(57)【要約】  本発明は、触媒、好適には選択的触媒還元（ＳＣＲ）に用いられる触媒に関し、触媒は、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類、及びＢＥＡ構造型の１以上のゼオライト類を含有し、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部及びＢＥＡ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部はそれぞれ鉄（Ｆｅ）を含有する。さらに、本発明は上記触媒を有する排気ガス処理システム、及び上記触媒を用いたＮＯＸを含有するガス流の処理方法に関する。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的触媒還元（ＳＣＲ）の使用に好適に用いられる触媒であって、
ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類と、
ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類と、を含み、
ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部は鉄（Ｆｅ）を含み、かつＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部が銅（Ｃｕ）を含むことを特徴とする触媒。
【請求項２】
ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類の質量比が、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類に対して、１：１０〜１０：１の範囲、好適には１：５〜５：１、より好適には１：２〜２：１、より好適には０．７：１〜１：０．７、より好適には０．８：１〜１：０．８、及びより好適には０．９：１〜１：０．９の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の触媒。
【請求項３】
１以上のゼオライト類、好適には全てのゼオライト類が、それぞれのゼオライト構造中にＡｌ及びＳｉの双方を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の触媒。
【請求項４】
ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類においてアルミナに対するシリカのモル比（ＳＡＲ）が５〜１５０の範囲、好適には１５〜１００、より好適には２０〜５０、より好適には２３〜３０、さらにより好適には２５〜２７の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の触媒。
【請求項５】
ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類においてアルミナに対するシリカのモル比（ＳＡＲ）が５〜１００の範囲、好適には１０〜７０、より好適には２０〜５５、より好適には２５〜３５、さらにより好適には２８〜３２の範囲内であることを特徴とする請求項３または４に記載の触媒。
【請求項６】
ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類に含有されるＦｅの量が、１以上の上記ゼオライト類の質量を基準として０．１〜１５質量％の範囲、好適にはＦｅの量が０．５〜１０質量％の範囲、より好適には１．０〜７．０質量％、より好適には２．５〜５．５質量％、より好適には３．５〜４．２質量％、より好適には３．７〜４．０質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒。
【請求項７】
ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類に含有されるＣｕの量が、１以上の上記ゼオライト類の質量を基準として０．０５〜１５質量％の範囲、好適にはＣｕの量が０．１〜１０質量％の範囲、より好適には０．５〜５．０質量％、より好適には１．０〜４．０質量％の範囲、より好適には１．６〜３．４質量％の範囲、さらにより好適には１．８〜３．２質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の触媒。
【請求項８】
上記触媒がさらに基体を有し、該基体は、好適には１以上のゼオライト類が施されたハニカム基体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の触媒。
【請求項９】
基体は、フロースルー基体及びウォールフロー基体からなるグループから選択され、該グループは、好適にはコーディライトフロースルー基体及びウォールフロー基体からなり、好適にはゼオライト類が単一の層に含有されていることを特徴とする請求項８に記載の触媒。
【請求項１０】
触媒は１以上の層を含有し、該層は、好適には基体に施されたウォッシュコート層であり、１以上の単一の層または２以上の分離層にゼオライト類が含有され、好適にはゼオライト類が単一の層に含有されることを特徴とする請求項８または９に記載の触媒。
【請求項１１】
ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類のいずれか、またはＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類の双方がそれぞれ、０．１〜５．０ｇ／ｉｎ3の負荷量、好適には０．７〜２．０ｇ／ｉｎ3、より好適には１．０〜１．７ｇ／ｉｎ3、より好適には１．１５〜１．５５ｇ／ｉｎ3、より好適には１．２５〜１．４５ｇ／ｉｎ3、より好適には１．３２〜１．３８ｇ／ｉｎ3、さらにより好適には１．３４〜１．３６ｇ／ｉｎ3の負荷量内で触媒中に存在することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の触媒。
【請求項１２】
上記触媒は、内燃機関を有する排気ガス処理システム、及び内燃機関と流体伝達を行う排気ガス導管に含まれ、
上記触媒は、排気ガス導管内に存在し、
内燃機関は、好適にはリーン燃焼エンジンであり、より好適にはディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の触媒。
【請求項１３】
内燃機関及び該内燃機関と流体伝達を行う排気ガス導管を備えた排気ガス処理システムであって、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の触媒を排気ガス導管中に含み、
内燃機関は、好適にはリーン燃焼エンジンであり、より好適にはディーゼルエンジンであることを特徴とする排気ガス処理システム。
【請求項１４】
酸化触媒及び／または触媒煤フィルタ（ＣＳＦ）をさらに含み、
酸化触媒及び／またはＣＳＦは好適には請求項１〜１１のいずれか１項に記載の触媒の上流に配置され、
酸化触媒は、内燃エンジンがディーゼルエンジンである場合においてディーゼル酸化触媒であることを特徴とする請求項１３に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１５】
ガス流を処理する方法であって、
上記ガス流は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の触媒を覆い及び／または通過せしめられた上記ガス流を含有するＮＯXを含有し、
上記ガス流は、好適には排気ガス流であり、より好適には内燃エンジンから生じたガス流であり、より好適にはディーゼル排気ガス流であることを特徴とするＮＯXを含有するガス流の処理方法。
【請求項１６】
上記ガス流は、
アンモニア及び／または尿素を含有することを特徴とする請求項１５に記載のＮＯXを含有するガス流の処理方法。
【請求項１７】
触媒に接触する前のガス流に含有されるＮＯ2含有量が、ＮＯXの１００質量％を基準として８０質量％またはそれ以下、好適にはＮＯ2含有量が５〜７０質量％の範囲内、より好適には１０〜６０質量％、より好適には１５〜５５質量％、さらにより好適には２０〜５０質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１５または１６に記載のＮＯXを含有するガス流の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）において好適に用いられる触媒、この触媒を含有する排気ガス処理システム、及びＮＯXを含有するガス流の処理方法に関する。特に、本発明は、窒素酸化物の還元方法、特に、酸素の存在下で金属で促進されたゼオライト触媒を用いて、窒素酸化物をアンモニアにより選択的に還元することに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車両の排気ガス中に存在するエミッションは、２つのグループに分けられる。“最初の排出物”の語は、エンジンにおける燃料の燃焼プロセスを通して直接的に形成され、あるいは排気ガス処理システムを通過する前の未処理の排出物中に既に存在する汚染ガスのことを意味する。２番目の排出物は、排気ガス処理システムにおける副生成物として生成され得る汚染ガスのことを意味する。
【０００３】
リーンバーンエンジンの排気ガスは、一酸化炭素ＣＯ、炭化水素ＨＣ及び窒素酸化物ＮＯXの通常の最初のエミッションや、比較的高く１５質量％までの酸化物を含有する。ディーゼルエンジンの場合、ガス状の最初の排出物に加えて、有機集塊物の有無に関わらず、シリンダにおける部分的不完全燃焼から生じる付加的な粒子排出物（煤残留物で主に構成される）が存在する。
【０００４】
ディーゼルエンジンでは、粒子排出物の除去のためには、特定のパティキュレートフィルタの使用は不可避である。さらに、ヨーロッパ及び米国における法律により規定された排出物制限により、排気ガスから窒素酸化物を除去することが要求されている（脱窒素作用）。このように、リーン排気ガスからの一酸化炭素及び炭化水素汚染物は、好適な酸化触媒を介して容易に無害化されるものの、窒素酸化物から窒素への還元は、排気ガス流の酸化物含有量の高さのために困難となっている。
【０００５】
排気ガスから窒素酸化物を除去する公知の方法は、窒素酸化物吸蔵触媒を用いる第１の方法、及び好適な触媒すなわちＳＣＲ触媒上でアンモニアを用いた選択的触媒還元（ＳＣＲ）による第２の方法が存在する。
【０００６】
窒素酸化物吸蔵触媒は、吸蔵触媒の吸蔵材料により、エンジンのリーン運転段階において主に硝酸塩の形態で吸蔵された窒素酸化物に対して清浄化作用をもたらす。ＮＳＣの吸蔵容量が使い果たされた場合は、触媒は、エンジンの後続するリッチ運転段階で再生されるものである。これは、予め生成された硝酸塩は分解され、再度放出された窒素酸化物は、吸蔵触媒を介して還元排気ガス成分と反応されて窒素、二酸化炭素及び水を生じることを意味する。
【０００７】
ディーゼルエンジンにおけるリッチ運転段階の実行が容易でなく、かつＮＳＣの再生に要求されるリッチ排気ガス条件を確立するためにしばしば排気ガスラインに燃料を後噴射するといった補助手段が必要となることから、他のＳＣＲ方法が、ディーゼル自動車両の排気ガスの脱窒素作用のために好適に用いられる。この方法では、エンジンの設計及び排気ガスシステムの構成に従って、“能動”ＳＣＲ方法と“受動”ＳＣＲ方法とが区別される。“受動”ＳＣＲ方法では、脱窒素用の還元剤として、排気ガスシステムにおいて意図的に生成したアンモニアの第２排出物を使用する。
【０００８】
例えば、米国特許第６３４５４９６号Ｂ１には、エンジンの排気ガスの清浄化方法が開示されている。空気／燃料混合物のリーン及びリッチ状態が交互に繰り返され、従って、生成された排気ガスは、流入側においてリッチ排気ガスの下のみでＮＯXからＮＨ3に変換する触媒を有する排気ガスシステムを通過する。一方、流出側に配置された別の触媒は、リーン排気ガスのＮＯXを吸収または吸蔵し、それをリッチ状態の下で放出する。これにより、ＮＯXは、流入側の触媒によって生成されたＮＨ3と反応して窒素を生じさせ得る。一方、米国特許第６３４５４９６号によれば、ＮＨ3吸着材及び酸化触媒は、流出側に配置され、リッチ状態の下でＮＨ3を吸蔵し、リーン状態の下で脱着し、酸素で酸化させて窒素と水を生じさせる。さらに同様の方法が、公知である。しかし、窒素酸化物吸蔵触媒の使用のように、このような“受動”ＳＣＲ方法は、還元剤として本来の位置でアンモニアの発生に一般的に要求される不可欠な要素のひとつがリッチ排気ガス状態での供給であるといった不具合がある。
【０００９】
これと比較すると、“能動”ＳＣＲ方法では、還元剤は、車両内で運搬されている据付タンクから噴射ノズルによって排気ガスライン内に計量投入される。使用されるこのような還元剤は、アンモニアとは別の、アンモニアに容易に分解可能な化合物、例えば尿素またはカルバミン酸アンモニウムである。アンモニアは、少なくとも、窒素酸化物に対する化学量論比で排気ガスに供給される。自動車両の運転状態が大きく変化するので、正確にアンモニアを計量して添加することは容易ではない。これは、場合により、多量のアンモニアがＳＣＲ触媒の下流に突破してしまうことにつながる。第２のアンモニア排出を抑制するために、通常、酸化触媒は、アンモニアを酸化して窒素に還元するＳＣＲ触媒の下流に配置される。このような触媒を以後、アンモニアスリップ触媒と称する。
【００１０】
ディーゼル自動車両の排気ガスから粒子排出物を除去するためには、これらの特性を改善するために酸化触媒含有コーティング材が施された特定のディーゼルパティキュレートフィルタが用いられる。このようなコーティングにより、酸素による微粒子の燃焼（煤燃焼）に用いる活性化エネルギーが低下し、従って、フィルタの煤着火温度を低下させて、受動的再生特性を、排気ガス中に存在する一酸化窒素を酸化することによって改善し、炭化水素及び一酸化炭素排出物の突破を抑制する。
【００１１】
法的排出基準により脱窒素作用及びディーゼル自動車両の排気ガスからの微粒子の除去の双方が要求される場合には、個別の汚染ガスを除去するために開示された手法が、対応する従来の排気ガスシステムに並んで組み合わせられる。例えば、国際公開９９／３９８０９には、排気後処理システムが開示されており、ＮＯXにおけるＮＯをＮＯ2に酸化するための酸化触媒、パティキュレートフィルタ、還元剤用の測定ユニット及びＳＣＲ触媒が互いに連結している。アンモニアの突破を抑制するために、一般的に、アンモニアスリップ触媒がＳＣＲ触媒の下流に設けられることが要求され、ＳＣＲ触媒の流出側の触媒の列に連続する。
【００１２】
この点では、合成及び天然のゼオライト、及びこれらを使用して酸素の存在下における窒素酸化物の選択的還元を含むある種の反応を促進することは、公知の技術である。ゼオライトは、ゼオライトの型及びゼオライト格子に含有されたカチオンの種類及び量に依存して、直径に対しておよそ３〜１０オングストロームの範囲で相当程度に均一な孔サイズを有するアルミノケイ酸結晶体状材料である。
【００１３】
例えば、ヨーロッパ特許公開公報第１９６１９３３号は、酸化触媒コーティング、ＳＣＲ−活性コーティング、及びアンモニア吸蔵材料が施されたフィルタボディを有する排気ガス処理用のディーゼルパティキュレートフィルタに関する。ＳＣＲ反応中における触媒活性成分として用いられる材料の中で、上記文献は、ベータゼオライト、Ｙ−ゼオライト、ファージャサイト、モデナイト、及び鉄または銅で交換されてもよいＺＳＭ−５から選択されたゼオライト類の使用について言及している。
【００１４】
一方、ヨーロッパ特許公開公報第１１４７８０１号は、アンモニアを用いた、ＳＣＲによる内燃エンジンからのリーン排気ガス中に存在する窒素酸化物を還元する方法に関する。還元触媒は、好適には、銅または鉄で交換されたＺＳＭ−５を含有する。上記文献は、ハニカム基体を有するＳＣＲ触媒に関し、このハニカム基体には、鉄で交換されたＺＳＭ−５を含有するコーティングが施されている。
【００１５】
ヨーロッパ特許公開公報第２１２３６１４号の一部は、ゼオライト類及び無機バインダを含有するハニカム構造に関する。特に、上記構造に含まれる第１のゼオライトは、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇ及びＶを含む金属のイオンをイオン交換する。Ｆｅ、Ｔｉ及びＣｏを含む金属と交換された第２のゼオライトが、更に含まれる。第１及び第２のゼオライトに用いられるゼオライト類のタイプに関して、これらは、ゼオライトベータ、ゼオライトＹ、フェリエ沸石、ＺＳＭ−５ゼオライト、モデナイト、ファージャサイト、ゼオライトＡ、及びゼオライトＬが含まれる。
【００１６】
米国特許第７３３２１４８号には、銅または鉄を含む安定したアルミノケイ酸塩ゼオライトが開示されており、この安定したゼオライトは、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−８、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−１２、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、ゼオライトベータ、モデナイト、及びエリオン沸石を含む。
【００１７】
最後に、国際公開２００８／１０６５１９には、ＣＨＡ結晶構造を有しかつ銅を含むゼオライトが開示されている。この文献には、ＳＣＲ触媒としてこのようなイオン交換ゼオライトを使用することが開示されている。
【００１８】
従って、先行技術は、とりわけ、特にアンモニアによる窒素酸化物の選択的触媒還元用の、鉄で促進された及び銅で促進されたゼオライト触媒を含有する金属で促進されたゼオライト触媒の有用性の認識に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】米国特許第６３４５４９６号
【特許文献２】国際公開９９／３９８０９
【特許文献３】ヨーロッパ特許公開公報第１９６１９３３号
【特許文献４】ヨーロッパ特許公開公報第１１４７８０１号
【特許文献５】ヨーロッパ特許公開公報第２１２３６１４号
【特許文献６】米国特許第７３３２１４８号
【特許文献７】国際公開２００８／１０６５１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、現在、排出物、特に自動車両の排気ガス排出に関する厳しい規制の増大により、改良された触媒類及びこのような触媒類を処理方法に用いる排気ガス処理システムが要求される。このように、欧州連合の排気ガス排出ステージユーロ６における排気ガス排出規制には、ディーゼルエンジンを動力源とするほとんどの乗用車のＮＯX排出の削減が要求されている。このため、排気ガスエミッションは、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｕｎｉｏｎ  Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ  ７０／２２０ＥＥＣにおいて定められるＮｅｗ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅ（ＮＥＤＣ）（ＭＶＥＧ（Ｍｏｔｏｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ＧｒｏｕｐＣｙｃｌｅ）とも称される）が用いられて試験される。この要求を満たすためのひとつの手段として、問題となっている車両の排気ガスシステムに対するＳＣＲ触媒技術の装置が含まれる。
【００２１】
以前のＥｕｒｏｐｅａｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｃｙｃｌｅ（ＥＣＥ−１５）とは対照的に、ＮＥＤＣの特徴は、いわゆるｅｘｔｒａ−ｕｒｂａｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｃｙｃｌｅを統合し、その試験はヨーロッパでの車両の典型的な使用法を良好に反映している。従って、典型的な排出パターンはこれに関連づけられている。より詳細には、ＮＥＤＣにおいては、以前のＥｕｒｏｐｅａｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｃｙｃｌｅ（ＥＣＥ−１５）が、０〜８００秒の時間で実行されているのに対して、ｅｘｔｒａ−ｕｒｂａｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｃｙｃｌｅは１２００秒までの時間で実行される。
【００２２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、改良された触媒、特に選択的触媒還元で使用される触媒であって、例えばＮＥＤＣにおいて行われる自動車両の使用に伴う実際の排出状況に良好に適合する触媒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この点において、以下概略を述べる本発明によれば、驚くべきことに、改良された触媒が提供される。特に、それぞれＭＦＩ及びＣＨＡ構造型の双方のゼオライト類を含む触媒（ＭＦＩ型ゼオライト類は鉄を含み、ＣＨＡ型ゼオライト類は銅を含む）は、特に、ＳＣＲ用途に用いられた際に、改良された触媒の特性を明らかに示すことが予期せずに判明した。
【００２４】
このように、本発明は、触媒、好適には選択的触媒還元（ＳＣＲ）に用いられる触媒に関し、この触媒は、
１以上のＭＦＩ構造型のゼオライト類と、
１以上のＣＨＡ構造型のゼオライト類と、を含み、
ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部は鉄（Ｆｅ）を含み、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部は銅（Ｃｕ）を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施例１及び比較例２による触媒成分のＮＥＤＣ試験の結果を示すものであり、単位秒当たりの試験時間がｘ軸にプロットされ、単位グラム当たりのＮＯX排出量がｙ軸にプロットされる。背景には、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｕｎｉｏｎ  Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ  ７０／２２０／ＥＥＣとして規定された、自動車両の速度変化の観点で所定期間に亘って試験されたＮＥＤＣの予め規定された方法が示されている。
【図２】図２は、ＮＥＤＣ試験における実施例１、比較例２及び３のそれぞれによるＮＯX変換率の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の趣旨の範囲内において、“ＳＣＲ”と略される“選択的触媒還元”の語は、窒素酸化物ＮＯXと還元剤との反応を含む任意の触媒プロセスを意味する。特に、ＳＣＲは還元反応を意味し、ＮＯXは、還元生成物、好適にはＮ2に変換される。“還元剤”の語に関して、この語は、ＳＣＲプロセス用の任意の好適な還元剤を意味し、好適にはアンモニア及び／または尿素及び／またはカルバミン酸アンモニウム等の任意のアンモニア前駆体である。なお、尿素は、アンモニア前駆体に含まれる。より好適には、“還元剤”の語は、アンモニアを意味する。しかし、“還元剤”の語は、例えば、自動車両の燃料及び／または自動車両の排気ガス、特にディーゼル燃料及び／またはディーゼル排気ガス中に見られる炭化水素、及び／または酸化された炭化水素等の炭化水素誘導体を更に含有し得る。
【００２７】
本発明によれば、ＭＦＩまたはＣＨＡ構造型の任意に想定し得るゼオライトはそれぞれ、この種の構造型の典型的な構造的特性を示していれば、用いることができる。１以上のＭＦＩ構造のゼオライト類に関して、これらは例えば、ＺＳＭ−５、［ＡｓＳｉ−Ｏ］−ＭＦＩ、［Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ］−ＭＦＩ、［Ｇａ−Ｓｉ−Ｏ］−ＭＦＩ、ＡＭＳ−１Ｂ、ＡＺ−１、Ｂｏｒ−Ｃ、ボラライトＣ、エンシライト、ＦＺ−１、ＬＺ−１０５、単斜晶Ｈ−ＺＳＭ−５、ムティーナ沸石、ＮＵ−４、ＮＵ−５、シリカライト、ＴＳ−１、ＴＳＺ、ＴＳＺ−ＩＩＩ、ＴＺ−０１、ＵＳＣ−４、ＵＳＩ−１０８、ＺＢＨ、ＺＫＱ−ＴＢ、有機フリーＺＳＭ−５、及びこれらの２以上の混合物からなるグループから選択された１以上のゼオライト類を含有する。本発明の好適な実施の形態によれば、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類は、ＺＳＭ−５を含む。
【００２８】
ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類に関して、これらは、りょう沸石、ＡＩＰ、［Ａｌ−Ａｓ−Ｏ］−ＣＨＡ、［Ｃｏ−Ａｌ−Ｐ−Ｏ］−ＣＨＡ、［Ｍｇ−Ａｌ−Ｐ−Ｏ］−ＣＨＡ、［Ｓｉ−Ｏ］−ＣＨＡ、［Ｚｎ−Ａｓ−Ｏ］−ＣＨＡ、｜Ｃｏ｜［Ｂｅ−Ｐ−Ｏ］−ＣＨＡ、｜Ｌｉ−Ｎａ｜［Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ］−ＣＨＡＯ−３４、ＣｏＡＰＯ−４４、ＣｏＡＰＯ−４７、ＤＡＦ−５、無水Ｎａりょう沸石、ＧａＰＯ−３４、カリりょう沸石、ＬＺ−２１８、リンデＲ、ＭｅＰＯ−４７、ＭｅＡＰＯ−４７、Ｎｉ（ｄｅｔａ）2−ＵＴ−６、Ｐｈｉ、ＳＡＰＯ−３４、ＳＡＰＯ−４７、ＳＳＺ−１３、ＳＳＺ−６２、ＵｉＯ−２１、ウィルヘンダーソン沸石、ＺＫ−１４、ＺＹＴ−６、及びこれらの２以上の混合物からなるグループから選択された１以上のゼオライト類を含む。本発明の好適な実施の形態によれば、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類は、りょう沸石、ＳＳＺ−１３、ＬＺ−２１８、リンデＤ、リンデＲ、Ｐｈｉ、ＺＫ−１４、及びＺＹＴ−６、及びこれらの２以上の混合物からなるグループから選択された１以上のゼオライト類を含み、より好適には、りょう沸石を含むＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類である。
【００２９】
さらに述べるように本発明の実施の形態によれば、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類は、ＺＳＭ−５を含有し、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類は、りょう沸石、ＳＳＺ−１３、ＬＺ−２１８、リンデＤ、リンデＲ、Ｐｈｉ、ＺＫ−１４、及びＺＹＴ−６、及びこれら２以上の混合物からなるグループから選択された１以上のゼオライト類を含み、さらにより好適には、ＺＳＭ−５を含むＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類、及びりょう沸石を含むＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類を含む。特に好適な実施の形態によれば、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類はＺＳＭ−５であり、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類は、りょう沸石である。
【００３０】
本発明によれば、１以上のＭＦＩ型ゼオライト類の少なくとも一部は鉄を含み、１以上のＣＨＡ構造型のゼオライト類の少なくとも一部は銅を含む。１以上のＭＦＩ型ゼオライト類の少なくとも一部に含まれる鉄及び１以上のＣＨＡ型ゼオライト類の少なくとも一部に含有される銅に関して、上記金属はそれぞれ任意の想定し得る態様及び任意の想定し得る状態で含有され得る。このように、本発明によれば、触媒に含有される鉄及び銅の酸化状態に関しても、それぞれの態様のゼオライトに含有される手法に関しても、特に制限はない。しかし、好適には、鉄及び／または銅、より好適には鉄及び銅の双方は、それぞれのゼオライトにおいて酸化状態を示す。さらに、鉄及び／または銅は、ゼオライトの表面及び／またはそれぞれのゼオライト構造の多孔性構造内に含有される。鉄及び／または銅は、ゼオライトの表面及び／またはそれぞれのゼオライト構造の多孔性構造内に含まれることに加えてあるいは択一的に、ゼオライト構造に含有される。例えば、同形置換が挙げられる。好適な実施の形態によれば、鉄及び／または銅は、それぞれのゼオライトの表面及び／またはそれぞれのゼオライト構造の多孔性構造内に担持され、より好適にはそれぞれのゼオライトの表面及びそれぞれのゼオライト構造の多孔性構造内の双方に担持される。本発明の特に好適な実施の形態によれば、鉄及び銅の双方は、酸化状態においてＭＦＩ及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部にそれぞれ含有されており、ゼオライト構造の多孔性構造内に含有されていることも含め、それぞれのゼオライトの表面に支持されている。
【００３１】
本発明によれば、触媒は、任意の想定し得る質量比でＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類を含有する。好適には、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類とＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類との質量比は、１：１０〜１０：１、より好適には１：５〜５：１、より好適には１：２〜２：１、より好適には０．７：１〜１：０．７、より好適には０．８：１〜１：０．８、及びさらに好適には０．９：１〜１：０．９である。
【００３２】
特に好適な本発明の実施の形態によれば、ＭＦＩ型ゼオライトとＣＨＡ型ゼオライトとの質量比は、およそ１：１である。
【００３３】
本発明によれば、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類及び／またはＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類はそれぞれ、これらの構造中にＡｌ及びＳｉの双方を含有することが好適である。より好適には、ＭＦＩ構造型のゼオライト類及びＣＨＡ構造型のゼオライト類はそれぞれ、Ａｌ及びＳｉの双方をそれらの構造中に含む。このように、本発明によれば、１以上のゼオライト類、及びより好適にはゼオライト類の全ては、それぞれのゼオライト構造中にＡｌ及びＳｉの双方を含有することがより好適である。
【００３４】
ゼオライト類の１以上がそれらの構造中にＡｌ及びＳｉの双方を含有する本発明の実施の形態に関して、上記ゼオライト類は、原則としてＡｌ及びＳｉの任意の比率を示す。しかし、ＭＦＩ構造型のゼオライト類の１以上がそれらの構造中にＡｌ及びＳｉの双方を含有する本発明の実施の形態に関しては、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類中のアルミナに対するシリカのモル比率（ＳＡＲ）が、５〜１５０の範囲であることが好適であり、より好適には１５〜１００、より好適には２０〜５０、より好適には２３〜３０、およびさらに好適には２５〜２７の範囲である。さらに、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類の構造中にＡｌ及びＳｉの双方を含有する本発明の実施の形態では、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは、５〜１００の範囲、より好適には１０〜７０の範囲、より好適には２０〜５５の範囲、より好適には２５〜３５の範囲、さらにより好適には２８〜３２の範囲である。ＭＦＩ及びＣＨＡ構造型の双方の１以上のゼオライト類のそれらの構造中にＡｌ及びＳｉの双方を含有する本発明の特に好適な実施の形態によれば、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは５〜１５０の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは５〜１００の範囲、より好適にはＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは１５〜１００の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは１０〜７０の範囲、より好適にはＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは２０〜５０の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは２０〜５５の範囲、より好適にはＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは２３〜３０の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは２５〜３５の範囲、さらにより好適にはＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは２５〜２７の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類におけるＳＡＲは２８〜３２の範囲であることが好ましい。
【００３５】
ＭＦＩ型ゼオライトに含まれる鉄、及びＣＨＡ型ゼオライト類に含まれる銅の量に関しては、本発明によれば、それぞれの含有量には特に制限はない。しかし、本発明によれば、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類における鉄（Ｆｅ）の量は、ＭＦＩ構造型の上記１以上のゼオライト類の質量を基準として０．１〜１５質量％の範囲で含有していることが好適であり、より好適には鉄の量は０．５〜１０質量％の範囲、より好適には１．０〜７．０質量％の範囲、より好適には２．５〜５．５質量％の範囲、より好適には３．５〜４．２質量％の範囲、及びさらにより好適には３．７〜４．０質量％の範囲が好ましい。さらに、本発明によれば、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類における銅（Ｃｕ）の量は、ＣＨＡ構造型の上記１以上のゼオライト類の質量を基準として０．０５〜１５質量％の範囲が好適であり、より好適にはＣｕの量は０．１〜１０質量％の範囲であり、より好適には０．５〜５．０質量％、より好適には１．０〜４．０質量％、より好適には１．６〜３．４質量％、及びさらにより好適には１．８〜３．２質量％の範囲である。本発明の特に好適な実施の形態によれば、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類における鉄の量は０．１〜１５質量％の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類における銅の量は０．１〜１０質量％の範囲、より好適には、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類における鉄の量は１．０〜７．０質量％の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類における銅の量は０．５〜５．０質量％の範囲、より好適には、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類における鉄の量は２．５〜５．５質量％の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類における銅の量は１．０〜４．０質量％の範囲、より好適には、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類における鉄の量は３．５〜４．２質量％の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類における銅の量は１．６〜３．４質量％の範囲、さらにより好適には、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類における鉄の量は３．７〜４．０質量％の範囲、及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類における銅の量は１．８〜３．２質量％の範囲である。
【００３６】
本発明によれば、触媒は、例えば粉状、顆粒状、またはモノリス状といった任意の想定し得る形状で供給される。この点では、触媒は、１以上のゼオライト類が施される基体をさらに含むことが特に好適である。一般的に、基体は、公知の材料から形成される。このため、基体材料として多孔質材料が用いられる。特に、コーディライト、α−アルミナ、アルミノケイ酸塩、コーディライトアルミナ、炭化ケイ素、アルミニウムチタネート、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、ジルコン、ジルコンムライト、ジルコンケイ酸塩、シリマナイト、マグネシウムケイ酸塩、ペタライト、スポジュメン、アルミナケイ素マグネシウム及びジルコニウムケイ素、多孔質難燃金属及びこれらの酸化物類といったセラミック及びセラミック類似の材料が好適に用いられる。本発明によれば、”難燃性金属”は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＲｅからなるグループから選択された１以上の金属を意味する。基体もまた、セラミック繊維組成材料から形成されていてもよい。本発明によれば、基体は、好適にはコーディライト、炭化ケイ素、及び／またはアルミニウムチタネート、及びさらに好適にはコーディライト及び／または炭化ケイ素から形成される。
【００３７】
本発明の実施の形態の触媒に有用な基体はまた、金属製であって１以上の金属または合金から構成される。金属基体は、コルゲートシートまたはモノリス状といった種々の形状を採用することができる。好適な金属支持体は、チタニウム及びステンレス鋼、鉄が実質的なまたは主要な成分である合金といった熱抵抗金属及び金属合金を含有する。このような合金は、ニッケル、クロミウム及び／またはアルミニウムのうちの１つ以上を含有し、これら金属の総量は、例えば、１０〜２５質量％のクロミウム、３〜８質量％のアルミニウム及び２０質量％までのニッケルといった少なくとも合金の１５質量％であることが好ましい。合金はまた、マンガン、銅、バナジウム、チタン及びこれに類する物といった少量または微量の１以上の金属を含有する。表面または金属基体は、例えば１０００℃またはそれ以上の高温で酸化され、基体の表面における酸化層の形成による合金の腐蝕に対する抵抗を改良する。
【００３８】
さらに、本発明による基体は、ＭＦＩ及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部と流体が接触することを可能としていれば、任意の想定可能な形状であってもよい。好適には、基体はモノリスであり、より好適にはモノリスはフロースルーモノリスである。好適な基体は、触媒を調製するために典型的に用いられる任意の材料を含有し、通常は、セラミックまたは金属ハニカム構造を有する。従って、モノリス状の基体は、（ハニカムフロースルー基体として言及した）液体流に対して開かれた流路となるように、基体の表面において入口から出口まで延びる細く平行なガス流路を有する。液体入口から液体出口まで必然的に真っ直ぐな流路は、流路を流下するガスがＭＦＩ及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類に接触するように、ＭＦＩ及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類がそれぞれ配置された壁によって区画されている。モノリス状の基体の流路は、薄い壁状の溝であり、台形状、長方形状、四角状、洞状、六角形状、楕円状、または円形状といった任意の好適な断面形状及びサイズを有する。このような構造は、断面の単位平方インチ当たりで９００個までのガス入口開口部（例えばセル）を有し、本発明によれば、構造は、好適には単位平方インチ当たりで５０〜６００個の開口部、より好適には３００〜５００個、さらにより好適には３５０〜４００個の開口部を有する。
【００３９】
このように、本発明の好適な実施の形態によれば、触媒は、モノリス状の基体、好適にはハニカム基体を有する。
【００４０】
本発明のさらに好適な実施の形態によれば、基体はウォールフローモノリスで形成されている。これらの実施の形態では、基体は、好適にはハニカムウォールフローフィルタ、湾曲またはパックされた繊維フィルタ、オープンセルフォーム、または焼結金属フィルタであり、ウォールフローフィルタが特に好適である。等しく好適なフロースルーモノリスに関しては、有用なウォールフロー基体は、基体の軸線に沿って延びる複数の細くかつ実質的に平行なガス流路を有する。典型的には、それぞれの流路は基体本体の一端で閉塞されており、他の流路は反対側の端面で閉塞されている。本発明に用いられる特に好適なウォールフロー基体は、薄い多孔質壁状のハニカムモノリスを含み、触媒を交差する背圧または圧力の過大な増大を生じることなく液体流が流下する。本発明に用いられるセラミックウォールフロー基体は、少なくとも４０％、より好適には４０〜７０％の多孔質性を有する材料で好適に形成され、５ミクロンの実質的な孔の大きさを有し、好適には５〜３０ミクロンの孔の大きさを有する。さらに好適には、基体は少なくとも５０％の多孔質性を有し、実質的な孔の大きさは少なくとも１０ミクロンである。
【００４１】
このように、本発明によれば、触媒中に好適に含まれる基体は、フロースルー基体及びウォールフロー基体からなるグループから選択され、より好適にはコーディライトフロースルー基体及びウォールフロー基体、及び炭化ケイ素フロースルー基体及びウォールフロー基体からなるグループから選択される。
【００４２】
一般的に、さらに基体を有する本発明の実施の形態によれば、ゼオライト類は任意の想定し得る形状で基体に設けられ、これらは、好適には、ウォッシュコート層として１以上の層の形態で設けられる。本発明の好適な実施の形態では、触媒は基体を含みかつこの基体に設けられた２以上の層を有し、ゼオライト類は上記２以上の層に任意の可能な方法で施される。従って、本発明は、例えば、単一の２以上の層に含有されるゼオライト類といった好適な実施の形態、及び単一以上で２以上の層に含有されるゼオライトといった実施の形態を有する。しかし、ゼオライト類は、基体に存在する層の数に関わりなく、単層に含有されることが好適である。
【００４３】
このように、触媒が基体を含む本発明の好適な実施の形態によれば、触媒が１以上の層を有することがさらに好適であり、単一の層または２以上の分離層に含有されるゼオライト類が基体に施され、単一の層にゼオライト類が好適に含有されるウォッシュコート層がより好適である。
【００４４】
基体及び基体に付与された２以上の層を有する本発明のさらなる実施の形態では、上記の層の１以上にゼオライト類が含有され、ゼオライト類を含有する１以上の層のうち、ＭＦＩ及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類の分布に関しては、特に制限はない。このように、原則として、本発明によれば、例えば、ゼオライト類を含有する層のそれぞれに、ＭＦＩ及びＣＨＡ型ゼオライト類がそれぞれ含有され、または、ゼオライト類を含有する層の部分のみがＭＦＩ及びＣＨＡ型ゼオライト類の双方を含有する。さらに、本発明のさらなる実施の形態によれば、単一の層もＭＦＩ及びＣＨＡ型のゼオライト類の双方を含有しておらず、ゼオライト類は、触媒の分離層において含有されている。しかし、本発明それ自体によれば、このような実施の形態の層の少なくとも１つは、ＭＦＩ及びＣＨＡ型ゼオライト類の双方を含有し、さらにより好適には、ゼオライト類を含有する上記実施の形態の２以上の層のそれぞれがＭＦＩ及びＣＨＡ型ゼオライト類の双方を含有していることである。
【００４５】
原則として、本発明による改良された触媒が得られれば、ＭＦＩ及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類はそれぞれ、任意の想定し得る量において触媒中に存在する。このように、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類も、ＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類も、ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類及びＣＨＡ構造型の１以上のゼオライト類の双方も、０．１〜５．０ｇ／ｉｎ3の負荷量で触媒中にそれぞれ存在し、これらの負荷量は、好適には０．７〜２．０ｇ／ｉｎ3、より好適には１．０〜１．７ｇ／ｉｎ3、より好適には１．１５〜１．５５ｇ／ｉｎ3、より好適には１．２５〜１．４５ｇ／ｉｎ3、より好適には１．３２〜１．３８ｇ／ｉｎ3、さらにより好適には１．３４〜１．３６ｇ／ｉｎ3の量である。特に、ＭＦＩ及びＣＨＡ型ゼオライト類のそれぞれの負荷は、互いに独立しており、好適な負荷量がＭＦＩ型またはＣＨＡ型ゼオライト類のいずれかに適用され得るという意味において、他方の構造型に属する１以上のゼオライト類の負荷量はそれぞれ特に制限されず、これにより、任意の負荷量でよくまたは種々の量の負荷に制限される。このように、本発明は、例えば、ＭＦＩ型ゼオライト類の負荷量は０．１〜５．０ｇ／ｉｎ3でありかつＣＨＡ型ゼオライト類の負荷量は１．３４〜１．３６ｇ／ｉｎ3である実施の形態、ＭＦＩ型ゼオライト類の負荷量は０．７〜２．０ｇ／ｉｎ3でありかつＣＨＡ型ゼオライト類の負荷量は１．３２〜１．３８ｇ／ｉｎ3である実施の形態、ＭＦＩ型ゼオライト類の負荷量は１．０〜１．７ｇ／ｉｎ3でありかつＣＨＡ型ゼオライト類の負荷量は１．２５〜１．４５ｇ／ｉｎ3である実施の形態、ＭＦＩ型ゼオライト類の負荷量は１．１５〜１．５５ｇ／ｉｎ3でありかつＣＨＡ型ゼオライト類の負荷量は１．１５〜１．５５ｇ／ｉｎ3である実施の形態、ＭＦＩ型ゼオライト類の負荷量は１．２５〜１．４５ｇ／ｉｎ3でありかつＣＨＡ型ゼオライト類の負荷量は１．０〜１．７ｇ／ｉｎ3である実施の形態、ＭＦＩ型ゼオライト類の負荷量は１．３２〜１．３８ｇ／ｉｎ3でありかつＣＨＡ型ゼオライト類の負荷量は０．７〜２．０ｇ／ｉｎ3である実施の形態、ＭＦＩ型ゼオライト類の負荷量は１．３４〜１．３６ｇ／ｉｎ3でありかつＣＨＡ型ゼオライト類の負荷量は０．１〜５．０ｇ／ｉｎ3である実施の形態を含む。
【００４６】
上記した触媒に加え、本発明は排気ガス流の処理システムに関する。特に、本発明の処理システムは、好適にはリーン燃焼エンジン、及びさらに好適にはディーゼルエンジンといった内燃エンジンを有する。しかし、本発明によれば、上記の処理システムにおいてリーン燃焼ガソリンエンジンを用いることもできる。
【００４７】
さらに、本発明による処理システムは、内燃エンジンと流体伝達を行う排気ガス導管を有する。この点において、内燃エンジンからの排気ガスを扱うことが可能であれば、任意の想定し得る導管を用いることができ、導管は、温度や、特にディーゼルエンジンといったリーン燃焼エンジンにおける内燃エンジンの排気ガス中において晒される化学物質に十分に抗することができる。本発明の趣旨の範囲内において、排気ガス導管と内燃エンジンとの間での流体伝達は、処理システムがエンジンから導管への排気ガスの一定の通路となることを示している。
【００４８】
本発明の排気ガス処理システムによれば、触媒は排気ガス導管中に存在する。一般的に、触媒は、排気ガスが導管を通過することによって排気ガスに接触させることができるという意味において、排気ガス導管中に存在していれば、想定し得る任意の手法で排気ガス導管に設けることができる。触媒は、好適には、本明細書で概略を説明した排気ガス導管内に備えられた基体上に付与され、基体は、好適には、フロースルーまたはウォールフローハニカム基体である。
【００４９】
このように、本発明はまた、内燃エンジン及び内燃エンジンと流体伝達を行う排気ガス導管を有する排気ガス処理システムに関し、本発明による触媒は排気ガス導管に存在し、かつ内燃エンジンは好適にはリーン燃焼エンジン、より好適にはディーゼルエンジンである。
【００５０】
この点において独立して、本発明はまた、発明に係る触媒が、内燃エンジンを有する排気ガス処理システム及び内燃エンジンと流体伝達を行う排気ガス導管に含有される実施の形態に関し、上記触媒は排気ガス導管内に存在し、かつ内燃エンジンは好適にはリーン燃焼エンジン、より好適にはディーゼルエンジンである。
【００５１】
本発明の好適な実施の形態によれば、排気ガス処理システムはさらに、排気ガス流に還元剤を導入する手段を有し、この手段は、発明に係るＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト類の上流に配置されている。特に、排気ガス導管にアンモニア及び／または尿素を導入する手段が備えられていることが好適である。この点において、公知の任意の手段が備えられ、特に、上記の還元剤の直接導入を必要とする能動ＳＣＲ手段で操作される排気ガス処理システムに通常に適用される。特に好適な実施の形態によれば、好適なアンモニア及び／または尿素である還元剤は、発明に係る触媒の上流の排気ガス導管に備えられた噴射ノズルによって導入される。
【００５２】
本発明の趣旨の範囲内で、排気ガス処理システムは、排気ガスの効果的な処理のための任意の更なる要素を有してもよい。特に、上記システムは、酸化触媒または触媒化煤フィルタ（ＣＳＦ）または酸化触媒及びＣＳＦの双方を好適に有している。上記実施の形態によれば、酸化触媒及び／またはＣＳＦは、排気ガス導管内に存在する。
【００５３】
本発明では、排気ガスに含有される煤を効果的に酸化しうる場合は、任意の好適なＣＳＦが用いられる。この作用のために、本発明のＣＳＦは、焼き切られた防臭煤及び／または酸化排気ガス流排出物用の１以上の触媒類を含有するウォッシュコート層で被覆された基体を好適に有する。一般的に、煤焼成触媒は、煤の燃焼用として公知の触媒である。例えば、ＣＳＦは、１以上の高表面領域難燃性酸化物（例えば、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、ジルコニア、及びジルコニアアルミナ）及び／または未燃焼炭化水素及びある程度の微粒子物質の燃焼用の酸化触媒（例えばセリアジルコニア）によって被覆され得る。しかし、煤燃焼触媒は、１以上の貴金属を含有する酸化触媒が好適であり、１以上の貴金属触媒は、好適には、プラチナ、パラジウム、及びロジウムからなるグループから選択された１以上の金属類を含有する。
【００５４】
ＣＳＦに代えてまたはＣＳＦに加えて排気ガス処理システムにおいて好適に含有される酸化触媒に関しては、排気ガスに含有される未燃焼炭化水素、ＣＯ、及び／またはＮＯXを酸化するために適した任意の酸化触媒が用いられる。特に、１以上の貴金属触媒、より好適にはプラチナ、パラジウム、及びロジウムからなるグループから選択された１以上の貴金属を含む酸化触媒が好適である。本発明の特に好適な実施の形態によれば、排気ガス処理システムの内燃エンジンはディーゼルエンジンであり、酸化触媒は、好適にはディーゼル酸化触媒である。特に、本発明の趣旨の範囲内で、“ディーゼル酸化触媒”は、特に、温度及び処理において遭遇するディーゼル排気ガスの成分に関して、ディーゼル排気ガスの酸化物に特に良好に適合する任意の酸化触媒を意味する。
【００５５】
特に好適な実施の形態によれば、排気ガス処理システムはさらにＣＳＦを含有し、かつさらにより好適にはＣＳＦ及び酸化触媒の双方を含有する。より好適には、排気ガス処理システムは、さらにＣＳＦ及びディーゼル酸化触媒を含有する。
【００５６】
原則として、酸化触媒及び／またはＣＳＦをさらに含有する排気ガス処理システムの実施の形態では、排気ガスの効果的な処理がなされるという場合には、更なる要素は、任意の順序及び任意の配置で排気ガス導管内に存在してもよい。しかし、特に、上記の更なる要素の存在及び／または順序及び／または配置は、特に温度や圧力に関して型や状態に依存し、かつ処理される排気ガスの平均的な成分に依存する。このように、排気ガス処理システムの装置に依存して、本発明は、酸化触媒及び／またはＣＳＦが本発明のＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒の上流または下流に配置される好適な実施の形態、及び酸化触媒とＣＳＦの双方を有する好適な実施の形態を有し、酸化触媒が上流に配置されるとともにＣＳＦが下流に配置される、または逆に、ＣＳＦが上流に配置されるとともに酸化触媒が下流に配置される。特に好適な本発明の実施の形態によれば、酸化触媒及び／またはＣＳＦは、発明に係るＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒の上流に配置され、より好適には、排気ガス処理システムは、発明に係るＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒から上流の酸化触媒及びＣＳＦの双方を含有する。本発明の趣旨の範囲内において、“上流”及び“下流”は、内燃エンジンと流体伝達を行う排気ガス導管を通る排気ガスの流れ方向に関する。
【００５７】
このように、本発明はまた、上記のように規定された排気ガス処理システムに関し、上記の排気ガス処理システムはさらに酸化触媒及び／または触媒化煤フィルタ（ＣＳＦ）を含有し、酸化触媒及び／またはＣＳＦは、好適には発明に係るＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒から上流に配置され、内燃エンジンがディーゼルエンジンであるという状態において酸化触媒がディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）である。
【００５８】
さらに、概略を上述したように、排気ガス処理システムは、好適には排気ガス導管に還元剤を導入する手段をさらに有し、この手段は、発明に係るＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒から上流に配置される。特に、上記手段は、アンモニア及び／または尿素を含有する還元剤を排気ガス導管に導入することを可能とする。従って、本発明は、発明に係るＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒からそれぞれ好適に上流に配置される酸化触媒及び／または触媒化煤フィルタ（ＣＳＦ）を更に有することに加え、または更に有することに代え、内燃エンジンがディーゼルエンジンである場合にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）となる酸化触媒を有する排気ガス処理システムに関し、このシステムは、アンモニア及び／または尿素を好適に含有する還元剤を排気ガス導管に導入する手段をさらに有し、この手段は、発明に係るＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒の上流に配置される。
【００５９】
本発明のさらに好適な実施の形態によれば、排気ガス処理システムは、ＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒の下流に配置され、ＳＣＲで反応しなかった過剰なアンモニア及び／または尿素を酸化するアンモニアスリップ触媒を更に有する。好適なアンモニアスリップ触媒に関しては、上記触媒は、上記の過剰なアンモニア及び／または尿素を効果的に酸化するものであれば、公知の触媒を排気ガス導管内に配置してもよい。特に、上記の好適な実施の形態は、上述のように定義した排気ガス導管に還元剤を導入する手段を有する本発明による排気ガス処理システムを有するものである。
【００６０】
触媒及び上記の触媒を有する排気ガス処理システムに加えて、本発明は、ＮＯXを含有するガス流の処理方法に関する。一般的に、本発明のプロセスでは、ＮＯXを含有する任意の好適なガス流は、本発明によるＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒と接触した際に、その状態と成分の双方が処理を受けるのに適しているのであれば、処理され得る。好適な上記処理の少なくとも一部は、上記ガスを含有する少なくとも一部のＮＯXの選択的触媒還元を有する。この目的のために、発明に係る方法で用いられるガス流は、好適には少なくとも１の還元剤を含有する。この還元剤は、好適にはアンモニア及び／または、尿素及び／またはカルバミン酸アンモニウムといった任意のアンモニア前駆体であり、尿素は、好適にはアンモニア前駆体に含有される。しかし、本発明の方法の更なる実施の形態によれば、用いられるガス流は、炭化水素、及び／または例えば自動車両の燃料及び／または自動車両の排気ガス、特にディーゼル燃料及び／または排気ガスに存在する含酸素炭化水素といった炭化水素誘導体を含有する。上記還元剤は、発明に係る方法で処理されるガス中に、アンモニアに加えて含有されていてもよいし、あるいは他の実施の形態によれば、アンモニアに代えて上記ガス中に含有されていてもよい。しかし、本発明によれば、ガスが、特にＳＣＲを介した排気ガス排出物の処理用の還元剤としてのアンモニア及び／または尿素を含有することが好適である。
【００６１】
このように、本発明は、本発明で定義されたＮＯXを含有するガス流の処理方法に関し、ガス流は、アンモニア及び／または尿素を含有する。
【００６２】
ガス流中の還元剤の含有物に関しては、上記ガス中のＮＯXの少なくとも一部が本発明のＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒と接触した際にＳＣＲによって還元されるのであれば、上記還元剤はアンモニア及び／または尿素を含有することが好ましく、この点については特に限定されるものではない。しかし、上記還元剤の含有量が、触媒によってＮＯXの最大変換に必要な還元剤の量に相当程度由来するものではないことが好適である。この点において、ＮＯXの最大変換は、発明に係る方法のある時点でＳＣＲによって変換され得るＮＯXの最大量を示している。すなわち、最大変換は、還元剤との接触によって処理されるべきガス及び触媒の双方の実際の状態及び条件に対して、特に還元剤の含有量に依存し、及び好適には、還元剤に含有されるアンモニア及び／または尿素の量に依存する。従って、ＮＯXの最大の変換は、直接的に還元剤の最大量を反映する。この還元剤は、ＳＣＲ工程のある時点でＮＯXと反応するアンモニア及び／または尿素が好適である。
【００６３】
本発明の好適な実施の形態によれば、発明に係る方法で用いられるガス流は、ＮＯXを含有する排気ガス流が好適である。この点では、本発明のＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒による処理に適し、またはこのような触媒を用いた処理に適したガス流に加工されるのであれば、このような排気ガス流につながるプロセスに関しては、特に制限されるものではない。発明に係る方法によれば、排気ガス流は、内燃エンジンから生じる排気ガス流であることが好適であり、より好適にはリーン燃焼エンジンから生じる排気ガス流である。特に好適な実施の形態によれば、排気ガス流は、ディーゼルエンジンの排気ガス流である。
【００６４】
本発明による工程では、ガス流は発明に係るＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒と接触されて処理される。この接触は、触媒をガス流で覆い、あるいはガス流を触媒に通過させることによって行われる。しかし、このような接触は、発明に係る触媒を覆って通過させることによって達成させてもよい。好適な実施の形態によれば、好適にはフロースルー基体を含有する触媒をガス流で覆い、あるいはガス流は触媒を通過せしめられる。この場合は、触媒は、好適にはウォールフロー基体を有している。しかし、ウォールフロー基体を使用する場合は、方法の条件や触媒の特定の形態及び形状に基づいて、少なくともガス流の一部で触媒が覆われる。発明に係る方法の特に好適な実施の形態では、発明に係る方法に用いられる触媒は、ウォールフローハニカム基体及びフロースルーハニカム基体の双方を含有している。
【００６５】
このように、本発明は、ＮＯXを含有するガス流を処理する方法に関し、この方法では、ガス流が本発明によるＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト触媒を覆い、あるいは通過せしめられる。ガス流は、好適には排気ガス流であり、より好適には内燃エンジンから生じた排気ガス流、より好適にはディーゼル排気ガス流である。
【００６６】
発明に係る方法では、ガス流中に含有されるＮＯXの量には、特に制限はないが、発明に係る方法で用いられるガス流中のＮＯXの量は、排気ガスの総質量に基づいて１０質量％以下が好適であり、より好適には１質量％以下、より好適には０．１質量％以下、より好適には０．０５質量％以下、より好適には０．０３質量％以下、さらにより好適には０．０１質量％以下である。
【００６７】
発明に係る方法で処理されるガス流中に含有される微量のＮＯXの特定の成分に関しては、ガス流中に含有される特定の窒素酸化ガスＮＯXの種類及び含有量について特に制限はない。しかし、本発明の特定の実施の形態によれば、ＮＯXの総含有量に対するＮＯ2の含有量は８０質量％、またはＮＯXの１００質量％以下が好適であり、より好適には、ＮＯ2の含有量が５〜７０質量％の範囲、より好適には１０〜６０質量％の範囲、より好適には１５〜５５質量％の範囲、及びさらに好適には２０〜５０質量％の範囲である。
【００６８】
一般的に、本出願で定義される発明に係る方法で用いられるガス流の成分は、発明に係る方法における成分の使用、特に触媒と成分との接触に先行する。しかし、好適には、上記成分は、触媒に接触する直前のガス流の成分を示すものである。すなわち、触媒化学変換による処理の開始直前の成分のことである。
【００６９】
このように、本発明はまた、本出願で定義されるＮＯXを含有するガス流の処理方法に関するものであり、この処理は触媒とガス流との接触の前に行われ、ＮＯ2の含有量は８０質量％、またはＮＯXの１００質量％の基準以下、より好適には、ＮＯ2含有量は５〜７０質量％の範囲、より好適には１０〜６０質量％、より好適には１５〜５５質量％、さらにより好適には２０〜５０質量％の範囲である。
【００７０】
本発明に係る触媒は、公知技術の方法で容易に調製可能である。代表的な方法を、以下説明する。ここで用いられる“ウォッシュコート”の一般的な意味は、処理されたガスの通路となる十分な孔を好適に有するハニカム型キャリア部材といった基体キャリア材料として用いられる、公知技術として知られた薄くかつ付着性被覆がなされた触媒のまたは他の材料である。
【００７１】
触媒のいくつかのゼオライト成分は、触媒分野の当業者に自明な手法で、連続的なステップにおいて、１以上の成分の混合物として基体に適用することができる。本発明の触媒製造の典型的な方法は、ＭＦＩ構造型の少なくとも１のゼオライト、及びＣＨＡ構造型の少なくとも１のゼオライトのそれぞれを、特に好適なフロースルーまたはウォールフローハニカム基体の壁部に、被覆またはウォッシュコート層として付与することである。本発明のいくつかの好適な実施の形態によれば、ゼオライト類は、基体上に単一のウォッシュコートとして設けられる。
【００７２】
しかし、本発明による触媒は、少なくとも１のバインダを用いて好適に調製され、触媒分野で、特に自動車のＳＣＲ触媒分野において任意に想定し得るバインダが用いられる。この点において、シリカアルミナバインダは例えば、本発明に係る触媒の調製に好適に用いられ、このバインダは１以上のゼオライト成分とともに施され、好適には、基体上の１以上の被覆中のゼオライト成分とともに施され、より好適には、1以上のウォッシュコート層のゼオライト成分とともに施される。
【００７３】
発明に係る触媒を調製するためには、１またはおそらくはそれ以上のウォッシュコート層がそれぞれスラリーに加工される。好適には、水性のスラリーである。基体は、過剰なスラリーが基体の壁部の上の２以上のスラリーの薄い被覆を付与するために除去された後に、個々のウォッシュコートに適用されるためにそれぞれのスラリーに浸される。被覆された基体は乾燥され、好適にはか焼され、基体の壁部に対してそれぞれの成分の付着性を有する被覆が施される。このように、例えば、基体上に最初のウォッシュコート層が施された後、及び好適には被覆された基体が乾燥及び／またはか焼された後に、生成され被覆された基体は、最初のウォッシュコート層の上に第２のウォッシュコート層を形成するために更なるスラリーに浸される。再び、基体は乾燥及び／またはか焼され、最終的に第３のウォッシュコートが被覆され、続いて再び乾燥及び／またはか焼されて、本発明の１の実施の形態に従って仕上げの触媒が施される。この方法により被覆された触媒の乾燥、洗浄及びか焼の工程に関して、特に、被覆された触媒の洗浄に用いられる溶媒及び／または溶液に関して、乾燥及びか焼の工程において用いられる温度、持続時間、及び大気に関してはそれぞれ、触媒分野において公知の手法でそれぞれ実行される。か焼の工程に関しては、特にＳＣＲにおける使用に関して、触媒の安定性におけるあらゆる著しい、あるいは実質的な質の低下を引き起こすことなく、工程が触媒の所望の変形につながるのであれば、任意の温度を用いることができる。このように、ある場合において、か焼の温度は７００℃を超えることなく、好適には６５０℃以下、より好適には６００℃以下、さらにより好適には５５０℃以下である。このように、か焼は、例えば５００℃〜６５０℃の範囲、好適には５５０℃〜６５０℃の範囲、より好適には５７０℃〜５９０℃の範囲、さらに好適には５７５℃〜５８５℃の温度範囲を有する温度の下で実行される。
【００７４】
しかし、上記方法で発明に係る触媒が調製される場合は、施与及び任意の乾燥の後は、ウォッシュコート層の洗浄が行われないことが好適である。
【００７５】
従って、本発明の触媒は、以下の工程で調製される。
（ａ）ＭＦＩ構造型の少なくとも１のゼオライト及びＣＨＡ構造型のゼオライト類から選択された少なくとも１のゼオライトを供給する。ＭＦＩ構造型の１以上のゼオライト類の少なくとも一部は鉄を含み、ＣＨＡ構造型の１以上のさらなるゼオライト類の少なくとも一部は銅を含む。
（ｂ）それぞれが１以上のゼオライト類を含有する１以上のウォッシュコート組成物を供給し、
（ｃ）基体上の１以上のそれぞれの層に１以上のウォッシュコート層を施与し、乾燥工程は、１以上の個別の層のそれぞれの施与の後に任意に実行され、
（ｄ）被覆された基体を任意に洗浄及び／または乾燥し、被覆された基体は好適には洗浄されないで、
（ｅ）被覆された基板をか焼工程に移行する。
【実施例】
【００７６】
（実施例１）
触媒組成物は、ＣＨＡ構造型のゼオライトを１．３５ｇ／ｉｎ3含有しており、このＢＥＡ型ゼオライトは、アルミナに対するシリカの比率（ＳＡＲ）がおよそ３０であり、かつＣＨＡ型ゼオライトの総質量を基準として３質量％の銅を含有している。触媒組成物は、ＭＦＩ構造型のゼオライトを１．３５ｇ／ｉｎ3含有しており、このＭＦＩ型ゼオライトは、アルミナに対するシリカの比率（ＳＡＲ）がおよそ２６であり、かつＭＦＩ型ゼオライトの総質量を基準として３．８質量％の鉄を含有しており、０．３ｇ／ｉｎ3のシリカアルミナバインダを有している。
【００７７】
（比較例２）
触媒組成物は、ＣＨＡ構造型のゼオライトを１．９ｇ／ｉｎ3含有して調製される。このＣＨＡ型ゼオライトは、アルミナに対するシリカの比率（ＳＡＲ）がおよそ３０であり、かつＣＨＡ型ゼオライトの総質量を基準として３質量％の銅を含有しており、０．１ｇ／ｉｎ3のシリカアルミナバインダを有している。
【００７８】
（比較例３）
触媒組成物は、ＢＥＡ構造型のゼオライトを１．３５ｇ／ｉｎ3含有して調製された。このＢＥＡ型ゼオライトは、アルミナに対するシリカの比率（ＳＡＲ）がおよそ４０であり、かつＢＥＡ型ゼオライトの総質量を基準として１．３質量％の鉄を含有している。一方、触媒組成物は、ＭＦＩ構造型のゼオライトを１．３５ｇ／ｉｎ3含有しており、このＭＦＩ型ゼオライトは、アルミナに対するシリカの比率がおよそ２６であり、かつＭＦＩ型ゼオライトの総質量を基準として３．８質量％の鉄を含有しており、０．３ｇ／ｉｎ3のシリカアルミナバインダを有している。
【００７９】
（ＳＣＲ性能試験）
ＳＣＲ触媒のＤｅＮＯX性能は、ＭＶＥＧ（Ｍｏｔｏｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  Ｇｒｏｕｐ）とも称されるＮｅｗ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅを用いた一過性の状態において評価されたものである。特に、試験状態においては、排気ガス流の微量のＮＯXは、ＮＯXの総含有量に基づくとほぼ３０質量％となるＮＯ2を含有していた。
【００８０】
試験では、実施例１、比較例２及び３による触媒組成物はそれぞれ、５．６６”×５．６６”×６”フロースルーハニカム基体で被覆されていた。この基体は、２．５Ｌの容量、単位平方インチ当たり４００セルのセル密度、及びおよそ１００μｍ（４ミリ）の壁厚を有する。この方法で調製された触媒サンプルは、試験される触媒の上流にそれぞれ配置されたディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒煤フィルタ（ＣＳＦ）を用いて、排気ガス処理システムにおいて試験される。
【００８１】
ＮＥＤＣ触媒試験の結果を図１及び２にそれぞれ示す。図示のように、ＣＨＡ型及びＭＦＩ型ゼオライト類の組み合わせを含む実施例１による発明に係る触媒は、ＣＨＡ型ゼオライトのみを含有する比較例２の触媒サンプルと対比すると、明らかに改良された特性を示している。特に、図２から理解されるように、発明に係る触媒は、比較例２の触媒と比べると、相当程度に高いＮＯX排出物の変換率を示している。さらに、図１で示された結果を考慮すると、ＮＯX排出物のレベルは、ＮＥＤＣ試験時間の関数として示されており、発明に係る触媒は、以前のＥｕｒｏｐｅａｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｃｙｃｌｅ（ＥＣＥ−１５）に対応する０〜８００秒の間、及びより高い空間速度とより高いＮＯX質量流量のｅｘｔｒａ−ｕｒｂａｎ  ｐａｒｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｃｙｃｌｅにおける８００〜１２００秒の間で比較例２と対比すると、優れた変換特性を発揮した。
【００８２】
イオン交換ゼオライトまたはＭＦＩ及びＢＥＡ構造型ゼオライトの混合物を含む発明に係る実施例の特定のＭＦＩ／ＣＨＡゼオライト混合物とは対照的である、  図１の比較例３の試験結果と比較すると、発明に係る触媒は、ＮＥＤＣ試験（図１を参照）の低温の間及び緩やかな空間速度部分においては、性能が若干低い。しかし、上記の初期特性は、より高い空間速度とより高いＮＯX質量流量における顕著な変換率で良好に補われる。このように、図２に示された全体特性の結果から理解されるように、発明に係る触媒は、比較例３による触媒よりも優れた特性を示す。特に、比較例３による触媒の特性は、ＮＥＤＣにおける０〜８００秒の間のｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ  ｕｒｂａｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓにいくらか良好に適用されるものではあるが、発明に係る触媒は、８００秒と１２００秒との間のｅｘｔｒａ−ｕｒｂａｎ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｓｅｃｔｉｏｎでの顕著な特性によって、全体のサイクルに亘って明確に優れた特性を示すものである。従って、触媒特性の全体を考慮すると、発明に係る触媒は、ＮＥＤＣ試験で示される平均的な乗用車の実際の運転挙動を考慮した場合、発明に係る触媒は、時間をかけて実際の自動車両の排気ガス排出パターンに良好に適合される。
【００８３】
結果として、本発明による触媒は、比較例２により表される先行技術による触媒と対比すると、ＳＣＲにおいて明らかに優れた特性を示す。さらに、特に、これは、ＮＥＤＣ試験に示されるような、自動車両の使用により生じる実際の運転状態において顕著である。特に、このように良好な結果は、本発明の触媒により規定されるゼオライト材料の特定の結合の使用に帰することとなる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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