사용후 경유차 매연저감장치 DOC/DPF 재제조 효과 고찰

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 경유차에 장기간 장착되어 운행됨으로써 대기오염물질인 CO, HC, PM 제거 성능이 현저하게 저하된 사용후 경유차 매연 저감장치(DOC/DPF)를 대상으로 여러 가지 방법을 적용하여 재제조를 수행한 후 재제조된 DOC와 DPF의 CO, HC, PM 저감효율과 물성특성을 분석하여 사용후 DOC 및 DPF에 대한 재제조 효과를 관찰하였다.
사용후 DOC 및 DPF에 대한 재제조는 고온 배소 세정, 복합산성/염기성 및 유무기 용액에 의한 초음파 세정, 촉매 활성성분 재 함침 방법을 적용하여 수행하였다. 고온 배소 세정 및 복합산성/염기성 및 유무기 용액에 의한 초음파 세정은 DOC 및 DPF의 표면에 축적되어 있던 각종 불순물질을 제거함으로써 촉매 활성 저하원인을 제거하기 위한 목적으로 수행되었으며, 촉매 활성성분 재 함침은 촉매의 활성을 복원하기 위한 목적으로 수행되었다.
재제조된 DOC 및 DPF에 대한 오염물질 저감성능 평가는 디젤 엔진 다이나모 장치를 이용하여 수행하였으며, 광학현미경, SEM, ICP, EDX, Porosimeter, TGA, XRD 등을 이용하여 재제조 과정에서 변화된 DOC 및 DPF의 물성특성을 분석하여 오염물질 저감성능 측정결과와 결부하여 비교분석을 수행하였다.
연구 수행 결과 사용후 DOC 및 DPF를 본 연구에서 적용된 고온 배소 세정, 복합산성/염기성 및 유무기 용액에 의한 초음파 세정, 촉매 활성성분 재 함침 방법에 의해 재제조를 수행할 경우 재제조된 DOC 및 DPF 성능이 신품 성능의 90 % 이상으로 회복되는 것을 확인 하였으며, 본 연구조건에서의 재제조 과정을 통해서 촉매의 활성저하 원인이 되었던 각종 불순성분 대부분이 사용후 DOC 및 DPF로부터 제거되는 것을 확인 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A study on the development of remanufacturing technology for the deactivated DPF and DOC which are the exhaust gas abatement systems for the diesel vehicles was carried out.
In this study, the used DPF and DOC which could remove the air pollutants such as CO, HC and PM in the exhaust gas from diesel vehicles, were remanufactured with various methods, and were also investigated the catalytic performances and their characterization.
The remanufacturing process of the deactivated DPF and DOC involved high temperature cleaning of incineration, complex acidic/basic and ultrasonic cleaning of washing with organic/inorganic solutions to remove deactivating materials deposited to the surface of the catalysts, and active component reimpregnation for reactivating catalytic activity of them.
The catalytic performance test of the remanufacturing DPF and DOC was carried out by the diesel engine dynamo systems and their characterization was also performance with the optical microscopes, SEM, ICP, EDX, porosimeter, TGA and XRD to investigate correlation between catalytic reactivity and surface characteristics of them.
It was founded that the used DOC and DPF remanufactured with the high-temperature cleaning of incineration, complex acidic/basic and ultrasonic washing with organic/inorganic solutions, and catalysts reimpregnation methods showd the improved catalytic performance level reaching up to 90% compared to those of the new DPF and DOC, which is caused by removing the deactivating materials from the surface of the DPF and DOC through the analyses of catalyst performance test and their characterization.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 연구의 목적 5
• Ⅱ. 이론적 고찰 6
• 2.1 경유차 촉매장치 및 배출가스 6
• 2.1.1 경유차 촉매장치의 반응 구조 6
• 2.1.2 경유차 배출가스 생성원리 및 특성 9
• 2.1.2.1 경유차 배출가스 생성원리 9
• 2.1.2.2 경유차 배출가스 특성 10
• 2.2 DOC/DPF 비활성화 원인 2
• 2.2.1 촉매피독 12
• 2.2.2 열에 의한 비활성화 14
• 2.2.3 워시코트의 손실 16
• Ⅲ. 실험 및 분석 17
• 3.1 사용후 경유차 촉매 재제조 17
• 3.1.1 사용후 경유차 매연 저감장치(DOC/DPF) 분해 및 촉매 샘플 제조 17
• 3.1.2 사용후 경유차 촉매 재제조 18
• 3.1.2.1 공기세정 및 고온 배소 세정 18
• 3.1.2.2 재제조 복합산성/염기성 및 유무기 용액에 의한 초음파 세정 19
• 3.1.2.3 촉매 활성성분 재 함침 20
• 3.1.2.4 슬러리에 의한 DPF 파손 격자 보강 21
• 3.2 사용후 경유차 촉매 반응활성 평가 23
• 3.2.1 HC, CO 전환율 및 PM 제거효율 평가 23
• 3.3 DOC/DPF 물성특성 평가 26
• Ⅳ. 결과 및 고찰 27
• 4.1 DOC/DPF 물성특성 분석결과 27
• 4.1.1 광학 현미경(optical microscope) 분석 27
• 4.1.2 EDX(energy dispersive x-ray spectrometer)/ICP(inductively coupled plasma)분석 31
• 4.1.3 Porosimeter 분석 36
• 4.1.4 TGA(thermal analyzer)/XRD(x-ray diffraction) 분석 38
• 4.2 DOC/DPF 반응활성 측정결과 및 고찰 41
• 4.2.1 고온 배소 세정 처리에 의한 DOC/DPF 샘플의 HC, CO, PM 제거효율 평가 41
• 4.2.2 재제조 복합산성/염기성 및 유무기 용액에 의해 세정처리된 DOC/DPF 샘플의 HC, CO, PM 제거효율 평가 45
• 4.2.3 DOC/DPF 활성성분이 재 함침된 DOC/DPF 샘플의 HC, CO, PM 제거효율 평가 49
• Ⅴ. 결론 54
• 참고문헌 55
• ABSTRACT 57