(57)【要約】  三元触媒物品、及び内燃機関のための排気システムにおけるその使用が開示される。排気ガスを処理するための触媒物品であって、入口端部と、軸方向長さＬを有する出口端部と、を含む基材と；入口端部で始まり、軸方向長さＬ未満まで延びている入口触媒層であって、入口触媒層は入口パラジウム成分を含む、入口触媒層と；出口端部で始まり、軸方向長さＬ未満まで延びている出口触媒層であって、出口触媒層は出口ロジウム成分を含む、出口触媒層と；を含み、出口触媒層は入口触媒層と重なり合っている、触媒物品。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを処理するための触媒物品であって、
入口端部と、軸方向長さＬを有する出口端部と、を含む基材と；
前記入口端部で始まり、前記軸方向長さＬ未満まで延びている入口触媒層であって、前記入口触媒層は入口パラジウム成分を含む、入口触媒層と；
前記出口端部で始まり、前記軸方向長さＬ未満まで延びている出口触媒層であって、前記出口触媒層は出口ロジウム成分を含む、出口触媒層と；を含み、
前記出口触媒層は前記入口触媒層と重なり合っている、触媒物品。
【請求項２】
前記入口触媒層が、前記軸方向長さＬの５０〜９９％にわたって延びている、請求項１に記載の触媒物品。
【請求項３】
前記出口触媒層が、前記軸方向長さＬの５０〜９９％にわたって延びている、請求項１又は２に記載の触媒物品。
【請求項４】
前記出口触媒層が、前記軸方向長さＬの５〜９０％にわたって前記入口触媒層と重なり合っている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項５】
前記出口触媒層が、前記軸方向長さＬの４０〜８０％にわたって前記入口触媒層と重なり合っている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項６】
前記入口触媒層が、前記入口パラジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項７】
前記入口層が、最大３００ｇ／ｆｔ３の前記入口パラジウム成分を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項８】
前記出口触媒層が、前記出口ロジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項９】
前記出口層が、１〜２０ｇ／ｆｔ３の前記出口ロジウム成分を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１０】
前記入口触媒層が、入口酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）材料、入口アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属成分、及び／又は入口無機酸化物を更に含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１１】
前記入口ＯＳＣ材料が、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、セリア−ジルコニア混合酸化物、及びアルミナ−セリア−ジルコニア混合酸化物からなる群から選択される、請求項１０に記載の触媒物品。
【請求項１２】
前記入口ＯＳＣ材料が、前記セリア−ジルコニア混合酸化物を含む、請求項１１に記載の触媒物品。
【請求項１３】
前記入口パラジウム成分が、前記入口無機酸化物上に担持されている、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１４】
前記入口無機酸化物が、アルミナ、セリア、マグネシア、シリカ、ランタン、ネオジム、プラセオジム、イットリウム酸化物、及びこれらの混合酸化物又は複合酸化物からなる群から選択される、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１５】
前記入口無機酸化物が、アルミナ、ランタン／アルミナ複合酸化物、又はマグネシア／アルミナ複合酸化物である、請求項１４に記載の触媒物品。
【請求項１６】
前記入口アルカリ金属又はアルカリ土類金属が、バリウム又はストロンチウムである、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１７】
前記バリウム又はストロンチウムが、前記入口触媒層の総重量に基づいて、前記入口触媒層中に０．１〜１５重量％の量で存在する、請求項１６に記載の触媒物品。
【請求項１８】
前記出口触媒層が、出口酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）材料、及び／又は出口無機酸化物を更に含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１９】
前記出口ＯＳＣ材料が、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、セリア−ジルコニア混合酸化物、及びアルミナ−セリア−ジルコニア混合酸化物からなる群から選択される、請求項１８に記載の触媒物品。
【請求項２０】
前記出口ＯＳＣ材料が、前記セリア−ジルコニア混合酸化物を含む、請求項１９に記載の触媒物品。
【請求項２１】
前記出口無機酸化物が、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ、ランタン、イットリウム、ネオジム、プラセオジム酸化物、及びこれらの混合酸化物又は複合酸化物からなる群から選択される、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項２２】
前記出口無機酸化物が、アルミナ、ランタナ／アルミナ複合酸化物、又はマグネシア／アルミナ複合酸化物である、請求項２１に記載の触媒物品。
【請求項２３】
前記基材が、フロースルーモノリス又はウォールフローフィルタである、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項２４】
前記基材が、１００ｍｍ未満の長さである、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項２５】
前記入口触媒層が、前記基材上に直接担持／堆積されている、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項２６】
前記出口触媒層が、前記基材上に直接担持／堆積されている、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか一項に記載の触媒物品を含む、燃焼排気ガスの流れを処理するための排出処理システム。
【請求項２８】
内燃機関からの排気ガスを処理する方法であって、前記排気ガスを請求項１〜２６のいずれか一項に記載の触媒物品と接触させることを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジンからの排気ガス排出物を処理するのに有用な触媒物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、炭化水素（ＨＣｓ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（「ＮＯｘ」）などの様々な汚染物質を含有する排気ガスが生成されている。排気ガス触媒を含む排出制御システムは、大気に排出されるこれらの汚染物質の量を低減するために広く利用されている。ガソリンエンジン用途に通常使用される触媒は、ＴＷＣである。ＴＷＣにより、次の３つの主な役割、すなわち、（１）ＣＯの酸化、（２）未燃ＨＣの酸化、及び（３）ＮＯｘのＮ２への還元を行う。
【０００３】
ほとんどの触媒コンバータでは、ＴＷＣは、フロースルーハニカムモノリスなどの高温に耐えることができる高表面積基材上にコーティングされる。これらの基材の大きな表面積は、所望の不均一反応を促進するが、排気背圧の増加、すなわち、エンジンから尾筒への排気ガスの流れの制限の一因となることもある。排気システム内の高い背圧により、エンジンの燃費及び出力が低下することがある。ＴＷＣ技術、例えば米国特許第６，０２２，８２５号、同第９，３５２，２７９号、同第９，０４０，００３号、及び米国特許出願公開第２０１６／０２２８８１８号に記載の技術の進展にもかかわらず、高変換率及び低背圧を同時にもたらす、確かなエンジンプラットフォームのための改善された触媒コンバータがなお必要とされている。本発明は、とりわけこれらの問題を解決するものである。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様は、排気ガスを処理するための触媒物品であって、入口端部と、軸方向長さＬを有する出口端部と、を含む基材と；入口端部で始まり、軸方向長さＬ未満まで延びている入口触媒層であって、入口触媒層は入口パラジウム成分を含む、入口触媒層と；出口端部で始まり、軸方向長さＬ未満まで延びている出口触媒層であって、出口触媒層は出口ロジウム成分を含む、出口触媒層と；を含み、出口触媒層は入口触媒層と重なり合っている、触媒物品を対象とする。
【０００５】
本発明はまた、本発明の三元触媒成分を含む内燃機関のための排気システムも包含する。
【０００６】
本発明はまた、内燃機関からの排気ガスの処理、特にガソリンエンジンからの排気ガスの処理も包含する。本方法は、排気ガスを本発明の三元触媒成分と接触させること、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】入口触媒層及び出口触媒層を有する触媒物品を示す。入口触媒層は、基材上に直接完全に担持／堆積されている。出口触媒層は、基材上に直接部分的に担持／堆積され、入口触媒層の上部に部分的に担持／堆積されている。
【図２】入口触媒層及び出口触媒層を有する触媒物品を示す。出口触媒層は、基材上に直接完全に担持／堆積されている。入口触媒層は、基材上に直接部分的に担持／堆積され、出口触媒層の上部に部分的に担持／堆積されている。
【図３】１つのゾーンを有する基材上に２つの層を有する比較の市販の触媒物品を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、ガソリンエンジン及び他のエンジンによって生成されるものなどの燃焼排気ガスの触媒変換、並びに関連する触媒物品及びシステムに関する。より具体的には、本発明は、車両排気システムにおけるＮＯｘ、ＣＯ、及びＨＣの同時処理に関する。本発明者らは、低い背圧を同時に発生させながら、ＮＯｘ、ＣＯ、及びＨＣのいずれにおいても予想外に高い変換率を生み出す、特定の触媒活性金属とそれらの配置方向との間の相乗関係を発見した。本発明のプロセスはまた、プロセス実行時間を短縮し、触媒のコストを低減する。
【０００９】
本開示の一態様は、排気ガスを処理するための触媒物品であって、入口端部と、軸方向長さＬを有する出口端部と、を含む基材と；入口端部で始まり、軸方向長さＬ未満まで延びている入口触媒層であって、入口触媒層は入口パラジウム成分を含む、入口触媒層と；出口端部で始まり、軸方向長さＬ未満まで延びている出口触媒層であって、出口触媒層は出口ロジウム成分を含む、出口触媒層と；を含み、出口触媒層は入口触媒層と重なり合っている、触媒物品を対象とする。
【００１０】
本発明の触媒物品は、基材の軸に沿って３つの触媒ゾーン：入口触媒層のみでコーティングされた上流ゾーンと、入口及び出口触媒層の両方でコーティングされた中間ゾーンと、出口触媒層のみでコーティングされた下流ゾーンと、を有することができる。
【００１１】
本発明者らは、様々な配置方向を有するこれらの触媒により、触媒性能を改善し背圧を低減することの双方において相乗効果がもたらされることを見出しが、これは触媒を別々に又は従来の配置方向で使用しても達成されなかったことである。本発明の予想外の利点には、同様の濃度（ウォッシュコート担持量）の従来のＴＷＣ触媒と比較して背圧が低減されたこと、及び従来のＴＷＣがより高い濃度である場合であっても、従来のＴＷＣ触媒と比較して触媒性能が改善されたことがある。これらの利点は、エンジン性能の改善、燃費の改善、及びコストの削減につながる。
【００１２】
触媒物品の入口触媒層は、軸方向長さＬの５０〜９９％にわたって延びることができる。好ましくは、入口触媒層は、軸方向長さＬ（例えば、図１及び図２を参照）の５５〜９５％、６０〜９０％、より好ましくは６５〜８５％にわたって延びることができる。
【００１３】
触媒物品の出口触媒層は、軸方向長さＬの５０〜９９％にわたって延びることができる。好ましくは、出口触媒層は、軸方向長さＬ（例えば、図１及び図２を参照）の５５〜９５％、６０〜９０％、より好ましくは６５〜８５％にわたって延びることができる。
【００１４】
入口触媒層は、入口パラジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まなくてもよい。
【００１５】
入口触媒層は、白金及び／又はロジウムなどの入口パラジウム成分以外のＰＧＭ金属を含むことができる。入口触媒層は、最大３００ｇ／ｆｔ３の入口パラジウム又は白金パラジウム成分を含むことができる。好ましくは、入口触媒層は、１０〜２００ｇ／ｆｔ３、より好ましくは２０〜１５０ｇ／ｆｔ３の入口パラジウム又は白金パラジウム成分を含むことができ、白金とパラジウムとの重量比は、６０：１〜１：６０、好ましくは３０：１〜１：３０、より好ましくは１０：１〜１：１０であり得る。
【００１６】
入口触媒層は、入口無機酸化物材料、酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）材料、入口アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属成分、及び／又は入口無機酸化物を更に含むことができる。
【００１７】
入口触媒層の総ウォッシュコート担持量は、０．１〜５ｇ／ｉｎ３であり得る。好ましくは、入口触媒層の総ウォッシュコート担持量は、０．５〜３．５ｇ／ｉｎ３であり、最も好ましくは、入口触媒層の総ウォッシュコート担持量は１〜２．５ｇ／ｉｎ３である。
【００１８】
入口ＯＳＣ材料は、好ましくは、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、セリア−ジルコニア混合酸化物、及びアルミナ−セリア−ジルコニア混合酸化物からなる群から選択される。より好ましくは、入口ＯＳＣ材料は、セリア−ジルコニア混合酸化物を含む。セリア−ジルコニア混合酸化物は、ＬＡ、Ｎｄ、Ｙ、Ｐｒなどのいくつかのドーパントを更に含むことができる。
【００１９】
セリア−ジルコニア混合酸化物は、ジルコニアとセリアとのモル比が、少なくとも５０：５０、好ましくは６０：４０を超え、より好ましくは７５：２５を超えることができる。加えて、入口ＯＳＣ材料は、入口パラジウム成分の担体材料として機能し得る。
【００２０】
入口ＯＳＣ材料（例えば、セリア−ジルコニア混合酸化物）は、入口触媒層の総ウォッシュコート担持量に基づいて、１０〜９０重量％、好ましくは２５〜７５重量％、より好ましくは３５〜６５重量％であり得る。
【００２１】
入口触媒層中の入口ＯＳＣ材料担持量は、１．５ｇ／ｉｎ３未満であってもよい。いくつかの実施形態では、入口触媒層中の入口ＯＳＣ材料担持量は、１．２ｇ／ｉｎ３、１．０ｇ／ｉｎ３、０．９ｇ／ｉｎ３、０．８ｇ／ｉｎ３、０．７ｇ／ｉｎ３、又は０．６ｇ／ｉｎ３以下である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、入口アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、入口ＯＳＣ材料上に堆積されてもよい。あるいは、又は加えて、入口アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、入口無機酸化物上に堆積されてもよい。すなわち、いくつかの実施形態では、入口アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、入口ＯＳＣ材料と入口無機酸化物との両方の上に堆積されてもよく、すなわち、その上に存在してもよい。
【００２３】
好ましくは、入口アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、入口無機酸化物（例えば、アルミナ）上に担持／堆積されている。入口無機酸化物に接触していることに加えて、又はそれに代えて、入口アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、入口ＯＳＣ材料及び入口パラジウム成分にも接触していてもよい。
【００２４】
入口アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、好ましくは、バリウム又はストロンチウムである。好ましくは、バリウム又はストロンチウムは、存在する場合、入口触媒層の総重量に基づいて、０．１〜１５重量％、より好ましくは３〜１０重量％バリウムの量で存在する。
【００２５】
好ましくは、バリウムはＢａＣＯ３として存在する。このような材料は、当該技術分野において既知の任意の方法、例えば、初期湿潤含浸又は噴霧乾燥によって実施することができる。
【００２６】
入口無機酸化物は、好ましくは、第２族、第３族、第４族、第５族、第１３族、及び第１４族の元素の酸化物である。入口無機酸化物は、好ましくは、アルミナ、セリア、マグネシア、シリカ、ニオビア、ランタン、ジルコニウム、ネオジム、プラセオジム酸化物、及びこれらの混合酸化物又は複合酸化物からなる群から選択される。特に好ましくは、入口無機酸化物は、アルミナ、ランタン／アルミナ複合酸化物、又はマグネシア／アルミナ複合酸化物である。特に好ましい入口無機酸化物の１つは、ランタン／アルミナ複合酸化物又はマグネシア／アルミナ複合酸化物である。入口無機酸化物は、入口パラジウム成分のための担体材料、及び／又は入口アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属のための担体材料であってもよい。
【００２７】
好ましい入口無機酸化物は、好ましくは、８０ｍ２／ｇを超える新たな表面積、０．１〜４ｍＬ／ｇの範囲の細孔容積を有する。１００ｍ２／ｇ超の表面積を有する高表面積無機酸化物、例えば高表面積アルミナが特に好ましい。他の好ましい入口無機酸化物としては、ランタン／アルミナ複合酸化物が挙げられ、これは、所望によりセリウム含有成分、例えば、セリアを更に含む。このような場合、セリアは、例えばコーティングとして、ランタン／アルミナ複合酸化物の表面上に存在してもよい。
【００２８】
入口ＯＳＣ材料と入口無機酸化物とは、１０：１以下、好ましくは８：１又は５：１以下、より好ましくは４：１又は３：１以下、最も好ましくは２：１以下の重量比を有してもよい。
【００２９】
あるいは、入口ＯＳＣ材料と入口無機酸化物とは、１０：１〜１：１０、好ましくは８：１〜１：８又は５：１〜１：５、より好ましくは４：１〜１：４又は３：１〜１：３、最も好ましくは２：１〜１：２の重量比を有してもよい。
【００３０】
出口触媒層は、出口ロジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まなくてもよい。
【００３１】
出口触媒層は、１〜２０ｇ／ｆｔ３の出口ロジウム又は白金ロジウム成分を含み得る。好ましくは、出口触媒層は、２〜１５ｇ／ｆｔ３、より好ましくは３〜１０ｇ／ｆｔ３の出口ロジウム又は白金ロジウム成分を含むことができ、白金とロジウムとは、２０：１〜１：２０、好ましくは１５：１〜１：１５、より好ましくは１０：１〜１：１０の重量比であり得る。
【００３２】
出口触媒層の総ウォッシュコート担持量は、０．１〜３．５ｇ／ｉｎ３であり得る。好ましくは、出口触媒層の総ウォッシュコート担持量は、０．５〜３ｇ／ｉｎ３であり、最も好ましくは、出口触媒層の総ウォッシュコート担持量は、０．６〜２ｇ／ｉｎ３である。
【００３３】
出口触媒層は、出口酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）材料、出口アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属成分、及び／又は出口無機酸化物を更に含むことができる。
【００３４】
出口ＯＳＣ材料は、好ましくは、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、セリア−ジルコニア混合酸化物、及びアルミナ−セリア−ジルコニア混合酸化物からなる群から選択される。より好ましくは、出口ＯＳＣ材料は、セリア−ジルコニア混合酸化物を含む。セリア−ジルコニア混合酸化物は、ランタン、ネオジム、プラセオジム、イットリウムなどのいくつかのドーパントを更に含むことができる。
【００３５】
セリア−ジルコニア混合酸化物は、少なくとも５０：５０、好ましくは６０：４０を超え、より好ましくは８０：２０を超えるジルコニアとセリアとのモル比を有し得る。加えて、出口ＯＳＣ材料は、出口ロジウム成分の担体材料として機能し得る。
【００３６】
出口ＯＳＣ材料（例えば、バルクセリア）は、出口触媒層の総ウォッシュコート担持量に基づいて、１０〜９０重量％、好ましくは２５〜７５重量％、より好ましくは３５〜６５重量％であり得る。
【００３７】
出口触媒層中の出口ＯＳＣ材料担持量は、１．５ｇ／ｉｎ３未満であってもよい。いくつかの実施形態では、出口触媒層中の出口ＯＳＣ材料担持量は、１．２ｇ／ｉｎ３、１．１ｇ／ｉｎ３、又は１．０ｇ／ｉｎ３以下である。
【００３８】
出口アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、好ましくはバリウム又はストロンチウムである。好ましくは、バリウム又はストロンチウムは、存在する場合、出口触媒層の総重量に基づいて、０．１〜１５重量％、より好ましくは３〜１０重量％バリウムの量で存在する。
【００３９】
好ましくは、バリウムはＢａＣＯ３として存在する。このような材料は、当該技術分野において既知の任意の方法、例えば、初期湿潤含浸又は噴霧乾燥によって実施することができる。
【００４０】
出口触媒層は、好ましくは、出口アルカリ金属又はアルカリ土類金属を実質的に含まない。より好ましくは、出口触媒層は、出口アルカリ金属又はアルカリ土類金属を本質的に含まない。
【００４１】
出口無機酸化物は、好ましくは、第２族、第３族、第４族、第５族、第１３族、及び第１４族の元素の酸化物である。出口無機酸化物は、好ましくは、アルミナ、セリア、マグネシア、シリカ、ニオビア、ランタン、ジルコニウム、ネオジム、プラセオジム酸化物、及びこれらの混合酸化物又は複合酸化物からなる群から選択される。特に好ましくは、出口無機酸化物は、アルミナ、ランタン／アルミナ複合酸化物、又はマグネシア／アルミナ複合酸化物である。特に好ましい出口無機酸化物の１つは、ランタナ／アルミナ複合酸化物又はマグネシア／アルミナ又はジルコニウム／アルミナ複合酸化物である。出口無機酸化物は、出口ロジウム成分のための担体材料であってもよい。
【００４２】
出口ＯＳＣ材料と出口無機酸化物とは、１０：１以下、好ましくは８：１又は５：１以下、より好ましくは４：１以下、最も好ましくは３：１以下の重量比を有してもよい。
【００４３】
あるいは、出口ＯＳＣ材料と出口無機酸化物とは、１０：１〜１：１０、好ましくは８：１〜１：８又は５：１〜１：５、より好ましくは４：１〜１：４、最も好ましくは３：１〜１：３の重量比を有してもよい。
【００４４】
いくつかの実施形態では、出口ロジウム成分と入口パラジウム成分とは、６０：１〜１：６０の重量比を有する。好ましくは、出口ロジウム成分と入口パラジウム成分とは、３０：１〜１：３０の重量比を有する。より好ましくは、出口ロジウム成分と入口パラジウム成分とは、２０：１〜１：２０の重量比を有する。最も好ましくは、出口ロジウム成分と入口パラジウム成分とは、１５：１〜１：１５の重量比を有する。
【００４５】
本発明の触媒物品は、当業者に知られている更なる成分を含んでもよい。例えば、本発明の組成物は、少なくとも１つの結合剤及び／又は少なくとも１つの界面活性剤を更に含んでもよい。結合剤が存在する場合、分散性アルミナ結合剤が好ましい。
【００４６】
好ましくは、基材は、フロースルーモノリス又はウォールフローガソリン微粒子フィルタである。より好ましくは、基材は、フロースルーモノリスである。
【００４７】
基材は、長さ１００ｍｍ未満、好ましくは５０〜９０ｍｍであり得る。
【００４８】
フロースルーモノリス基材は、第１の面と第２の面とを有し、それらの間に長手方向が画定される。フロースルーモノリス基材は、第１の面と第２の面との間に伸びる、複数のチャネルを有する。複数のチャネルは、長手方向に伸びており、複数の内側表面（例えば、各チャネルを画定するウォールの表面）を提供する。複数のチャネルの各々は、第１の面にある開口部と、第２の面にある開口部と、を有する。誤解を回避するために、フロースルーモノリス基材はウォールフローフィルタではない。
【００４９】
第１の面は、典型的には基材の入口端部にあり、第２の面は基材の出口端部にある。
【００５０】
チャネルは一定の幅のものであってもよく、各複数のチャネルは、均一なチャネル幅を有してもよい。
【００５１】
好ましくは、長手方向に直交する平面内で、モノリス基材は、１平方インチ当たり１００〜９００のチャネル、好ましくは３００〜７５０のチャネルを有する。例えば、第１の面上では、開いている第１のチャネル及び閉じた第２のチャネルの密度は、１平方インチ当たり３００〜７５０チャネルである。チャネルは、矩形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、又は他の多角形形状である断面を有してもよい。
【００５２】
モノリス基材は、触媒材料を保持するための担体材料として作用する。モノリス基材を形成するのに好適な材料としては、コーディエライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、スポジュメン、アルミナ−シリカマグネシア若しくはケイ酸ジルコニウムなどのセラミック様材料、又は多孔質の耐火金属が挙げられる。多孔質モノリス基材の製造におけるそのような材料及びそれらの使用は、当該技術分野において周知である。
【００５３】
本明細書に記載のフロースルーモノリス基材は、単一構成要素（すなわち、単一のれんが状塊）であることに留意されたい。それにもかかわらず、排出処理システムを形成する場合、使用されるモノリスは、複数のチャネルを一緒に接着することによって形成されてもよく、又は本明細書に記載のように複数のより小さいモノリスを一緒に接着することによって形成されてもよい。このような技術は、排出処理システムの好適なケーシング及び構成と共に、当該技術分野において公知である。
【００５４】
本発明の触媒物品がセラミック基材を含む実施形態では、セラミック基材は、任意の好適な耐火材料、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、マグネシア、ゼオライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸マグネシウム、アルミノケイ酸塩及びメタロアルミノケイ酸塩（コージライト及びスポジュメンなど）、又はこれらのいずれか２つ以上の混合物若しくは混合酸化物で作製されていてもよい。コージライト、マグネシウムアルミノケイ酸塩、及び炭化ケイ素が、特に好ましい。
【００５５】
本発明の触媒物品が金属基材を含む実施形態では、金属基材は、任意の好適な金属、特にチタン及びステンレス鋼などの耐熱性金属及び金属合金、並びに鉄、ニッケル、クロム、及び／又はアルミニウムを他の痕跡量金属に加えて含有するフェライト合金で作製されていてもよい。
【００５６】
図１に示すように、入口触媒層は、基材上に直接完全に担持／堆積されている。出口触媒層は、基材上に直接部分的に担持／堆積され、入口触媒層の上部に部分的に担持／堆積されている。したがって、中間ゾーンは、入口触媒層及び出口触媒層の両方を含む。
【００５７】
図２に示すように、出口触媒層は、基材上に直接完全に担持／堆積されている。入口触媒層は、基材上に直接部分的に担持／堆積され、出口触媒層の上部に部分的に担持／堆積されている。したがって、中間ゾーンは、出口触媒層及び入口触媒層の両方を含む。
【００５８】
本開示の別の態様は、本明細書に記載の触媒物品を使用する、ＮＯｘ、ＣＯ、及びＨＣを含有する、車両排気ガスを処理するための方法に関する。本発明に従って作製されたＴＷＣを備えた触媒コンバータは、従来のＴＷＣと比較して改善された又は同等の触媒性能を示すだけでなく、背圧の大幅な改善も示す（例えば、実施例１及び２、並びに表１及び２を参照されたい）。
【００５９】
本開示の別の態様は、システムを通じて排気ガスを移送するための導管と共に本明細書に記載される触媒物品を含む車両排気ガスを処理するためのシステムに関する。
【００６０】
定義
用語「ウォッシュコート」は、当該技術分野において公知であり、通常は触媒の製造中基材に適用される、接着性コーティングを指す。
【００６１】
本明細書で使用するとき、頭字語「ＰＧＭ」は、「白金族金属」を指す。用語「白金族金属」は、概ね、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選択される金属、好ましくはＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔからなる群から選択される金属を指す。概ね、用語「ＰＧＭ」は、好ましくは、Ｒｈ、Ｐｔ、及びＰｄからなる群から選択される金属を指す。
【００６２】
本明細書で使用するとき、用語「混合酸化物」は、概ね、当該技術分野において従来知られているように、単相にての酸化物の混合物を指す。本明細書で使用するとき、用語「複合酸化物」は、概ね、当該技術分野において従来知られているように、２つ以上の相を有する酸化物の組成物を指す。
【００６３】
本明細書で使用される「本質的になる」という表現は、特定の材料又は工程、及び例えば微量不純物など、その特徴の基本特性に実質的に影響を及ぼさない任意の他の材料又は工程を含む特徴の範囲を制限する。「から本質的になる」という表現は、「からなる」という表現を包含する。
【００６４】
材料に関して本明細書で使用されるとき、「実質的に含まない」という表現は、典型的には、領域、層、又はゾーンの内容物との関連において、材料が少量、例えば、≦５重量％、好ましくは≦２重量％、より好ましくは≦１重量％であることを意味する。「実質的に含まない」という表現は、「含まない」という表現を包含する。
【００６５】
材料に関して本明細書で使用される「本質的に含まない」という表現は、典型的には、領域、層、又はゾーンの内容物との関連において、≦１重量％、好ましくは≦０．５重量％、より好ましくは≦０．１％などの微量の材料を意味する。「本質的に含まない」という表現は、「含まない」という表現を包含する。
【００６６】
本明細書で使用するとき、重量％として表されるドーパントの量、特に総量に対する任意の言及は、担持材料又はその耐火金属酸化物の重量を指す。
【００６７】
本明細書で使用するとき、用語「担持量」は、金属重量基準でのｇ／ｆｔ３の単位の測定値を指す。
【００６８】
以下の実施例は、単に本発明を例示するものである。当業者は、本発明の趣旨及び特許請求の範囲内にある多くの変形例を認識することになる。
【実施例】
【００６９】
材料
全ての材料は市販されており、別途記載のない限り、既知の供給元から入手した。
【００７０】
触媒１（比較）
触媒１は、（例えば、図３に示されるような）二重層構造を有する市販の三元（Ｐｄ−Ｒｈ）触媒である。底層は、第１のＣｅＺｒ混合酸化物、Ｌａ安定化アルミナ、及びＢａプロモーターのウォッシュコート上に担持されたＰｄからなる。底層のウォッシュコート担持量は約２．２ｇ／ｉｎ３であり、Ｐｄ担持量は７５ｇ／ｆｔ３であった。上層は、第２のＣｅＺｒ混合酸化物、及びＬａ安定化アルミナの、ウォッシュコート上に担持されたＲｈからなる。上層のウォッシュコート担持量は、約１．６ｇ／ｉｎ３であり、Ｒｈ担持量は５ｇ／ｆｔ３であった。触媒１の総ウォッシュコート担持量は約３．８ｇ／ｉｎ３であった。
【００７１】
触媒２
触媒２を本発明に従って調製した。底層は、入口ＣｅＺｒ混合酸化物、Ｌａ安定化アルミナ、及びＢａプロモーターのウォッシュコート上に担持されたＰｄからなる。底層のウォッシュコート担持量は約２．２ｇ／ｉｎ３であり、Ｐｄ担持量は７５ｇ／ｆｔ３であった。上層は、出口ＣｅＺｒ混合酸化物、及びＬａ安定化アルミナの、ウォッシュコート上に担持されたＲｈからなる。上層のウォッシュコート担持量は、約１．６ｇ／ｉｎ３であり、Ｒｈ担持量は５ｇ／ｆｔ３であった。触媒２（中間ゾーン）の総ウォッシュコート担持量は、約３．８ｇ／ｉｎ３であった。
【００７２】
標準的なコーティング手順を用いて、基材の長さの８０％を目標コーティング深さとして、比較触媒１と同じ基材の入口面から、Ｐｄを含有する底層の最終的なスラリーをコーティングし、９０℃で乾燥させた。次いで、標準的なコーティング手順を用いて、基材の長さの８０％を目標コーティング深さとして、乾燥した底層を含有する基材の出口面から、Ｒｈを含む上層スラリーをコーティングし、次いで９０℃で乾燥させ、５００℃で４５分間焼成した。
【００７３】
触媒３
触媒３を本発明に従って調製した。底層は、入口ＣｅＺｒ混合酸化物、Ｌａ安定化アルミナ、及びＢａプロモーターのウォッシュコート上に担持されたＰｄからなる。底層のウォッシュコート担持量は約１．９ｇ／ｉｎ３であり、Ｐｄ担持量は７５ｇ／ｆｔ３であった。上層は、出口ＣｅＺｒ混合酸化物、及びＬａ安定化アルミナの、ウォッシュコート上に担持されたＲｈからなる。上層のウォッシュコート担持量は、約１．５ｇ／ｉｎ３であり、Ｒｈ担持量は５ｇ／ｆｔ３であった。触媒３（中間ゾーン）の総ウォッシュコート担持量は、約３．４ｇ／ｉｎ３であった。
【００７４】
標準的なコーティング手順を用いて、基材の長さの８０％を目標コーティング深さとして、比較触媒１と同じ基材の入口面から、Ｐｄを含有する底層の最終的なスラリーをコーティングし、９０℃で乾燥させた。次いで、標準的なコーティング手順を用いて、基材の長さの８０％を目標コーティング深さとして、乾燥した底層を含有する基材の出口面から、Ｒｈを含有する上層スラリーをコーティングし、次いで９０℃で乾燥させ、５００℃で４５分間焼成した。
【００７５】
触媒４
触媒４を本発明に従って調製した。底層は、入口ＣｅＺｒ混合酸化物、Ｌａ安定化アルミナ、及びＢａプロモーターのウォッシュコート上に担持されたＰｄからなる。底層のウォッシュコート担持量は約１．７ｇ／ｉｎ３であり、Ｐｄ担持量は７５ｇ／ｆｔ３であった。上層は、出口ＣｅＺｒ混合酸化物、及びＬａ安定化アルミナの、ウォッシュコート上に担持されたＲｈからなる。上層のウォッシュコート担持量は、約１．３ｇ／ｉｎ３であり、Ｒｈ担持量は５ｇ／ｆｔ３であった。触媒４（中間ゾーン）の総ウォッシュコート担持量は、約３．０ｇ／ｉｎ３であった。
【００７６】
標準的なコーティング手順を用いて、基材の長さの８０％を目標コーティング深さとして、比較触媒１と同じ基材の入口面から、Ｐｄを含有する底層の最終的なスラリーをコーティングし、９０℃で乾燥させた。次いで、乾燥した底層を含む基材の出口面から、標準的なコーティング手順を用いて、基材の長さの８０％を目標コーティング深さとして、乾燥した底層を含有する基材の出口面から、Ｒｈを含有する上層スラリーをコーティングし、次いで９０℃で乾燥させ、５００℃で４５分間焼成した。
【実施例１】
【００７７】
実験結果
ピーク温度が約９８０℃で、４モードのエージングサイクルで２００時間、比較触媒１及び触媒２〜４をベンチエージングした。１．４リットルエンジンを有する商用車両で、車両排出を行った。触媒の前後で排出量を測定した。
【００７８】
【表１】
2021505367.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、触媒４は、比較触媒１のように総ウォッシュコート担持量が約８０％と低くても、匹敵する又は更に改善された触媒性能を示した（例えば、ＴＨＣ／ＮＭＨＣ排出に関連する改善された性能を参照されたい、触媒４を比較触媒１と比較した場合、０．０４７／０．０３１ｇ／ｋｍ〜０．０４２／０．０２６ｇ／ｋｍ、それぞれ１１％及び１６％改善）。
【実施例２】
【００８０】
比較触媒１、触媒２、及び触媒４を、同じ基材タイプ、ｃｐｓｉ及び寸法でコーティングした後、２００、３００、４００、及び６００ｍ３／時の空気流量でのコールドフロー背圧について評価した。
【００８１】
比較触媒１、触媒２、及び触媒４について、剥き出し基材上の背圧の上昇百分率を表２に示す。このデータは、マルチゾーン化された触媒４が、触媒１の標準的な２層の実施例よりも、背圧に対する寄与が著しく低いことを示す。
【００８２】
【表２】
2021505367.tif 000004
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月9日(2020.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを処理するための触媒物品であって、
入口端部と、軸方向長さＬを有する出口端部と、を含む基材と；
前記入口端部で始まり、前記軸方向長さＬ未満まで延びている入口触媒層であって、前記入口触媒層は入口パラジウム成分を含む、入口触媒層と；
前記出口端部で始まり、前記軸方向長さＬ未満まで延びている出口触媒層であって、前記出口触媒層は出口ロジウム成分を含む、出口触媒層と；を含み、
前記出口触媒層は前記入口触媒層と重なり合っている、触媒物品。
【請求項２】
前記入口触媒層が、前記軸方向長さＬの５０〜９９％にわたって延びている、請求項１に記載の触媒物品。
【請求項３】
前記出口触媒層が、前記軸方向長さＬの５０〜９９％にわたって延びている、請求項１又は２に記載の触媒物品。
【請求項４】
前記出口触媒層が、前記軸方向長さＬの５〜９０％にわたって前記入口触媒層と重なり合っている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項５】
前記出口触媒層が、前記軸方向長さＬの４０〜８０％にわたって前記入口触媒層と重なり合っている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項６】
前記入口触媒層が、前記入口パラジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項７】
前記入口層が、最大３００ｇ／ｆｔ３の前記入口パラジウム成分を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項８】
前記出口触媒層が、前記出口ロジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項９】
前記出口層が、１〜２０ｇ／ｆｔ３の前記出口ロジウム成分を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１０】
前記入口触媒層が、入口酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）材料、入口アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属成分、及び／又は入口無機酸化物を更に含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１１】
前記出口触媒層が、出口酸素吸蔵容量（ＯＳＣ）材料、及び／又は出口無機酸化物を更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１２】
前記基材が、フロースルーモノリス又はウォールフローフィルタである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１３】
前記基材が、１００ｍｍ未満の長さである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１４】
前記入口触媒層が、前記基材上に直接担持／堆積されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の触媒物品。
【請求項１５】
前記出口触媒層が、前記基材上に直接担持／堆積される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の触媒物品。
【国際調査報告】
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2021505367.tif 000009
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