(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾン及び揮発性有機化合物の空気供給源を浄化するための触媒装置であって、以下のもの：
ハウジング；
ハウジング内に配置された固体基材；並びに、
基材上に配置された触媒層、ここで触媒層は、
第一質量パーセントの酸化銅を含有する第一卑金属触媒、
第二質量パーセントの酸化マンガンを含有する第二卑金属触媒、及び
希土類酸化物を含有する酸素供与性担体材料を有し、
前記酸素供与性担体材料は、第一卑金属触媒又は第二卑金属触媒を少なくとも１つ含浸させている；
を有する前記触媒装置。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで触媒層が、浄化されていない空気供給源から、オゾン、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素酸化物、アミン、硫黄化合物、チオール、塩素化炭化水素、又は揮発性有機化合物のうち１つ以上を除去するためのものである前記触媒装置。
【請求項３】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで触媒層が、オゾンを酸素に転化させるためのものである前記触媒装置。
【請求項４】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで第一質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、１％〜３０％である前記触媒装置。
【請求項５】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで第一質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、５％〜１５％である前記触媒装置。
【請求項６】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで第一質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、８％〜１２％である前記触媒装置。
【請求項７】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで第二質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、１〜３０％である前記触媒装置。
【請求項８】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで第二質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、５％〜１５％である前記触媒装置。
【請求項９】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで第二質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、８％〜１２％である前記触媒装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が少なくとも５０ｍ２／ｇの表面積を有する前記触媒装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が少なくとも１００ｍ２／ｇの表面積を有する前記触媒装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が５０ｍ２／ｇ〜５０００ｍ２／ｇの表面積を有する前記触媒装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が１００ｍ２／ｇ〜３００ｍ２／ｇの表面積を有する前記触媒装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が０．１ｃｃ／ｇ〜１０ｃｃ／ｇの細孔容積を有する前記触媒装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が０．３ｃｃ／ｇ〜３ｃｃ／ｇの細孔容積を有する前記触媒装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が０．３ｃｃ／ｇ〜１．２ｃｃ／ｇの細孔容積を有する前記触媒装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が耐火性酸化物を含有する前記触媒装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料が、セリア、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、炭素、金属有機構造体、クレイ、ゼオライト、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される材料を含有する前記触媒装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで担体材料がセリアを含有する前記触媒装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで触媒層の厚さが１０ナノメートル〜１０ミリメートルである前記触媒装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで触媒層の厚さが５００ナノメートル〜１ミリメートルである前記触媒装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで触媒層の厚さが１マイクロメートル〜５００マイクロメートルである前記触媒装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで固体基材が、不織布フィルター、ペーパーフィルター、セラミックフィルター、又は繊維フィルターである前記触媒装置。
【請求項２４】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで固体基材が、金属発泡基材、セラミック発泡基材、又はポリマー発泡基材である前記触媒装置。
【請求項２５】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで固体基材が、金属ハニカム基材、セラミックハニカム基材、ペーパーハニカム基材、又はセラミック繊維ハニカム基材である前記触媒装置。
【請求項２６】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで固体基材が、熱交換器、ラジエータ、加熱コア、又はコンデンサの表面である前記触媒装置。
【請求項２７】
請求項１に記載の触媒装置であって、ここで固体基材が、ＨＶＡＣダクト、エアフィルター、又はルーバー表面である前記触媒装置。
【請求項２８】
請求項１に記載の触媒装置であって、さらに以下のもの：
浄化されていない空気をハウジング内部に受け入れるように構成された吸入口、及び
浄化された空気をハウジングから送り出すように構成された排出口
を有する前記触媒装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の触媒装置であって、浄化されていない空気を触媒層と接触させるように構成されている前記触媒装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の触媒装置であって、ここで、浄化されていない空気中に存在するオゾンが、触媒層と接触すると酸素に転化する前記触媒装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の触媒装置であって、ここで、浄化されていない空気が初期オゾン含分を有し、浄化された空気が初期オゾン含分より低い最終オゾン含分を有する前記触媒装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の触媒装置であって、ここで、浄化された空気の最終オゾン含分が、浄化されていない空気の初期オゾン含分の２０％未満である前記触媒装置。
【請求項３３】
請求項３１に記載の触媒装置であって、ここで、浄化された空気の最終オゾン含分が、浄化されていない空気の初期オゾン含分の１０％未満である前記触媒装置。
【請求項３４】
請求項２８に記載の触媒装置であって、航空機環境制御システム又は航空機用燃料タンク発火防止装置に組み込まれる前記触媒装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の触媒装置であって、ここで、浄化されていない空気が、再循環した航空機キャビンの空気である前記触媒装置。
【請求項３６】
請求項３４に記載の触媒装置であって、ここで、浄化されていない空気が、航空機ジェットエンジンのブリードエアである前記触媒装置。
【請求項３７】
請求項３４に記載の触媒装置であって、ここで、浄化された空気が、航空機のキャビン又はコックピット内へ流れる空気である前記触媒装置。
【請求項３８】
請求項２８に記載の触媒装置であって、自動車に組み込まれる前記触媒装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載の触媒装置であって、ここで、浄化されていない空気が、自動車の換気ユニット内へ流れる空気である前記触媒装置。
【請求項４０】
請求項３８に記載の触媒装置であって、ここで、浄化された空気が、自動車の換気ユニットから出て自動車内部へ流れる空気である前記触媒装置。
【請求項４１】
請求項２８に記載の触媒装置であって、建物の暖房、換気、及び空調（ＨＶＡＣ）システムに組み込まれる前記触媒装置。
【請求項４２】
請求項４１に記載の触媒装置であって、ここで、浄化されていない空気が、建物外部からの空気である前記触媒装置。
【請求項４３】
請求項４１に記載の触媒装置であって、ここで、浄化されていない空気が、建物内部からの再循環した空気である前記触媒装置。
【請求項４４】
請求項４１に記載の触媒装置であって、ここで、浄化された空気が、建物内へ流れる空気である前記触媒装置。
【請求項４５】
請求項２８に記載の触媒装置であって、携帯用空気清浄機に組み込まれる前記触媒装置。
【請求項４６】
空気流の流れを浄化するための方法であって、前記方法は、
浄化されていない空気流の流れを触媒層と接触させて、浄化された空気流の流れを生成すること
を含み、ここで
浄化されていない空気流の流れが第一オゾン含分を有し、
浄化された空気流の流れが第一オゾン含分より低い第二オゾン含分を有し、かつ
触媒層が、第一質量パーセントの酸化銅を含有する第一卑金属触媒、第二質量パーセントの酸化マンガンを含有する第二卑金属触媒、及び希土類酸化物を含有する酸素供与性担体材料を有する
前記方法。
【請求項４７】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層が固体基材上に配置されている前記方法。
【請求項４８】
請求項４７に記載の方法であって、ここで固体基材が熱交換器である前記方法。
【請求項４９】
請求項４８に記載の方法であって、ここで熱交換器が自動車の換気ユニットの一部である前記方法。
【請求項５０】
請求項４７に記載の方法であって、ここで固体基材が航空機環境制御システムの一部である前記方法。
【請求項５１】
請求項４７に記載の方法であって、ここで固体基材がＨＶＡＣシステムの一部である前記方法。
【請求項５２】
請求項４７に記載の方法であって、ここで固体基材が、不織布フィルター、ペーパーフィルター、セラミックフィルター、又は繊維フィルターである前記方法。
【請求項５３】
請求項４７に記載の方法であって、ここで固体基材が、金属発泡基材、セラミック発泡基材、又はポリマー発泡基材である前記方法。
【請求項５４】
請求項４７に記載の方法であって、ここで固体基材が、金属ハニカム基材、セラミックハニカム基材、ペーパーハニカム基材、又はセラミック繊維ハニカム基材である前記方法。
【請求項５５】
請求項４７に記載の方法であって、ここで固体基材が、熱交換器、ラジエータ、加熱コア又はコンデンサの表面である前記方法。
【請求項５６】
請求項４７に記載の方法であって、ここで固体基材が、ＨＶＡＣダクト、エアフィルター、又はルーバー表面である前記方法。
【請求項５７】
請求項４６に記載の方法であって、ここで浄化されていない空気流の流れを触媒層と接触させることによって、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素酸化物、又は揮発性有機化合物のうち少なくとも１つが、浄化されていない空気流の流れから除去され、浄化された空気流の流れが生成される前記方法。
【請求項５８】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層における第一卑金属触媒の第一質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、１％〜３０％である前記方法。
【請求項５９】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層における第一卑金属触媒の第一質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、５％〜１５％である前記方法。
【請求項６０】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層における第一卑金属触媒の第一質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、８％〜１２％である前記方法。
【請求項６１】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層における第二卑金属触媒の第二質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、１％〜３０％である前記方法。
【請求項６２】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層における第二卑金属触媒の第二質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、５％〜１５％である前記方法。
【請求項６３】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層における第二卑金属触媒の第二質量パーセントが酸素供与性担体材料を基準として、８％〜１２％である前記方法。
【請求項６４】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が少なくとも５０ｍ２／ｇの表面積を有する前記方法。
【請求項６５】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が少なくとも１００ｍ２／ｇの表面積を有する前記方法。
【請求項６６】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が５０ｍ２／ｇ〜５０００ｍ２／ｇの表面積を有する前記方法。
【請求項６７】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が１００ｍ２／ｇ〜３００ｍ２／ｇの表面積を有する前記方法。
【請求項６８】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が０．１ｃｃ／ｇ〜１０ｃｃ／ｇの細孔容積を有する前記方法。
【請求項６９】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が０．３ｃｃ／ｇ〜３ｃｃ／ｇの細孔容積を有する前記方法。
【請求項７０】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が０．３ｃｃ／ｇ〜１．２ｃｃ／ｇの細孔容積を有する前記方法。
【請求項７１】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が耐火性酸化物を含有する前記方法。
【請求項７２】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料が、セリア、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、炭素、金属有機構造体、クレイ、ゼオライト、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される材料を含有する前記方法。
【請求項７３】
請求項４６に記載の方法であって、ここで担体材料がセリアを含有する前記方法。
【請求項７４】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層の厚さが１０ナノメートル〜１０ミリメートルである前記方法。
【請求項７５】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層の厚さが５００ナノメートル〜１ミリメートルである前記方法。
【請求項７６】
請求項４６に記載の方法であって、ここで触媒層の厚さが１マイクロメートル〜５００マイクロメートルである前記方法。
【請求項７７】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化された空気流の流れの第二オゾン含分が、浄化されていない空気流の流れの第一オゾン含分の２０％未満である前記方法。
【請求項７８】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化された空気流の流れの第二オゾン含分が、浄化されていない空気流の流れの第一オゾン含分の１０％未満である前記方法。
【請求項７９】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化されていない空気流の流れが、航空機ジェットエンジンのブリードエアの流れである前記方法。
【請求項８０】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化されていない空気流の流れが、再循環した航空機キャビンの空気である前記方法。
【請求項８１】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化された空気流の流れが、航空機のキャビン又はコックピット内へ流れる空気である前記方法。
【請求項８２】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化されていない空気流の流れが、自動車の換気ユニット内へ流れる空気である前記方法。
【請求項８３】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化された空気流の流れが、自動車の換気ユニットから出て自動車内部へ流れる空気である前記方法。
【請求項８４】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化されていない空気流の流れが、建物外部から建物内へ流れる空気である前記方法。
【請求項８５】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化されていない空気流の流れが、ＨＶＡＣシステム内へ流れる、建物内部からの再循環した空気である前記方法。
【請求項８６】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化された空気流の流れが、ＨＶＡＣシステムを介して建物内へ流れる空気である前記方法。
【請求項８７】
請求項４６に記載の方法であって、ここで、浄化されていない空気流の流れが、携帯用空気清浄機内へ流れる空気である前記方法。
【請求項８８】
航空機環境制御システムであって：
請求項１の卑金属触媒が内部に配置されている触媒装置；
浄化されていない空気をハウジング内へ受け入れるための吸入口、ここで浄化されていない空気が、ジェットエンジンのブリードエア又は再循環した航空機キャビンの空気のうち少なくとも１つである；及び
オゾンを減少させた空気を前記ハウジングから航空機の内部へと送り出すための排出口、ここで、オゾンを減少させた空気が、浄化されていない空気と卑金属触媒との接触の結果として生成される；
を有する前記航空機環境制御システム。
【請求項８９】
触媒装置の製造方法であって：
スラリーを用意すること、ここでスラリーは、酸化銅を含有する第一卑金属触媒、酸化マンガンを含有する第二卑金属触媒、希土類酸化物を含有する酸素供与性担体材料、及びバインダー材料を含有する；
固体基材の表面上にスラリーを堆積させること；
堆積させたスラリーをか焼して、固体基材の表面上に配置された触媒層を作製すること；及び
固体基材を空気浄化チャンバ内に入れること、ここで固体基材は、空気流が空気浄化チャンバ内に導入されると触媒層が空気流に接触し、空気流中のオゾンを酸素に転化するように配置されている；
を含む前記製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１４年１０月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／０７２，７３８号（Ｕ．Ｓ．  Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．６２／０７２，７３８）の優先権の利益を請求し、ここで参照によって全て本明細書に組み込む。
【０００２】
本開示は、空気浄化のための触媒を利用する装置及び方法に関する。より具体的には、本開示は、空気供給源からオゾン及び揮発性有機化合物を除去するための卑金属触媒層に関する。
【０００３】
背景技術
大気汚染は、様々な大気汚染物質の水準が上がり続けているため、ますます重大な問題である。問題となる主要汚染物質の１つがオゾンである。オゾンは、３つの酸素原子から成る分子である。自然発生するオゾンは、地上から何マイルも上の成層圏で形成される。このオゾン層が、太陽の有害な紫外線の大部分を吸収する役割を担っている。地表面でのオゾンは、窒素酸化物及び揮発性有機化合物を直射日光の存在下で反応させることによって生成する。窒素酸化物及び揮発性有機化合物のガスの主な発生源は、自動車からの排出、大規模工場、電気施設、化学溶媒、及びガソリンの蒸気である。
【０００４】
成層圏近傍において、航空機は様々な汚染物質の影響を受ける恐れがある。例えば、航空機環境制御システム（「ＥＣＳ」）における供給源は定期的に、航空機のキャビン又はコックピットにいる搭乗者にとって有害／望ましくない高水準のオゾン及び揮発性有機化合物（「ＶＯＣ」）といった汚染物質を含有する。最近の航空機キャビンエア用触媒コンバーターは、パラジウム及び白金の両方を含む貴金属を高水準で含有しており、オゾン及びＶＯＣをそれぞれ削減するために設計されているが、それは製造及び維持するために非常にコストがかかることがある。
【０００５】
地表面では、乗り物用熱交換器を利用して地表面におけるオゾン及びその他の汚染物質を直接処理することによっても汚染が制御される。これらのプロセスでは、空気中のオゾンが触媒被覆をした表面、例えば、ラジエータ上を通過することによって、オゾン分子が酸素分子に転化する。これらのプロセスは、乗り物のラジエータを通過する大量の空気を利用している。
【０００６】
地表面及び高高度における汚染物を効率的に処理するためのシステム、方法、及び組成物が必要とされ続けている。これらの方法及び組成物は、長期的な性能、効率的な製造作業、及び製造コストの削減を示すべきである。
【０００７】
概要
本明細書では、オゾン及び揮発性有機化合物の空気供給源を浄化するための方法、装置、及びシステムを開示する。また明細書では、触媒装置の製造方法も開示する。
【０００８】
一態様において、触媒装置は、ハウジング、ハウジング内に配置された固体基材、及び基材上に配置された触媒層を有する。この触媒層は、第一質量パーセントの第一卑金属触媒、第二質量パーセントの第二卑金属触媒、及び第一卑金属触媒又は第二卑金属触媒を少なくとも１つ含浸させた担体材料を有する。
【０００９】
本装置の一実施形態において、触媒層は、浄化されていない空気供給源から、オゾン、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素酸化物、アミン、硫黄化合物、チオール、塩素化炭化水素、又は揮発性有機化合物のうち１つ以上を除去するためのものである。
【００１０】
本装置の一実施形態において、第一卑金属触媒及び第二卑金属触媒はそれぞれ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｔａ、又はＳｒのうち少なくとも１つを含有する。例えば、第一卑金属触媒は、約１％〜約３０％、約５％〜１５％、又は約８％〜約１２％の第一質量パーセントの酸化銅であってよい。別の例として、第二卑金属触媒は、約１％〜約３０％、約５％〜１５％、又は約８％〜約１２％の第二質量パーセントの酸化マンガンであってよい。
【００１１】
本装置の一実施形態において、担体材料は酸素供与性担体であり、これは少なくとも約５０ｍ２／ｇ、少なくとも約１００ｍ２／ｇ、約５０ｍ２／ｇ〜約５０００ｍ２／ｇ、又は約１００ｍ２／ｇ〜約３００ｍ２／ｇの表面積を有することができる。この担体材料は、約０．１ｃｃ／ｇ〜約１０ｃｃ／ｇ、約０．３ｃｃ／ｇ〜約３ｃｃ／ｇ、又は約０．３ｃｃ／ｇ〜約１．２ｃｃ／ｇの細孔容積を有することができる。この担体材料は耐火性酸化物であっても、又は耐火性酸化物を含有していてもよく、またセリア、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、炭素、金属有機構造体、クレイ、ゼオライト、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される材料であっても、又はこうした材料を含有していてもよい。
【００１２】
本装置の一実施形態において、触媒層の密度は、約０．００３ｇ／ｉｎ３〜約０．０７８ｇ／ｉｎ３、約０．０１５ｇ／ｉｎ３〜約０．０６２ｇ／ｉｎ３、又は約０．０３９ｇ／ｉｎ３〜約０．０４７ｇ／ｉｎ３であってよい。触媒層の厚さは、約１０ナノメートル〜約１０ミリメートル、約５００ナノメートル〜約１ミリメートル、又は約１マイクロメートル〜約５００マイクロメートルであってよい。
【００１３】
本装置の一実施形態において、固体基材は、不織布フィルター、ペーパーフィルター、セラミックフィルター、又は繊維フィルターである。本装置における別の実施形態において、固体基材は、金属発泡基材、セラミック発泡基材、又はポリマー発泡基材である。本装置におけるさらなる別の実施形態において、固体基材は、金属ハニカム基材、セラミックハニカム基材、ペーパーハニカム基材、又はセラミック繊維ハニカム基材である。本装置におけるさらなる別の実施形態において、固体基材は、熱交換器、ラジエータ、加熱コア又はコンデンサの表面である。本装置におけるさらなる別の実施形態において、固体基材は、ＨＶＡＣダクト、エアフィルター、又はルーバー表面である。
【００１４】
本装置の一実施形態において、触媒装置はさらに、浄化されていない空気をハウジング内部に受け入れるように構成された吸入口と、浄化された空気をハウジングから送り出すように構成された排出口とを有する。この触媒装置は、受け入れた浄化されていない空気を触媒層と接触させるように構成されていてよく、ここでこの装置中では、受け入れた浄化されていない空気中に存在するオゾンが、触媒層と接触すると酸素に転化する。受け入れた浄化されていない空気は初期オゾン含分を有することができ、浄化された空気は初期オゾン含分より低い最終オゾン含分を有することができる。例えば、浄化された空気の最終オゾン含分は、受け入れた浄化されていない空気の初期オゾン含分の約２０％未満であること、又は受け入れた浄化されていない空気の初期オゾン含分の約１０％未満であることが可能である。
【００１５】
本装置の一実施形態において、触媒装置は航空機環境制御システムに組み込まれる。浄化されていない空気は、再循環した航空機キャビンの空気、航空機ジェットエンジンのブリードエア、又はノンブリードエアのうち１つ以上であってよい。浄化された空気は、航空機のキャビン又はコックピット内へ流れる空気であってよい。
【００１６】
本装置の一実施形態において、触媒装置は自動車に組み込まれる。浄化されていない空気は、自動車の換気ユニット内へ流れる空気であってよい。浄化された空気は、自動車の換気ユニットから出て自動車内部へ流れる空気であってよい。
【００１７】
本装置の一実施形態において、触媒装置は、建物の暖房、換気、及び空調（ＨＶＡＣ）システムに組み込まれる。浄化されていない空気は、建物外部からの空気又は建物内部からの再循環した空気のうち１つ以上であってよい。浄化された空気は、建物内へ流れる空気であってよい。
【００１８】
本装置の一実施形態において、触媒装置は携帯用空気清浄機に組み込まれる。
【００１９】
一態様において、空気流の流れを浄化するための方法は、浄化されていない空気流の流れを触媒層と接触させて、浄化された空気流の流れを生成することを含む。浄化されていない空気流の流れは第一オゾン含分を有し、浄化された空気流の流れは、第一オゾン含分より低い第二オゾン含分を有する。触媒層は、第一卑金属触媒、第二卑金属触媒、及び担体材料を有する。
【００２０】
本方法の一実施形態において、触媒層は固体基材上に配置されている。固体基材は熱交換器であってよく、また自動車の換気ユニットの一部であってよい。本方法における別の実施形態において、固体基材は航空機環境制御システムの一部である。本方法におけるさらなる別の実施形態において、固体基材はＨＶＡＣシステムの一部である。
【００２１】
本方法の一実施形態において、固体基材は、不織布フィルター、ペーパーフィルター、セラミックフィルター、又は繊維フィルターである。本方法における別の実施形態において、固体基材は、金属発泡基材、セラミック発泡基材、又はポリマー発泡基材である。本方法におけるさらなる別の実施形態において、固体基材は、金属ハニカム基材、セラミックハニカム基材、ペーパーハニカム基材、又はセラミック繊維ハニカム基材である。本方法におけるさらなる別の実施形態において、固体基材は、熱交換器、ラジエータ、加熱コア、又はコンデンサの表面である。本方法におけるさらなる別の実施形態において、固体基材は、ＨＶＡＣダクト、エアフィルター、又はルーバー表面である。
【００２２】
本方法の一実施形態において、浄化されていない空気流の流れを触媒層と接触させることによって、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素酸化物、又は揮発性有機化合物のうち少なくとも１つが、浄化されていない空気流の流れから除去され、浄化された空気流の流れが生成される。
【００２３】
本方法の一実施形態において、第一卑金属触媒及び第二卑金属触媒はそれぞれ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｔａ、又はＳｒのうち少なくとも１つを含有する。例えば、第一卑金属触媒は、約１％〜約３０％、約５％〜１５％、又は約８％〜約１２％の第一質量パーセントの酸化銅である。第二卑金属触媒は、約１％〜約３０％、約５％〜１５％、又は約８％〜約１２％の第二質量パーセントの酸化マンガンであってよい。
【００２４】
本方法の一実施形態において、担体材料は酸素供与性担体であり、これは少なくとも約５０ｍ２／ｇ、少なくとも約１００ｍ２／ｇ、約５０ｍ２／ｇ〜約５０００ｍ２／ｇ、又は約１００ｍ２／ｇ〜約３００ｍ２／ｇの表面積を有することができる。この担体材料は、約０．１ｃｃ／ｇ〜約１０ｃｃ／ｇ、約０．３ｃｃ／ｇ〜約３ｃｃ／ｇ、又は約０．３ｃｃ／ｇ〜約１．２ｃｃ／ｇの細孔容積を有することができる。
【００２５】
本方法の一実施形態において、担体材料は耐火性酸化物であっても、又は耐火性酸化物を含有していてもよく、またセリア、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、炭素、金属有機構造体、クレイ、ゼオライト、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される材料であっても、又はこうした材料を含有していてもよい。
【００２６】
本方法の一実施形態において、触媒層の密度は、約０．００３ｇ／ｉｎ３〜約０．０７８ｇ／ｉｎ３、約０．０１５ｇ／ｉｎ３〜約０．０６２ｇ／ｉｎ３、又は約０．０３９ｇ／ｉｎ３〜約０．０４７ｇ／ｉｎ３であってよい。触媒層の厚さは、約１０ナノメートル〜約１０ミリメートル、約５００ナノメートル〜約１ミリメートル、又は約１マイクロメートル〜約５００マイクロメートルであってよい。
【００２７】
本方法の一実施形態において、浄化された空気流の流れの第二オゾン含分は、浄化されていない空気流の流れの第一オゾン含分の約２０％未満であること、又は受け入れた浄化されていない空気流の流れの第一オゾン含分の約１０％未満であることが可能である。
【００２８】
本方法の一実施形態において、浄化されていない空気流の流れは、航空機ジェットエンジンのブリードエアの流れ、再循環した航空機キャビンの空気、又はノンブリードエアの流れのうち１つ以上である。浄化された空気流の流れは、航空機のキャビン又はコックピット内へ流れる空気であってよい。
【００２９】
本方法の一実施形態において、浄化されていない空気流の流れは、自動車の換気ユニット内へ流れる空気であってよい。浄化された空気流の流れは、自動車の換気ユニットから出て自動車内部へ流れる空気であってよい。
【００３０】
本方法の一実施形態において、浄化されていない空気流の流れは、建物外部から建物内へ流れる空気であってよく、又はＨＶＡＣシステム内へ流れる、建物内部からの再循環した空気であってもよい。浄化された空気流の流れは、ＨＶＡＣシステムを介して建物内へ流れる空気であってよい。
【００３１】
本方法の一実施形態において、浄化されていない空気流の流れは、携帯用空気清浄機内へ流れる空気である。
【００３２】
一態様において、航空機環境制御システムは、卑金属触媒が内部に配置されているハウジングを有する。このシステムは、浄化されていない空気をハウジング内に受け入れる吸入口も有し、ここで浄化されていない空気は、ジェットエンジンのブリードエア又は再循環した航空機キャビンの空気のうち少なくとも１つである。このシステムは、オゾンを減少させた空気を前記ハウジングから航空機の内部に送り出すための排出口も有し、このシステムでは、オゾンを減少させた空気が、受け入れた浄化されていない空気と卑金属触媒との接触の結果として生成される。
【００３３】
一態様において、触媒装置の製造方法はスラリーを製造又は用意することを含み、ここでスラリーは、第一卑金属触媒、第二卑金属触媒、担体材料、及びバインダー材料を含有する。この方法はさらに、固体基材の表面上にスラリーを堆積させること、及びこの堆積させたスラリーをか焼して、固体基材の表面上に配置された触媒層を作製することを含む。この固体基材を空気浄化チャンバに入れ、ここでは、空気流が空気浄化チャンバ内に導入されると、触媒層が空気流に接触し、空気流中のオゾンを酸素に転化するように、この固体基材が配置されている。
【００３４】
本明細書で「大気」という用語の意味は、地上を覆う空気の集合（mass）であると規定される。「周囲空気」という用語は、本明細書で開示される組成物又は装置の外部表面に向かって引き寄せられる又は押されてくる大気を意味するものとする。
【００３５】
「自動車」という用語は、（ｉ）乗客又は貨物を輸送するため、又は（ｉｉ）建設又は掘削物の運搬などの作業を行うための、車輪付き又は車輪なしのあらゆる自動機械又は自動の乗り物を意味する。乗り物は例えば、少なくとも２個の車輪（例えば、自動二輪車又は電動スクーター）、少なくとも３個の車輪（例えば、全地形対応車）、少なくとも４個の車輪（例えば、乗用車）、少なくとも６個の車輪、少なくとも８個の車輪、少なくとも１０個の車輪、少なくとも１２個の車輪、少なくとも１４個の車輪、少なくとも１６個の車輪、又は少なくとも１８個の車輪を有することができる。乗り物は例えば、バス、廃棄物収集車、貨物トラック、建設車両、重機、軍用車両、又はトラクターであってよい。乗り物はまた、電車、航空機、船舶、潜水艦、又は宇宙船であってもよい。
【００３６】
「ラジエータ」という用語は、熱交換によって関連装置を冷却する機器を意味する。
【００３７】
「流れ」又は「流」という用語は広義には、固体状、液体状、又は気体状の物質を含有し得る流動ガスのあらゆる組み合わせを指す。
【００３８】
「浄化されていない空気」又は「浄化されていない空気の流れ」という用語は、人の健康に有害な影響（短期的な影響及び／又は長期的な影響を含む）を与えると考えられる水準にある、又はその水準を超える濃度又は含分の汚染物質を１つ以上含有するあらゆる流れを指す。浄化されていない空気には、オゾン、一酸化炭素（ＣＯ）、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、臭化メチル、水、及び窒素が含まれ得るが、それらに限られることはない。
【００３９】
「浄化された空気」又は「浄化された空気の流れ」という用語は、人の健康に有害な影響を与えると考えられる水準未満（例えば、実質的に汚染物質を含まない）の濃度又は含分の汚染物質を１つ以上含有するあらゆる流れを指す。
【００４０】
「担体」という用語は、基礎を成す高表面積の材料（例えば、セリア、セリア／ジルコニア、チタニアなど）を指し、その上に、さらなる化学化合物又は化学元素が担持されている。
【００４１】
「基材」という用語は、その上に担体が置かれるモノリス材料を指す。幾つかの実施形態において、基材は、その上に触媒種を有する複数の担体を含むウォッシュコートを有する固体表面の形態であり得る。ウォッシュコートは、液体ビヒクル中で特定の固体含分（例えば、３０〜５０質量％）の担体を含むスラリーを調製し、その後、これを基材上に被覆し、乾燥させて、ウォッシュコート層を得ることによって形成することができる。
【００４２】
本開示における上記及び他の特徴、その性質、及び様々な利点は、添付図面と併せて以下の詳細な記載について検討することでより明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態に基づく固体担体上に堆積させた触媒層の断面図を表す。
【図２】実施形態に基づく航空機環境制御システム（「ＥＣＳ」）のブロック図のイラストを表す
【図３−Ａ】実施形態に基づく自動車換気システムの垂直断面図を表す
【図３−Ｂ】実施形態に基づく自動車用のラジエータ−空調コンデンサ組立品の垂直断面図を表す
【図３−Ｃ】実施形態に基づく触媒層で被覆されたフィンを有するラジエータの部分的な透視図を表す
【図４】実施形態に基づく暖房、換気、及び空調「（ＨＶＡＣ）」システムを表す
【図５】実施形態に基づく触媒装置の製造方法の説明を示す
【図６】様々な組成物のオゾン転化率を示すグラフ、及び
【図７】Ａ〜Ｃは、様々な組成物に関するエージングサイクルの効果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００４４】
詳細な説明
本開示は、オゾン、炭化水素、一酸化炭素、及び様々なＶＯＣをより害の少ない化合物、例えば、酸素、二酸化炭素、及び水蒸気に転化するための、卑金属だけの触媒の使用に関する。特定の実施形態において、セリアに担持された酸化マグネシウム触媒及び酸化銅触媒を有する触媒は、白金触媒を有することなく、ＶＯＣ転化機能を有するパラジウム金属触媒よりも高い効率でオゾンを酸素に転化すると示されている。
【００４５】
一実施形態において、本開示は、ＥＣＳの空気供給源のために航空機ジェットエンジンのブリードエアの処理に向けられている。航空機ジェットエンジンのブリードエアの処理に関して、貴金属触媒は高効率の需要（１，０００，０００ｈｒ−１  ＳＶ及び２００Ｃで転化率９０％超）を満たし、それ故、もっぱらＥＣＳ触媒コンバーターにおいて使用されてきた。航空機のオゾンを処理するための現在の触媒は、高表面積のアルミナ／シリカ担体に担持されているパラジウム／マンガン触媒を利用しており、任意で、さらなるＶＯＣ転化機能のために、高表面積の担体上にある白金触媒を追加する。しかしながら、これらの触媒における貴金属の水準は非常に高い：１８５〜２５０ｇ／ｆｔ３のパラジウム及び任意で８６ｇ／ｆｔ３の白金。ＦＡＡの規定により定められているオゾン転化率に関する性能への要求は厳しく、コスト削減の試みは一般的に、オゾン転化性能の水準によって制約されている。
【００４６】
本明細書で開示する触媒は、航空機ＥＣＳの空気供給源を処理する以外の用途で利用可能である。一実施形態において、本開示は、熱交換装置（例えば、自動車のラジエータ）の表面処理に向けられており、それによって、周囲空気中に含有されている汚染物質、例えば、オゾン及びＶＯＣをより害の少ない化合物に容易に転化することができる。一実施形態において、本開示は、建物内部にもたらされる空気供給源を処理して、周囲空気中に含有されている汚染物質、例えば、オゾン及びＶＯＣを除去するためのＨＶＡＣシステムに向けられている。
【００４７】
例えば熱交換装置を通る周囲空気流を、本明細書に記載されている実施形態に基づいて処理することができる。本開示における特定の態様において、熱交換装置の外部表面は、装置における熱交換の活性度に不利な影響を与えることなく、触媒作用によって汚染物質をより害の少ない化合物に転化することが可能である。本開示における別の態様において、熱交換器は、装置の耐用寿命にわたって維持される容認可能な触媒活性度を提供することができる。本開示における別の態様において、意図する活性度は、触媒材料を基材（例えば、熱交換器）上に一回被覆することによって得ることができる。
【００４８】
これより、以下の図及び実施例を参照して様々な実施形態を記載する。幾つかの例示的な実施形態を記載する前に、本開示は、以下の記載で説明される構造若しくは処理工程の詳細に制限されることはないと理解すべきである。記載された原則に従って、様々な方法で別の実施形態を実践又は実行することができる。
【００４９】
図１は、実施例に基づく固体担体上に堆積させた触媒層の断面図を表す。触媒１００は、触媒層１０２を基材１０４上に置くことによって形成され、また触媒１００は、触媒層１０２を基材１０４に接着する接着層１０８を有することができる。触媒層１０２は、多孔質であってよく、空気流に接触する高表面積表面１０６を有することができる。高表面積表面１０６は、触媒層１０２に曝される空気流中の汚染物質の量が増加するように、触媒層１０２近傍の空気流の乱れを促す。触媒層１０２及び接着層１０８は正確な縮尺率で示してはいない。
【００５０】
特定の実施形態において、触媒層１０２は卑金属触媒である。オゾン／ＶＯＣ転化のための例示的な卑金属触媒は、酸化マンガン約１０質量％及び酸化銅約１０質量％を含有し、セリアとしても知られる酸化セリウム（ＣｅＯ２）に担持されている。卑金属触媒は例えば、ＨＳＡ−２０セリア及びＳＢＡ−１５０アルミナの両方と１６：３の比で混ぜた目標量の銅塩及びマンガン塩（例えば、酢酸塩又は硝酸塩系のもの）を有するスラリーを作出することによって製造される。アルミナバインダー（Ｄｉｓｐｅｒａｌ  Ｐ３）の添加後、約２．７５ｇ／ｉｎ３でスラリーを基材（例えば、基材１０４）上に被覆し、約５００℃でか焼することができる。か焼することによって、固体全体を基準として約８．３３％の酸化マンガン及び８．３３％の酸化銅を含有する目的の触媒層が生じる。
【００５１】
幾つかの実施形態において、触媒層は、多層又は「サブ層」の触媒材料を含むことができる。したがって、「触媒層」という用語は、それが、異なる成分を含有する触媒材料を指す場合に、単一層中に分布している成分又は異なる層に分けられている成分を意味し得ると理解すべきである。例えば、触媒層は、第一卑金属触媒（例えば、酸化マンガン）からの第一触媒層と第二卑金属触媒（例えば、酸化銅）からの第二触媒層とを有することができる。第一層を第二層の上に配置してもよく、又は第二層を第一層の上に配置してもよい。
【００５２】
幾つかの実施形態において、触媒被覆物の上に上部層が存在してもよく、又は基材と触媒層１０２の間に下部層が存在してもよい。下部層又は上部層は、保護被覆物、接着層（例えば、接着層１０８）、又はさらなる触媒層であってよい。例えば接着層１０８は、ラテックス材料又はアクリル材料であってよい。特定の実施形態において、触媒層１０２は、接着層１０８を用いることなく基材１０４へと直接接着している。保護被覆物は、高温（例えば、最大１２０℃）で安定な保護物質を含有することができ、また触媒組成物に不利な影響を与える恐れのある化学品、塩、汚れ、及びその他の汚染物質に対して耐性を示すことが可能である。保護材料は例えば、プラスチック材料又はポリマー材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンアクリル（styrene acrylic）、又はこれらの組み合わせであってよい。
【００５３】
触媒層１０２は、例えば、酸化マンガン及び／又は酸化銅の結晶子領域が約５０％〜約９５％又は約６０％〜約８０％である触媒の分散体を有することができ、前記結晶子領域は、透過電子顕微鏡法に基づき、高表面積担体構造内における領域の一次結晶子の寸法を用いて３０ｎｍ未満であると測定される。
【００５４】
別の実施形態において、例えば、触媒層１０２は、酸化マンガン及び／又は酸化銅の結晶子領域が約５０％〜約９５％又は約６０％〜約８０％である触媒の分散体を有することができ、前記結晶子領域は、透過電子顕微鏡法に基づき、高表面積担体構造内における領域の一次結晶子の寸法を用いて１５ｎｍ未満であると測定される。
【００５５】
特定の実施形態において、触媒層１０２は、金属酸化物触媒粒子及び高表面積担体粒子の物理的な混合物であり、その際、金属酸化物及び担体の個別領域は、触媒及びエージング保護体としてそれぞれ独立して機能することができる。
【００５６】
特定の実施形態において、触媒層１０２は、金属酸化物触媒及び高表面積担体の合金であり、その際、それぞれの材料の機能は相互に分けることができない。
【００５７】
特定の実施形態において、触媒１００は、細孔構造の内部で及び／又は外側から、金属酸化物触媒の小さな（１００ｎｍ未満）領域と表面で接触している高表面積担体粒子であり、その際、金属酸化物の個別領域は、触媒として独立して機能することができ、また担体材料内におけるエージングメカニズムから保護される。
【００５８】
特定の実施形態において、触媒１００は、金属酸化物触媒材料の多孔質シェル構造によって外部から被覆されている高表面積担体粒子であり、その際、金属酸化物触媒の機能部は、複合粒子の内側に高表面積をもたらす担体の外側にある。
【００５９】
特定の実施形態において、触媒１００は、被覆層中に金属酸化物粒子を包んでいる高表面積担体であり、その際、金属酸化物触媒は、保護的な高表面積担体材料によって全体的に囲まれている。
【００６０】
特定の実施形態において、触媒層１０２は、汚染物質の破壊効率を維持しつつ比較的高い熱伝導性を有する。本開示の一態様において、熱伝導性が高い材料（例えば、粒子の形態のもの）を被覆に混ぜ合わせて、被覆物全体の拡散性に著しい影響を与えることなく被覆物の熱伝導特性を提供し、又は向上することができる。そのような材料の非限定的な例には、金属、例えば、アルミニウム、グラファイト、炭化ケイ素、及びサファイアが含まれる。この材料は、粒子（例えば、フレーク）の形態であってよい。粒子サイズは、適切なあらゆるサイズであってよい。一実施形態において、粒子はほぼ触媒のサイズで、及び／又は被覆の所望な厚さ以下である。例えば、この粒子は、約１ミクロン〜約３０ミクロン、又は約１ミクロン〜約１０ミクロンの平均サイズを有することができる。この材料（例えば、粒子）は、被覆物全体に対して約１質量％〜約５０質量％の量で被覆物中に含有されていてよい。
【００６１】
図２は、例示的な航空機環境制御システム（「ＥＣＳ」）を示す。ＥＣＳ２００は、触媒チャンバ２０４、熱交換器２０８、及び空調システム２１２を有する。ＥＣＳ２００は、空気、例えば、ブリードエア２０２を航空機のエンジンから受け取る。ブリードエア２０２は、触媒チャンバ２０４で受け取られる圧縮空気であってよい。幾つかの実施形態では、ブリードエア２０２の代わりに又はブリードエア２０２と一緒に、ノンブリードエアを触媒チャンバ２０４で受け取ることができる。触媒チャンバ２０４は、内部配置された触媒層のためのハウジングとして機能し、例えば、航空機の下部において、ブリードエア２０２用の空気吸入口と熱交換器２０８の間に位置することが可能である。触媒チャンバの内壁には卑金属触媒材料（例えば、図１で記載した触媒層１０２）が配列されており、その際、触媒チャンバ２０４内への空気流が触媒材料に接触すると、汚染物質、例えば、オゾン及び揮発性有機化合物は除去又は転化される。例えば、本明細書に記載したような、オゾンを酸素に転化することができる卑金属触媒は、触媒チャンバ２０４の内壁に配列していてもよい。
【００６２】
幾つかの実施形態において、触媒チャンバ２０４の内部は、触媒チャンバ２０４内における空気の混合を促進するため、及び触媒材料に曝される空中浮遊汚染物質の量を増加させるために、歪曲した流れの空気流路を有してもよい。幾つかの実施形態では、予冷ユニットもまた備えられていてよく、これを触媒チャンバ２０４に対して上流に設置することもできる。予冷ユニットによって、オゾン及びその他の汚染物質を転化又は除去する前に、触媒チャンバ２０４に入る空気の温度を下げることができる。
【００６３】
熱交換器２０８は浄化された空気２０６を受け取り、浄化された空気はここで、周囲温度まで、又はその近くまで冷却される。そして、熱交換された空気２１０は空調システム２１２で受け取られ、この空調システムによって空気の温度が調整され、キャビンに送る準備のできた空気２１４が航空機のキャビンへと運ばれる。幾つかの実施形態において、空調システム２１２はまた、水抽出ユニットを含むことによって、キャビンに送る準備のできた空気の湿度を調整する。幾つかの実施形態において、再循環したキャビンの空気２１６は、キャビンから流れ出て、触媒チャンバ２０４内に戻る。
【００６４】
幾つかの実施形態において、様々な通路の内壁は触媒材料で被覆されており、熱交換器２０８及び空調システム２１２の内部も同様である。幾つかの実施形態において、１つ以上の熱交換器２０８及び空調システム２１２は、触媒チャンバ２０４に統合することができる。
【００６５】
幾つかの実施形態において、触媒装置が航空機用燃料タンク発火防止装置（ＦＴＩＳ）に組み込まれる。触媒装置で受け取られた浄化されていない空気は、再循環した航空機キャビンの空気、航空機ジェットエンジンのブリードエア、又はノンブリードエアのうち１つ以上であってよい。浄化された空気は、ＦＴＩＳの空気分離構成要素又は燃料タンクのアレージに流れるように指向されていてもよい。
【００６６】
図３−Ａは、実施形態に基づく自動車換気システムの垂直断面図を表す。自動車のフレーム３０１は、空気吸入のためのグリル３０２を支持しており、これは自動車の前端部に位置している。フレーム３０１は、空気を自動車内部へと運ぶための空気吸入口３０４も支持している。浄化されていない周囲空気３０６は、空気吸入口３０４を介して換気ユニット３０８で受け取られ、フィルターユニット３１０に入る。フィルターユニット３１０は、周囲空気３０６から粒子を除去するためのエアフィルターを有することができ、またこれは、触媒装置のハウジングとして機能することもできる。例えば、フィルターユニット３１０の内壁は、汚染物質、例えば、オゾン及び揮発性有機化合物を除去するために、卑金属触媒層（例えば、図１で記載されている触媒層１０２）で被覆されていてもよい。フィルターユニット３１０内のフィルタリング構成要素の部分には、卑金属触媒層を配列することができる。
【００６７】
浄化された空気は、排出口３１２を通り、正面送風口３１６、デミスター送風口３１８、及び足下送風口３１４を介して自動車の内部に入る。幾つかの実施形態において、空気排出口３１２の内壁、並びに各送風口３１４、３１６、及び３１８の内壁には、自動車へと運ばれた空気を、汚染物質についてさらに浄化するための卑金属触媒を配列することができる。
【００６８】
図３−Ｂは、実施形態に基づく自動車用のラジエータ−空調コンデンサ組立品の垂直断面図を表す。この自動車は、フレーム３５２（図３−Ａに記載されているフレーム３０１と同じであってよい）を有する。この自動車の前端部はグリル３５０（図３−Ａに記載されているグリル３０２と同じであってよい）を有し、これはフレーム３５２前部において支持されている。空調コンデンサ３５４、ラジエータ３５６、及びラジエータのファン３５８は、フレーム３５２内に位置することが可能である。これらの構成要素のうち１つ以上を、本明細書で開示する卑金属触媒層により被覆することができる。
【００６９】
図３−Ｃは、実施形態に基づく触媒層で被覆されたフィンを有するラジエータの部分透視図を表す。ラジエータ３７０（図３−Ｂに記載されているラジエータ３５６と同じであってよい）は、第一流体の流れのために、離間された複数の管３７２を有することができる。これらの管は、ラジエータ３７０にわたって水平に配置されており、一連の波形板３７４がそれらの管の間に挿入されており、この波形板によって、第一流体の流れに対して横方向である第二流体の流れの流路３７６が定められる。第一流体、例えば、不凍液は、その供給源から吸入口３７８を通って管３７２に供給される。この不凍液は、比較的低い温度で吸入口３７８を通ってラジエータ３７０に入り、最終的に排出口３８０を通ってラジエータから出て、再循環させることが可能である。第二流体は、流路３７６を通り、管３７２を通る第一流体と熱を交換する周囲空気であってもよい。波形板３７４は、周囲空気からの汚染物質、例えば、オゾン及び揮発性有機化合物を転化又は除去するために、卑金属触媒層（例えば、図１に記載されている触媒層１０２）で被覆されていてもよい。特定の実施形態において、ラジエータには、突起部３８２（例えば、フィン）が備えられており、この突起部は、空気の流路に沿って向けられた非熱交換の表面である。この突起部３８２は、本明細書で開示する卑金属触媒層で被覆することができる。
【００７０】
図４は、実施形態に基づく暖房、換気、及び空調「（ＨＶＡＣ）」システムを表す。ＨＶＡＣシステム４００は例えば、住宅建築物、オフィスビル、又は換気が利用されるその他のあらゆる閉鎖型構造物の内部に位置していてよい。ＨＶＡＣシステム４００は、家屋の各部屋を換気するように配置されているダクトと共に、家屋の一部であってもよく、家屋の地下又は床下に部分的に位置していてよい。
【００７１】
周囲空気４０２は吸入口フィルター４０４を通りＨＶＡＣシステム４００に入る。吸入口フィルター４０４は、空気が入ってきた場合に空気をろ過するためのエアフィルターであってもよく、又は有害生物（例えば、虫及び動物）がＨＶＡＣシステム４００に入ることを防ぐために使用されるスクリーンであってもよい。１つ以上のファン４１４は、周囲空気４０２を吸い込むＨＶＡＣシステム４００内で負圧を発生させるために利用することができる。建物内部からの再循環した空気４０８もＨＶＡＣシステム４００に入る。ＨＶＡＣシステム４００は、送風口４２２も有して、過圧の場合に空気がＨＶＡＣシステム４００から流れ出すことを可能にする。
【００７２】
再循環した空気４０８及び周囲空気４０２は、混合チャンバ４０６中で一緒に混ざり、そして、送風口４１０を通って家屋に入る前に様々なＨＶＡＣ構成要素を通る。混合空気はまず、一次エアフィルター４１２に通過することができ、このエアフィルターは、高性能粒子エア（ＨＥＰＡ）フィルターであってよい。ファン４１４によって空気がエアフィルター４１２に通され、そして、通過する空気との熱交換が行われる加熱／冷却ユニット４１６を通過する。加熱／冷却ユニット４１６は、電源装置と、建物内に設置されているサーモスタットへの電気的接続とを有することができる。加熱／冷却ユニット４１６で利用されるさらなる構成要素は例えば、加湿器、及び／又は凝縮した水を捕捉し、漏斗で排出するためのドリップパンを有することができる。ＨＶＡＣシステム４００は、送風口４１０を通して空気を運ぶ前に、さらなるエアフィルター４１８を有することができる。
【００７３】
幾つかの実施形態において、ＨＶＡＣシステム４００又はその構成要素は、様々な表面上に全体にわたって堆積した卑金属触媒層を有することによって、触媒装置のハウジングとして機能し、建物を換気する前の周囲空気からオゾン、揮発性有機化合物、及びその他の汚染物質を転化又は除去することができる。例えば、卑金属触媒によって、混合チャンバ４０６の内壁４２０、又はＨＶＡＣシステム４００内におけるその他のあらゆる壁を被覆することができる。幾つかの実施形態において、フィルター４０４、４１２、及び４１８はその表面に沿って触媒層を有することができるため、空気は触媒層を通過しながら、同時にそれと接触することができる。幾つかの実施形態において、ファン４１４の羽根を触媒層で被覆することができる。
【００７４】
図５は、実施形態に基づく触媒装置の製造方法の説明を示す。この方法はブロック５０２で開始し、ここではスラリーが製造又は用意される。このスラリーは、第一卑金属触媒、第二卑金属触媒、担体材料、及びバインダー材料を有する。
【００７５】
幾つかの実施形態において、この担体は酸素供与性担体である。本明細書で使用されているように、「酸素供与性」という用語は、隣接する触媒材料表面に酸素を供与することが可能な材料を指す。酸素供与性担体及び卑金属触媒は、湿式化学的方法、例えば、インシピエントウェットネス含浸、共沈、ポストディップ含浸、析出沈殿、ワンポット（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｔ）、又はその他の方法によって調製して、固相の混合物にすることができる。これらの要素は、予備成形された酸化物を担体として使用することなく、触媒製造の間に活性卑金属成分と一緒に添加することができる。
【００７６】
幾つかの実施形態において、第一卑金属触媒のための担体材料は、セリア、プラセオジミア、ネオジミア、ランタナ、イットリア、チタニア、ジルコニア、及びこれらの組み合わせから選択される１つ以上の材料から構成されていてよい。適した酸素供与性担体の例には、希土類酸化物、特にセリアが含まれる。酸素供与性担体は、酸素供与特性を示す形態にある酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含有することができる。
【００７７】
幾つかの実施形態において、酸素供与性担体は、担体の還元性を改善するために、及び／又は高温の水熱エージング条件下での表面積及び構造統合性の損失に対して担体を安定化させるために、その他の要素／成分を含有する。そのような成分には、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｉ、Ｔｉ及びＬａが含まれていてよく、これらは最大約６０質量％の量で存在することが可能である。したがって、さらなる実施形態において、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｚｒ、Ｙ及びＬａの酸化物のうち１つ以上を最大約９０質量％でセリアにドープすることができる。さらなる実施形態において、これらの元素の酸化物を１つ以上、約６０質量％以下、又は約１質量％〜約５０質量％の量で、セリアにドープすることができる。一実施形態において、酸素供与性担体は、実質的にアルミニウム酸化物不含である。１つ以上の実施形態において、担体はセリア及びジルコニアの混合物を含有し、Ｃｅ／Ｚｒの比は４：１未満である。
【００７８】
幾つかの実施形態において、第一卑金属触媒は、実質的にアルミナ不含の酸素供与性担体材料に担持されている。酸素供与性担体材料は、セリア（ＣｅＯ２）、プラセオジミア（Ｐｒ２Ｏ３）、ネオジミア（Ｎｄ２Ｏ３）、ランタナ（ＬａＯ２）、イットリア（ＹｔＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、及びこれらの組み合わせのうち１つ以上を含有することができる。酸素供与性担体材料は、これらとその他の酸化物材料（例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２））の混合物も含有することができる。したがって、酸素供与性担体は、これら２つ以上の複合酸化物若しくは混合酸化物（例えば、ＣｅＺｒＯ２混合酸化物及びＴｉＺｒＯ２混合酸化物）を含有することができる。
【００７９】
酸素供与性担体材料は安定化させることもできる。安定化剤は、ジルコニウム（Ｚｒ）、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙｔ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、及びこれらの酸化物、これら２つ以上の複合酸化物若しくは混合酸化物、又は少なくとも１つのアルカリ土類金属（例えば、バリウム（Ｂａ））から選択することができる。
【００８０】
幾つかの実施形態において、酸素供与性担体は、セリア及びジルコニアの混合物を含有する。特定の理論に縛られることを意図するものではないが、ジルコニアは、触媒の安定性を保持することで長期的なエージングにおいて役立つと考えられている。さらに、ジルコニアは、よりコストのかからない、セリアの代替物である。
【００８１】
触媒活性がＣｅ／Ｚｒ比に比例することが観察されている。あらゆるＣｅ／Ｚｒ比が可能だが、セリアの量が減少するほど（つまり、ジルコニアの含分が高くなるほど）、触媒活性が下がる。幾つかの実施形態において、Ｃｅ／Ｚｒ比は４以下：１である。言い換えれば、酸素供与性担体は、セリア８０％及びジルコニア２０％、セリア７５％及びジルコニア２５％、セリア７０％及びジルコニア３０％、セリア６５％及びジルコニア３５％、セリア６０％及びジルコニア４０％、セリア５５％及びジルコニア４５％、セリア５０％及びジルコニア５０％、セリア４０％及びジルコニア６０％、セリア３０％及びジルコニア７０％、セリア２０％及びジルコニア８０％、セリア１０％及びジルコニア９０％、セリア０％及びジルコニア１００％を含有することができる。一実施形態において、酸素供与性担体はセリア及びジルコニアを等量で含有する。
【００８２】
１つ以上の実施形態において、酸素供与性担体は、セリアを少なくとも５０質量％含有する。特定の実施形態において、酸素供与性担体は、セリアを少なくとも９９質量％含有する。
【００８３】
幾つかの実施形態において、触媒はインシピエントウェットネス含浸によって製造される。インシピエントウェットネス含浸では、酸素供与性担体（例えば、セリア、セリア／ジルコニア、又はチタニア）を含むよく混ぜた粉末床に、卑金属触媒前駆体溶液を分配する。そして、第一卑金属触媒を添加した後に粉末を約５００℃でか焼し、引き続き連続して、少なくとも１つの第二卑金属触媒を分配及びか焼する。あるいは、担体を含むよく混ぜた粉末床に、両方の卑金属触媒前駆体を一緒に含有する溶液を分配することができる。
【００８４】
一実施形態において、卑金属触媒が１つより多く存在する場合、卑金属触媒のうちの１つは卑金属促進剤として働くことが可能である。本明細書で使用されているように、「促進剤」という用語は、触媒に添加された場合に触媒活性を向上させる物質を指す。
【００８５】
担持卑金属調製物に関連する実施形態において、予め作製された担体は、活性卑金属若しくは卑金属の組み合わせの溶液を含浸するために使用することができる。この場合、得られる触媒を、適切なバインダーと混ぜることができる。適切なバインダーの例には、アルミナゾル、ベーマイト、シリカゾル、チタニアゾル、酢酸ジルコニウム、及びコロイド状セリアゾルが含まれる。あるいは、得られる触媒をまず、か焼し、そしてバインダーと混ぜて、基材上に被覆するための適したスラリーを作製する。一実施形態において、酸素供与性担体上に堆積させた第一卑金属触媒を、別の担体上に堆積させたその他の卑金属触媒と混ぜて、基材上に被覆するためのスラリーを作製することができる。
【００８６】
ワンポット合成については、担体、卑金属触媒前駆体、バインダー、及びあらゆる不活性材料（例えば、ウォッシュコートの多孔性を向上させるために添加）を一緒に混ぜ、スラリーを形成する。
【００８７】
幾つかの実施形態において、ｐＨを管理（制御及び調整）して、塩基の添加によりｐＨを８〜１０に維持にしながら、卑金属前駆体溶液（例えば、Ｃｕ及びＭｎの硝酸塩）をゆっくりと担体材料の懸濁液に添加する。担体材料の表面及びその上方において卑金属が堆積するようにｐＨを調整する。そして、得られる材料は、スラリー作製のために使用することができる。
【００８８】
図５に戻り、ブロック５０４では、スラリーを固体基材（例えば、基材１０４）の表面上に堆積させる。スラリーは例えば、固体基材上に吹き付けても、固体基材上に浸漬被覆しても、又は固体基材上に直接堆積させてもよい。
【００８９】
ブロック５０６では、堆積させたスラリーをか焼して、固体基材の表面上に配置された触媒層（例えば、触媒層１０２）を作製する。幾つかの実施形態において、被覆したスラリーを、約１２０℃で約２時間乾燥させ、約３００℃〜約１０００℃の範囲にある温度でか焼する。幾つかの実施形態において、スラリーを、約４００℃〜約９５０℃の範囲にある温度でか焼する。幾つかの実施形態において、触媒を、約４５０℃〜約５００℃の範囲にある温度でか焼する。
【００９０】
幾つかの実施形態において、触媒、担体、バインダー、及びその他の不活性材料（例えば、多孔性のために添加したアルミナ）を含有するスラリーで基材を予備被覆する。乾燥及びか焼の後、被覆された基材のコアを、卑金属触媒前駆体を含有する溶液に浸漬する。それから、完成したコアを５００℃で乾燥及びか焼すると、目的の触媒層が作製される。
【００９１】
ブロック５０８では、固体基材を空気浄化チャンバ、例えば、本明細書に記載されているあらゆるチャンバ内に入れる。そして、固体基材は、空気流が空気浄化チャンバ中に導入されると触媒層が空気流に接触し、空気流中のオゾンを酸素に転化するように、配置される。特定の実施形態において、空気流中のその他の汚染物質は、触媒層と接触すると、無害又はより害の少ない化学種に転化することができる。
【００９２】
ブロック５１０では、浄化されていない空気流の流れを触媒層と接触させて、浄化された空気流の流れを生成する。ブロック５１０は例えば、触媒装置のユーザーによって下流で実施することもでき、必ずしもブロック５０２、５０４、５０６、及び５０８で述べられている製造方法の一部として実施される必要はない。
【００９３】
図５のフローチャートにおける上記工程は、示された及び記載された順序及び連続性に制限されることなく、あらゆる順序又は連続性で実行又は実施することができる。また、図５のフローチャートにおける上記工程の幾つかは、適切な場合には、実質的に同時に実行又は実施することができる。
【００９４】
図６は、様々な組成物のオゾン転化率を表すグラフである。グラフ６００は、航空機環境制御システムで現在使用されているパラジウム／マンガン系触媒に対する、卑金属触媒（銅及びマンガン）のオゾン転化率の比較を示している。それぞれ１００℃、１５０℃、及び２００℃の各試験温度の場合、銅／マンガン／セリア触媒は、オゾン転化の点で白金／マンガン／アルミナ触媒及び白金／マンガン／シリカ触媒のどちらよりも性能が優れているように見える。銅／マンガン触媒が２．７５ｇ／ｉｎ３、Ｐｄ／Ｍｎ触媒が１．０６ｇ／ｉｎ３でセラミック担体上に付与しても、アルミナ／シリカに比べてセリアの密度が高い場合、同じような厚さの被覆ができあがるだろう。被覆の厚さは、航空機環境制御システム中のオゾン／ＶＯＣコンバーターシステムにおける圧力低下の制限を理由として特に興味深いものである。したがって、卑金属触媒の材料が高密度であること（及び高表面積であること）は、従来の貴金属触媒に対して向上した性能に寄与し得る。
【００９５】
図７Ａ〜７Ｃは、様々な組成物に関するエージングサイクルの効果を示すグラフである。例えば作動油は、航空機用ブリードエアシステムにおける公知の汚染物であり、前記汚染物は、航空機オゾン／ＶＯＣ用の触媒に曝すことができる。一面をエージングした航空機用オゾン／ＶＯＣコンバーターを用いた先の研究によって、リンの負荷が、従来のＰｄ／Ｍｎ触媒における経時オゾン転化効率を減少させる可能性のある毒であると示された。リン酸エステル系の作動油は、触媒試料を人工的にエージングすることを意図して、触媒を高濃度のリンに迅速に曝すために使用した。図７Ａ〜７Ｃは、例示的卑金属触媒（セリア上のＣｕ／Ｍｎ）を人工的なエージング条件に曝した後のオゾン転化効率をＰｄ／Ｍｎ触媒と比較して表す。各試験温度、つまり２００℃、１５０℃、及び１００℃の場合、Ｃｕ／Ｍｎ触媒はＰｄ／Ｍｎ触媒よりも性能が優れており、その後のエージングサイクルで高い転化率を維持する。
【００９６】
実施例
以下の実施例は、本明細書に記載されている実施形態の理解を助けるために明記するのであって、特にここに記載及び請求されている実施形態に制限されるものとして解釈すべきではない。そのような変法（現在知られている又は後に開発されるあらゆる等価物の代替を含み、当業者の理解の範囲内にあると思われるもの）及び調製物における変更点、又は実験の設計における小さな変更点は、本明細書に組み込まれている実施形態の範囲内にあるものと考えられる。
【００９７】
実施例１
マンガン及び銅の硝酸塩を水と混ぜ、酸化セリウムのインシピエントウェットネス含浸のための溶液を作製した。そして、この溶液を酸化セリウムに含浸させ、その後、１１０℃で２時間乾燥させ、５００℃で３時間か焼した。含浸した触媒におけるマンガン及び銅の付与率は、セリア上における１０質量％のＭｎＯ２、１０質量％のＣｕＯと同等である。そして、含浸した試料を水、アルミナゾルバインダー（５質量％）、及びアルミナ（１５質量％）と混ぜると、固体を約４２質量％含有するスラリーが形成された。このスラリーのｐＨを硝酸で４．０に調整した。そして、このスラリーをウォッシュコーティングに適した粒子サイズになるまで粉砕した。そして、４００ｃｐｓｉのセル密度を有するコーディエライト基材上にスラリーをウォッシュコーティングすることによって触媒層を作製した。そしてウォッシュコーティング後に、触媒層を１２０℃で２時間乾燥させ、５００℃で２時間か焼した。触媒層の付与率は２．７５ｇ／ｉｎ３であった。
【００９８】
実施例２
マンガン及び銅の硝酸塩を水と混ぜ、酸化セリウムのインシピエントウェットネス含浸のための溶液を作製した。そして、この溶液を酸化セリウムに含浸させ、その後、１１０℃で２時間乾燥させ、５００℃で３時間か焼した。含浸した触媒におけるマンガン及び銅の付与率は、セリア上における５質量％のＭｎＯ２、１０質量％のＣｕＯと同等であった。そして、含浸した試料を水及びアルミナゾルバインダー（５質量％）と混ぜて、固体を約４２質量％含有するスラリーが形成された。このスラリーのｐＨを硝酸で４．５に調整した。そして、このスラリーをウォッシュコーティングに適した粒子サイズになるまで粉砕した。そして、４００ｃｐｓｉのセル密度を有するコーディエライト基材上にスラリーをウォッシュコーティングすることによって触媒層を作製した。そしてウォッシュコーティング後に、触媒層を１２０℃で２時間乾燥させ、５００℃で２時間か焼した。触媒層の付与率は１．７０ｇ／ｉｎ３であった。
【００９９】
実施例３
この実施例における触媒層は、使用された担体がセリアを８０質量％含有するセリア−ジルコニア材料であった点を除いて、実施例２に記載されているものと同じ手順に従って作製した。
【０１００】
実施例４
この実施例における触媒層は、使用された担体がセリアを４５質量％含有するセリア−ジルコニア材料であった点を除いて、実施例２に記載されているものと同じ手順に従って作製した。
【０１０１】
実施例５
この実施例におけるモノリス触媒は、使用された担体がセリアを１２．５質量％含有するセリア−ジルコニア材料であった点を除いて、実施例２に記載されているものと同じ手順に従って作製した。
【０１０２】
実施例６
この実施例におけるモノリス触媒は、使用された担体がチタニアであった点を除いて、実施例２に記載されているものと同じ手順に従って作製した。
【０１０３】
実施例７
この実施例におけるモノリス触媒は、触媒層の付与率が２．７５ｇ／ｉｎ３であった点を除いて、実施例２に記載されているものと同じ手順に従って作製した。
【０１０４】
実施例８
マンガン及び銅の硝酸塩を水と混ぜ、溶液を作製した。この溶液を８０℃に保った酸化セリウム懸濁液に添加した。添加している間、この懸濁液のｐＨを水酸化ナトリウム溶液によって８〜１０に保った。そして、得られた粉末を濾過し、水で洗浄し、１１０℃で２時間乾燥させ、その後、５００℃で３時間か焼した。マンガン及び銅の付与率は、セリア上における５質量％のＭｎＯ２、１０質量％のＣｕＯと同等であった。そして、試料を水及びアルミナゾルバインダー（５質量％）と混ぜて、固体を約４２質量％含有するスラリーが形成された。このスラリーのｐＨを硝酸で４．５に調整した。そして、このスラリーをウォッシュコーティングに適した粒子サイズになるまで粉砕した。そして、４００ｃｐｓｉのセル密度を有するコーディエライト基材上にスラリーをウォッシュコーティングすることによって触媒層を作製した。そしてウォッシュコーティング後に、触媒層を１２０℃で２時間乾燥させ、か焼した。
【０１０５】
実施例１１
この実施例におけるモノリス触媒は、含浸した触媒における銅の付与率が２０質量％のＣｕＯと同等だった点を除いて、実施例２に記載されているものと同じ手順に従って作製した。
【０１０６】
本明細書で論じられている材料及び方法を記載するという文脈における（特に、以下の請求項の文脈における）用語である「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及びそれらに類する指示語が使用される場合、本明細書で特に指示されていない、又は文脈と明らかに相反しない限りは、単数及び複数の両方が包含されるものと解釈すべきである。本明細書において値の範囲を列挙する場合、これは本明細書で特に指示されていない限りは単に、その範囲内にある個別の値をそれぞれ別々に表すことの簡略的方法として機能することを意図するに過ぎず、個別の値はそれぞれ、本明細書で別々に列挙されているものとして明細書に組み込まれている。本明細書に記載されている全ての方法は、本明細書で特に指示されていない、又は文脈と明らかに相反しない限りは、あらゆる適した順序で実施することができる。あらゆる全ての実施例又は例示的言葉（例えば、「など」）は、単に材料及び方法をより良好に説明することを意図するだけのものであって、特に主張されない限りは、その範囲に制限を課すものではない。明細書中にある言葉のいずれも、特許請求されていない何らかの要素を、開示した材料及び方法の実践に必須なものとして示すと解釈すべきではない。
【０１０７】
本明細書全体において「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、又は「実施形態」を参照する場合、その実施形態の関連で記載されている特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示における少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所で見られる、「１つ以上の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「一実施形態において」、又は「実施形態において」という表現は、必ずしも本開示における同一の実施例を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ以上の実施例において、あらゆる適切な手法で組み合わせることができる。
【０１０８】
本願で開示されている実施形態は、特定の実施形態に関して記載してきたものの、これらの実施形態は、単に本開示の原則及び適用を説明するものではないと理解すべきである。当業者には、本開示の方法及び機器に対して、この開示の理念及び範囲から逸脱することなく様々な改良及び変法を生み出せることが明らかとなるだろう。したがって、添付された請求項の範囲内にある改良及び変法とその等価物が本開示に含まれること、並びに上記実施形態が、制限するのではなく、説明する目的のために示されていることが意図されている。
【図１】
0006797114.tif 000002
【図２】
0006797114.tif 000003
【図３−Ａ】
0006797114.tif 000004
【図３−Ｂ】
0006797114.tif 000005
【図３−Ｃ】
0006797114.tif 000006
【図４】
0006797114.tif 000007
【図５】
0006797114.tif 000008
【図６】
0006797114.tif 000009
【図７】
0006797114.tif 000010