디젤 산화 촉매 (DOC)의 연구 및 동향

소개

18세기 산업혁명 이후 산업이 발달함에 따라 석유 및 석탄의 사용량은 급강하였다. 이로 인한 산업지대 및 개발지역에 따른 환경오염원 배출 또한 급속도로 증가하여 지금에 이르러서 지구 환경 파괴의 원인이 되고 있다. 또한, 인간 증가에 따른 인간의 편리한 생활과 산업에서는 없어서는 안 될 motorcar의 사용량이 증가되면서 그 수도 증가되고 있다. 이로 인한 환경오염 물질이 배출되고 있는데, 그 양은 세계적으로 매년 증가되고 있다. 그 중 디젤 motorcar의 경우 CO, HC 등의 오염물질이 배출되게 되는데, 이 모든 오염물질은 디젤 motorcar의 수가 급강하면서 자연 순환의 자정효과를 넘어서 환경 파괴의 원인이 되고 있다. 일반 승용차의 경우 많은 연구를 통해 오염원 제거를 위한 촉매가 개발되어 있지만, 디젤 motorcar의 경우는 아직 그 연구가 미미한 실정이다.
이에 전 세계적으로 디젤 motorcar의 오염원 배출을 줄이고자 노력하고, 연구 중에 있으며, 오염원을 제한하고 있다. 이에 따라 디젤 산화 촉매 연구가 활성화되어지고 있고, 이에 따른 연구결과도 다수 보고되어지고 있다.
이와 같이 본 논문에서는 이러한 자동차 배기가스 처리 장치 중 촉매분야에 따른 원리 및 현재의 개발 동향과 앞으로의 방향을 제시하고자 한다.

목차

1. 서론
2. 본론
2.1 디젤 산화 촉매 (DOC)의 반응 원리
2.2 디젤 산화 촉매 (DOC)의 연구 현황
2.2.1 촉매 성능 평가 방법
2.2.2 촉매에 따른 영향
2.2.3 담지체에 따른 영향
2.2.4 촉매 피독 현상 방지
2.3 디젤 산화 촉매 (DOC)의 미래 방향
3. 결론
4. 참고문헌

본문내용

2.1 디젤산화촉매 (DOC)의 반응 원리

디젤산화촉매기술은 가솔린엔진에서 삼원촉매가 개발되기 이전에 사용되던 산화촉매(이원촉매) 기술과 기본적으로 동일한 기술이기 때문에 기술효과나 성능은 이미 입증되어 있는 기술이다. 산화촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 촉매효과로 배기중의 산소를 이용하여 탄화수소, 일산화탄소를 제거하는 기능을 한다. 디젤엔진에서는 탄화수소, 일산화탄소의 배출은 그다지 문제가 되지 않으나 산화촉매에 의해 입자성물질의 구성성분인 탄화수소를 저감하면 입자성물질을 10~20%저감할 수 있다. 그러나 경유에 포함된 유황성분에 대해서도 산화작용을 하여 SO3(sulfate)배출을 증가시켜 입자성물질이 증가하므로 산화촉매의 사용에는 저유황연료의 사용이 필수적이다.
디젤엔진은 부분부하에서 배기가스온도가 낮기 때문에 산화촉매도 저온활성을 좋게 할 필요가 있으나 저온활성이 좋은 촉매는 저온 시부터 설페이트 발생이 시작되므로 전체적으로 발생량이 많아질 염려가 있다. 따라서 촉매성분조정에 의해 저온활성화와 설페이트 제어를 함과 동시에 엔진사용부하와 회전수에 맞게 촉매온도 특성을 선택하는 것이 중요하다고 한다. (그림 3)는 이러한 디젤산화촉매에 대한 작동하는 것을 보여주는 것으로 배기가스의 CO, HC SOF 등을 제거하도록 구성되어져 있다.
(그림 3) DOC Functionality - Ⅰ DOC Functionality - Ⅱ

(그림 3)에서와 같이 배기가스 정화장치인 디젤산화촉매부분에 유해물질이 들어오게 되면 촉매 층을 통과하게 되는 데 이 때 촉매와 반응하여 CO2와 H2O로 배출되게 되어 있다. 이것의 간단한 반응 메커니즘은 다음과 같다.

CO ＋ 1/2 O2 → CO2 (Desired Reaction)
HC(SOF) + 1/2 → CO2 ＋ H2O (Desired Reaction)

일반적으로 산화성을 위해서는 Pt, Pd 등의 귀금속 계열의 촉매나 전이 금속을 많이 사용하고 고온에서 선택성을 높이기 위해서는 V이나 Mo 같은 metal을 첨가하여 촉매적 활성을 높이고 있다.

참고자료

· 1. 최경일, 최용택, 유관식, 한국대기환경학회지, 16권, 2000, 529.
· 2. 손건석, Auto Jounal, 2, 2008, 44.
· 3. 최병철, 이춘희, 박희주, 정명근, 권정민, 신병선, 김상수, 한국동력기계공학회지, 6권 2002, 18.
· 4. J.H.Kim, S.M.Choi, S.H.Nam, M.H.Seo, s.H.choi, W.B.Kim, Applied Catalysis B: Environmental, 82, 2008, 89.
· 5. S.salomons, M.Votsmeier, R.E.Hayes, A.Drochner, H.Vogel, F.Gieshof, Catalysis Today, 117, 2006, 491.
· 6. E.Antolini, F.Colmati, E.R.Gonzalez, Electrochem. Commun., 9, 2007, 398.