(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＦＸ骨格と１５から５０のシリカアルミナ比（ＳＡＲ）とを有するＣｕ担持ゼオライトを含み、ゼオライトが、３重量パーセント未満の合成後アルカリ含有量を有し、０．１〜１５μｍの結晶平均サイズを有する、排気ガス処理用触媒。
【請求項２】
Ｃｕ担持ゼオライトが、Ｃｕを、０．１から８重量パーセント含有する、請求項１に記載の触媒。
【請求項３】
金属担持ゼオライトが、Ｃｕを０．５から５重量パーセント含有する、請求項２に記載の触媒。
【請求項４】
前記Ｃｕが非骨格銅である、請求項３に記載の触媒。
【請求項５】
前記ＳＡＲが２０から４０である、請求項１に記載の触媒。
【請求項６】
前記ＳＡＲが２０から３０である、請求項１に記載の触媒。
【請求項７】
ゼオライトの結晶相の大部分がＡＦＸ骨格を有する、請求項１に記載の触媒。
【請求項８】
前記触媒が、ＮＨ３のＮＯｘとの反応を促進して窒素と水とを選択的に形成する効果を有する、請求項１に記載の触媒。
【請求項９】
前記触媒がハニカムモノリスへと押し出されている、請求項１に記載の触媒。
【請求項１０】
請求項１に記載の触媒、並びに、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、及びそれらの組み合わせから選択される一以上のバインダを含む、触媒ウォッシュコート。
【請求項１１】
ａ．フロースルーハニカムモノリス及びウォールフロー型フィルタから選択される、基材と
ｂ．前記基材上及び／又は前記基材内に配置され、請求項１に記載の触媒組成物を含む、触媒コーティングと
を含む、排気ガス処理システム。
【請求項１２】
前記触媒コーティングの少なくともの一部分の下流の酸化触媒を更に含む、請求項１１に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１３】
前記触媒コーティングの上流に配置されたＮＯｘ捕集又はＮＯｘ吸蔵触媒を更に含む、請求項１１に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１４】
ＳＣＲ還元剤とＮＯｘを含む排気ガスとの混合物を、ＡＦＸ骨格と１５から５０のシリカアルミナ比（ＳＡＲ）とを有するＣｕ担持ゼオライトを含む触媒に接触させるステップを含む、排気ガス処理方法であって、ゼオライトが、３重量パーセント未満の合成後アルカリ含有量を有し、０．１〜１５μｍの結晶平均サイズを有し、前記接触によりＮＯｘの少なくとも一部を窒素と水とに還元する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排気ガスを処理するための触媒及び方法に関する。
【０００２】
関連技術の記載
エンジンにおける炭化水素系燃料の燃焼は、比較的無害な窒素（Ｎ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を主に含有する排気ガスを生成する。しかし排気ガスは、有害及び／又は毒性物質、例えば不完全燃焼から生じる一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料から生じる炭化水素（ＨＣ）、過度の燃焼温度から生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）、及び粒子状物質（大部分はスート）も比較的少量含有する。大気中に放出される燃焼ガス及び排気ガスの環境影響を軽減するために、望ましくない成分の量を、好ましくは別の有害又は有毒物質を生じないプロセスによって除去又は低減することが望ましい。
【０００３】
典型的には、リーンバーンガスエンジンからの排気ガスは、炭化水素燃料の適度な燃焼を確保するために提供酸素の比率が高いことによる正味の酸化作用を有する。このようなガスにおいて、除去するのに最も問題となる成分の一つは、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、及び亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を含むＮＯｘである。排気ガスが還元ではなく酸化反応を有利にするのに十分な酸素を含むことから、ＮＯｘのＮ２への還元は特に問題となる。にもかかわらず、ＮＯｘは選択的触媒還元（ＳＣＲ）として一般に知られるプロセスにより還元され得る。ＳＣＲプロセスは、触媒の存在下、アンモニアなどの還元剤を用いてＮＯｘを元素窒素（Ｎ２）と水に変換することを包含する。ＳＣＲプロセスでは、アンモニアのようなガス状の還元剤が、排気ガスをＳＣＲ触媒と接触させる前に排気ガス流に添加される。還元剤は触媒上に吸収され、ガスが触媒化基材の内部又は上を通過する際にＮＯｘの還元反応が起こる。アンモニアを使用した化学量論的ＳＣＲ反応の化学式は次の通りである。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
【０００４】
ＳＣＲ触媒として、交換された遷移金属を有するゼオライトが有用であることが知られている。銅で交換された従来の小孔ゼオライトは、低温での高ＮＯｘ変換を達成するのに特に有用である。ＡＦＸ骨格を有するゼオライトの使用については以前記載した。しかしながら、このゼオライトは特に３５０℃を上回る温度で水熱安定性に乏しいことが報告された。従って、３５０℃〜５５０℃の温度（ディーゼルエンジンの典型的な排気温度）でＳＣＲとして効率よく作動できる改善されたＳＣＲ触媒が依然求められている。本発明は、とりわけこの需要を満たすものである。
【発明の概要】
【０００５】
選択的触媒還元プロセスによるＮＯｘの処理に、ＡＦＸ骨格を有しＳＡＲが高いモレキュラーシーブが有用であることを、出願人らは見出した。例えば、少なくとも１５のＳＡＲを有するＡＦＸゼオライトは、特に既知のＡＦＸゼオライト触媒と比較して優れた水熱安定性及び良好なＳＣＲ性能を示した。更に、本発明のＡＦＸゼオライトは既知のＡＦＸゼオライトに比べてＮ２Ｏ副生成物の発生が比較的少なかった。
【０００６】
従って、一態様では、ＡＦＸ骨格と約１５〜約５０のシリカアルミナ比（ＳＡＲ）とを有する金属担持ゼオライトを含む、排気ガス処理用触媒が提供される。
【０００７】
本発明の別の態様では、ＡＦＸ骨格と約１５〜約５０のシリカアルミナ比（ＳＡＲ）とを有する金属担持ゼオライトと、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、及びそれらの組み合わせから選択される一以上のバインダとを含む、触媒ウォッシュコートが提供される。
【０００８】
本発明の別の態様では、（ａ）フロースルーハニカムモノリスとウォールフロー型フィルタとから選択される基材、及び（ｂ）基材上に及び／又は基材内に配置された触媒コーティングを含む、排気ガス処理システムが提供される。触媒コーティングは、ＡＦＸ骨格と約１５〜約５０のシリカアルミナ比（ＳＡＲ）とを有する金属担持ゼオライトを含む排気ガス処理用触媒を含む。
【０００９】
本発明の更に別の態様では、ＳＣＲ還元剤とＮＯｘを含む排気ガスとの混合物を、ＡＦＸ骨格と約１５〜約５０のシリカアルミナ比（ＳＡＲ）とを有する金属担持ゼオライトを含む触媒に接触させるステップを含む、排気ガスの処理方法が提供される。前記接触によりＮＯｘの少なくとも一部を窒素と水とに還元する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の比較のためのＮＯｘ変換性能を示すグラフである。
【図２】本発明の比較のためのＮ２Ｏ副生成物発生を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
環境大気の質を改善するための、具体的には発電所、ガスタービン、リーンバーン内燃機関等によって生成される放出排気ガスを処理するための触媒、排気ガス処理システム、及び方法が提供される。排気ガスの放出は、幅広い動作温度範囲にわたってＮＯｘ濃度を低減することによって少なくとも部分的に改善される。ＮＯｘの変換は、ＡＦＸ骨格を有する金属担持ゼオライト触媒に排気ガスを接触させることにより達成される。
【００１２】
好ましい触媒は、主な結晶相としてＡＦＸ骨格を有するモレキュラーシーブを含む。本明細書で使用される「ＡＦＸ」の語は、国際ゼオライト協会（ＩＺＡ）の構造委員会が認めたＡＦＸ骨格タイプをさす。アルミノケイ酸塩のゼオライト構造の大部分は、アルミナ及びシリカから構成されるが、アルミニウム以外の骨格金属（すなわち、金属置換したゼオライト）を含み得る。本明細書で使用されるように、ゼオライトに関する「金属置換された」という用語は、ゼオライトの骨格が、置換金属によって置換された１以上のアルミニウム又はケイ素の骨格原子を有することを意味する。対照的に、「金属交換された」という用語は、ゼオライトが、骨格構造に関連して余剰骨格（ｅｘｔｒａ‐ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）又は遊離金属イオンを有するが、それらが骨格自身の部分を形成しないことを意味する。金属交換されたＡＦＸ骨格の例は、骨格鉄の原子及び／又は骨格銅の原子を有するものを含む。本発明では、ＡＦＸの任意のアルミノケイ酸塩アイソタイプ（ｉｓｏｔｙｐｅ）が適している。
【００１３】
好ましくは、モレキュラーシーブの主要な結晶相はＡＦＸであるが、他の結晶相もまた存在してよい。ある実施態様では、主要な結晶相は、少なくとも約９０重量パーセントのＡＦＸ、好ましくは少なくとも約９５重量パーセントのＡＦＸ、更に好ましくは少なくとも約９８重量パーセントもしくは約９９重量パーセントのＡＦＸを含む。ある実施態様ではＡＦＸモレキュラーシーブが実質的に他の結晶相を含まず、ある実施態様では２以上の骨格型の連晶（ｉｎｔｅｒｇｒｏｗｔｈ）でない。他の実施態様では、ゼオライト結晶がＡＦＸと少なくとも１つの他の骨格相との連晶である。他の結晶相に関して「実質的に含まない」とは、モレキュラーシーブが少なくとも９９重量パーセントのＡＦＸを含有することを意味する。
【００１４】
好ましいゼオライトは、約１５よりも大きい、例えば、約１５〜約５０、約２０〜約５０、約２０〜約３０、又は約２０〜約２６のシリカ対アルミナのモル比（ＳＡＲ）を有する。ゼオライトのシリカアルミナ比は、従来式の解析によって求められ得る。この比は、ゼオライト結晶の剛性（ｒｉｇｉｄ）原子骨格における比をできるだけ近似的に表し、かつバインダ中の又はチャネル内のカチオンもしくはその他の形態のケイ素又はアルミニウムを除くものとされている。バインダ材料、特にアルミナバインダと組み合わされた後にゼオライトのシリカ対アルミナの比を直接的に測定することは困難であり得るため、これらのシリカ対アルミナの比はゼオライト自身のＳＡＲ、即ちゼオライトが他の触媒成分と組み合わされる前のものによって表される。
【００１５】
ＡＦＸゼオライトに加えて、触媒組成物は、余剰骨格金属としてゼオライト材料上及び／又はゼオライト材料内に配置された少なくとも１つの助触媒金属（ｐｒｏｍｏｔｅｒ  ｍｅｔａｌ）を含む。本明細書で用いられる「余剰骨格金属」の語は、モレキュラーシーブ内及び／又はモレキュラーシーブ表面の少なくとも一部分上に好ましくはイオン種として存在するものであり、アルミニウムを含まず、モレキュラーシーブの骨格を構成する原子を含まない。好ましくは、ＮＯｘ還元、ＮＨ３酸化、及びＮＯｘ貯蔵などのプロセスを含む、ディーゼルエンジンからの排気ガスなどの排気ガスの処理が、助触媒金属の存在により促進される。
【００１６】
助触媒金属は、金属交換されたゼオライトを生成するために触媒産業において使用される認知された触媒活性金属のうちの任意のものであってよく、特に、燃焼プロセスから得られた排気ガスを処理するための触媒活性を有するとして知られた金属であり得る。ＮＯｘの還元プロセス及び貯蔵プロセスに有用な金属が特に好ましい。助触媒金属は、広義に解釈されるべきであり、具体的には、銅、ニッケル、亜鉛、鉄、タングステン、モリブデン、コバルト、チタン、ジルコニウム、マンガン、クロム、バナジウム、ニオブ、更に、錫、ビスマス、及びアンチモン、並びに、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、インジウム、白金、及び金や銀などの貴金属などの白金族金属を含む。好ましい遷移金属は卑金属であり、好ましい卑金属は、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、及び銅、並びにそれらの混合物を含む。好ましい実施態様では、助触媒金属のうちの少なくとも１つは銅である。他の好ましい助触媒金属は、鉄、特に銅と組み合わされた鉄を含む。
【００１７】
ある実施態様では、助触媒金属が、ゼオライトの全重量に対し、約０．１〜約１０重量パーセント（ｗｔ％）、例えば、約０．５ｗｔ％〜約５ｗｔ％、約０．５〜約１ｗｔ％、約１〜約５ｗｔ％、約２．５ｗｔ％〜約３．５ｗｔ％の濃度で、ゼオライト材料中に存在する。銅、鉄、又はそれらの組み合わせを使用する実施態様において、ゼオライト材料中のこれらの遷移金属の濃度は、好ましくは、約１〜約５重量パーセント、より好ましくは約２．５〜約３．５重量パーセントである。
【００１８】
ある実施態様では、銅などの助触媒金属は、例えば、約８５〜約９５ｇ／ｆｔ３、又は約９０〜約９５ｇ／ｆｔ３を含む、約８０〜約１２０ｇ／ｆｔ３までの範囲の量で、ゼオライト又はウォッシュコートローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）中に存在する。
【００１９】
ある実施態様では、助触媒金属は、ゼオライト中のアルミニウム、すなわち骨格アルミニウムの量に対応する量で存在する。本明細書で使用されるように、助触媒金属対アルミニウム（Ｍ：Ａｌ）の比は、対応するゼオライト中のモル骨格Ａｌに対する助触媒金属の相対的なモル量に基づく。ある実施態様では、触媒材料は、約０．１〜約１．０、好ましくは約０．２〜約０．５のＭ：Ａｌ比を有する。約０．２〜約０．５のＭ：Ａｌ比は、Ｍが銅である場合、特にＭが銅でありゼオライトのＳＡＲが約２０〜約２５の場合に有用である。
【００２０】
好ましくは、Ｃｕの組み込みが、合成中又はその後に、例えばイオン交換もしくは含浸によって生じる。一例では、金属交換ゼオライトがイオン性銅混合物中で合成される。その後、金属交換ゼオライトは洗浄、乾燥、か焼される。
【００２１】
一般的に、モレキュラーシーブ内又はモレキュラーシーブ上での触媒金属カチオンのイオン交換は、約７のｐＨで約１から２４時間にわたり、室温又は約８０℃までの温度で行われ得る。得られる触媒モレキュラーシーブ材料は、好ましくは、約１００から１２０℃で一晩乾燥され、少なくとも約５００℃の温度でか焼される。
【００２２】
ある実施態様では、触媒組成物が、少なくとも１つの助触媒金属、及び少なくとも１つのアルカリもしくはアルカリ土類金属の組み合わせを含み、遷移金属及びアルカリもしくはアルカリ土類金属は、ゼオライト材料上に又はその内部に配置される。アルカリ又はアルカリ土類金属は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、又はそれらの何らかの組み合わせから選択され得る。本明細書で使用される「アルカリ又はアルカリ土類金属」の語は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のどちらか一方のみが使用されることを意味せず、１以上のアルカリ金属が単独でもしくは１以上のアルカリ土類金属と組み合せて使用されてもよく、１以上のアルカリ土類金属が単独でもしくは１以上のアルカリ金属と組み合せて使用されてもよいことを意味する。ある実施態様ではアルカリ金属が好適である。ある実施態様では、アルカリ土類金属が好適である。好ましいアルカリ又はアルカリ土類金属は、カルシウム、カリウム、及びそれらの組み合わせを含む。ある実施態様では、触媒組成物がマグネシウム及び／又はバリウムを実質的に含まない。ある実施態様では、触媒は、カルシウム及びカリウムを除く任意のアルカリ又はアルカリ土類金属を実質的に含まない。ある実施態様では、触媒は、カルシウムを除く任意のアルカリ又はアルカリ土類金属を実質的に含まない。更に、ある実施態様では、触媒は、カリウムを除く任意のアルカリ又はアルカリ土類金属を実質的に含まない。本明細書で使用される「実質的に含まない」という語は、材料が相当量の特定の金属を有しないことを意味する。即ち、この特定の金属が、特にＮＯｘを選択的に還元又は貯蔵するための材料の能力に関して、材料の基本的な物理的及び／又は化学的特性に影響を与えるであろう量で存在しない。
【００２３】
ある実施態様では、ゼオライト材料は、３重量パーセント未満、より好ましくは、１重量パーセント未満、更により好ましくは、０．１重量パーセント未満の合成後アルカリ含有量を有する。ここで、合成後アルカリ含有量とは、合成の結果としてゼオライト中に生じるアルカリ金属（即ち、合成出発物質に由来するアルカリ）の量をさし、合成後に添加されるアルカリ金属を含まない。ある実施態様では、アルカリ金属が合成後に添加され、助触媒金属との組み合わせで作用してもよい。
【００２４】
ある実施態様では、アルカリ及び／又はアルカリ土類金属（集合的にＡＭ）が、ゼオライト中の助触媒金属（Ｍ）の量に対応する量で、ゼオライト材料中に存在する。特にＭが銅でＡＭがカルシウムである場合、Ｍ及びＡＭはそれぞれ、約１５：１〜約１：１、例えば約１０：１〜約２：１、約１０：１〜約３：１、又は約６：１〜約４：１のモル比で存在するのが好ましい。カルシウムなどのアルカリ及び／又はアルカリ土類金属を含むある実施態様では、存在する銅の量は、ゼオライトの重量に対して２．５重量パーセント未満、例えば、２重量パーセント未満、又は１重量パーセント未満である。
【００２５】
ある実施態様では、助触媒金属（Ｍ）並びにアルカリ及び／又はアルカリ土類金属（ＡＭ）の相対的累積量は、ゼオライト中のアルミニウム、すなわち骨格アルミニウムの量に対応する量でゼオライト材料中に存在する。本明細書で使用される（Ｍ＋ＡＭ）：Ａｌ比は、対応するゼオライト中のモル骨格Ａｌに対するＭ＋ＡＭの相対モル量に基づく。ある実施態様では、触媒材料が約０．６以下の（Ｃｕ＋ＡＭ）：Ａｌ比を有する。ある実施態様では、（Ｃｕ＋ＡＭ）：Ａｌ比が０．５以下、例えば、約０．０５〜約０．５、約０．１〜約０．４、又は約０．１〜約０．２である。
【００２６】
助触媒金属及びアルカリ／アルカリ土類金属は、イオン交換、含浸、同型置換などの任意の既知の技術を介して、モレキュラーシーブに添加され得る。助触媒金属及びアルカリもしくはアルカリ土類金属は、任意の順序で（例えば、金属が、アルカリもしくはアルカリ土類金属の前、後、又は同時に）ゼオライト材料に加えられてよいが、特にアルカリ土類金属がカルシウムであり助触媒金属が銅である場合、アルカリもしくはアルカリ土類金属が助触媒金属の前又は同時に添加されるのが好ましい。
【００２７】
ある実施態様では、本発明の金属促進ゼオライト触媒が、比較的大量のセリウム（Ｃｅ）も含む。ある実施態様では、触媒材料中のセリウム濃度は、ゼオライトの全重量に対して少なくとも約１重量パーセントの濃度で存在する。好ましい濃度の例は、ゼオライトの全重量に対して、少なくとも約２．５重量パーセント、少なくとも約５重量パーセント、少なくとも約８重量パーセント、少なくとも約１０重量パーセント、約１．３５〜約１３．５の重量パーセント、約２．７〜約１３．５重量パーセント、約２．７〜約８．１の重量パーセント、約２〜約４重量パーセント、約２〜約９．５重量パーセント、及び約５〜約９．５の重量パーセントを含む。ある実施態様では、触媒材料中のセリウム濃度は約５０〜約５５０ｇ／ｆｔ３である。Ｃｅの他の範囲は、１００ｇ／ｆｔ３超、２００ｇ／ｆｔ３超、３００ｇ／ｆｔ３超、４００ｇ／ｆｔ３超、５００ｇ／ｆｔ３超、約７５〜約３５０ｇ／ｆｔ３、約１００〜約３００ｇ／ｆｔ３、及び約１００〜約２５０ｇ／ｆｔ３を含む。
【００２８】
ある実施態様では、Ｃｅの濃度が、金属促進ゼオライトでの交換に対して利用可能な理論的最大量を超える。したがって、幾つかの実施態様で、Ｃｅは、例えば、Ｃｅイオン、単量体セリア、オリゴマーセリア、及びそれらの組み合わせなどの複数の状態で存在し、ここで、前記オリゴマーセリアは、５μｍ未満、例えば、１μｍ未満、約１０ｎｍ〜約１μｍ、約１００ｎｍ〜約１μｍ、約５００ｎｍ〜約１μｍ、約１０〜約５００ｎｍ、約１００〜約５００ｎｍ、及び約１０〜約１００ｎｍまでの平均結晶サイズを有する。本明細書で使用される「単量体セリア」の語は、ゼオライト上及び／又はその中に自由に存在するかもしくはゼオライトに弱く結合された、個別の分子又はその部分としてのＣｅＯ２を意味する。本明細書で使用される「オリゴマーセリア」の語は、ゼオライト上及び／又はその中に自由に存在するかもしくはゼオライトに弱く結合された、ナノ結晶のＣｅＯ２を意味する。
【００２９】
本発明の触媒は、不均一触媒反応システム（すなわち、ガス反応物と接触した固体の触媒）に対して適用可能である。接触表面領域、機械的安定性、及び／又は流体の流れの特性を改良するために、触媒は、基材、好ましくは多孔質基材上及び又はその内部に配置され得る。ある実施態様では、触媒を含んだウォッシュコートが、波形金属板、又はハニカムコーディエライト塊などの不活性基材に塗布される。代替的に、触媒は、充填剤、バインダ、及び強化剤などの他の化合物と共に混練されて押し出し可能なペーストとなり、その後ダイを通して押し出されハニカムブリックが形成される。したがって、ある実施態様では、基材上に被覆され且つ／又は基材中に組み込まれた、本明細書で説明される金属促進ＡＦＸゼオライト触媒を含む、触媒物品が提供される。    
【００３０】
本発明のある特定の態様は、触媒ウォッシュコートを提供する。本明細書に記載のＡＦＸ触媒を含むウォッシュコートは、好ましくは溶液、懸濁液、又はスラリである。適切なコーティングは、表面コーティング、基材の一部分を貫通するコーティング、基材に浸透するコーティング、又はこれらの幾つかの組み合わせを含む。
【００３１】
ある実施態様では、本発明は、特にフッ素などのハロゲン元素を含まないか或いは実質的に含まない触媒について、約０．５μｍより大きい、好ましくは約０．１と約１５μｍとの間、例えば約０．５〜約５μｍ、約０．７〜約１．５μｍ、約１〜約５μｍ、又は約１μｍ〜約１０μｍまでの結晶（即ち、双晶を含む個々の結晶）平均サイズを有するＡＦＸアルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ結晶を含む、触媒組成物である。結晶サイズは、３次元結晶の最長対角線の長さである。結晶サイズの直接測定は、ＳＥＭ及びＴＥＭなどの顕微鏡観察方法を使用して行われ得る。例えば、ＳＥＭによる測定は、材料のモルフォロジーを高倍率（典型的には１０００倍〜１０，０００倍）で観察することを含む。ＳＥＭ方法は、ゼオライト粉末の代表的な部分を、個々の粒子が１０００倍〜１０，０００倍の倍率の視野全体に均一に適度に分布するよう、適切なマウント上に分散させることによって実施され得る。この母集団から、ランダムな個々の結晶の統計的に有意なサンプル（例えば、５０〜２００）が検査され、個々の結晶の最長対角線が測定、記録される。（明らかに大きい多結晶の集合体である粒子は測定に含まれるべきでない。）これらの測定値に基づいて、サンプルの結晶サイズの算術平均が計算される。
【００３２】
平均結晶サイズに加えて、触媒組成物は、その結晶サイズの大部分が、好ましくは約０．５μｍより大きく、好ましくは約０．５と約１５μｍとの間、例えば、約０．５〜約５μｍ、約０．７〜約５μｍ、約１〜約５μｍ、約１．５〜約５．０μｍ、約１．５〜約４．０μｍ、約２〜約５μｍ、又は約１μｍ〜約１０μｍである。好ましくは、結晶サイズのサンプルの四分位の一番目と三番目が、約０．５μｍよりも大きく、好ましくは、約０．５と約１５μｍとの間、例えば、約０．５〜約５μｍ、約０．７〜約５μｍ、約１〜約５μｍ、約１．５〜約５．０μｍ、約１．５〜約４．０μｍ、約２〜約５μｍ、又は約１μｍ〜約１０μｍである。
【００３３】
ある実施態様では、組成物の粒径を調節すべくＡＦＸ結晶が粉砕される。他の実施態様では、ＡＦＸ結晶が粉砕されない。
【００３４】
ある態様では、特にそのような触媒がフッ素などのハロゲン元素を含まないか或いは実質的に含まない場合、触媒は、約１５〜約２５、例えば約１５〜約１７のＳＡＲを有し、約０．１〜約１０μｍ、例えば約０．５〜５μｍ、又は０．５〜１．５μｍの平均結晶サイズを有する、金属促進されたＡＦＸゼオライトである。そのような触媒に対して好ましい助触媒金属は、銅及び鉄を含む。  
【００３５】
本発明の高ＳＡＲのＡＦＸゼオライトは、１，３−ビス（１−アダマンチル）イミダゾリウムヒドロキシドなどの有機テンプレートを用いて合成され得る。そのような触媒は、ＳＣＲ触媒として使用された場合に、高い水熱耐性を示し、高いＮＯｘ変換を得る。ある実施態様では、ＡＦＸゼオライトがＳＳＺ−１６でなく、触媒組成物がＳＳＺ−１６を実質的に含まない。
【００３６】
特定の態様では、本発明は、別々の区域に配置されるか或いは配合物として作成された２以上の触媒材料を含むＳＣＲ触媒である。例えば、ある態様では、ＳＣＲ触媒が、本明細書で定める金属促進ＡＦＸゼオライトを含む第１の区域と、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵もしくはＮＯｘ捕集触媒、及び／又は、ＳＣＲ触媒などの第２の触媒を含有する第２の区域とを含む。第１及び第２の区域は、壁面流フィルタもしくはフロースルーハニカムなどの単一の基材上に存在するか、或いは別々の基材上に存在してよいが、基材の単一のユニット上又は内部に配置されるのが好ましい。
【００３７】
第２の触媒の例は、小孔モレキュラーシーブ、中孔モレキュラーシーブ、及び大孔モレキュラーシーブを含んだ、アルミノケイ酸塩、シリコアルミノリン酸塩、及びフェロケイ酸塩などのモレキュラーシーブを含む。ある用途には小孔ゼオライト及びＳＡＰＯが好適である。小孔モレキュラーシーブの例はＣＨＡである。小孔モレキュラーシーブの別の例は、ＡＦＸである。他の小孔モレキュラーシーブは、ＤＤＲ、ＬＥＶ、ＥＲＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＦＷ、ＡＦＴ、及びＫＦＩを含む。他の有用なモレキュラーシーブは、ＢＥＡ、ＭＦＩ、ＭＯＲ、及びＦＥＲを含む。第２の触媒のモレキュラーシーブは、Ｈ＋の形態にあってもよく、且つ／又は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＭｎなどの遷移金属、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びＲｕなどの貴金属、又はそれらの何らかの組み合わせと交換されていてもよい。特に有用な金属は、Ｆｅ及びＣｕを含む。第２の触媒の他の例は、シリカ、チタニア、又はアルミナ上に担持され、且つ任意選択的にタングステン及び／又はモリブデンなどの他の金属と組み合わされた、Ｖ２Ｏ５などのバナジウム触媒を含む。
【００３８】
第１の区域は、排気ガス流に対して第２の区域の上流又は下流であってよい。ある実施例では、第２の触媒が、ＡＦＸ触媒の下流に配置された第２のＳＣＲ触媒又は酸化触媒である。上流区域及び下流区域は、それぞれ、フロースルーハニカム基材の前端部及び後端部に対応し得るか、或いは壁面流フィルタの入口側及び出口側にそれぞれ対応し得る。２つの区域は、互いに部分的に又は完全に重なり得る。部分的に重なる場合には、重なり部分が第３の中間区域を生じる。２つの区域は互いに隣接し得、間隙はほとんどないか又は全くない（すなわち、０．２インチ未満）。第１及び第２の触媒は、混ぜ合わされ単一の触媒層としてウォッシュコートされるか、或いは均一なハニカム基材として押し出されていてもよい。
【００３９】
ある態様では、触媒が第３の触媒材料を更に含み、第３の触媒材料は酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵体、もしくはＮＯｘ捕集触媒、及び／又はＳＣＲ触媒であり得る。ＡＦＸ触媒、第２の触媒、及び／又は第３の触媒が配合物として組み合されて、区域状に配置され、且つ／又は基材上に層状に配置され得る。
【００４０】
ＡＦＸ触媒を含有するウォッシュコートは、アルミナ、シリカ、非ゼオライトのシリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカのうちの１種類以上を含んだ、充填剤、バインダ、安定剤、レオロジー調節剤、及び他の添加物などの非触媒成分を含み得る。ある実施態様では、触媒組成物が、グラファイト、セルロース、デンプン、ポリアクリル酸塩、及びポリエチレンなどの細孔形成剤を含み得る。これらの添加成分は必ずしも所望の反応を触媒しないが、例えば、動作温度範囲の拡大、触媒の接触表面積の増大、触媒の基材への接着性向上など、触媒材料の効率を向上させる。好ましい実施態様では、ウォッシュコートのローディングが＞０．３ｇ／ｉｎ３、例えば、＞１．２ｇ／ｉｎ３、＞１．５ｇ／ｉｎ３、＞１．７ｇ／ｉｎ３、又は＞２．００ｇ／ｉｎ３などであり、好ましくは＜３．５ｇ／ｉｎ３、例えば＜３．０ｇ／ｉｎ３などである。ある実施態様では、ウォッシュコートが、約０．８〜１．０ｇ／ｉｎ３、１．０〜１．５ｇ／ｉｎ３、又は１．５〜３．０ｇ／ｉｎ３のローディングで基材に塗布される。
【００４１】
最も一般的な基材設計のうちの２つは、プレートとハニカムである。特に移動用途について、好ましい基材は、両端が開口し、かつ一般的に基材の入口面から出口面に延伸し、高い表面積対容積の比をもたらす、複数の隣接した平行なチャネルを備えた、いわゆるハニカム形状を有するフロースルーモノリスを含む。特定の用途では、ハニカムフロースルーモノリスは、好ましくは、例えば、約６００から１０００セル／平方インチの高いセル密度、及び／又は約０．１８から０．３５ｍｍ、好ましくは、約０．２０から０．２５ｍｍの内部壁の平均厚さを有する。ある特定の他の用途では、ハニカムフロースルーモノリスは、好ましくは、約１５０から７５０セル／平方インチ、より好ましくは、約２００から６００セル／平方インチの低いセル密度を有する。好ましくは、ハニカムモノリスは多孔質である。コーディエライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、セラミック、及び金属に加えて、基材に使用可能な他の材料は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、αアルミナ、ムライト、例えば、針状ムライト、ポルサイト、Ａｌ２ＯｓＺＦｅ、Ａｌ２Ｏ３／ＮｉもしくはＢ４ＣＺＦｅなどのサーメット、又はこれらのうちの２以上のセグメントの複合体を含む。好ましい材料としては、コーディエライト、炭化ケイ素、及びチタン酸アルミナが挙げられる。
【００４２】
プレート型触媒は、圧力降下がより小さく、ハニカム型よりも閉塞及び汚染の影響を受けにくいので高効率の定置用途には有利であるが、プレート構成は、より大きく高価となり得る。ハニカム構成は典型的に、プレート型よりも小さく、移動用途には有利であるが、圧力降下がより大きく閉塞しやすい。ある実施態様で、プレート基材は、金属、好ましくは波形金属で構成される。
【００４３】
ある実施態様で、本発明は、本明細書に記載の方法によって作製された触媒物品である。ある実施態様では、排気ガスを処理する別の組成物（バインダや他の触媒など）の少なくとも１つの追加の層が基材に塗布される前又は後に、金属促進ＡＦＸゼオライト組成物を、好ましくはウォッシュコートとして、層として基材に塗布するステップを含むプロセスによって、触媒物品が生産される。金属促進ＡＦＸ触媒層を含んだ、基材上の１以上の触媒層が、連続した層内に配置される。基材上の触媒層について本明細書で用いられる語「連続した」とは、各層が隣接する層（一以上）と接触し、触媒層が全体として基材上に重なって配置されていることを意味する。連続する層はそれぞれ、隣り合う各層と完全に又は部分的に重なっていてもよい。
【００４４】
ある実施態様では、金属促進ＡＦＸ触媒が、第１の層として基材上に配置され、酸化触媒、還元触媒、捕集成分、又はＮＯｘ貯蔵成分などの別の組成物が第２の層として基材上に配置される。ある実施態様では、金属促進ＡＦＸ触媒が、第２の層として基材上に配置され、酸化触媒、還元触媒、捕集成分、又はＮＯｘ貯蔵成分などの別の組成物が第１の層として基材上に配置される。本明細書で使用する語「第１の層」及び「第２の層」は、排気ガスが触媒物品を貫通、通過、及び／又はその上を流れる通常の方向に対する、触媒物品中の触媒層の相対的な位置を示すために用いられている。通常の排気ガス流の条件下では、排気ガスは、第２の層と接触する前に第１の層と接触する。ある実施態様では、第２の層が底部層として不活性基材に塗布され、第１の層は、一連の副層として第２の層の上に塗布される上部層である。そのような実施態様では、排気ガスは、第２の層と接触する前に第１の層を貫通（従って接触）し、次に第１の層を通って戻り、触媒成分を抜け出る。他の実施態様では、第１の層が基材の上流部分上に配置された第１の区域であり、第２の層が第１の区域の下流に、第２の区域として基材上に配置される。
【００４５】
別の実施態様では、触媒物品は、金属促進ＡＦＸゼオライト触媒組成物を、好ましくはウォッシュコートとして第１の区域として基材に塗布し、次に、排気ガスを処理するための少なくとも１つの更なる組成物を第２の区域として基材に塗布するステップを含むプロセスによって生産される。第１の区域の少なくとも一部分は第２の区域の下流である。或いは、金属促進ＡＦＸゼオライト触媒組成物が、更なる組成物を含んだ第１の区域の下流である第２の区域内の基材に塗布されてもよい。更なる組成物の例としては、酸化触媒、還元触媒、捕集成分（例えば、硫黄、水など）、又はＮＯｘ貯蔵成分が挙げられる。
【００４６】
排気システムが要する空間量を低減するために、ある実施態様においては個々の排気要素が複数の機能を果たすように設計される。例えば、ＳＣＲ触媒をフロースルー基材ではなくウォールフローフィルタ基材に塗布することにより、排気ガス中のＮＯｘ濃度を触媒化により低減し且つ排気ガスからスートを機械的に除去するという２つの機能を１つの基材が有することが可能となり、これにより排気処理システムの全体としてのサイズが低減する。したがって、ある実施態様では、基材が、ハニカムウォールフロー型フィルタ又はパーシャルフィルタである。ウォールフロー型フィルタは、複数の隣接する平行な流路を含むという点においてフロースルーハニカム基材に類似する。しかしながら、フロースルーハニカム基材の流路は両端部が開かれている一方、ウォールフロー基材の流路は一方の端部が蓋で覆われ、交互パターンでは、隣り合う流路の対向する端部が蓋で覆われている。チャネルの交互端部が被蓋されることで、基材の入口面に入るガスが、チャネルを直進流通して出ることが防止される。代わりに、排気ガスは、基材の前面に入り、チャネルのおよそ半分まで移動し、そこでチャネルの残り半分に入って基材の裏面から出る前に、チャネルの壁を通過するように強いられる。
【００４７】
基材の壁は、ガス透過性であるが、ガスが壁を通過する際にガスからスートなどの粒子状物質の大部分を捕捉する空隙率及び細孔径を有している。好ましいウォールフロー型基材は、高効率フィルタである。本発明で使用されるウォールフロー型フィルタは、好ましくは、少なくとも７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約９０％の効率を有する。ある実施態様では、効率が、約７５〜約９９％、約７５〜約９０％、約８０〜約９０％、又は約８５〜約９５％となるであろう。ここで、効率とは、スート及び他の同様のサイズの粒子、及び従来のディーゼル排気ガス中に典型的に見出される粒子濃度に対してのものである。例えば、ディーゼル排気中の微粒子のサイズは、０．０５ミクロンから２．５ミクロンであり得る。よって、効率はこの範囲、又は、例えば、０．１から０．２５ミクロン、０．２５〜１．２５ミクロンもしくは１．２５〜２．５ミクロンなどのサブレンジに基づき得る。
【００４８】
空隙率は多孔質基材中の空隙のパーセンテージの尺度であり、排気システムにおける背圧に関係がする。一般に空隙率が低いほど背圧が高くなる。好ましくは、多孔質の基材は、約３０〜約８０％、例えば、約４０〜約７５％、約４０〜約６５％、又は約５０〜約６０％の空隙率を有する。
【００４９】
基材の全空隙容積のパーセンテージとして測定される細孔の相互接続性は、多孔質基材を貫通する（即ち入口面から出口面までの）細孔、隙間、及び／又はチャネルが連結され連続的な経路を形成している度合である。細孔の相互接続性と対照的であるのは、閉塞した細孔の容積と基材の表面のうち１つのみへの導管を有した細孔の容積との合計である。好ましくは、多孔質基材は、少なくとも約３０％、より好ましくは少なくとも約４０％の細孔の相互接続容積を有する。  
【００５０】
多孔質基材の平均孔径もまた、濾過にとって重要である。平均孔径は、水銀圧入法などの容認可能な任意の手段で定められてよい。多孔質基材の平均孔径は、低背圧を促進するのに十分に大きい値であるべきである一方で、基材自体、基材の表面上のスートケーキ層の促進、或いはそれら両方の組合せによって、適切な効率をもたらす。好ましい多孔質基材は、約１０〜約４０μｍ、例えば、約２０〜約３０μｍ、約１０〜約２５μｍ、約１０〜約２０μｍ、約２０〜約２５μｍ、約１０〜約１５μｍ、及び約１５〜約２０μｍの平均孔径を有する。
【００５１】
一般に、金属促進ＡＦＸ触媒を含んだ押出し固形物の生産は、ＡＦＸゼオライト及び助触媒金属（金属交換されたゼオライトとして別々に又は一緒に）、バインダ、オプションで有機増粘化合物を、一様なペーストへと混ぜ合わせ、その後、バインダ／マトリクス成分又はそれらの前駆体及びオプションで安定化セリアのうちの１以上並びに無機繊維に添加することを含む。この配合物は、混合装置又は混練装置又は押出成形機中で圧縮される。混合物は、濡れ性を向上させて均一なバッチを生成するために、加工助剤としてバインダ、細孔形成剤、可塑剤、界面活性剤、潤滑剤、分散剤などの有機添加剤を含む。次に、得られた可塑性材料は、特に、押出ダイを備えた押出プレス又は押出成形機を使用して成形され、得られた成形物は乾燥されか焼される。有機添加物は、押出成形された固形物のか焼の間に「燃え尽きる」。金属促進ＡＦＸゼオライト触媒はまた、押出し固形物の表面上に存在するか或いは完全にもしくは部分的に貫通する１以上の副層として、ウォッシュコートされるか、他の方法で押出し固形物に施される。代替的に、金属促進ＡＦＸゼオライトが、押出しに先立ってペーストに添加されてもよい。
【００５２】
本発明による金属促進ＡＦＸゼオライトを含んだ押出し固形物は、概して、第１の端部から第２の端部へ延伸する平行な流路を備えた、一様なサイズを有するハニカムの形態の一体構造を有する。流路を画定する流路壁は、多孔質である。典型的に、外側の「被膜」が、押出し固形物の複数の流路を取り囲む。押出し固形物は、円形、矩形、卵型などの任意の望ましい断面を有するように形成され得る。複数の流路内の個々の流路は、四角形、三角形、六角形、円形等であってもよい。壁面流フィルタを形成するために、第１の、上流端における流路は、例えば適切なセラミックセメントを用いて閉塞されていてよく、第１の上流端において閉塞されない流路が、第２の下流端において閉塞されていてもよい。典型的には、第１の上流端部における閉塞されたチャネルの配置はチェッカーボードに似ており、下流のチャネル端部も閉塞され開放された同様の配置を有している。
【００５３】
バインダ／マトリクス成分は、好ましくは、コーディエライト、窒化物、炭化物、ホウ化物、金属間化合物、リチウムアルミノシリケート、スピネル、任意選択的にドープされたアルミナ、シリカ源、チタニア、ジルコニア、チタニア−ジルコニア、ジルコン、及びこれらのうち任意の２種以上の混合物からなる群より選択される。ペーストは、任意選択的に、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、ホウ素繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、シリカ‐アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、及びセラミック繊維からなる群から選択される、強化無機繊維を含有し得る。
【００５４】
アルミナバインダ／マトリクス成分は、ガンマアルミナが好ましいが、任意の他の遷移アルミナ、即ちアルファアルミナ、ベータアルミナ、カイアルミナ、イータアルミナ、ローアルミナ、カッパアルミナ、シータアルミナ、デルタアルミナ、ランタンベータアルミナ、及びこれらのうち任意の２種以上の遷移アルミナの混合物であってよい。アルミナの熱安定性向上のために、アルミナに少なくとも一の非アルミニウム要素がドープされているのが好ましい。適切なアルミナドーパントは、ケイ素、ジルコニウム、バリウム、ランタニド系元素、及びそれらの２種以上の混合物を含む。適切なランタニドドーパントは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｇｄ、及びそれらの２種以上の混合物を含む。
【００５５】
シリカ源は、シリカゾル、クオーツ、溶融シリカ又は非晶質シリカ、ケイ酸ナトリウム、非晶質アルミノケイ酸塩、アルコキシシラン、例えばメチルフェニルシリコーン樹脂などのシリコーン樹脂バインダ、粘土、タルク、又はそれらのうち任意の２種類以上の混合物を含み得る。このリストでシリカはＳｉＯ２であってよく、長石、ムライト、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシア、シリカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリカ−ベリリア、シリカ−チタニア、ターナリー−シリカ−アルミナ−ジルコニア、ターナリー−シリカ−アルミナ−マグネシア、ターナリー−シリカ−マグネシア−ジルコニア、ターナリー−シリカ−アルミナ−トリア、及びこれらのうち任意の２種以上の混合物などのＳｉＯ２であってよい。
【００５６】
好ましくは、金属促進ＡＦＸゼオライトは、押し出された触媒体の全体に分布し、好ましくは押し出された触媒体の全体に均一に分布している。
【００５７】
上記押出成形された固体の何れかをウォールフロー型フィルタにする場合、ウォールフロー型フィルタの空隙率は３０−８０％、例えば４０−７０％であり得る。空隙率と細孔容積と細孔半径は、例えば、水銀圧入法を用いて測定され得る。
【００５８】
本明細書に記載のＡＦＸ触媒が、還元剤（好ましくはアンモニア）の窒素酸化物との反応を促進し、元素としての窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を選択的に形成し得る。よって、一実施態様では、触媒が、還元剤（すなわち、ＳＣＲ触媒）を用いた窒素酸化物の還元に有利となるように作成され得る。そのような還元剤の例は、炭化水素（例えば、Ｃ３−Ｃ６炭化水素）、及びアンモニア及びアンモニアヒドラジンなどの窒素系還元剤、又は、尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、又はギ酸アンモニウムなどの任意の適切なアンモニア前駆体を含む。
【００５９】
本明細書で説明される金属促進ＡＦＸ触媒は、アンモニアの酸化も促進し得る。従って、別の実施態様では、触媒は、具体的にはある濃度のアンモニアが典型的にはＳＣＲ触媒の下流において遭遇する、酸素によるアンモニアの酸化に有利に働くように作成することができる（例えば、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）などのアンモニア酸化（ＡＭＯＸ）触媒）。ある実施態様では、金属促進ＡＦＸゼオライト触媒は、酸化下層上の最上層として配置される。下層は白金族金属（ＰＧＭ）触媒又は非ＰＧＭ触媒を含む。好ましくは、下層内の触媒成分は、非限定的にアルミナを含む表面積の大きい担体上に配置される。
【００６０】
更に別の実施態様では、ＳＣＲ及びＡＭＯＸの作用が連続的に実行され、両方のプロセスは、本明細書で説明される金属促進ＡＦＸゼオライトを含む触媒を使用し、ＳＣＲプロセスはＡＭＯＸプロセスの上流で生じる。例えば、触媒のＳＣＲ調合物は、フィルタの入口側に配置することができ、触媒のＡＭＯＸ調合物はフィルタの出口側に配置することができる。
【００６１】
従って、ガス中のＮＯｘ化合物の還元又はＮＨ３の酸化方法が提供され、本方法は、ガス中のＮＯｘ化合物及び／又はＮＨ３のレベルを低減するのに十分な期間、ＮＯｘ化合物を触媒還元するために、本明細書に記載の触媒組成物にガスを接触させることを含む。ある実施態様で、選択式還元（ＳＣＲ）触媒の下流に配置されたアンモニアスリップ触媒を有する触媒物品が提供される。そのような実施態様では、アンモニアスリップ触媒が、選択式還元触媒工程で消費されない任意の窒素系還元剤の少なくとも一部分を酸化する。例えば、ある実施態様で、アンモニアスリップ触媒がウォールフローフィルタの出口側に配置され、ＳＣＲ触媒がフィルタの上流側に配置される。幾つかの他の実施態様では、アンモニアスリップ触媒がフロースルー基材下流端に配置され、ＳＣＲ触媒がフロースルー基材の上流端に配置される。他の実施態様では、アンモニアスリップ触媒及びＳＣＲ触媒が、排気システム内の別個のブリック上に配置される。これら別個のブリックは、互いに流体連通している限り、且つＳＣＲ触媒ブリックがアンモニアスリップ触媒ブリックの上流にある限り、互いに隣接するか互いに接触しているか、或いは特定の距離をおいて離れていてよい。
【００６２】
ある実施態様では、ＳＣＲ及び／又はＡＭＯＸ工程が温度少なくとも１００℃の温度で実施される。他の実施態様では、ＳＣＲ及び／又はＡＭＯＸ工程が約１５０℃〜約７５０℃の温度で起こる。ある実施態様では、温度範囲が約１７５〜約５５０℃である。他の実施態様では、温度範囲が約１７５〜４００℃である。更に別の実施態様では、温度範囲が４５０〜９００℃、好ましくは５００〜７５０℃、５００〜６５０℃、４５０〜５５０℃、又は６５０〜８５０℃である。４５０℃よりも高い温度を用いる実施態様は、例えばフィルタの上流で排気システムに炭化水素を注入することによって活性化し再生される（オプションとして触媒化された）ディーゼルパティキュレートフィルタを含む排気システムを装備する大型及び小型ディーゼルエンジンからの排気ガス処理に特に有用である。本発明で用いるゼオライト触媒はフィルタの下流に位置している。
【００６３】
本発明の別の態様によれば、ガス中のＮＯＸ化合物の還元及び／又はＮＨ３の酸化のための方法であって、ガスと本明細書に記載の触媒を、ガス中のＮＯＸ化合物のレベルが低減するのに十分な時間接触させることを含む方法が提供される。本発明の方法は、以下の工程の１つ以上を含み得る。（ａ）フィルタの入口と接触するスートを蓄積及び／又は燃焼する工程、（ｂ）触媒フィルタと接触するより前に、好ましくはＮＯｘ処理と還剤を含む触媒工程の介在なしに、窒素性還元剤を排気ガス流内に導入する工程、（ｃ）ＮＯｘ吸蔵触媒又はリーンＮＯｘトラップ上でＮＨ３を生成し、好ましくは下流のＳＣＲ反応においてＮＨ３を還元剤として使用する工程、（ｄ）排気ガス流をＤＯＣと接触させて、炭化水素ベースの可溶性有機成分（ＳＯＦ）及び／又は一酸化炭素をＣＯ２へと酸化し且つ／又はＮＯをＮＯ２へと酸化し、これを次に微粒子フィルタにおいて微粒子物質を酸化するために使用してもよく、且つ／又は、排気ガス中の微粒子物質（ＰＭ）を還元する工程、（ｅ）還元剤の存在下、排気ガスを１つ以上の下流のＳＣＲ触媒装置（フィルタ又はフロースルー基材）と接触させて、排気ガス中のＮＯｘ濃度を低減させる工程、及び（ｆ）排気ガスを大気中に放出する前に、排気ガスをアンモニアスリップ触媒と好ましくはＳＣＲ触媒の下流で接触させ、全てではなくともほとんどのアンモニアを酸化するか、又は排気ガスがエンジンに入る／再入する前に、排気ガスを再循環ループに通す工程、を含み得る。
【００６４】
別の実施態様では、窒素系還元剤、特にＮＨ３の全て又は少なくとも一部は、ＳＣＲ工程での消費のために、例えばウォールフロー型フィルタ上に配置された本発明のＳＣＲ触媒などのＳＣＲ触媒の上流に配置された、ＮＯＸ吸蔵触媒（ＮＡＣ）、リーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）、又はＮＯＸ貯蔵／還元触媒（ＮＳＲＣ）によって供給され得る。本発明に有用なＮＡＣ成分としては、塩基性材料（例えば、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、及びこれらの組み合わせを含んだ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は希土類金属など）及び貴金属（白金など）、及び任意選択的にロジウムなどの還元性触媒成分の触媒組み合わせが挙げられる。ＮＡＣにおいて有用な塩基性材料の具体的な種類としては、酸化セシウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。貴金属は、好ましくは約１０〜約２００ｇ／ｆｔ３、例えば２０から６０ｇ／ｆｔ３で存在する。あるいは、触媒の貴金属は、約４０〜約１００グラム／ｆｔ３であり得る平均濃度によって特徴付けられる。
【００６５】
ある特定の条件下、周期的にリッチな再生イベントの間に、ＮＨ３がＮＯｘ吸蔵触媒上で生成され得る。ＮＯｘ吸蔵触媒の下流のＳＣＲ触媒は、システム全体のＮＯｘ還元効率を向上し得る。複合システムでは、ＳＣＲ触媒は、リッチ再生イベントの間に、ＮＡＣ触媒から放出されたＮＨ３を吸蔵することが可能であり、通常のリーン作動状態の間に、吸蔵されたＮＨ３を利用して、ＮＡＣ触媒をすり抜けたＮＯｘの一部又は全てを選択的に還元する。
【００６６】
本明細書に記載の排気ガスを処理するための方法は、燃焼プロセス、例えば、内燃機関（移動式又は固定式）、ガスタービン、及び石炭もしくは石油の火力発電所に由来する排気ガスに行われ得る。本方法は、精錬のような工業プロセスに由来するガス、精錬所のヒーター及びボイラー、燃焼炉、化学処理工業、コークス炉、都市廃棄物のプラント及び焼却炉等に由来するガスを処理するためにも使用され得る。ある実施態様では、本方法は、車両のリーンバーン内燃機関、例えば、ディーゼルエンジン、リーンバーンガソリンエンジン、又は液化石油ガスもしくは天然ガスにより駆動されるエンジンからの排気ガスを処理するために使用される。
【００６７】
ある特定の態様では、本発明は、内燃機関（移動式又は固定式）、ガスタービン、石炭もしくは石油の火力発電所などに由来する燃焼プロセスよって発生した排気ガスを処理するためのシステムである。そのようなシステムは、本明細書で説明される金属促進ＡＦＸゼオライトを含んだ触媒物品、及び排気ガスを処理するための少なくとも１つの付加的な成分を含み、ここで、触媒物品及び少なくとも１つの付加的な成分は、一体的ユニットとして機能するように設計される。
【００６８】
ある実施態様では、システムは、本明細書で説明される金属促進ＡＦＸゼオライトを含んだ触媒物品、流れている排気ガスを方向付けるための導管、触媒物品の上流に配置された窒素を含んだ還元剤の源を含む。システムは、例えば１００℃より高温、１５０℃より高温、又は１７５℃より高温で、ゼオライト触媒がＮＯｘ還元を所望の効率以上で触媒できると判定された場合にのみ、流れる排気ガスへ窒素性還元剤を計量供給するための制御装置を含み得る。窒素性還元剤の計量供給は、１：１のＮＨ３／ＮＯ及び４：３のＮＨ３／ＮＯ２で計算した場合にＳＣＲ触媒に入る排気ガス中に理論上のアンモニアの６０％〜２００％が存在するように、調整することができる。
【００６９】
別の実施態様では、システムが、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化するための酸化触媒（例えば、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ））を含み、窒素性還元剤を排気ガス内に供給する地点の上流に配置することができる。一実施形態で、酸化触媒は、ＳＣＲゼオライト触媒に入るガス流であって、例えば酸化触媒入口における２５０℃〜４５０℃の排気ガス温度で、約４：１〜約１：３のＮＯ：ＮＯ２体積比を有するガス流を得るように適合されている。当該酸化触媒は、フロースルーモノリス基材を被覆する白金、パラジウム、又はロジウムなどの少なくとも一の白金族金属（又はこれらの何らかの組み合わせ）を含み得る。一つの実施態様において、少なくとも一の白金族金属は、白金、パラジウム、又は白金とパラジウム両方の組合せである。白金族金属は、アルミナ、アルミノケイ酸塩ゼオライトのようなゼオライト、シリカ、非ゼオライトシリカアルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア、又は、セリアとジルコニアの両方を含有する混合酸化物或いは複合酸化物といった表面積の大きいウォッシュコート成分上に担持され得る。    
【００７０】
更なる実施態様では、適切なフィルタ基材が、酸化触媒とＳＣＲ触媒との間に位置する。フィルタ基材は、例えばウォールフロー型フィルタなど、上述のうち任意のものから選択することができる。例えば先述した種類の酸化触媒によってフィルタが触媒化される場合、窒素性還元剤を計量供給する地点は、フィルタとゼオライト触媒との間に位置するのが好ましい。或いは、フィルタが触媒化されない場合、窒素性還元剤を計量するための手段は、酸化触媒とフィルタとの間に位置づけられ得る。  
【実施例】
【００７１】
実施例１：高ＳＡＲ  ＡＦＸゼオライトの調製
１，３−ビス（１−アダマンチル）イミダゾリウムヒドロキシド（有機テンプレート剤）の存在下、ケイ酸ナトリウム（シリカ源）とゼオライトＹ（アルミナ源）とを約１４５℃で７〜１０日間反応させた。得られた結晶性物質を母液から分離し、洗浄及び乾燥した。解析により、生成物が、ＳＡＲが約２２の高純度ＡＦＸゼオライトを含むことが確認された。
【００７２】
実施例２：触媒性能
銅で促進された、ＳＡＲが２２のＡＦＸゼオライトを、８００℃で５時間、水熱的に老化させた。比較のため、ＳＡＲが８の従来のＡＦＸゼオライトのサンプルに同様の量の銅をローディングした後、同様の条件で８００℃で５時間、水熱的に老化させた。
サンプルと比較用サンプルとを同様の条件で模擬のディーゼル排気ガス流に晒し、それぞれのＮＯｘ変換及びＮ２Ｏ副生成物発生の性能について試験した。図１及び２に示すように、従来のＡＦＸ材料に対し、高ＳＡＲのＣｕ／ＡＦＸ触媒は、ＮＯｘ変換に優れていた。更に、従来のＡＦＸ材料に対し、高ＳＡＲのＣｕ／ＡＦＸ触媒はＮ２Ｏ副生成物の発生が少なかった。予期していなかったこれらの驚くべき結果により、本発明の高ＳＡＲのＡＦＸ触媒が従来のＡＦＸゼオライトに対してＳＣＲ反応において優れていることが証明された。
【図１】
0006615193.tif 000002
【図２】
0006615193.tif 000003