(57)【要約】  排気流を処理するための触媒および触媒品が記載されている。一つ以上の実施形態において、触媒システムは、選択的接触還元によって窒素酸化物を減少するための第１ゾーン、アンモニアを酸化するための第２ゾーンおよび一酸化炭素と炭化水素とを酸化するため第３ゾーンを含む。排気流を処理するための方法およびシステムもまた、提供される。この種の触媒および触媒品を作成し使用する方法もまた、記載されている。【選択図】図１
2013525109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状物、炭化水素、ＣＯおよびアンモニアを含む排気流を処理するための触媒品であって、
軸方向長さを画定する入り口末端部と出口末端部とを有する基板と、 
白金族金属を含んでいる第１触媒被覆であって、第１触媒被覆は前記出口末端部から前記入り口末端部の方へ前記基板の前記軸方向長さ全体より短い長さにわたって伸びる、第１触媒被覆と、
酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含んでいる第２触媒被覆であって、前記入り口末端部から前記出口末端部の方へ前記基板の前記軸方向長さ全体より短かい長さにわたって伸び、前記第１触媒被覆の一部と重なっている、第２触媒被覆と、
を含む、触媒品。
【請求項２】
前記基板は、前記流路の境界を定め、かつ前記流路を画定する縦方向に伸びている壁で形成された複数の縦方向に伸びる流路を有する貫流基板である、請求項１記載の触媒品。
【請求項３】
前記基板は、複数の軸方向に伸びている溝状に形成された気体浸透性の壁を有する壁流濾過器であって、各溝が、その対向端部で封鎖された隣接する溝の任意の対によって封鎖された一つの端部を有する、請求項１記載の触媒品。
【請求項４】
前記白金族金属の少なくとも一部が粒状の耐火性金属酸化物支持体上に存在する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の触媒品。
【請求項５】
前記白金族金属が白金である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の触媒品。
【請求項６】
前記第１触媒被覆および第２触媒被覆が重なって３つのゾーンを形成し、第１ゾーンは選択的接触還元によってＮＯｘを除去し、第２ゾーンはアンモニアを酸化し、第３ゾーンは一酸化炭素および炭化水素を酸化する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒品。
【請求項７】
前記白金族金属が前記基板壁上で直接支持される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の触媒品。
【請求項８】
前記３ゾーンの各々が前記基板の軸方向長さの約１０〜約８０％の範囲を個々に占める、請求項１〜７のいずれか一項に記載の触媒品。
【請求項９】
粒状物、ＮＯｘおよび一酸化炭素を含む排気流を発しているディーゼルエンジンと、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の触媒品とを備える、排気処理システム。
【請求項１０】
排気流と流体連通し、ディーゼルエンジンと第１基板との間に配置された窒素酸化物の選択的接触還元用触媒を被覆した上流側基板がある、請求項９記載の排気処理システム。
【請求項１１】
前記上流側基板がハニカム貫流基板を備える、請求項１０記載の排気処理システム。
【請求項１２】
前記上流側基板が複数の軸方向に伸びている溝状に形成された気体浸透性の壁を有する壁流濾過器基盤であって、各溝が対向端部で封鎖された隣接する溝の任意の対によって封鎖された一つの端部を有する壁流濾過器基盤を備える、請求項１０記載の排気処理システム。
【請求項１３】
複数の軸方向に伸びている溝状に形成された気体浸透性の壁を有する壁流濾過器基板であって、各溝がその対向端部で封鎖された隣接溝の任意の対によって封鎖された一つの端部を有する、前記排気流と流体連通し、かつ前記ディーゼルエンジンと前記第１基板との間に配置された、炭化水素またはＣＯ酸化触媒を被覆された壁流濾過器基板がある、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の排気処理システム。
【請求項１４】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の触媒品を調製する方法であって、
ハニカム基板の多孔質壁上に第１の実質的に非支持プラチナ属金属を直接被覆することと、
前記被覆基板を乾燥し、焼成して前記第１の実質的に非支持白金族金属を前記基板上へ固定することと、 
多孔質壁の一部を酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含むウォッシュコート層でスラリー被覆することと、
前記被覆基板を乾燥し、焼成して前記ウォッシュコート層を前記基板上へ固定することを含む方法。
【請求項１５】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の入り口末端部と出口末端部を有する触媒品を調製する方法であって、
ハニカム基板の前記出口末端部多孔質壁に隣接して白金族金属を含む第１ウォッシュコート層でスラリー被覆することと、 
前記多孔質壁を、酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含む第２ウォッシュコート層でスラリー被覆することであって、前記第２ウォッシュコート層は、前記入り口末端部から伸びて、少なくとも部分的に前記第１ウォッシュコート層に重なる、スラリー被覆すること、
アンモニア選択的接触還元を減少する第１ゾーン、アンモニアを酸化する第２ゾーン、および一酸化炭素と炭化水素を酸化する第３ゾーンを提供するために、前記被覆基板を乾燥し、焼成して前記ウォッシュコート層を前記基板に固定することと、を含む方法。
【請求項１６】
前記基板は軸方向長さを定義する入り口末端部と出口末端部を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の触媒品を調製する方法であって、
前記排気流中の一酸化炭素の酸化を触媒するために有効な白金族金属を含む第１触媒被覆で前記基板の出口部分を被覆することであって、前記第１触媒被覆層は前記基板の前記出口末端部から前記入口末端部の方へ向けて前記軸方向長さ全体より短い長さにわたって伸びる、被覆することと、 
前記被覆基板を乾燥し、焼成して前記第一の触媒被覆を前記基板の前記出口部分上に固定することと、
前記排気流中のＮＯｘを有効に還元する選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒を含む第２触媒被覆で前記基板の入口部分を被覆することであって、第２触媒被覆は前記基板の前記入口末端部から前記出口末端部の方へ向かって前記軸方向長さ全体より短い長さにわたって伸び、かつ前記第１触媒被覆層の一部と重なる、被覆することと、
前記被覆基板を乾燥し、焼成して前記第２触媒被覆を前記基板の前記入口部分の上に固定することとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒、それらの製造のための方法および排気流中の排気を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン排気は、煤などのような粒子排出物、および一酸化炭素、非燃焼もしくは部分的に燃焼した炭化水素および酸化窒素（集合的にＮＯｘと称する）などのような気体排出物を含む異質の混合物であるが、いわゆる微粒子または微粒子物質を構成する凝縮相材料（液状および固形）でもある。しばしば一つ以上のモノリシック基板に配置される触媒組成物は、エンジン排気系統に置かれ、これらの排気成分の一部または全てを変換して無害な化合物とする。例えば、ディーゼル排気系統は、ディーゼル酸化触媒、煤濾過器およびＮＯｘの還元のための触媒のうちの一つ以上を含むことができる。
【０００３】
白金族金属を含む酸化触媒、卑金属およびこれらの組み合わせは、ＨＣおよびＣＯの両方のガス状汚染物質ならびに粒子状物質のある割合の変換を、これらの汚染物質の二酸化炭素および水への酸化を通して、促進することによって、ディーゼルエンジン排気の処理を容易にすることが知られている。この種の触媒は一般にディーゼル酸化触媒（「ＤＯＣ」）と呼ばれているユニットに含まれ、これらはディーゼルエンジンの排気に配され、排気を大気中に放出する前に処理する。この種の触媒は、また、触媒化煤濾過器と呼ばれているユニットにも含まれ、同時に粒子状物質を捉え、ＨＣ、ＣＯおよび粒子を酸化する。ガス状ＨＣ、ＣＯおよび粒子状物質の変換に加えて、白金族金属（一般的に耐火性酸化物支持体上に散在する）を含む酸化触媒は、一酸化窒素（ＮＯ）のＮＯ２への酸化を促進する。
【０００４】
アンモニア選択的接触還元（ＳＣＲ）は、ディーゼルおよび希薄燃焼エンジンの厳格なＮＯｘ排出目標を満たすために用いられるであろうＮＯｘ排除技術である。アンモニアＳＣＲ工程において、ＮＯｘ（通常ＮＯ ＋ ＮＯ２からなる）はアンモニア（または尿素のようなアンモニア前駆体）と反応して、一般的に卑金属から成る触媒上の２窒素（Ｎ２）を形成する。この技術は一般的なディーゼル駆動サイクルにわたって９０％を超えるＮＯｘ変換が可能であり、ひいては、積極的なＮＯｘ排除目標を達成するための一つの最善アプローチを表す。
【０００５】
或るアンモニアＳＣＲ触媒材料の特徴は、典型的な駆動サイクルの低温部分の間、触媒表面上におけるルイス酸およびブレンステッド酸性部位上のかなりの量のアンモニアを保持する傾向である。排気温度のその後の増加は、アンモニアがアンモニアＳＣＲ触媒表面から脱着して車の排気管から出ていくようにすることができる。ＮＯｘ変換速度を増やすためにアンモニアを過剰投与することは、アンモニアがアンモニアＳＣＲ触媒から出る場合がある潜在的な別のシナリオである。
【０００６】
アンモニアＳＣＲ触媒からのアンモニア離脱は、多くの課題を呈する。ＮＨ３の臭気限界は、大気中２０ｐｐｍである。眼および喉の刺激作用は１００ｐｐｍを超える目立ち、皮層刺激は４００ｐｐｍを超えると起こり、ＩＤＬＨ（生命および健康に危険な濃度限界）は大気中５００ｐｐｍである。特に水性の形態において、ＮＨ３は腐食性である。排気触媒の下流の排気ライン冷却領域におけるＮＨ３と水との濃縮化により、腐食性の混合物ができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、アンモニアがテイルパイプに移る可能性がある前にアンモニアを消去することが望ましい。選択的アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）触媒は、過剰アンモニアをＮ２に変換する目的のために使用される。車の走行サイクルでアンモニア離脱が起こる広範囲にわたる温度で、アンモニアを転換可能な選択的アンモニア酸化のために触媒を提供することが望ましいことになり、酸化窒素副産物の生成を最小にすることができる。ＡＭＯｘ触媒はまた、強力温室効果ガスであるＮ２Ｏの生成を最小にするはずである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様は、触媒品、排気流を処理するための触媒品、触媒システムおよび方法、ならびにこの種の気体の処理のための触媒品を調製する方法を含む。第１態様は、粒状物、炭化水素、ＣＯおよびアンモニアを含有する排気流を処理するための触媒品に関する。第１実施形態において、前記品は軸方向長さを画定している入り口末端部および出口末端部を有する基板であって、白金族金属を含む第１触媒被覆は、出口末端部から入り口末端部の方へ、この基板の軸方向長さ全体より短かい長さにわたって伸びる、基盤と、酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含む第２触媒被覆であって、入り口末端部から出口末端部の方へ、この基板の軸方向長さ全体より短かい長さにわたって伸びていて、第１触媒被覆の一部分に重なっている第２触媒被覆とを備える。第２実施形態において、基板は、複数の縦方向に伸びている通路を有し、この通路の境界を定め、かつこの通路を画定している縦方向に伸びている壁によって形成されている、貫流基板である。第３実施形態において、基板は複数の軸方向に伸びている溝状（ｃｈａｎｎｅｌ）に形成された気体浸透性の壁を有する壁流濾過器であって、各溝が、その対向する端部で封鎖された、隣接した溝の任意の対によって封鎖される一端を有する、壁流（ｗａｌｌ−ｆｌｏｗ）濾過器である。
【０００９】
第４実施形態において、第１〜第３実施形態は、白金族金属の少なくとも一部分が粒状の耐火性金属酸化物支持体上にあるように修正することができる。第５実施形態において、第１〜第４実施形態は、白金族金属が白金であるように修正することができる。第６実施形態において、第１〜第５実施形態は、第１触媒被覆および第２触媒被覆を重ねて３つのゾーンを形成し、第１ゾーンでは選択的接触還元によってＮＯｘを除去し、第２ゾーンではアンモニアを酸化し、第３ゾーンでは一酸化炭素および炭化水素を酸化するように修正することができる。第７実施形態において、第１〜第６実施形態は、各３ゾーンが個々に基板の軸方向長さの約１０〜約８０％の範囲を占めるように修正することができる。第８実施形態において、第１〜第７実施形態は、白金族金属が直接基板壁上で支えられるように修正することができる。
【００１０】
本発明の別の態様は、排出処理システムに関する。第９実施形態において、システムは粒状物質、ＮＯｘおよび一酸化炭素を含む排気流を放出しているディーゼルエンジン、および第１〜第８実施形態による触媒品を備える。例えば、触媒品は、軸方向長さを画定している入り口末端部および出口末端部を有し、ディーゼルエンジンの下流に配置され、ディーゼルエンジンと流体的に連通している第１基板を含むことができ、前記基板は白金族金属を含む第１触媒被覆を有し、第１触媒被覆は出口末端部から入り口末端部の方へ基板の軸方向長さ全体より短い長さにわたって伸びており、かつ第２触媒被覆は酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含み、第２触媒被覆は入り口末端部から出口末端部の方へ基板の軸方向長さ全体より短い長さにわたって伸びていて、第１触媒被覆層の一部分に重なっている。前記システムの一つ以上の実施形態において、第１基板は、壁流基板と貫流基板とからなる群から選択される。
【００１１】
第１０実施形態において、第９実施形態は、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒で被覆した上流側基板を、ディーゼルエンジンと第１基板との間に、排気流と流体連通して配置されるように修正することができる。第１１実施形態において、第１０実施形態は、上流側基板がハニカム貫流基板を含むように修正される。第１２実施形態において、第１０実施形態は、上流側基板が複数の軸方向に伸びる溝状に形成された、気体浸透性壁を有する壁流濾過器基板を含み、各溝が、その対向端部で封鎖される隣接した溝の任意の対によって封鎖される一端を有するように修正される。
【００１２】
第１３実施形態において、第１０実施形態は、複数の軸方向に伸びる溝状に形成された気体浸透性壁を有する壁流濾過器基板があり、炭化水素またはＣＯ酸化触媒で被覆された、隣接した溝の任意の対によってその対向端部で封鎖される一端を有する各溝が、ディーゼルエンジンと多孔性基板との間で排気流と流体連通して配置されるように修正される。
【００１３】
本発明の別の態様は、触媒品を調製する方法に関する。第１４実施形態において、第１〜第８実施形態による触媒品は、ハニカム基板の多孔質壁上に第１の実質的に非支持白金族金属を直接被覆することと、被覆基板を乾燥して焼成し、基板上へ第１の実質的に非支持白金族金属を固定することと、 多孔質壁の部分を酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含むウォッシュコート（ｗａｓｈｃｏａｔ）層でスラリー被覆することと、前記被覆基板を乾燥して焼成し、前記ウォッシュコート層を前記基板上へ固定することを含む方法によって調製される。
【００１４】
第１５実施形態において、ＮＯｘを含有する排気流処理用の入り口末端部および出口末端部を有する触媒品を調製する方法が提供される。第１５実施形態において、第１〜第８実施形態による触媒品は、ハニカム基板の出口末端部多孔質壁に隣接する白金族金属を含む第１ウォッシュコート層をスラリー被覆することと、 酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用触媒を含む第２ウォッシュコート層で多孔質壁をスラリー被覆することであって、第２ウォッシュコート層は入り口末端部から伸びて第１ウォッシュコート層と少なくとも部分的に重なる第２ウォッシュコート層は伸びる、多孔質壁をスラリー被覆することと、被覆基板を乾燥して焼成し、ウォッシュコート層を基板上に固定して、アンモニア選択的接触還元を減少する第１ゾーンと、アンモニアを酸化する第２ゾーンおよび一酸化炭素および炭化水素を酸化する第３ゾーンを提供することとを含む記方法を使用する方法によって調製される。
【００１５】
第１６実施形態において、ＮＯｘを含有する排気流処理用の入り口末端部および出口末端部を有する触媒品を調製する方法が提供される。第１５実施形態において、第１〜第８実施形態による触媒品は、排気流において一酸化炭素の酸化を触媒するために有効な白金族金属を含有する第１触媒被覆で基板の出口部分を被覆することであって、第１触媒被覆層は基板の出口末端部から入り口末端部の方へ軸方向長さ全体より短い長さにわたって伸びる、出口部分を被覆することと、前記被覆基板を乾燥して焼成し、第１触媒被覆を前記基板の出口部分上に固定し、基板の入口部分を排気流のＮＯｘ還元用に有効な選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒を含有する第２触媒被覆で被覆することであって、第２触媒被覆は基板の入り口末端部から出口末端部へ軸方向長さ全体より短い長さにわたって伸び、かつ第１触媒被覆層の部分と重なる、第２触媒被覆で被覆することと、前記被覆基板を乾燥して焼成し、第２触媒被覆を基板の入り口部分上に固定することと、を含む方法によって調製される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以下の図面は、本発明の実施形態を例示する。図面は実寸に比例することを意図せず、モノリス溝のような或る特徴は本発明の実施形態による特徴を示すために大きさが増加されている場合があることを理解すべきである。
【００１７】
【図１】第１および第２の両触媒で被覆した後の個々のモノリス溝における、触媒モノリスとウォッシュコートと幾何学的配置の模式図である。
【図２】一つ以上の実施形態による触媒システムにおけるＮＨ３からＮ２へ、およびＣＯ、ＨＣからＣＯ２への変換を例示している模式図である。
【図３】図１の基板全体を被覆した後の個々のモノリス溝における、触媒モノリスと、ウォッシュコートとの幾何学的配置の模式図である。
【図４】本発明の一実施形態による、エンジン排気流処理システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の例示的ないくつかの実施形態を記載する前に、本発明が以下に記載される構造または工程ステップの細目に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、かつ様々な様式で実践または実行できる。
【００１９】
本明細書並びに添付した特許請求の範囲おいて使用する場合、単数形の「ａ（一つの）」、「ａｎ（一つの）」および「ｔｈｅ（その）」は文脈が明白に他を示唆しない限り複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「触媒」に対する言及は、２種以上の触媒の混合物などを含む。本明細書で使用する場合、用語「減じる」は量における減少を意味し、「減少」は任意の手段によっても起こる量における減少を意味する。本明細書で記載される用語「排気流」および「エンジン排気流」は、エンジンから出る流出物だけでなく、ディーゼル酸化触媒および／または煤濾過器を含むがこれに限らない、一つ以上の他の触媒システム成分の下流への流出物を言う。
【００２０】
本発明の一態様は、触媒に関する。一つ以上の実施形態によれば、この触媒はモノリシック基板上にウォッシュコート層として配置されてもよい。本明細書で使用される場合、およびＨｅｃｋ, Ｒｏｎａｌｄ ａｎｄ Ｒｏｂｅｒｔ Ｆａｒｒａｕｔｏ，Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ａｉｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，ｐｐ.１８−１９に記載されているように、ウォッシュコート層はモノリシック基板または下にあるウォッシュコート層の表面に配置されている材料の成分的に異なる層を含む。触媒は１層以上のウォッシュコート層を含み、各ウォッシュコート層は独特の化学触媒機能を有することができる。
【００２１】
一つ以上の実施形態において、二元機能触媒が提供される。本発明の一態様によれば、ＳＣＲ機能およびＮＨ３酸化機能用の物理的に分離した組成物を有するモジュール式触媒システムを含む二元機能触媒が提供される。一つ以上の実施形態によれば、この種のモジュール式の触媒システムは、２つの機能の動力学を独立的に調整できる、より大きな柔軟性を可能にする。こうすることによって、触媒物理的構造は、化学の触媒作用的イベントのシーケンスを制御し、ＮＯｘおよびＮＨ３の変換を増加し、Ｎ２への選択性を増やすために用いることができる。ＳＣＲ機能およびＮＨ３酸化機能用の触媒組成物は基板上の別個のウォッシュコート層に存在することができ、または、代替的に、ＳＣＲおよびＮＨ３酸化機能用の組成物は、基板上の別個の縦方向ゾーンに存在することができる。
【００２２】
用語「ＳＣＲ機能」は、本明細書において化学量論式１によって記載されている化学プロセスを言うために用いられる。
【００２３】
4NOx + 4NH3 + (3-2x)O2 → 4N2 + 6H2O                      式１
より一般的に、この式はＮＯｘおよびＮＨ３を組み合わせて好ましくはＮ２を生成する任意の化学プロセスを表す。用語「ＳＣＲ組成物」は、ＳＣＲ機能の触媒するために有効な材料組成物を言う。用語「ＮＨ３酸化機能」は、本明細書において式２によって記載されている化学プロセスを示すために用いられる。
【００２４】
4HN3 + 5O2  → 4NO + 6H2O                    式２
より一般的に、この式はＮＨ３が酸素と反応してＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏまたは好ましくはＮ２を生成するプロセスを意味する。用語「ＮＨ３酸化組成物」は、ＮＨ３酸化機能を触媒するために有効な材料組成物を言う。
【００２５】
図１を参照して、本発明の一つ以上の実施形態は、粒子状物質、炭化水素、ＣＯおよびアンモニアを含む排気流を処理するための触媒品１０に関する。触媒品は基板１２を備え、しばしば担体または担体基板と称される。基板１２は軸方向長さＬを画定する入り口末端部２２および出口末端部２４を有する。基板１２は一般に複数の溝１４を有し、明確化のために、その一つだけを示す。基板上の第１触媒被覆１６は、白金族金属を含む。第１触媒被覆１６は、基板１２の出口末端部２４から入り口末端部２２の方へ向けて、基板１２の軸方向長さＬ全体より短い長さにわたって伸びている。第２触媒被覆１８は、酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含む。第２触媒被覆１８は、基板１２の入り口末端部２２から出口末端部２４の方へ向けて、基板１２の軸方向長さＬ全体より短い長さにわたり伸びている。第２触媒被覆１８は、第１触媒被覆１６の部分２０と重なっている。
【００２６】
幾つかの実施形態の白金族金属は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウムおよびイリジウムのうちの一つ以上である。詳細な実施形態において、白金族金属はパラジウム、白金およびこれらの組み合わせのうちの一つ以上である。具体的な実施形態において、白金族金属は、単独のあるいは他の白金族金属と組み合わさっている白金を含む。
【００２７】
詳細な実施形態によれば、白金族金属の少なくとも一部は、粒状の耐火性酸化物支持体上に支持される。具体的な実施形態において、白金族金属は基板壁上に直接支持される。本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられている場合、用語「基板壁上に直接支持される」は、溶液含浸によるような、金属が粒状支持体上にあるのではないことを意味する。加えて、用語「実質的に非支持」は、金属が基板壁上に直接支持されることを意味する。例えば、金属は介在する粒状耐火性酸化物支持体無しで基板上に被覆される。
【００２８】
詳細な実施形態において、第１触媒被覆および第２触媒被覆は、重なって３つのゾーン１６、１８および２０を形成する。図２に示す通り、第１ゾーン１８は、選択的接触還元によってＮＯｘを除去する。第２ゾーン２０はアンモニアを酸化し、第３ゾーン１６は一酸化炭素および炭化水素を酸化する。ＣＯおよびＨＣの酸化を可能にするために、第３ゾーンは着火および酸化するようにＣＯおよびＨＣにアクセス可能でなければならない。
【００２９】
詳細な実施形態において、３つのゾーンのそれぞれは基板の軸方向長さの約１０％から約８０％の範囲を個々に占める。具体的な実施形態において、３つのゾーンのそれぞれは基板の軸方向長さの１/３を占める。
【００３０】
基板
一つ以上の実施形態によれば、触媒用基板は、一般的に自動車触媒を調製するために使用するそれらの材料のいずれであってもよく、金属またはセラミックハニカム構造を一般的に含む。モノリシック貫流基板などのような、入口から基板の出口面まで伸びている複数の微細な、平行の気体流路を有する任意の適切な基板が使用されてもよく、これにより流体の流れのために流路が開かれる。本質的に流体入口から流体出口への直線経路である流路は、触媒材料がその上に「ウォッシュコート」として被覆される壁によって定義され、これにより流路中を流れている気体が触媒材料と接触する。モノリシック基板の流路は、例えば台形、長方形、正方形、正弦波形、六角形、楕円形、円形等の任意の適切な断面形状とすることができる薄壁溝である。この種の構造は、１平方インチの断面当たり約６０〜約１２００個以上の気体入り口開口（すなわち「セル」）（ｃｐｓｉ）を含んでもよい。代表的な市販の貫流基板はＣｏｒｎｉｎｇ社の４００／６コージェライト材料であり、これはコージェライトから構築され、４００ｃｐｓｉで６ミルの壁厚である。しかしながら、本発明は特定の基板タイプ、材料または幾何学的配置学的配置に限定されないことが理解されよう。
【００３１】
セラミック基板は、いかなる適切な耐火材、例えばコージェライト、コージェライト−αアルミナ、窒化ケイ素、ジルコン・ムライト、リシア輝石、アルミナ-シリカ苦土、ジルコン珪酸塩、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、αアルミナ、アルミノケイ酸塩などで、できていてもよい。
【００３２】
本発明の一つ以上の実施形態による触媒に有用な基板はまた、金属的な性質であってもよく、一つ以上の金属または金属合金から成っていてもよい。例示的な金属性支持体は、鉄が実質的若しくは主要成分である他の合金と同様にチタンおよびステンレス鋼のような耐熱性の金属および金属合金を含む。この種の合金は一つ以上のニッケル、クロムおよび／またはアルミニウムを含んでもよく、これらの金属の総量は少なくとも合金の１５重量％、例えば１０〜２５重量％のクロム、３〜８重量％のアルミニウムおよび最高２０重量％のニッケルを含んでもよい。合金はまた、少量または微量の、例えばマンガン、銅、バナジウム、チタンなどの一つ以上の他の金属を含んでもよい。金属性基板は、波形シートまたはモノリシック形のようなさまざまな形状で使用されてもよい。代表的な市販の金属基板は、Ｅｍｉｔｅｃ社によって製造される。しかしながら、本発明は特定の基板タイプ、材料または幾何学的配置に限定されるものではないことが理解されよう。金属基体の表面は高温、例えば１０００℃以上で酸化されてもよく、酸化物層を基板の表面上に形成して合金の耐食性を改良してもよい。この種の高温-誘導酸化はまた、基板に対する耐火性の金属酸化物支持体の接着性および触媒的に促進する金属成分を強化する場合がある。
【００３３】
本発明の実施形態によるＳＣＲ触媒組成物の支持に有用な壁流基板は、基板の長さ方向軸に沿って伸びている複数の微細な、実質的に平行の気体流路を有する。一般的に、各流路は基板体の一端で遮断され、交互流路は反対端面で遮断される。この種のモノリシック担体は断面の平方インチ当たり最高約７００以上の流路（または「セル」）を含むが、はるかに少数が使用され場合もある。例えば、この担体は平方インチ当たり約７〜６００、より多くの場合は約１００〜４００のセル（「ｃｐｓｉ」）を有してもよい。このセルは、長方形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形または他の多角形の断面を有することができる。壁流基板は、一般的に０．００２〜０．１インチの壁厚を有する。適切な壁流基板は、０．００２〜０．０１５インチの壁厚を有する。
【００３４】
適切な壁流濾過器基板は、コージェライト、α‐アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、リシア輝石、アルミナ-シリカ苦土またはケイ酸ジルコニウム、または多孔性の、耐火金属のようなセラミック様材料で成っている。壁流基板はまた、セラミック繊維複合材料で形成されてもよい。適切な壁流基板は、コージェライトおよび炭化ケイ素から形成される。この種の材料は環境、特に排気流を処理する際に遭遇する高温、に耐えることが可能である。壁流濾過器は、被覆された形態のゾーンにおいて、濾過器の軸方向長さ全体または軸方向長さ全体の一部をＳＣＲ触媒で被覆されていてもよい。
【００３５】
発明のシステムに用いられる適切な壁流基板は、流体流が背圧または物品にわたる圧力にあまりに大きな増加を生じずに通過する薄い多孔性壁のあるハニカム（モノリス）を含む。通常、清廉な壁流れ物品の存在は、１インチ水柱〜１０ｐｓｉｇの背圧を創成する。一実施形態において、システムにおいて使用されるセラミック壁流基板は、少なくとも４０％または４５％（例えば、４０％〜８０％）の気孔率、少なくとも５ミクロン（例えば、５〜３０ミクロン）の平均細孔寸法を有する材料で形成される。具体的な実施形態において、この種の材料は、少なくとも５０％（例えば、５０％〜８０％）の気孔率を有する。壁を形成する材料の気孔率は、壁密度対材料の理論的密度によって定義することができる。具体的な実施形態において、基板は少なくとも５５％の気孔率を有し、少なくとも１０ミクロンの平均細孔寸法を有する。これらの気孔率およびこれらの平均細孔寸法を有する基板が後述する技術で被覆されるときに、適切なレベルのＳＣＲ触媒組成物を優れたＮＯｘ変換効率を達成するために基板上に担持することができる。これらの基板は、ＳＣＲ触媒の担持にもかかわらず、適切な排気流動特性、すなわち許容できる背圧、をまだ保持することができる。米国特許第４，３２９，１６２号は、適切な壁流基板の開示に関して、参照により本明細書に組み込まれる。基板１２はまた、気体流の粒子状物質の少なくとも約７０％を除去する高効率濾過器とすることもできる。
【００３６】
商用の一般的な壁流濾過器は、一般的に本発明で利用される壁流濾過器より低い壁気孔率、例えば約３５％〜５０％、で形成される。一般的に、商用の壁流濾過器の細孔径分布は１７ミクロンより小さな平均細孔寸法であり、概して非常に広い。
【００３７】
ＳＣＲ組成物
本発明の一つ以上の実施形態によると、ＳＣＲ機能を触媒するために有効な成分（本明細書において「ＳＣＲ成分」と称する）は、ＮＯｘ減少触媒組成物の一部としてウォッシュコート中で利用される。一般的に、ＳＣＲ成分は、ウォッシュコート中に他の成分を含む組成物の部分である。しかしながら、一つ以上の実施形態において、ＮＯｘ減少触媒組成物はＳＣＲ成分だけを含んでもよい。
【００３８】
幾つかの実施形態において、本発明は、周期表のＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族、ＩＢ族またはＩＩＢ族のうちの一つの金属が、溝の外面上の骨格外部位へ、まは溝、空洞もしくは分子篩のケージ内に析出した、微孔性の無機骨格または分子篩を含むＳＣＲ成分を利用する。金属は、零価の金属原子もしくはクラスタ、単離した陽イオン、単核もしく多核性酸素陽イオン、または拡張金属酸化物を含むがこれらに限定されない、幾つかの形状のうちの一つであってもよい。具体的な実施形態において、金属は鉄、銅、およびこれらの混合物または組み合わせを含む。
【００３９】
或る実施形態において、ＳＣＲ成分は、外面上の骨格外部位上へ、または溝、空洞もしくは分子篩のケージ内に位置する、約０．１０重量％〜約１０重量％の範囲のＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族、ＩＢ族またはＩＩＢ族金属を含む。好適な実施形態において、前記骨格外金属は約０．２重量％〜約５重量％の範囲の量で存在する。
【００４０】
微孔性の無機骨格は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＺＡ）から出版されているＤａｔａｂａｓｅ  ｏｆ  Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓにリストされている骨格構造のいずれか一つを有する微孔性のアルミノケイ酸塩またはゼオライトから成ってもよい。骨格構造は、ＣＨＡ、ＦＡＵ、ＢＥＡ、ＭＦＩ、ＭＯＲタイプの骨格構造を含むが、これらに限定されるものではない。これらの構造を有するゼオライトの非限定例は、菱沸石、ホージャサイト、ゼオライトＹ、超安定ゼオライトＹ、βゼオライト、モルデン沸石、シリカライト、ゼオライトＸおよびＺＳＭ−５を含む。幾つかの実施形態は、少なくとも約５から、好ましくは少なくとも約２０から、有用な範囲が約１０〜２００のシリカ／アルミナ・モル比（Ｓｉ０２／Ａｌ２０３として定義され、ＳＡＲと略記される）を有するアルミノケイ酸塩ゼオライトを利用する。
【００４１】
具体的な実施形態において、ＳＣＲ成分は、約１５を超えるＳＡＲおよび約０．２重量％を上回る銅含有量を有する、ＣＨＡ結晶骨格タイプを有するアルミノケイ酸塩分子篩を含む。より具体的な実施形態において、ＳＡＲは少なくとも約１０で、銅含有量は約０．２重量％〜約５重量％である。ＣＨＡ構造を有するゼオライトは、天然菱沸石、ＳＳＺ−１３、ＬＺ−２１８、リンデＤ、リンデＲ、Ｐｈｉ、ＺＫ−１４およびＺＹＴ−６を含むが、これらに限定されるものではない。他の適切なゼオライトはまた、表題を「Ｃｏｐｐｅｒ ＣＨＡ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ」と名付けられた米国特許第７，６０１，６６２号に記載されており、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４２】
本発明の一つ以上の実施形態によれば、非ゼオライト分子篩を含むＳＣＲ組成物が提供される。本明細書で使用される場合、専門用語「非ゼオライト分子篩」は、少なくとも四面体部位の一部がケイ素またはアルミニウム以外の要素によって占められる所での四面体の骨格を共有している角を意味する。この種の分子篩の非限定例はアルミノりん酸塩および金属−アルミノりん酸塩を含み、金属はケイ素、銅、亜鉛または他の適切な金属を含む可能性がある。この種の実施形態は、ＣＨＡ、ＦＡＵ、ＭＦＩ、ＭＯＲおよびＢＥＡから選ばれる水晶骨格タイプを有する非ゼオライト分子篩を含んでもよい。
【００４３】
非ゼオライト組成物は、本発明の実施形態によるＳＣＲ成分において利用することができる。具体的な非限定例は、シリコアルミノりん酸塩ＳＡＰＯ−３４、ＳＡＰＯ−３７、ＳＡＰＯ−４４を含む。ＳＡＰＯ−３４の合成形の合成は米国特許第７，２６４，７８９号に記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。菱沸石構造を有する更に別の合成非ゼオライト分子篩、ＳＡＰＯ−４４の作成方法は米国特許第６，１６２，４１５号に記載され、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００４４】
アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリアおよびこれらの組み合わせのような耐火性金属酸化物上に支持されるバナジウムからなるＳＣＲ組成物もまた周知で、自動車用途において商業上広く使われている。典型的組成物は米国特許第４，０１０，２３８号および第４，０８５，１９３号に記載され、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。商業上、特に自動車用途において使用される組成物は、ＷＯ３およびＶ２Ｏ５がそれぞれ５〜２０重量％、０．５〜６重量％の範囲の濃度で分散しているＴｉＯ２を含む。これらの触媒は、バインダおよび促進剤として作用しているＳｉＯ２およびＺｒＯ２のような他の無機材料を含んでもよい。
【００４５】
ＮＨ３酸化組成物
本発明の一つ以上の実施形態によると、ＮＨ３酸化機能を触媒するために有効な組成物（本明細書において、「ＮＨ３酸化成分」と言う）は、ＮＯｘ減少触媒において利用される。排気流に含まれるアンモニアは、式１によってＮＨ３酸化成分上の酸素と反応してＮ２を形成する。
【００４６】
一つ以上の実施形態によれば、ＮＨ３酸化成分は、排気流からアンモニアを有効に除去する被支持貴金属成分であってもよい。一つ以上の実施形態において、貴金属成分は、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀または金を含む。より具体的な実施形態において、貴金属成分は、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀および金の物理的混合物および化学的かつ原子的に添加された組合せを含む。より具体的な実施形態において、貴金属成分は白金を含む。よりさらに具体的な実施形態において、白金は白金支持体担持に基づき約０．００８重量（金属）％〜約２重量（金属）％の範囲の量で存在する。
【００４７】
一つ以上の実施形態によれば、貴金属成分は、高表面積耐火金属酸化物支持体上に析出される。適切な高表面積耐火性金属酸化物の例としては、アルミナ、シリカ、チタニア、セリアおよびジルコニアならびにこれらの物理的混合物、化学的組み合わせおよび／または原子的に添加された組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。具体的な実施形態において、耐火性金属酸化物は、シリカアルミナ、非結晶性または結晶性アルミノケイ酸塩、アルミナ‐ジルコニア、アルミナ‐酸化ランタン、アルミナ‐クロミア、アルミナ‐バリア、アルミナ‐セリア、などのような混合酸化物を含んでもよい。例示的な耐火性金属酸化物は、約５０〜約３００ｍ２／ｇの比表面積を有する高表面積γ‐アルミナを含む。
【００４８】
本明細書において別に言及した通り、ＮＨ３酸化成分はゼオライトまたは非ゼオライト分子篩を含んでもよく、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＺＡ）から出版されているＤａｔａｂａｓｅ  ｏｆ  Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓにリストされている骨格構造のうちのいずれか一つを有してもよい。骨格構造は、ＣＨＡ、ＦＡＵ、ＢＥＡ、ＭＦＩ、ＭＯＲタイプの骨格構造を含むが、これらに限定されるものではない。一実施形態において、分子篩成分は、酸素‐被支持白金成分と物理的に混ぜ合わせられてもよい。代替の実施形態において、白金は外面上にまたは溝、空洞もしくは分子篩のケージ内に分散されてもよい。
【００４９】
ＮＨ３酸化組成物は、アンモニアＳＣＲ機能用に活性な成分を含んでもよい。前記ＳＣＲ成分は、前の段落に記載されているＳＣＲ成分のいずれか一つから成ってもよい。一実施形態において、ＮＨ３酸化成分は、酸化物‐被支持白金成分およびＳＣＲ成分の物理的な混合物を含む。代替的な実施態様において、白金は外面上にまたはＳＣＲ成分の溝、空洞もしくはケージ内に分散されてもよい。一つ以上の実施形態において、触媒物品はＮＨ３酸化用の２つの層を含み、第１層は白金族金属成分、例えば白金、を含み、第２層は分子篩、例えばゼオライト、を含む。
【００５０】
ウォッシュコート層
一つ以上の実施形態によれば、ＳＣＲ成分およびＮＨ３酸化成分は、基板上に被覆および付着されるウォッシュコート層に塗布することができる。
【００５１】
例えば、ＮＨ３酸化成分を含む組成物のウォッシュコート層は、白金前駆体の適切な溶解剤、例えば水、への混合物または溶液を調製することによって形成されてもよい。一般に、経済性および環境的態様の観点から、白金の可溶性化合物の水溶液または白金複合体が好ましい。一般的に、白金前駆体は、支持体上の白金前駆体の分散を達成するために化合物または合成物の形で利用される。本発明の目的に対して、用語「白金前駆体」は、任意の化合物、合成物、等を意味し、これらは、その焼成または使用の初期相で、触媒的に活性形態に分解または別法により転換する。適切なプラチナ複合体または化合物としては、塩化白金（例えば［ＰｔＣｌ４］２−、［ＰｔＣｌ６］２−の塩）、白金水酸化物（例えば［Ｐｔ（ＯＨ）６］２−の塩）、白金アミン（例えば［Ｐｔ（ＮＨ３）４］２＋、［Ｐｔ（ＮＨ３）４］４＋の塩）、水和白金（例えば［Ｐｔ（ＯＨ２）４］２＋の塩）、白金ビス(アセチルアセトネート）、および混合化合物または複合体（例えば［Ｐｔ（ＮＨ３）２（Ｃｌ）２］）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。代表的な市販の白金原料はＳｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，からの９９％アンモニウム・クロロ白金酸塩であり、それは微量の他貴金属を含む場合がある。しかしながら、本発明が特定のタイプ、組成物または純度の白金前駆体に限定されないことが理解されるであろう。白金前駆体の混合物または溶液は、いくつかの化学的手段のうちの一つによって支持体に添加される。これらの手段は支持体上への白金前駆体溶液の含浸を含み、その後に酸性成分（例えば酢酸）または塩基性成分（例えば水酸化アンモニウム）を組み込む固定手段が続いてもよい。この湿った固体は化学的還元、もしくは焼成、またはそのままで使うことができる。代替的に、支持体は適切な媒体（例えば水）中に懸濁されてもよく、溶液中の白金前駆体と反応されてもよい。支持体がゼオライトであるときにこの後者方法はより一般的であり、ゼオライト骨格のイオン交換部位に白金前駆体を固定することが望ましい。追加の処理ステップは、酸性成分（例えば酢酸）もしくは塩基性成分（例えば水酸化アンモニウム）による固定、化学的還元または焼成を含んでもよい。
【００５２】
ＳＣＲ組成物のウォッシュコート層を利用する一つ以上の実施形態において、この層は周期表のＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族、ＩＢ族またはＩＩＢ族のうちの一つからの金属を分散されたゼオライトまたは非ゼオライト分子篩を含むことができる。この系列の例示的な金属は、銅である。典型的な分子篩は、以下の結晶構造ＣＨＡ、ＢＥＡ、ＦＡＵ、ＭＯＲおよびＭＦＩのうちの一つを有するゼオライトを含むが、これらに限定されるものではない。ゼオライト上の金属を分散するための適切な方法は、最初に適切な溶解剤、例えば水、への金属前駆体の混合物または溶液を調製することである。一般に、経済性および環境的態様の観点から、可溶性化合物の水溶液または金属複合体が好ましい。本発明の目的で、用語「金属前駆体」は、触媒的に活性金属成分を与えるゼオライト支持体上に散在できるいかなる化合物、合成物、等をも意味する。例示的なＩＢ族金属、銅に対して、適切な複合体または化合物としては、無水または水和硫酸銅、硝酸銅、酢酸銅、銅アセチルアセトネート、酸化銅、銅水酸化物および銅アミン（例えば［ Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋）の塩が挙げられるが、これらに限定されるものではない。代表的な市販の銅原料はＳｔｒｅｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  Ｉｎｃ．，からの９７％酢酸銅であり、それは微量の他金属、特に鉄およびニッケルを含む場合がある。しかしながら、本発明が特定のタイプ、組成物または純度の金属前駆体に限定されないことが理解されるであろう。分子篩は、懸濁液を形成するために金属成分の溶液に添加することができる。この懸濁液は銅成分がゼオライト上に分散されるように、反応することができる。これは結果として、銅を分子篩の外面と同様に気孔溝中に分散することをもたらす場合がある。銅は、銅（ＩＩ）イオン、銅（Ｉ）イオンとしてまたは酸化銅として分散されてもよい。銅が分子篩上に分散されたあと、固体は懸濁液の液相から分離、洗浄、および乾燥することができる。結果として生じる銅を含有する分子篩はまた、銅を固定するために焼成することができる。
【００５３】
本発明の一つ以上の実施形態によるウォッシュコート層を塗布するために、ＳＣＲ成分、ＮＨ３酸化成分またはそれの混合物からなる触媒の細かく分離した粒子は、適当な媒体、例えばスラリーを形成する水、の中に懸濁される。他の促進剤および／または安定剤および／または界面活性剤は水または水混和性の媒体の混合物または溶液としてスラリーに添加されてもよい。一つ以上の実施形態において、スラリーは粉砕され、結果として、実質的に全固体は、平均直径において約１０ミクロン未満の、すなわち、約０．１〜８ミクロンの範囲の粒子径を有するようになる。破砕は、ボールミル、持続性のＥｉｇｅｒミルまたは他の類似した設備において達成してもよい。一つ以上の実施形態において、懸濁液またはスラリーは、約２〜約７未満のｐＨを有する。スラリーのｐＨは、必要に応じてスラリーに対する適切な量の無機酸または有機酸の添加によって調節されてもよい。スラリーの固体含有量は、例えば、約２０〜６０重量％、特に３５〜４５重量％であってもよい。基板は次いでスラリーに浸漬できる、または、スラリーは別段に基板上に被覆されてもよく、そうすると、基板には触媒層の所望の担持が堆積される。その後に、被覆された基板は約１００℃で乾燥され、例えば、３００〜６５０℃にて約１〜３時間加熱により焼成される。乾燥および焼成は、一般的に大気中で行われる。被覆、乾燥および焼成工程は、支持体上の触媒ウォッシュコート層の最終的な所望の重量を達成するために、必要に応じて繰り返されてもよい。幾つかの場合では、触媒が使用に供されて、動作の間に遭遇される高温に曝されるまで、液状および他の揮発性成分の完全な除去は起らない場合がある。
【００５４】
焼成後に、基板の被覆および非被覆重量の相違の計算により触媒ウォッシュコート担持が判定される。当業者に明らかであるように、触媒担持は被覆スラリーの固体含有量およびスラリー粘度を変えることによって修正することができる。代替的に、被覆スラリー内への基板の繰り返し浸漬を行うことができ、引き続き上記の通りに過剰スラリーが除去される。
【００５５】
触媒を調製する方法
図３に示す通り、本発明の一つ以上の実施形態による触媒または触媒物品は、２つのステップの工程において調製することができる。具体的な実施形態における第１ステップにて、担体基板１２は多孔質壁を有するハニカム基板であり、約１００溝／平方インチ〜１０００溝／平方インチの範囲の寸法の溝１４を含み、白金族金属で直接被覆される。図示の容易さのために、単一の溝１４だけを示している。詳細な実施形態において、白金族金属は介在する粒状の耐火性酸化物支持体無しで被覆される。図示の容易さのために、これは第１触媒被覆１６として示している。被覆した基板１２は、乾燥し、焼成して基板１２上へ実質的に非支持白金族金属を固定する。基板１２の多孔性壁の一部分は、次いで、酸化窒素の選択的接触還元用触媒を含む第２触媒被覆１８ウォッシュコート層によりスラリー被覆される。基板１２は、乾燥し、焼成して基板１２上へ第２触媒被覆１８ウォッシュコート層を固定する。
【００５６】
詳細な実施形態において、第２触媒被覆１８は、基板１２の入り口末端部２２と出口末端部２４との間のゾーンに形成され、３つのゾーンを提供するが、第１ゾーンはアンモニア選択的接触還元を減少し、第２ゾーンはアンモニアを酸化し、第３ゾーンは一酸化炭素を酸化するために形成される。具体的な実施形態において、基板１２は複数の軸方向に伸びている溝状に形成された気体浸透性の壁を有する壁流濾過器を含み、各溝は対向端部で封鎖される隣接した溝の任意の対によって封鎖される一端を有する。
【００５７】
本発明の追加の実施形態は、ＮＯｘを含む排気流処理用の入り口末端部２２および出口末端部２４を有する触媒物品を調製する方法に関する。第１ウォッシュコート層１６は、基板１２の出口末端部２４に隣接するハニカム基板１２の壁上へスラリー被覆される。詳細な実施形態において、第１ウォッシュコート層１６は白金族金属を含む。基板１２の多孔性壁は、次いで、酸化窒素の選択的接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含む第２ウォッシュコート層１８でスラリー被覆される。第２ウォッシュコート層１８は、入り口末端部２２から伸びて、少なくとも部分的に第１ウォッシュコート層１６に重なる。被覆した基板１２は、乾燥し、焼成して基板１２上へウォッシュコート層１６、１８を固定する。これにより、選択的接触還元を介してアンモニアを減少するために第１ゾーンを、アンモニアを酸化するために第２ゾーンを、そして一酸化炭素および炭化水素を酸化するために第３ゾーンを提供する。詳細な実施形態において、基板１２は基板を通る流れを含む。
【００５８】
一つ以上の具体的な実施形態において、基板１２は複数の軸方向に伸びる溝状に形成された気体浸透性を有する壁流基板濾過器を含み、各溝は対向端部で封鎖される隣接した溝の任意の対によって封鎖される一端を有する。
【００５９】
本発明のさらなる実施形態は、粒子状物質、ＮＯｘおよび一酸化炭素を含む排気流処理用の触媒を調製する方法に関する。基板１２は軸方向長さＬを定義している入り口末端部２２および出口末端部２４を含む。基板１２の出口部分は、排気流における一酸化炭素の酸化の触媒するために有効な白金族金属を含む第１触媒被覆１６で被覆される。第１触媒層１６は、基板１２の出口末端部２４から入り口末端部２２の方へ向けて軸方向長さ全体Ｌより短い長さにわたって伸びる。被覆された基板１２は、乾燥し、焼成して基板１２の出口部分上へ第１触媒被覆１６を固定する。基板１２の入口部分は、排気流中のＮＯｘ還元用に有効な選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒を含む第２触媒被覆１８で被覆される。第２触媒被覆１８は、基板１２の入り口末端部２２から出口末端部２４の方へ向けて軸方向長さ全体Ｌより短い長さにわたって伸び、第１触媒被覆層１６の一部と重なる。被覆された基板１２は、乾燥し、焼成して基板１２の入口部分上へ第２触媒被覆１８を固定する。
【００６０】
排出処理方法
本発明の別の態様は、エンジンの排気流において生成される排出を処理する方法を含む。排気流は、ＮＯｘ、ＣＯ、炭化水素およびアンモニアのうちの一つ以上を含む可能性がある。一つ以上の実施形態において、前記方法は排気流にアンモニアまたはアンモニア前駆体を注入することを含み、次いで、本明細書において記載されている上流側ＳＣＲゾーンに排気流を最初に通してＳＣＲ機能によってＮＯｘを除去する。この種の実施形態において、排気流は次いで中流ＡＭＯｘゾーンを通され、ＮＨ３酸化機能によってアンモニアを除去する。中流触媒ゾーンは、ＣＯおよび炭化水素のうちの一つ以上を酸化する下流ゾーンにも続く場合がある。
【００６１】
一実施形態において、上流側ＳＣＲゾーン、中流ＡＭＯｘゾーンおよび下流側ＤＯＣゾーンは、単一の触媒基板に配置されている。前記ＳＣＲゾーンは、基板長さの約５０％〜約９０％の範囲でまたは基板長さの約２０％〜約９０％の範囲に存在してもよく、ＳＣＲ成分だけから成る。ＡＭＯｘゾーンは、基板長さの約５％〜約５０％の範囲を含み、ＮＨ３酸化成分を含む下塗り層およびＳＣＲ成分を含む上塗り層を含む。下流側ＤＯＣゾーンは、基板長さの約５％〜約５０％の範囲を含み、酸化成分を含む。
【００６２】
この方法の代替的実施形態において、上流側ＳＣＲゾーンは１担体基板に配置され、下流側ＡＭＯｘゾーンは分離した担体基板に配置されている。この実施形態において、ＡＭＯｘゾーンは、上述の通りに独立型ＡＭＯｘとして調製される。下流側の独立型ＡＭＯｘ触媒の体積は、上流側ＳＣＲ触媒の体積の約１０％〜約１００％の範囲であって、ＮＨ３酸化成分を含む下塗り層およびＳＣＲ成分を含む上塗り層から成る。
【００６３】
上記両実施形態において、ＡＭＯｘゾーンは、２つの組成的かつ機能的に特異な層を含む。下塗り層は、被支持貴金属成分を含み、式２に従いアンモニアを酸化するように機能する。ＳＣＲ触媒を含む上流側ゾーンにおいてウォッシュコート層１８と衝突すると共に、ＮＯｘ（例えば、熱脱離事象の下で）の分子によって、急速に消費されない条件の下で、ＳＣＲ触媒から脱着されるアンモニア分子は溝１４を下に移動する。分子はウォッシュコート層１８内に拡散して入り、そこから拡散して出ることができるが、そうでなければ、分子が下流ゾーンに入ってＮＨ３酸化成分を含む組成物を含む下塗り層１６に接触するまで、触媒によって変換しない。下塗り層１６において、アンモニアは最初にＮＯに変換され、その後上塗り層１８に分散してもよい。ＳＣＲ触媒組成物を含んでいる上塗り層において、ＮＯはＮＨ３と反応してＮ２を形成し、これによってＮ２に対する正味の選択性を増やす。
【００６４】
上塗り層のＳＣＲ成分の下に底部ウォッシュコート層に被支持貴金属を配置することによって、下塗り層内だけで発生するＮＯを制限する。このことは、触媒ウォッシュコート層内でのＮＯの平均滞留寿命を増やす効果を有する。ＮＯの滞留時間が増加するにつれて、ＮＯはより高い可能性でＳＣＲウォッシュコート層のアンモニアの分子と衝突して、Ｎ２を生成し、最終的に触媒から脱離する。
【００６５】
使用時に、触媒の上流側ＳＣＲゾーン１８は、アンモニア選択接触還元反応によって排気からのＮＯｘ排出の除去を主に担当する。下流側のＡＭＯｘゾーンは、アンモニア酸化機能を主に担当する。本明細書において別段に議論されるように、ＳＣＲ組成物の上塗り層を有する下流側ゾーン２０は、ＳＣＲ活性を有し、ＮＯｘ減少において更に機能することができる。このようにして、ＡＭＯｘゾーンは正味のＮＯｘ除去に貢献することができる。加えて、高温度にて、一部のＳＣＲ組成物、特に銅に基づくＳＣＲ触媒はまた、貴金属成分の非存在下でもかなりのアンモニア酸化活性を有することができる。さらに、銅に基づくＳＣＲ触媒組成物は、３５０℃を超える温度にて高選択性でＮＨ３をＮ２に変換できる。一つ以上の実施形態において、ＳＣＲゾーンは、これにより過剰アンモニアの減少に貢献できる。
【００６６】
排出処理システム
本発明の一態様は、ディーゼルエンジンによって排出される排気を処理するための排出処理システムに関する。図４は、粒子状物質、ＮＯｘおよび一酸化炭素を含む排気流を放出しているディーゼルエンジン４１を含んでいる排出処理システム４０の一つ以上の実施形態を示す。第１基板４５は、軸長さを画定する入り口末端部および出口末端部を有する。第１基板４５は、ディーゼルエンジン４１の下流側に配置され、ディーゼルエンジン４１と流体連通している。第１基板４５は、白金族金属を含む第１触媒被覆を有し、第１触媒被覆は基板の出口末端部から入り口末端部の方へ向けて軸方向長さ全体より短かい長さにわたって伸びていて、酸化窒素の選択接触還元（ＳＣＲ）用の触媒を含む第２触媒被覆を有し、第２触媒被覆は基板の入り口末端部から出口末端部の方へ向けて軸方向長さ全体より短かい長さにわたって伸びていて、第１触媒被覆層の一部分と重なっている。詳細な実施形態において、第１基板４５は、壁流基板および貫流基板からなる群から選択される。具体的な実施形態において、白金族金属の少なくとも一部は、耐火性の金属酸化物支持体上にある。更に具体的な実施形態において、白金族金属は白金である。
【００６７】
一つ以上の実施形態において、酸化窒素の選択的接触還元用の触媒で被覆された上流側基板４３がある。上流側基板４３は、ディーゼルエンジン４１からの排気流と流体連通し、ディーゼルエンジン４１と第１基板４５との間に配置されている。詳細な実施形態において、上流側基板４３はハニカム貫流基板を含む。具体的な実施形態において、上流側基板４３は軸方向に伸びている複数の溝状に形成された気体浸透性の隔壁を有する壁流濾過器基板を含み、各チャネルは、対向端部にて封鎖される隣接したチャネルの任意の対によって封鎖される一端を有する。
【００６８】
幾つかの具体的な実施形態において、第１触媒および第２触媒は重なって３つのゾーンを形成する。第１ゾーンは選択的接触還元によって酸化窒素を減少し、第２ゾーンはアンモニアを酸化し、第３ゾーンは一酸化炭素および炭化水素を酸化し、そして、白金族金属は第１ゾーンおよび第３ゾーンの基板壁上で直接支持される。
【００６９】
一つ以上の詳細な実施形態によれば、第１基板はハニカム通過基板を含み、第１触媒および第２触媒は重なって３つのゾーンを形成する。第１ゾーンは選択的接触還元によって酸化窒素を減少し、第２ゾーンはアンモニアを酸化し、そして第３ゾーンは一酸化炭素および炭化水素を酸化する。白金族金属の少なくとも一部は、粒状の耐火性金属酸化物支持体上にある。
【００７０】
幾つかの具体的な実施形態において、第１基板は、複数の軸方向に伸びる溝に形成した気体浸透性の壁を有する壁流濾過器基板である。各溝は、その対向端部で封鎖される隣接した溝の任意の対によって封鎖される一端を有する。
【００７１】
一つ以上の実施形態において、ディーゼルエンジン４１および第１基板４５と流体連通し、ディーゼルエンジン４１と第１基板４５との間に配置されている、複数の軸方向に伸びる溝に形成された気体浸透性の壁を有する壁流濾過器基板がある。壁流濾過器基板４３の各溝は、対向端部にて封鎖された隣接した溝の任意の対によって封鎖された一端を有し、炭化水素またはＣＯ酸化触媒により被覆される。
【００７２】
本明細書全体を通した「一実施形態」、「或る実施形態」、「一つ以上の実施形態」または「実施形態」への言及は、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれる実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料、または特性を意味する。したがって、本明細書を通して様々な場所における「一つ以上の実施形態において」、「ある実施形態において」、「一実施形態において」または「実施形態において」のような句の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態に関連しているというわけではない。さらに、具体的な特徴、構造、材料または特性を任意の適切な様式で組み合わせて、一つ以上の実施形態にしてもよい。
【００７３】
本発明は特定の実施形態に関して本明細書において記載されているものの、これらの実施形態は単に本発明の原理および応用を説明するだけであることが理解されるべきである。さまざまな修正および変更が本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明の方法および装置になされることができることは、当業者にとって明らかである。したがって、本発明が添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内である修正および変更を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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