및 5의 미립자 필터는 비교예 1의 미립자 필터에 비해 우수한 THC, CO 및 NOx 전환 활성을 나타냈으며, 이는 다양한 에이징 프로토콜 하에서 PGM 방사형 농축의 견고성을 입증하였다. 이는 방사형 중심 영역에 PGM 용액 코팅을 적용하여 세심하게 설계된 로듐 농축 구역에 기인한다. 축 방향으로 특별히 설계된 로듐 분포로 인해, 실시예 5의 미립자 필터의 활성은 실시예 2의 미립자 필터의 활성에 비해 더욱 향상되었다. 반면, 실시예 6의 미립자 필터는 유사한 PGM 용액 코팅 방식을 사용했음에도 불구하고 오염물 전환 활성에 있어 이점을 나타내지 못했다. 이는, 방사형 농축 없이 PGM 용액 코팅만으로는 3원 전환 활성에 도움이 되지 않음을 증명한다.
9.2 WLTC 단계 1 테스트
CCC로서의 실시예 1 내지 4의 미립자 필터를 또한 WLTC 단계 1에서 테스트하였다. WLTC 단계 1은 냉간 시동 및 저속 주행 모드(도심)를 나타낸다.
도 5에서 입증된 바와 같이, 실시예 2 및 5의 미립자 필터는 비교예 1의 미립자 필터에 비해 우수한 THC, CO 및 NOx 전환 활성을 나타냈다. 축 방향으로 특별히 설계된 로듐 분포로 인해, 실시예 5의 미립자 필터의 활성은 실시예 2의 미립자 필터의 활성에 비해 더욱 향상되었다. 반면, 실시예 6의 미립자 필터는 유사한 PGM 용액 코팅 방식을 사용했음에도 불구하고 오염물 전환 활성에 있어 이점을 나타내지 못했다.
실시예 10 - 배압 비교
촉매 필터의 경우, 배압(압력 강하라고도 함)도 주의 깊게 관찰해야 하는 중요한 매개변수이다. 본 발명에 개시된 PGM 용액 코팅은 촉매 필터의 배압에 영향을 미치지 않는 반면, 슬러리 코팅은 최종 촉매 필터의 배압이 바람직하지 않게 더 높아질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, PGM 용액 코팅 접근법을 사용하여 방사형 중심에 Rh가 풍부한 실시예 2의 미립자 필터는 실시예 1과 비교하여 무시할 수 있는 배압 차이를 나타냈다. 실시예 7의 미립자 필터는 공지된 슬러리 코팅 접근법을 사용하여 방사상 중심에 유사하게 농축된 Rh를 갖는 반면, 비교예 1 및 본 발명의 실시예 2에 비해 상당히 더 높은 배압 추가를 나타냈다.
여기서, 배압 누계는 하기와 같은 방식으로 계산하였다:
배압 (누계) = 배압 (촉매화된 필터) - 배압 (기질)
모든 배압 값은 Superflow에서 600 m3/h 유량 및 25℃에서 측정하였다.

Claims (21)

  1. 적어도 하나의 백금족(platinum group) 금속을 포함하는 촉매 물질층을 포함하는, 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 미립자 필터로서,
    미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 영역의 백금족 금속의 평균 로딩(loading)이 미립자 필터의 나머지 부분의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.1 내지 10배인, 미립자 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역의 백금족 금속의 평균 로딩이 미립자 필터의 나머지 부분의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.2 내지 8배, 바람직하게는 1.25 내지 6배인, 미립자 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 20 내지 70 부피%를 차지하는 상기 영역이 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩이 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배인, 미립자 필터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미립자 필터가 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 촉매 물질층을 포함하고, 미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 12 내지 35 중량% 범위이고,
    미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하인, 미립자 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 12.5 내지 30 중량%, 바람직하게는 13 내지 28 중량%, 특히 13 내지 25 중량% 범위인, 미립자 필터.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 15% 이하, 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 25 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 27 내지 60 중량%, 바람직하게는 28 내지 55 중량%, 더욱 바람직하게는 29 내지 50 중량% 범위이고,
    미립자 필터의 총 부피의 25 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 34 내지 80 중량%, 바람직하게는 36 내지 75 중량%, 더욱 바람직하게는 37 내지 70 중량% 범위이고,
    미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    미립자 필터의 전체 중심축 주위에 있으며 미립자 필터의 총 부피의 44.4 부피%를 차지하는 영역에 있는 백금족 금속의 양이 미립자 필터 중 백금족 금속의 총 중량을 기준으로 47 내지 85 중량%, 바람직하게는 49 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 78 중량% 범위이고,
    미립자 필터의 총 부피의 44.4 부피%를 차지하는 상기 영역과 미립자 필터의 나머지 부분 사이의 촉매 물질층의 평균 로딩의 차이가 촉매 물질층의 더 낮은 평균 로딩을 기준으로 25% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하인, 미립자 필터.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    미립자 필터의 총 부피의 11.1 부피%를 차지하는 상기 영역이 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩이 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배인, 미립자 필터.
  12. 제9항에 있어서,
    미립자 필터의 총 부피의 32.3 부피%를 차지하는 상기 영역이 전체 중심축을 따라 3개의 하위영역, 즉, 입구 하위영역, 중간 하위영역 및 출구 하위영역으로 균일하게 분할되고, 1 또는 2개의 하위영역, 바람직하게는 입구 및 출구 하위영역의 백금족 금속의 평균 로딩이 나머지 하위영역(들)의 백금족 금속의 평균 로딩의 1.5 내지 15배, 바람직하게는 1.8 내지 10배, 더욱 바람직하게는 2 내지 7배인, 미립자 필터.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    미립자 필터의 백금족 금속의 평균 로딩이 2 내지 50 g/ft3, 바람직하게는 3 내지 25 g/ft3, 더욱 바람직하게는 4 내지 20 g/ft3 범위인, 미립자 필터.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    미립자 필터의 촉매 물질층의 평균 로딩이 0.2 내지 3 g/in3, 바람직하게는 0.3 내지 2.5 g/in3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2 g/in3 범위인, 미립자 필터.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매 물질층이 적어도 하나의 내화성 금속 산화물을 추가로 포함하는, 미립자 필터.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 미립자 필터의 제조 방법으로서,
    i) 필터 기재를 제공하는 단계;
    ii) 상기 필터 기재를 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 슬러리로 코팅하는 단계; 및
    iii) 단계 ii)에서 수득된 필터 기재를 적어도 하나의 백금족 금속을 포함하는 용액 또는 현탁액으로 추가로 코팅하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 슬러리가 적어도 하나의 내화성 금속 산화물을 포함하는, 제조 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    단계 iii)에서 적용된 백금족 금속의 양이, 단계 ii)에서 적용된 백금족 금속의 양의 50 내지 120 중량%, 바람직하게는 60 내지 100 중량%인, 제조 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 ii) 및 단계 iii)가, 코팅 이후 코팅된 필터 기재를 하소하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
  20. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나에 따른 미립자 필터를 통해 엔진으로부터의 배기 가스를 유동시키는 것을 포함하는 내연 엔진으로부터의 배기 가스의 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 배기 가스가 미연소 탄화수소, 일산화탄소, 질소 산화물 및 미립자 물질을 포함하는, 방법.
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