(57)【要約】  いくつかの源に由来しかつ自動車のエンジンが停止している時に前記エンジンの空気浄化装置を通って大気の中に放出される可能性のある揮発性炭化水素を回収するための炭化水素吸着装置。この装置を空気取り入れ機構の中に前記エンジンを通って流れる空気の全部が前記装置を通るように位置させる。この装置は入り口と出口を有するハウジングを含んで成る。前記ハウジングに基質とこの基質の表面の上を覆っている揮発性炭化水素吸着剤を入れる。そのような吸着剤はシリカゲル、モレキュラーシーブおよび／または活性炭であってもよい。前記材料に更に前記材料を前記基質の表面に接着させる結合剤も含有させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンが停止している時に前記エンジンの空気取り入れ機構から出る揮発性炭化水素の排出を制御する揮発性炭化水素吸着装置であって、空気入り口と空気出口を有していて基質と前記基質の表面の上を覆っている揮発性炭化水素吸着剤材料が入っているが前記材料が更に前記材料を前記基質の前記表面に接着させる結合剤も含有するハウジングを含んで成っていて前記エンジンの中を通って流れる空気の全部が該装置の中を通るように前記空気取り入れ機構の中に位置する装置。
【請求項２】
前記ハウジングが金属または重合体を含んでなる請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ハウジングがアルミニウム、Ｆｅ−Ｃｒ合金およびＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金から成る群から選択される金属を含んでなる請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記材料がモレキュラーシーブ、シリカゲル、活性炭およびこれらの混合物から成る群から選択される請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記材料がモレキュラーシーブ、シリカゲルおよび活性炭の別々の層を含んで成る請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記モレキュラーシーブが天然ゼオライト、合成ゼオライトまたは天然ゼオライトと合成ゼオライトの混合物を含んで成る請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記天然ゼオライトまたは合成ゼオライトがファウジャサイト、チャバザイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、超安定性Ｙ、ＺＳＭゼオライト、オフレタイトおよびベータゼオライトから成る群から選択される請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記ベータゼオライトが有するシリカ：アルミナのモル比が約２５：１から約１０００：１である請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記ベータゼオライトが有機もしくは無機酸による浸出を受けている請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記ベータゼオライトが約３５０から約９００℃の温度の蒸気処理を受けている請求項７記載の装置。
【請求項１１】
前記基質が重合体または金属を含んで成っていて波形状態で存在する請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記金属がアルミニウム、チタン、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｃｒ合金およびＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金から成る群から選択される請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記材料が高表面積の耐火性金属酸化物の上に位置していて前記耐火性金属酸化物が前記基質の表面の上に位置する請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記金属酸化物がガンマアルミナを含んで成る請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記結合剤が有機重合体；アルミナ、シリカまたはジルコニアのゾル；アルミニウム、ケイ素またはジルコニウムの無機塩、有機塩および／または加水分解生成物；アルミニウ
ム、ケイ素またはジルコニウムの水酸化物；加水分解でシリカになる有機シリケート；およびこれらの混合物から成る群から選択される請求項１記載の装置。
【請求項１６】
前記重合体がアクリル系重合体、ビニルアクリル系重合体、スチレンアクリル系重合体、酢酸ビニル重合体、エチレン酢酸ビニル重合体、スチレンブタジエンゴム、ビニルアルコール重合体、ポリウレタン、シリコーンおよび混合物から成る群から選択される請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記結合剤がアクリル系／スチレンアクリル系共重合体ラテックスを含んで成る請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記材料が更にアニオン性、非イオン性またはカチオン性分散剤も含有する請求項１記載の装置。
【請求項１９】
前記分散剤がポリアクリレート、アルコキシレート、カルボキシレート、ホスフェートエステル、スルホネート、タウレート、スルホスクシネート、ステアレート、ラウレート、アミン、アミド、イミダゾリンおよびこれらの混合物から成る群から選択される請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記分散剤が低分子量のポリアクリル酸を含んで成っていて前記ポリアクリル酸が有するプロトンの多くがナトリウムに置き換わっている請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は２００３年５月１２日付けで出願した出願連続番号１０／４３５，８６０の一部継続出願である。
【技術分野】
【０００２】
本発明は自動車の空気導入装置の中の揮発性炭化水素燃料蒸気を吸着させるための装置に関する。そのような蒸気はエンジン停止後に発生し、それを吸着しないと、それは空気浄化装置から流出して大気の中に入り込むであろう。
【背景技術】
【０００３】
自動車の燃料タンクから出る揮発性炭化水素燃料蒸気を捕捉する装置および方法は良く知られている。そのような装置は典型的に蒸発損失制御装置と呼ばれていて、再生可能な吸着剤、例えば活性炭などが入っている容器に頼っている。そのような吸着剤は揮発性炭化水素を吸着しそしてエンジン作動条件がその捕捉されている炭化水素の燃焼に適する条件になると空気の流れを前記吸着剤の中に通すことで前記吸着剤に脱離を受けさせて炭化水素含有空気流れが前記エンジンの中に入るようにすることでその脱離した炭化水素を燃焼させる。蒸発損失制御装置を開示している典型的な特許文献には特許文献１、２および３が含まれる。
【０００４】
また、自動車の排気ガス流れに入っている未燃焼炭化水素を吸着させるための装置および方法も良く知られている。そのような装置および方法は特に自動車エンジンの冷寒時始動中に放出される未燃焼炭化水素の吸着で用いるに有用である。
【０００５】
例えば、特許文献４は、Ｙ型ゼオライトまたはモルデナイトのいずれかが入っているスリーウエイ（ｔｈｒｅｅ−ｗａｙ）触媒が用いられている自動車用排気ガス浄化装置に向けたものであり、そこでは、前記スリーウエイ触媒の上流に炭化水素捕捉装置を用いている。特許文献４の図２に示されている態様では、活性炭の床を吸着ゾーンの上流に位置させている。電磁操作弁機構を用いて排気ガス流れをこの排気ガス流れの温度に応じて前記活性炭床の中にか或は回りに導いた後に前記吸着ゾーンおよび前記スリーウエイ触媒の中に導いている。
【０００６】
特許文献５はエンジン排気ガス流れを処理する方法に向けたものであり、その方法では、前記ガス流れをエンジン作動の冷寒時始動段階中には吸着ゾーンの中のモレキュラーシーブの中に導いている。炭化水素が脱離し始めると、その触媒が有効温度になるまでは前記吸着ゾーンを迂回させ、前記触媒が有効温度になった時点で前記ガス流れが再び前記吸着ゾーンの中を流れるようにすることで炭化水素を脱離させてそれらを触媒ゾーンの中に向かわせる。特許文献５の様式と同様な様式で機能する装置が非特許文献１に開示されている。
【０００７】
炭化水素排出量を低下させるエンジン排気装置が特許文献６に開示されており、それは、ベータゼオライトを炭化水素吸着剤として用いることを包含する。シリカ／アルミナの比率が７０／１から２００／１の範囲のゼオライトが好適な吸着剤である。前記装置には、冷寒時始動運転中には排気ガスを１番目のコンバータから２番目のコンバータに直接向かわせそして前記１番目のコンバータが着火温度に到達した時点で前記２番目のコンバータを迂回させるか或はそれから出る流出物を前記１番目のコンバータに再循環させるバイパスラインおよび弁が含まれている。
【０００８】
排気ガス浄化装置が特許文献７に開示されており、それには、内燃機関の排気ガスを処
理するように前記機関の排気ガス路の中に取り付けられている触媒装置、前記機関の排気ガスを処理するように前記排気ガス路の中の前記触媒装置と前記内燃機関の間に取り付けられている吸着装置が含まれている。１つの態様では、前記内燃機関から前記吸着装置に向かって流れる排気ガスと前記吸着装置から前記触媒装置に向かって流れる排気ガスの間で熱交換が起こるように熱交換器を含めている。別法として、前記触媒装置に触媒を含めてこれを熱交換器の低温側気体流路の中に固定しそして前記内燃機関から前記吸着装置に向かって流れる排気ガスが前記熱交換器の高温側気体流路に流れ込むようにしている。
【０００９】
炭化水素および他の汚染物が入っている排気ガス流れを処理する方法および装置が特許文献８に開示されている。その方法は、１番目の触媒ゾーンと２番目の触媒ゾーンを中に有するモノリス体を含んで成る触媒部材の中に排気ガス流れを通すことで前記排気ガス流れを前記１番目の触媒ゾーンの中の触媒に接触させて前記排気ガス流れの中に入っている汚染物の少なくともいくらかを無害な生成物に変化させる段階を含んで成る。その後、その排気ガス流れは前記触媒部材から出て吸着ゾーンの中を通って流れ、そのゾーンの中で吸着剤組成物が汚染物である炭化水素の少なくともいくらかを吸着する。その排気ガス流れは前記吸着ゾーンから出て２番目の触媒ゾーンの中に流れ込み、そのゾーンの中で汚染物の少なくともいくらかが無害な生成物に変化する。次に、そのようにして処理された排気ガス流れは適切な排出手段を通って大気に排出される。好適な吸着剤はアルミナに対するシリカの比率が比較的高くかつ相対的ブレンステッド酸性度が低いゼオライトである。好適な吸着剤組成物はベータゼオライトを含んで成る。
【００１０】
また、車が停止している時に前記車の空気導入装置から大気の中に放出される可能性のある蒸気を吸着する装置も良く知られている。空気流れ入り口と空気流れ出口を有していて空気ろ過装置を安全に保管するハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ）が特許文献９に開示されている。その空気ろ過装置は、前記ハウジングの中に位置するか或はそれに固定されている担体の上に位置する濾材を含んで成り、そして空気を透過し得る炭化水素吸着材料を前記空気ろ過装置の空気流れ出口末端部の所の前記濾材と前記担体の間に位置させている。好適な炭化水素吸着剤は活性炭布である。
【００１１】
特許文献１０は特許文献９に類似している。特許文献１０には、ハウジングとこのハウジングの中に位置する複数のフィルター層を含有する空気ろ過装置組み立て品が開示されている。そのようなフィルター層の１つは、エンジンが停止している時に空気入り口を通って前記フィルターの中に拡散する炭化水素蒸気を除去する炭素含浸ポリウレタン発泡層である。
【特許文献１】米国特許第４，８７７，００１号
【特許文献２】米国特許第４，７５０，４６５号
【特許文献３】米国特許第４，３０８，８４１号
【特許文献４】米国特許第４，９８５，２１０号
【特許文献５】米国特許第５，０５１，２４４号
【特許文献６】米国特許第５，１２５，２３１号
【特許文献７】米国特許第５，１５８，７５３号
【特許文献８】米国特許第６，１７１，５５６号
【特許文献９】米国特許出願公開ＵＳ２００２／００４３１５６Ａ１
【特許文献１０】ＥＰ  １  １１０  ５９３  Ａ１
【非特許文献１】Ｍ．Ｈｅｉｍｒｉｃｈ、Ｌ．ＳｍｉｔｈおよびＪ．Ｋｏｔｏｗｓｋｉの表題が「Ｃｏｌｄ−Ｓｔａｒｔ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」の論文、ＳＡＥ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｕｍｂｅｒ  ９２０８４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
自動車のエンジンが停止した後に前記エンジンの空気導入装置の中に数種の源に由来する揮発性炭化水素が有意な量で集積することを確認した。その後、そのような炭化水素は前記エンジンが停止した後に大気の中に排出される。従来技術の装置および方法は、相対的に、そのような炭化水素がエンジンの空気導入装置を通って排出されるのを防止することにはほとんど注意を向けていない、と言うのは、そのような排出量は燃料装置に由来する炭化水素および排気ガス流れに由来する炭化水素（処理されないままであると大気の中に入り込むであろう）の排出量に比べて相対的に少ないからである。それにも拘らず、大気の中に放出される未燃焼炭化水素の全部を技術的に実行可能な度合にまでなくすことを要求する連邦および州の規制が益々厳しくなっていることを考慮すると、そのような炭化水素を吸着する装置を提供することができれば、これは望ましいことである。
【００１３】
従って、本発明の目的は、エンジンが停止した後に放出される揮発性炭化水素を吸着する装置を前記エンジンの上流に位置する空気導入装置の中に設けることでそのような炭化水素が大気の中に排出されないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（発明の要約）
本発明は、車のエンジンが停止している間に前記エンジンの空気導入装置の中に排出される炭化水素を吸着する装置を包含する。本装置内に入れる炭化水素吸着材にシリカゲル、モレキュラーシーブおよび／または活性炭を含める。
（発明の詳細な説明）
本発明の装置は、特に、自動車のエンジンが停止した後に前記エンジンの空気導入装置を通って大気の中に排出される可能性のある揮発性炭化水素燃料蒸気の吸着に適する。そのような燃料蒸気はいくつかの源、例えば残存燃料、パツドル、ポストランインジェクター（ｐｏｓｔ−ｒｕｎ  ｉｎｊｅｃｔｏｒ）、漏れ、ガス漏れ、排気ガス再循環に由来する炭化水素、ＰＣＶなどに由来する油炭化水素などから生じる。本発明の目的は、そのような燃料蒸気を前記燃料蒸気が１日当たりに排出される量が０．０１ｇ以下であるような度合にまで吸着することでＣａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ａｉｒ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｂｏａｒｄが課すであろうＬＥＶ  ＩＩおよびＰＺＥＶ制限および連邦政府が２００４年モデルの自動車に関して課すであろうＴｉｅｒ  ＩＩ制限を満足させるに役立たせることにある。
【００１５】
エンジンの空気取り入れ機構から出る揮発性炭化水素の排出を制御する揮発性炭化水素吸着装置を前記エンジンの中を通って流れる空気の全部が前記装置の中を通るように前記空気取り入れ機構の中に位置させる。この装置に空気入り口と空気出口を有するハウジングを含める。前記ハウジングに基質と前記基質の表面の上を覆っている揮発性炭化水素吸着材料を含める。前記材料に、この材料を前記基質の前記表面に接着させる結合剤を含有させる。
【００１６】
奇麗な空気流れを本装置に通すと前記材料が吸着していた揮発性炭化水素の脱離が起こりそしてその脱離した炭化水素はエンジンが運転状態の時、即ち車が動いている状態そして／またはアイドリング状態の時に燃焼する。本発明の装置の中で起こさせる揮発性炭化水素の吸着は比較的低い温度、例えば約０から約３５０度Ｆの温度で起こるであろう（温度がより高いと吸着よりも脱離の方が優先的に起こる傾向がある）。
【００１７】
前記揮発性炭化水素吸着剤用のハウジングはいろいろな金属または重合体を含むことができる。その選択する金属または重合体は、勿論、いろいろなエンジン作動条件、特に長期のアイドリング中に空気導入装置の中に存在する温度に耐えるべきでありかつ好適には軽量であるべきである。勿論、そのようなハウジングはエンジンの作動で通常用いられる油、燃料、グリースなどにも耐えるべきである。そのようなハウジングの寸法は重要ではないが、空気浄化装置からエンジンの吸気多岐管に至る導管の寸法に左右される、と言うのは、前記ハウジングは前記導管に気密適合すべきであるからである［車体の外側と前記導管の内側壁の間の蒸気気密シールを確保する目的でハウジング末端部の一方または両方に典型的な耐油性で耐炭化水素性のガスケットを用いてもよい］。
【００１８】
前記ハウジングに空気入り口と空気出口を持たせることで、典型的には、それの両末端が開放された状態にする。前記ハウジングの形状は重要でない、即ちそれの形状は円柱形、三角形、正方形、長方形、多角形などであってもよい。前記ハウジングの長さも重要でなく、典型的には約１から約５インチの長さ、約１から約５インチの幅または直径、および約０．５から約２ｍｍの壁厚を持たせる。
【００１９】
前記ハウジングの構成に適した材料には、熱可塑性重合体、熱硬化性重合体および金属、特にアルミニウム、Ｆｅ−Ｃｒ合金またはＣｒ−Ａｌ−Ｆｅ合金などが含まれ、それらは、エンジン室の中に存在する温度および材料（例えば液体燃料、燃料蒸気、油、グリースなど）に耐える。
【００２０】
本発明の方法で用いる吸着用材料に炭化水素吸着剤が含まれて、それを好適には基質の上に位置させる。そのような炭化水素吸着剤は好適には疎水性であるばかりでなく有機親和性（即ち有機化学品を高度に吸着する）である。前記基質に好適には重合体または金属、例えばシート、メッシュ、箔などの形態のアルミニウム、チタン、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｃｒ合金またはＣｒ−Ａｌ−Ｆｅ合金などを含める。前記吸着剤の表面積を増加させる目的で、金属基質を波形状態で存在させるのが望ましい。典型的には、そのような炭化水素吸着剤を当該基質の上に約０．２から約３ｇ／立方インチ、例えば１．２５ｇ／立方インチの充填量で位置させる。
【００２１】
そのような炭化水素吸着剤はシリカゲル、モレキュラーシーブ、活性炭またはこれらの混合物であってもよい。そのような材料を前記ハウジング内にシリカゲル、モレキュラーシーブまたは活性炭の単一層もしくは別々の層として位置させてもよい。そのような材料に好適にはモレキュラーシーブを単独または孔径が約５から約５００オングストロームの活性炭を約５から約５０重量％伴う混合物の状態で含める。
【００２２】
前記モレキュラーシーブは好適には天然ゼオライトまたは合成ゼオライト、例えばファウジャサイト、チャバザイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、超安定性ゼオライトＹ、ＺＳＭゼオライト、オフレタイトおよびベータゼオライトなどである。
【００２３】
典型的には、最初に、高い表面積を有する耐火性金属酸化物のスラリーで当該基質を被覆し、約９０から約１２０℃で約０．５から約２時間乾燥させた後、それに焼成を約４５０から約６５０℃で０．５から約２時間受けさせる。高い表面積を有する耐火性金属酸化
物は従来技術で良く知られている。そのような耐火性金属酸化物が示す比表面積は典型的に約６０から約３００ｍ２／ｇであろう。有用な耐火性金属酸化物には、アルミナ、チタニア、ジルコニア、そしてチタニア、ジルコニア、セリア、バリアおよびシリケートの中の１種以上とアルミナの混合物が含まれる。そのような耐火性金属酸化物に好適にはガンマ−アルミナを含める。
【００２４】
その後、前記耐火性金属酸化物で被覆しておいた基質を所望吸着剤のスラリーで被覆した後、乾燥させる（例えば約１０５℃で）。別法として、前記耐火性金属酸化物で被覆しておいた基質をシリカゲル、モレキュラーシーブおよび／または活性炭の個別スラリーで被覆することで層を生じさせ、各層と各層の間で乾燥をこの上に記述した如く行ってもよい。
【００２５】
望まれるならば、前記吸着剤の上部に高い表面積を有する耐火性金属酸化物のさらなるトップコート層を付着させた後、各層を付着させた後に乾燥をこの上に記述した如く行ってもよい。
【００２６】
また、各層を当該基質の層全体に広げる必要はないことも注目すべきである。例えば、当該基質の長さ全体にガンマアルミナによる被覆、乾燥そして焼成を受けさせてもよい。次に、そのアルミナで被覆しておいた基質の長さ全体を選択したゼオライトに加えて結合剤で被覆した後、乾燥させる。その後、前記ゼオライトと結合剤層の一部のみを活性炭の層で被覆した後、乾燥させてもよい。別法として、前記アルミナで被覆しておいた基質の前方部分を選択したゼオライトに加えて結合剤で被覆しそして同時に裏側部分を活性炭に加えて結合剤で被覆した後、乾燥させる。さらなる代替法として、前記アルミナで被覆しておいた基質に選択したゼオライトの中央層を含有させ、次にそれをガンマ−アルミナと活性炭の混合物（アルミナが２０−８０重量％で残りが活性炭）で被覆した後、乾燥させてもよい。
【００２７】
好適な吸着剤はアルミナに対するシリカの比率が高いゼオライトである。特に好適な吸着剤は米国特許第６，１７１，５５６号（引用することによって全体が本明細書に組み入れられる）に開示されている種類のベータゼオライトを含んで成る。
【００２８】
一般的には、いわゆる三次元孔形態を有するシーブ材料の方が一次元もしくは二次元孔形態を有するシーブ材料よりも好適ではあるが、後者のいくつかも受け入れられる様式で良好に機能する。受け入れられる材料は典型的に微細孔の直径が約３から８オングストロームの材料である。予想外に、シリカ／アルミナ比が約２５／１から３００／１、好適には約１００／１から約２５０／１の範囲のゼオライト（特にベータゼオライト）が特に有効な吸着剤であることが分かった。好適なベータゼオライトはイオン交換を受けさせたベータゼオライト、例えばＨ／ベータゼオライトおよびＦｅ／ベータゼオライトなどである。
【００２９】
好適なゼオライトにはＺＳＭ−５、Ｙおよびベータゼオライトが含まれるが、特にベータゼオライトが好適である。好適なゼオライトは酸性部位の数が少なくなるように処理を受けさせておいたゼオライトであり得る。それは、当該ゼオライトに有機もしくは無機酸による浸出を受けさせることで達成可能である。好適な酸には強無機酸、例えば硫酸、硝酸、塩酸、燐酸など、およびカルボン酸、例えばトリフルオロ酢酸など、およびジカルボン酸、例えばしゅう酸、マロン酸、こはく酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸などが含まれる。有用な酸には、好適には、ポリ酸、好適には二官能性酸、より好適にはジカルボン酸が含まれるが、しゅう酸が最も好適である。そのような酸を０．０２から１２Ｎ、好適には０．１から１０Ｎの濃度で用い、そして固体状ゼオライトの濃度を０．０１から１．０ｇ／ｍｌ、好適には０．０５から０．５ｇ／ｍｌにする。
そのような浸出を適切な温度範囲、典型的には１０から１００℃、好適には、例えば硫酸を用いる時には７０から１００℃、そしてしゅう酸を用いる時には１０から５０℃で実施する。そのような浸出を浸出の条件および濃度で達成可能な所望のシリカ：アルミナ比が達成されるに充分な時間実施するが、その時間は典型的に約０．５から５時間、好適には０．５から３時間である。
【００３０】
そのようなゼオライトはそのまま使用可能であるか或はそれに約３５０から約９００℃の蒸気による処理を受けさせてもよい。そのような蒸気処理を好適には４００から８００℃、より好適には５００から７５０℃で実施するが、最も好適な範囲は５５０から７５０℃である。蒸気の温度を適切な上昇速度で上昇させてもよく、例えば１時間当たり１００から６００℃の上昇速度で上昇させてもよい。典型的な蒸気濃度は１０から１００％、好適には３０から１００％であるが、好適な濃度は約５０から１００％であり、その残りは空気である。そのような蒸気処理を好適には大気圧下で実施する。この蒸気処理の時間は当該ゼオライトを処理するに充分な時間、典型的には０．５から４８時間、好適には０．５から２４時間、より好適には０．５から８時間、最も好適には０．５から５時間である。このような蒸気処理によってアルミナに対するシリカの比率が大きく上昇することはない。しかしながら、当該ゼオライトの骨組みからアルミニウムが少なくともいくらか除去されることでゼオライトの酸性度が低下すると考えている。ゼオライトに蒸気処理を受けさせると、ゼオライトを気体流れに入っている炭化水素の吸着で用いた時にゼオライトの耐久性が向上しかつコークス形成に抵抗を示すようになることを見いだした。好適には、当該ゼオライトに酸（例えば硫酸）による浸出と蒸気処理の両方の処理を受けさせる。
【００３１】
特に好適な方法では、当該ゼオライトに最初に酸による浸出を受けさせた後に蒸気処理を受けさせる。場合により、蒸気処理と酸浸出段階をいずれかの所望順で繰り返してもよい。例えば、浸出と蒸気処理を受けさせておいたゼオライトに浸出に続く蒸気処理を繰り返し受けさせてもよい。特定の態様では、当該ゼオライトに浸出、蒸気処理そして再び浸出を受けさせてもよい。
【００３２】
有用なベータゼオライト処理方法が１９９２年３月２５日に公開されたＣＮ  １０５９７０１Ａ（引用することによって本明細書に組み入れられる）に開示されている。この文献には、有機アミン鋳型方法で作られたベータゼオライトから窒素化合物を除去する目的で高Ｓｉのベータゼオライトを焼成で生じさせることが開示されている。濃度が０．０２から１２Ｎ、好適には０．１から１０Ｎで固体ゼオライト濃度が０．０１から１．０ｇ／ｍｌ、好適には０．０５から０．５ｇ／ｍｌの有機もしくは無機酸溶液を用いて当該ベータゼオライトに浸出を１０から１００℃で０．５から５時間、好適には１から３時間受けさせることで浸出を達成している。その浸出を受けさせた後のゼオライトに４００から９００℃の蒸気による処理を蒸気温度を１時間当たり１００から６００℃の上昇速度で上昇させながら受けさせている。開示された蒸気濃度は１００％で装置の圧力は５０から５００ＫＰａである。その蒸気処理の時間は０．５から５時間である。
【００３３】
本発明の好適な態様に従い、蒸気処理を付随的に用いてアルミナに対するシリカの比率が高くなるように処理を受けさせておいたゼオライトを用いることができる。アルミナに対するシリカの比率を高くする方法を用いると結果として当該ゼオライトからアルミナが除去される。浸出によって、例えば、ゼオライト構造物の骨組みからアルミニウムが除去される。浸出用液を用いてアルミニウムを除去する場合、除去されるアルミニウムの形態はアルミニウムイオン塩の形態である。
【００３４】
本発明に関して特に興味の持たれる事項は、ゼオライト骨組みの中のアルミナが与える酸性度である。浸出によってアルミナに対するシリカの比率を高くすることを達成することは当該ゼオライトの酸性度に関係すると考えている。当該ゼオライトの酸性度はこのゼ
オライトを温度が典型的に３００から８００℃、より典型的には３５０から６００℃の範囲の排気流れ、例えば自動車および産業排気流れなどから炭化水素を吸着する目的で用いる時にゼオライトの耐久性に影響を与えると考えている。当該ゼオライトをそのような環境下で用いると吸着効率が失われる傾向があるが、それは主に孔の詰まりおよび／またはゼオライト骨組みの崩壊によるものである。当該ゼオライトに処理を受けさせる時の条件を制御することによって、安定なゼオライト骨組みの保持を達成することができる。そのような条件には酸の濃度、蒸気の温度などが含まれる。条件を穏やかにすればするほど処理中にゼオライトの骨組みが変質する傾向が低くなり、それによって、アルミナが取り除かれた場所の骨組みが安定になり得る。
【００３５】
加うるに、そのような蒸気処理によってゼオライトの骨組みからアルミニウムが除去されると考えている。その影響を受けたアルミニウムはゼオライトの中、恐らくは孔の中に存在し続ける。ゼオライトの骨組みはそのようなアルミニウムが存在しなくても安定でありかつ孔の中のアルミニウムイオンはアルミナになると考えている。その孔の中に残存するアルミナは当該ゼオライトが示す酸性度の低下には貢献しないと考えている。その孔の中のアルミナは残存したままであるか或は次の浸出段階で洗い流されるか或は浸出で出て行く可能性がある。
【００３６】
そのようなゼオライトは、蒸気処理を受けているか或は受けていないかに拘わらず、向上した耐コークス性を示すことを確認した、即ちエンジン試験中のコークス生成が有意に低下した。ゼオライトが有するアルミナに対するシリカの比率を高くする酸浸出方法は酸性度を低くすることが知られているが、そのような方法を用いるとゼオライト粒子からアルミニウム原子が無差別に除去されると考えている。蒸気処理の如き方法では、ゼオライトの骨組みから除去されるアルミニウムは優先的にブレンステッド酸部位の所からである。耐コークス性がより有効になりかつ骨組みの変質を最小限にしながらそのような性能を達成するにはゼオライトをどのように処理するかを認識することの両方でそれが重要であることが分かるであろう。本質的に、ゼオライトに極端な浸出を受けさせると結果としてブレンステッド酸性度が低下してしまうが、蒸気処理の如き方法を単独で用いるか、或はより好適にはそれを浸出と均衡させて用いると、結果として、本発明に従って炭化水素吸着剤として用いるに適した耐久性がより高いゼオライトがもたらされる。
【００３７】
そのような揮発性炭化水素吸着剤材料に、また、この材料を当該基質の表面に接着させる結合剤も含有させる。そのような結合剤をまたウォッシュコート結合剤（ｗａｓｈｃｏａｔ  ｂｉｎｄｅｒ）とも呼ぶ。スラリーを生じさせる時に用いる典型的なウォッシュコート結合剤には、これらに限定するものでないが、下記が含まれる：有機重合体；アルミナ、シリカまたはジルコニアのゾル；アルミニウム、ケイ素またはジルコニウムの無機塩、有機塩および／または加水分解生成物；アルミニウム、ケイ素またはジルコニウムの水酸化物；加水分解でシリカになる有機シリケート；およびこれらの混合物。
【００３８】
好適な結合剤は有機重合体であり、結合剤を前記材料の重量を基準にして０．５から２０、好適には２から１０重量パーセントの量で用いる。そのような有機重合体は熱硬化性または熱可塑性重合体であってもよくかつ可塑性またはゴム弾性であってもよい。そのような高分子結合剤に高分子技術で公知の適切な安定剤および老化防止剤を含有させてもよい。熱硬化性のゴム弾性重合体が最も好適であり、それを本吸着剤組成物にラテックス、好適には水性スラリーとして導入する。本組成物を付着させそして乾燥させると、そのような結合剤が当該吸着剤粒子自身およびそれらと当該基質を固着させ、ある場合には、それ自身が架橋することで向上した接着力を与え得る。それによって被膜の一体性が向上することでそれが当該基質に接着しかつ自動車に見られる振動下でも構造的安定性を示すようになる。結合剤を用いるとアンダーコート層を用いる必要なく前記材料を当該基質に接着させることが可能になる。そのような結合剤に耐水性を向上させかつ接着力を向上させ
る添加剤を含有させてもよい。
【００３９】
有用な有機重合体である結合剤組成物には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合体、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリブタジエン共重合体、塩素置換ゴム、ニトリルゴム、ポリクロロプレン、エチレン−プロピレン−ジエン弾性重合体、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ（ビニルエステル）、ポリ（ハロゲン化ビニル）、ポリアミド、セルロース系重合体、ポリイミド、アクリル系、ビニルアクリル系およびスチレンアクリル系、ポリビニルアルコール、熱可塑性ポリエステル、熱硬化性ポリエステル、ポリ（フェニレンオキサイド）、ポリ（フェニレンスルフィド）、フッ素置換重合体、例えばポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニル）およびクロロ／フルオロ共重合体、例えばエチレンクロロトリフルオロエチレン共重合体など、ポリアミド、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂、ポリウレタンおよびシリコーン重合体が含まれる。最も好適な高分子重合体はアクリル系／スチレンアクリル系共重合体ラテックスである。
【００４０】
また、分散剤をそのような結合剤と組み合わせて用いるのも好適である。そのような分散剤はアニオン性、非イオン性またはカチオン性であってもよく、それを典型的には前記材料の重量を基準にして約０．１から約１０重量％の量で用いる。適切な分散剤には、ポリアクリレート、アルコキシレート、カルボキシレート、ホスフェートエステル、スルホネート、タウレート、スルホスクシネート、ステアレート、ラウレート、アミン、アミド、イミダゾリンおよびこれらの混合物が含まれる。好適な分散剤は低分子量のポリアクリル酸（この酸が有するプロトンの多くがナトリウムに置き換わっている）である。好適な複合体はベータゼオライト含有量が約９０重量％でアクリル系重合体ラテックス含有量が約９重量％で分散剤含有量が約１重量％の複合体である。
【００４１】
以下の非限定的実施例で本発明の説明を行う。特に明記しない限り、部およびパーセントは全部重量が基になっている。
【実施例１】
【００４２】
硫酸による浸出を受けた（「ＳＡＬ」）ベータゼオライトの調製を米国特許第６，１７１，５５６号の実施例５に挙げられている手順に従って実施した。次に、そのＳＡＬベータゼオライトに６５０℃の蒸気処理を蒸気が６０％の空気雰囲気中で２４時間受けさせることで、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が約２００の最終的生成物を得た。
【００４３】
５２１ｇの脱イオン水に前記蒸気処理−ＳＡＬ最終的生成物を５００ｇ入れて分散させることで固体含有量が４８％のスラリーを生じさせた。次に、そのスラリーをボールミルにかけることで粒子の９０％が９．５ミクロン未満の粒径を有するようにした。このスラリーにコロイド状ポリアクリル系分散剤を２１ｇおよび固体含有量が約５０重量％でｐＨが約６で最大粘度が４００ｃｐｓのポリアクリル系ラテックス結合剤を１５４ｇ添加することで最終的スラリーを達成した。
【実施例２】
【００４４】
直径が３”で長さが３”のＣｒ−Ａｌ−Ｆｅ合金製管を含んで成る装置に高さが２”のＦｅ−Ｃｒ合金製溝付きバンド（ｆｌｕｔｅｄ  ｂａｎｄ）を溝が前記管の内壁から約１／８”伸びるように取り付けた（前記バンドを前記管の各末端部から約１／２”引っ込めた）。前記バンドを実施例１で得た最終的スラリーで被覆した。前記被覆を受けさせたバンドを乾燥させた後、プログラム化可能なオーブンに入れて、温度を１０５℃になるまでゆっくり上昇させて前記温度に１時間保持した。そのウォッシュコートの乾燥重量上昇（ｄｒｙ  ｇａｉｎ）は６．４ｇであった。前記バンドに同じ手順を用いた被覆を再び受けさせる結果として最終的乾燥重量上昇が１２．１ｇの被覆バンドを得た。
【実施例３】
【００４５】
直径が３”で長さが３”のＣｒ−Ａｌ−Ｆｅ合金製管に高さが２”のＦｅ−Ｃｒ合金製溝付きリボンを蛇行状態で配列している溝のピーク高が約６／３２”になるように取り付けることで実施例２を繰り返し、前記リボンを前記管の各末端部から１／２”引っ込めた。前記リボンを実施例１で調製した最終的スラリーで被覆した。前記被覆を受けさせたリボンを乾燥させた後、プログラム化可能なオーブンに入れて、温度を１０５℃になるまでゆっくり上昇させて前記温度に１時間保持した。そのウォッシュコートの乾燥重量上昇は８．５ｇであった。前記リボンに同じ手順を用いた被覆を再び受けさせる結果として最終的乾燥重量上昇が１９．５ｇの被覆リボンを得た。
【実施例４】
【００４６】
実施例２および実施例３の装置にこれらが炭化水素の捕捉に有効であるか否かの試験を受けさせた。試験車は四気筒でエンジン排気量が２．３リットルの２０００年モデルの車であった。排出される炭化水素の総質量を２日間の試験期間に渡って同じ条件下で測定した。ベースライン、即ち車の空気導入装置にハウジングを存在させていない時の測定値は１日目が１日当たり１０．１ｍｇの炭化水素でありそして２日目が１日当たり１６．４ｍｇの炭化水素であった。実施例２の装置を空気浄化装置の下流であるが吸気多岐管の上流の導管の中に取り付けた場合の測定炭化水素累積質量は１日目が１日当たり２．１ｍｇで２日目が１日当たり４．１ｍｇであった。実施例３の装置（実施例２の装置の代わりに）を用いてこれを空気浄化装置の下流であるが吸気多岐管の上流の導管の中に取り付けて試験を繰り返した場合の測定炭化水素累積質量は１日目が１日当たり１．１２ｍｇで２日目が１日当たり０．５９ｍｇであった。このような結果は、明らかに、本発明の揮発性炭化水素吸着装置はエンジンの空気導入装置を通って出る炭化水素の排出量を排出される炭化水素の量が１日当たり１０ｍｇよりずっと少ない度合にまで低下させるに有効であることから連邦政府が２００４年モデルの自動車に関して課すであろうＬＥＶ  ＩＩ揮発性炭化水素規制制限を満足させるに役立つことを示している。
【実施例５】
【００４７】
５２１ｇの脱イオン水に表面積が１５０ｍ２／ｇのガンマ−アルミナを５００ｇ入れて分散させることで固体含有量が４８％のスラリーを生じさせた。このスラリーに酢酸を６０ｇ加えた後、それをボールミルにかけることで粒子の９０％が９ミクロン未満の粒径を有するようにした。次に、アルミナである結合剤を５５ｇ添加することで最終的なスラリーを達成した。この最終的なスラリーを更にボールミルにかけることで粒子の９０％が７ミクロン未満の粒径を有するようにした。次に、その結果として得たスラリーのｐＨを酢酸でｐＨが約４になりかつ粘度が８０ｃｐｓになるように調整した。次に、実施例２に記述した種類の溝付きアルミニウム製バンドを前記スラリーで乾燥重量上昇が目標の０．３２ｇになるように被覆した。前記被覆を受けさせた溝付きバンドをオーブンに入れて１０５℃で１時間乾燥させた後、それに焼成を５５０℃で１時間受けさせた。
【００４８】
その後、前記被覆を受けさせた溝付きバンドを更に実施例２に挙げた如きベータゼオライトのスラリーで被覆した。その結果として被覆された溝付きバンドをアルミナスラリーオーバーコートで乾燥重量上昇が目標の０．８ｇになるように被覆した。次に、前記被覆を受けさせた溝付きバンドを再び１０５℃で乾燥させた。
【実施例６】
【００４９】
実施例１で用いたベータゼオライト（４００ｇ）を孔径分布が１０から２５０オングストロームの範囲の活性炭（１００ｇ）と混合した。次に、その混合した粉末のスラリーをゼオライトのスラリーに関して実施例１に記述した様式と同じ様式で生じさせた。次に、実施例５に記述した様式でアルミナで前以て被覆しておいた溝付きバンドを前記混合粉末
スラリーで被覆した。
【実施例７】
【００５０】
実施例６で用いた活性炭のスラリーを、ゼオライトのスラリーに関して実施例１に記述した様式と同じ様式で調製を行った。次に、実施例５に記述した様式でアルミナおよびベータゼオライトで前以て被覆しておいた溝付きバンドを前記活性炭スラリーで被覆した。
【実施例８】
【００５１】
蒸気処理を受けていないＳＡＬベータゼオライトのスラリーを実施例１に挙げた様式で生じさせた。次に、このスラリーでリボンを実施例３に挙げた様式と同じ様式で被覆した。次に、その吸着装置にｎ−ブタン捕捉能力に関する試験を実験室のベンチ装置で受けさせた。
【００５２】
前記実験室のベンチ装置にｎ−ブタンの流れを２５ｃｃ／分の流量で入り込ませそして窒素の別の流れを２５ｃｃ／分の流量で入り込ませた。この２つの気体流れは一緒になった後、この上に記述した如く調製した吸着装置が中に入っている試験室の中に流れ込んだ。前記試験室から出た気体流れを更に１０リットル／分の窒素で希釈した。サンプリング用ポンプを用いて２リットル／分の分割流をサンプリングして炎イオン化検出器に送ることでｎ−ブタンの分解を監視した。この試験をｎ−ブタンの入り口濃度と出口濃度が等しくなる時点（この時点で吸着装置が完全に飽和状態になる）まで継続した。
【００５３】
前記試験室を前記試験ベンチから取り外して重量を測定した。前記試験室の初期重量を差し引くことで吸着されたｎ−ブタンの量を得た。測定重量は１．４７グラムであった。
【実施例９】
【００５４】
蒸気処理を受けさせたＳＡＬベータゼオライトを用いて調製した吸着装置を用いて実施例８を繰り返した。この装置が捕捉したｎ−ブタンの量は１．０２グラムであった。
【国際調査報告】
2007526961.tif 000002
2007526961.tif 000003
2007526961.tif 000004
2007526961.tif 000005