(57)【要約】金属繊維及び空隙の配列を有する金属繊維フェルト、及び、金属繊維上及び空隙内に配置された、触媒組成物及び／又は収着剤組成物を含む、触媒及び／又は収着物品が記載されている。かかる物品は、内燃機関からの排気ガス流中の汚染物質の削減に対して非常に効果的であることができる。
2020512177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記：
金属繊維及び空隙の配列を有する金属繊維フェルト、及び
金属繊維上及び空隙内に配置された、触媒組成物、収着剤組成物、又は触媒組成物と収着剤組成物の両方を含む機能性組成物
を含むことを特徴とする機能性物品。
【請求項２】
前記機能性組成物が触媒組成物を含む、請求項１に記載の機能性物品。
【請求項３】
前記機能性組成物が収着剤組成物を含む、請求項１に記載の機能性物品。
【請求項４】
前記金属繊維フェルトが織られたものである、請求項１に記載の機能性物品。
【請求項５】
前記金属繊維フェルトが不織のものである、請求項１に記載の機能性物品。
【請求項６】
前記金属フェルトが平坦である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項７】
前記金属フェルトが波形である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項８】
複数の金属繊維フェルト層を含む三次元マトリックスを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項９】
前記三次元マトリックスが、前記金属繊維フェルトの波形層と前記金属繊維フェルトの平坦層の両方を含む、請求項８に記載の機能性物品。
【請求項１０】
前記三次元マトリックスが、前記金属繊維フェルトの波形層と金属箔の平坦層とを含む、請求項８に記載の機能性物品。
【請求項１１】
前記三次元マトリックスが、金属箔の波形層と前記金属繊維フェルトの平坦層とを含む、請求項８に記載の機能性物品。
【請求項１２】
前記金属繊維フェルトが、空隙内のコーティングとして機能性組成物を含む、請求項１０又は１１に記載の機能性物品。
【請求項１３】
前記金属箔がその上にコーティングとして機能性組成物を含む、請求項１０又は１１に記載の機能性物品。 
【請求項１４】
内部に前記三次元マトリックスを有する金属ジャケットをさらに含む、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項１５】
前記金属繊維フェルトが、ステンレス鋼、ニッケル、ＮｉＣｒ合金又はＦｅＣｒ合金を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項１６】
前記金属繊維フェルトがＦｅＣｒＡｌ合金を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項１７】
前記金属繊維フェルトが、金属フェルトの総容量に基づいて、約２０％〜約９５％又は約６０％〜約９０％の空隙容量を有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項１８】
前記機能性組成物が、機能性組成物をコーティングする前に存在する金属繊維フェルト基材の元の空隙容量の約５％〜約１００％又は約３０％〜約１００％を占める、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項１９】
前記金属繊維フェルトが、平均で約５０μｍ〜約１２，０００μｍ、又は約１００μｍ〜約５００μｍの厚さである、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項２０】
前記金属繊維フェルトが、約１μｍ〜約２５０μｍ、又は約１０μｍ〜約１００μｍの平均直径を有する金属繊維を含む、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項２１】
前記機能性組成物が金属フェルトと機能性組成物との総質量の約２％〜約８０％又は約２０％〜約６０％を構成する、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項２２】
前記触媒組成物が白金族金属又は卑金属を含む、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項２３】
前記触媒組成物がＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）、ＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ）、ＴＷＣ（三元触媒）、ＡＭＯｘ（アンモニア酸化）触媒、ＳＣＲ（選択的接触還元）触媒、又はこれらの任意の組合せを含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の機能性物品。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の機能性物品を含む、排気ガス処理システム。
【請求項２５】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の機能性物品に排気ガス流を通過させることを含む、排気ガス流を処理する方法。
【請求項２６】
屋内空気からの有害物質又は有毒物質の除去のための、定置式工業プロセスからの排出物の処理のための、又は化学反応プロセスにおける触媒作用のための、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の機能性物品を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の概要
本発明は、内燃機関の排気を処理する際に使用するための、触媒及び／又は収着物品のような機能性物品に関する。本発明は、さらに、かかる機能性物品を製造する方法及び使用する方法、及びかかる物品を使用する排気ガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
リーンバーン（希薄燃焼）エンジン、例えばディーゼルエンジンの場合、燃料希薄（リーン）条件で高い空気／燃料比でのエンジン運転に起因して、優れた燃料経済性がユーザに提供されるものである。しかしながら、ディーゼルエンジンは、粒子状物質（particulate matter）（ＰＭ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む排気ガスの排出をもたらす。ここでＮＯｘは、とりわけ、一酸化窒素及び二酸化窒素を含む窒素酸化物の様々な化学種を表す。排気粒子状物質の２つの主成分は、可溶性有機成分（ＳＯＦ）とすす（煤）成分である。ＳＯＦは、すす上に層状に凝縮し、一般に未燃ディーゼル燃料及び潤滑油に由来する。ＳＯＦは、排気ガスの温度に応じて、蒸気又はエアロゾル（すなわち、液体凝縮物の細かい液滴）としてディーゼル排気中に存在する可能性がある。すす（煤）は、主に炭素粒子で構成されている。
【０００３】
例えば、アルミナなどの耐熱性金属酸化物担体上に分散された白金族金属（ＰＧＭｓ）などの貴金属を含む酸化触媒は、炭化水素及び一酸化炭素の両方のガス状汚染物質の酸化に触媒作用を及ぼすことにより、その汚染物質を二酸化炭素及び水へ変換させる目的でディーゼルエンジンの排気処理に使用することで知られている。かかる触媒は一般にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と呼ばれる装置に含まれている。この装置は、ディーゼルパワーシステムからの排気流路に配置されて、排気を大気に排出される前に処理するものである。典型的には、かかるディーゼル酸化触媒はセラミック製又は金属製の基材上に形成され、１つ以上の触媒コーティング組成物がその基材上に堆積される。ガス状のＨＣ及びＣＯ排出物及び粒子状物質（ＳＯＦ部分）の変換に加えて、ＰＧＭを含有する酸化触媒は、ＮＯのＮＯ２への酸化を促進する。触媒は、典型的には、それらのライトオフ（light-off）温度、すなわち５０％変換率が達成できる温度（Ｔ５０とも呼ばれる）によって規定される。
【０００４】
白金（Ｐｔ）は、ＤＯＣ中硫黄の存在下でＣＯ及びＨＣを酸化するための、依然として、最も効果的な白金族金属である。希薄条件下での高温エージングの後、ＰｄをＰｔベースのＤＯＣに添加することに利点がある可能性がある。Ｐｄは高温での焼結に対してＰｔを安定化するからである。パラジウム（Ｐｄ）ベースの触媒を使用することの主な利点の１つは、Ｐｔと比較してＰｄのコストが低いことである。しかしながら、Ｐｔを含まない、ＰｄベースのＤＯＣは、特にＨＣ貯蔵材料と共に使用する場合、典型的には、ＣＯ及びＨＣの酸化に対してより高いライトオフ温度を示し、潜在的にＨＣ及び／又はＣＯライトオフの遅延を引き起こす。この理由により、ネガティブな相互作用を最小限に抑えつつ、ポジティブな相互作用を最大限に発揮するように触媒設計する注意が必要である。
【０００５】
内燃機関の排気を処理するために使用される触媒は、エンジン運転の最初の冷間始動（cold-start）期間のような比較的低温での運転期間中はあまり効果的ではない。エンジン排気の温度が、排気ガス中の有害成分の接触転化を効率的に行うためには十分に高くないからである。この目的のために、ガス状汚染物質を、通常は炭化水素を吸着し初期の冷間始動期間中に保持するために、触媒処理システムの一部として、ゼオライトであることができる吸着剤を含ませることが当業界で知られている。吸着された炭化水素は、排気ガス温度が上昇するにつれて、吸着剤から追い出され、その高温で触媒処理を受ける。
【０００６】
ガソリン直接噴射及び部分的希薄燃焼エンジンなどのようなリーンバーンエンジンの排気から排出されるＮＯｘ、並びに、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘを還元するための一つの有効な方法は、リーンバーンエンジン運転条件下でＮＯｘを捕捉及び吸蔵すること、及び、捕捉したＮＯｘを化学量論的又はリッチエンジン運転条件下で還元すること、又は、リーンエンジン運転下で、外部燃料を排気中に噴射してリッチ条件を誘発して、捕捉したＮＯｘを還元することを必要とする。可能な限り多くの燃料を保存するには、リーン運転サイクルは通常１分から２０分の間であり、リッチ運転サイクルは通常短い（１から１０秒）。ＮＯｘ変換効率を向上させるために、長くて少ない頻度の再生よりも短くて頻繁な再生が好ましい。したがって、リーンＮＯｘトラップ触媒は、一般に、ＮＯｘトラップ機能と三元変換機能とを提供するものでなければならない。
【０００７】
リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）システムの中にはアルカリ土類元素を含んでいるものがある。例えば、ＮＯｘ収着剤成分（sorbent components）は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａの酸化物のようなアルカリ土類金属酸化物を含む。他のリーンＬＮＴシステムは、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ又はＮｄの酸化物などの希土類金属酸化物を含有する可能性がある。ＮＯｘ収着剤（sorbent）は、触媒的ＮＯｘ酸化及び還元を目的としてアルミナ担体上に分散された白金のような白金族金属触媒と組み合わせて使用することができる。ＬＮＴ触媒は、周期的リーン（捕捉モード）及びリッチ（再生モード）排気条件下で作用し、その間にエンジンから排出されたＮＯがＮ２に変換される。
【０００８】
リーンバーンエンジンの排気から放出されるＮＯｘを還元するための別の有効な方法は、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒の存在下で、アンモニア又は炭化水素のような適当な還元剤との、リーンバーンエンジン運転条件の下でＮＯｘの反応を必要とする。適切なＳＣＲ触媒としては、金属含有ゼオライトなどの金属含有モレキュラーシーブ（分子篩）が挙げられる。有用なＳＣＲ触媒成分は６００℃未満の温度でＮＯｘ排気成分の還元を効果的に触媒することができるので、典型的にはより低い排気温度に伴う低負荷の条件下でさえＮＯｘ量の低減を達成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これらの観察と、より厳格になっている排出規制とが、合わさって、低エンジン排気温度でＣＯ、ＨＣ及びＮＯ排出を管理するため、ＣＯ、ＨＣ及びＮＯ酸化能力を改良した排気ガス処理システムを開発する必要性が活発化している。さらに、ＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ２）排出物を窒素に還元するための排出ガス処理システムの開発がますます重要になっている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
本開示は、金属繊維フェルト、すなわち、金属繊維及び空隙（voids）の配列（array）を有する金属フェルト、及び金属繊維上及び空隙内に配置された触媒組成物及び／又は収着剤組成物を含む機能性物品を記載する。また、金属繊維フェルト、すなわち、金属繊維及び空隙の配列を有する金属フェルト、及び金属繊維上及び空隙内に配置された触媒組成物及び／又は収着剤組成物を含む機能性物品を含む排気ガス処理システムを開示する。また、ここに開示した物品又はシステムに排気流を通過させることを含む排気ガス流を処理する方法も開示する。
【００１１】
一の態様では、本開示は、下記の：金属繊維フェルト、すなわち、金属繊維及び空隙の配列を有する金属繊維フェルト；及び、触媒組成物、収着剤組成物、又は触媒組成物と収着剤組成物の両方を金属繊維上及び空隙内に配置した機能性組成物を含む機能性物品を提供する。幾つかの特定の実施形態では、機能性組成物は触媒組成物を含む。幾つかの特定の実施形態では、機能性組成物は収着剤組成物を含む。幾つかの特定の実施形態では、機能性組成物は触媒組成物と収着剤組成物の両方を含む。機能性物品は、例えばフロースルー触媒である。
【００１２】
開示した金属繊維フェルトは、幾つかの実施形態では、織ったもの（織布：woven）又は不織のもの（不織布：non-woven）であることができる。また、幾つかの実施形態では、金属繊維フェルトは平坦（平ら）であり、幾つかの実施形態では、金属繊維フェルトは波形（コルゲート状：corrugated）である。
【００１３】
幾つかの実施形態では、機能性物品は複数の金属繊維フェルト層を含む三次元マトリックスを備えている。三次元マトリックスは、例えば、金属繊維フェルトの波形層と金属繊維フェルトの平坦層の両方を含むことができる。幾つかの実施形態では、三次元マトリックスは、金属繊維フェルトの波形層と金属箔の平坦層とを含む。また、更なる実施形態においては、三次元マトリックスは、金属箔の波形層及び金属繊維フェルトの平坦層を含む。幾つかの実施形態では、金属フェルトは、その空隙内にコーティングとして機能性組成物を含む。幾つかの実施形態では、金属箔はその上にコーティングとして機能性組成物を含む。機能性物品は、特定の実施形態では、その内部に三次元マトリックスを有する金属ジャケットをさらに含むことができる。
【００１４】
幾つかの実施形態においては、金属繊維フェルトは、ステンレス鋼、ニッケル、ＮｉＣｒ合金又はＦｅＣｒ合金を含む。例えば、特定の実施形態では、金属繊維フェルトはＦｅＣｒＡｌ合金を含む。開示した機能性物品の空隙容量（void volume）は、例えば、金属フェルトの総容量に基づいて約２０％〜約９５％であることができる。幾つかの実施形態において、機能性組成物は、機能性組成物をコーティングする前に存在する金属繊維フェルト基材の最初の空隙容量の約５％〜約１００％を占める。幾つかの実施形態において、金属繊維フェルトは、平均で約２０μｍ〜約１２，０００μｍの厚さである。幾つかの実施形態では、金属繊維フェルトは、約１μｍ〜約２５０μｍの平均直径を有する金属繊維を含有する。幾つかの実施形態では、機能性組成物は、金属フェルトと機能性組成物との総質量の約２％〜約８０％を構成する。
【００１５】
様々な実施形態において、触媒組成物が貴金属を含む機能性物品が提供される。例えば、幾つかの実施形態では、触媒組成物は白金族金属を含む。特定の実施形態では、触媒組成物は白金、パラジウム、又はこれらの組合せを含む。特定の実施形態では、触媒組成物はロジウムを含む。他の実施形態において、触媒組成物は、白金族金属を実質的に含まない（例えば、含まない）。特定の実施形態において、触媒組成物は卑金属（base metal）を含む。触媒組成物は、幾つかの実施形態では、鉄、銅、又はこれらの組合せを含有するモレキュラーシーブ（例えばゼオライト）を含む。
【００１６】
本明細書に開示する機能性物品には、様々な種類の触媒及び／又は収着剤組成物を関連付けることができる。例えば、幾つかの実施形態において、触媒組成物は、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）、ＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ）、ＴＷＣ（三元触媒）、ＡＭＯｘ（アンモニア酸化）触媒、ＳＣＲ（選択的接触還元）触媒、又はこれらの任意の組合せを含む。特定の実施形態では、触媒組成物は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ランタナ（lanthana）、セリア、プラセオジミア（praseodymia）、ネオジミア（neodymia）、サマリア、ガドリニア（gadolinia）、テルビア（terbia）、酸化スズ、これらの物理的混合物及び化学的組合せから選ばれる耐熱性金属酸化物担体を含む。また、幾つかの実施形態では、触媒組成物及び／又は収着剤組成物は、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、希土類酸化物又はモレキュラーシーブ（例えば、ゼオライト）を含む。
本開示は、別の態様では、本明細書に開示する機能性物品を含む内燃機関の排気ガス処理システムを提供する。かかるシステムは、幾つかの実施形態では、すすフィルタをさらに具備することができる。機能性物品は、例えば、ディーゼル酸化触媒又は選択的還元触媒であることができる。また、機能性物品は、例えば、リーンＮＯｘトラップ又は三元触媒であってもよい。さらに、機能性物品は、例えば、アンモニア酸化触媒であってもよい。幾つかの実施形態では、機能性物品は、内燃機関の下流にあり、かつ内燃機関と流体連通している。
【００１７】
更なる態様において、本開示は、本明細書に開示する機能的物品に排気ガス流を通過させることを含む排気ガス流を処理するための方法を提供する。
【００１８】
さらに別の態様において、本開示は、室内空気の有害物質又は有毒物質を除去するための、定置工業プロセスの排出物を処理するための、又は化学反応プロセスで触媒作用を行うための、本明細書に開示する機能的物品を含むシステムを提供する。
【００１９】
本開示は以下の実施形態を含む。ただし、限定するものではない。
【００２０】
実施形態１：下記のもの：金属繊維フェルト、すなわち、金属繊維及び空隙の配列を有する金属繊維フェルト；及び、触媒組成物、又は、収着剤組成物、又は触媒組成物と収着剤組成物の両方を金属繊維上及び空隙内に配置した機能性組成物を含む機能性物品。
【００２１】
実施形態２：機能性組成物が収着剤組成物を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００２２】
実施形態３：機能性組成物が収着剤組成物を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００２３】
実施形態４：金属繊維フェルトが織られたものである、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００２４】
実施形態５：金属繊維フェルトが不織のものである、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００２５】
実施形態６：金属繊維フェルトが平坦である、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００２６】
実施形態７：金属繊維フェルトが波形（コルゲート状）である、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００２７】
実施形態８：複数の金属繊維フェルト層を含む三次元マトリックスを含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００２８】
実施形態９：三次元マトリックスが、金属繊維フェルトの波形層と金属繊維フェルトの平坦層の両方を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００２９】
実施形態１０：三次元マトリックスが、金属繊維フェルトの波形層と金属箔の平坦層を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３０】
実施形態１１：三次元マトリックスが、金属箔の波形層と金属繊維フェルトの平坦層を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３１】
実施形態１２：属繊維フェルトが、機能性組成物を空隙内のコーティングとして含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３２】
実施形態１３：金属箔がその上にコーティングとして機能性組成物を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３３】
実施形態１４：内部に三次元マトリックスを有する金属ジャケットをさらに含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３４】
実施形態１５：金属繊維フェルトが、ステンレス鋼、ニッケル、ＮｉＣｒ合金又はＦｅＣｒ合金を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３５】
実施形態１６：金属繊維フェルトがＦｅＣｒＡｌ合金を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３６】
実施形態１７：金属繊維フェルトが、金属フェルトの総容量に基づいて約２０％〜約９５％又は約６０％〜約９０％の空隙容量を有する、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３７】
実施形態１８：機能性組成物が、機能性組成物をコーティングする前に存在する金属繊維フェルト基材の元の空隙容量の約５％〜約１００％又は約３０％〜約１００％を占める、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３８】
実施形態１９：金属繊維フェルトが、平均で約５０μｍ〜約１２，０００μｍ、又は約１００μｍ〜約５００μｍの厚さである、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００３９】
実施形態２０：金属繊維フェルトが、約１μｍ〜約２５０μｍ又は約１０μｍ〜約１００μｍの平均直径を有する金属繊維を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００４０】
実施形態２１：機能性組成物が、金属フェルトと機能性組成物との総質量の約２％〜約８０％又は約２０％〜約６０％を構成する、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００４１】
実施形態２２：触媒組成物が白金族金属又は卑金属を含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００４２】
実施形態２３：触媒組成物が、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）、ＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ）、ＴＷＣ（三元触媒）、ＡＭＯｘ（アンモニア酸化）触媒、ＳＣＲ（選択的接触還元）触媒、又はこれらの任意の組合せを含む、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品。
【００４３】
実施形態２４：前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品を含む排気ガス処理システム。
【００４４】
実施形態２５：排気ガス流を前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品に通過させることを含む、排気ガス流を処理する方法。
【００４５】
実施形態２６：室内空気からの有害物質又は有毒物質を除去するための、定置式工業プロセスからの排出物を処理するための、又は化学反応プロセスで触媒作用を行うための、前記実施形態のいずれかに記載の機能性物品を含むシステム。
【００４６】
本開示についてのこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下に簡単に説明する添付図面とともに以下の詳細な説明を読むことから明らかになろう。本発明は、２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の上述の実施形態の任意の組合せ、及び、このような特徴又は要素が本明細書における特定の実施形態の説明で明白に組み合わされているかどうかにかかわらず、本開示に記載される任意の２つ、３つ、４つ又はそれ以上の特徴又は要素の組合せを包含する。本開示は、全体的に解釈されることを意図しており、その結果、開示発明の様々な態様及び実施形態では分離可能な特徴又は要素であっても、文脈上明らかに別段の指示がない限り、組み合わせることも意図していると見なされるべきである。本発明の他の態様及び利点は以下から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本発明の実施形態の理解に資するため、添付図面を参照する。ただし、添付図面は、必ずしも正確な縮尺率で描かれてはいない。参照符号は本発明の例示的実施形態の各構成要素を示す。図面は例示的なものにすぎず、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】直径約２０μｍの絡み合ったＦｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）繊維が無秩序に（random）配列した金属繊維フェルトの顕微鏡写真である。
【図２】図２Ａ〜２Ｄは金属繊維フェルトを波形にすることに関連して想定される幾つかの形状を示す図である。
【図３】直径５．６６インチ、長さ３インチ、及び公称チャネル密度４００ｃｐｓｉ（セル数／平方インチ）の、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）のコイル状波形の金属繊維フェルトと、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）の平坦な隔離箔とを含む物品を示す。
【図４】直径約２０μｍの繊維を含み、約８０％の空隙容量を有する、厚さ２５０μｍのフェルト（波形及び平坦の両方）を有するＦｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）のコイル状金属繊維フェルトを含む別の物品を示す。
【図５】触媒ウォッシュコート組成物で被覆した繊維状金属フェルト基材を含む本発明の触媒物品（例２）を示す。
【図６】Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）基材（本発明）及び市販コーディエライトハニカム基材上の同一組成のＤＯＣ触媒についての標準ＮＥＤＣ認証駆動サイクルをモデルとした実験室過渡触媒性能試験での触媒性能データ（比較）（例３）を示す。
【図７】Ｆｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材及び市販コーディエライトハニカム基材上のＤＯＣ触媒についての実験室過渡触媒性能試験におけるテールパイプＣＯ排出量のグラフを提供する。
【図８】Ｆｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材及び市販コーディエライトハニカム基材上に被覆した同一組成のＳＣＲ触媒を用いた１７５〜３００℃でのＮＯ変換率に関する実験室試験データを提供するグラフである（試験条件：５００ｐｐｍＮＯ、５００ｐｐｍＮＨ３、５％Ｈ２Ｏ、１０％Ｏ２、残部Ｎ２；ＧＨＳＶ＝８００００ｈ−１）。
【図９】Ｆｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材及び市販コーディエライトハニカム基材上に被覆した同一組成のＬＮＴ触媒を用いた２００℃及び２５０℃でのＮＯ変換率に関する実験室試験データを提供するグラフである。
【図１０】直径５．６６インチ×長さ３インチの４００ｃｐｓｉ基材上に４．３ｇ／ｉｎ３で被覆した本発明物品と比較物品についての背圧（圧力低下）の結果（例６）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
発明の詳細な説明
本発明は、気体ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘの排出物を少なくとも部分的に変換するための排気処理用の物品、システム及び方法を提供する。排気処理物品は、触媒及び／又は収着材料（「機能性材料」として一般的に本明細書で言及）のための担体として有用な金属繊維フェルトを含むモノリシック構造物を含む。空隙内に触媒組成物及び／又は収着剤組成物（すなわち、機能性材料）を有する金属繊維フェルトは、触媒及び／又は収着金属繊維フェルト又は触媒−担持（装填：loaded）及び／又は収着剤−担持金属繊維フェルトと称されることがある。
【００４９】
本発明の金属繊維フェルトは織られた又は不織の金属繊維又はフィラメントを含む。その繊維又はフィラメントは、平均して、例えば、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍ又は約１０μｍから、約１１μｍ、約１２μｍ、約１３μｍ、約１４μｍ、約１５μｍ、約１６μｍ、約１７μｍ、約１８μｍ、約１９μｍ、約２０μｍ、約２１μｍ、約２２μｍ、約２３μｍ、約２４μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約３５μｍ、約４０μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ又は約１５０μｍまでの直径を有する。直径約２０ミクロンの絡み合ったＦｅｃａｌｌｏｙ（登録商標）繊維を含む金属繊維フェルトを図１に示す。金属繊維フェルトの繊維は、幾つかの実施形態では、均一で、本質的に同じ直径を有してもよく、あるいは様々なサイズ、長さ及び形状を有してもよい。
【００５０】
本発明において有用な金属繊維フェルトは、無秩序に配列した、絡み合った不織繊維又はフィラメントを含むことができる。適切な金属繊維フェルトは、平均で、約２０μｍ、５０μｍ、約７５μｍ、約１００μｍ、約１２５μｍ、約１５０μｍ、約１７５μｍ、約２００μｍ又は約２２５μｍから、約２５０μｍ、約２７５μｍ、約３００μｍ、約３２５μｍ、約３５０μｍ、約３７５μｍ、約４００μｍ、約４２５μｍ、約４５０μｍ、約４７５μｍ又は約５００μｍまでの厚さを有する。あるいは、金属繊維フェルトは、もっと厚くてもよく、平均で、例えば、約２００μｍから約２インチ（５０，８００μｍ）又は約２００μｍから約１インチ（２５，４００μｍ）、例えば約３００μｍから約２０，０００μｍ、約４００μｍから約１８，０００μｍ、約５００μｍから約１５，０００μｍ、又は約６００μｍから約１２，０００μｍまでの厚さであってもよい。
【００５１】
金属繊維フェルトを調製するプロセスがどのようなものであるかは重要ではない。金属繊維フェルトは、例えば、金属繊維を圧縮下で焼結することを含む方法によって製造される。このような方法は、例えば、Ｋｏｔｔｈｏｆｆらの米国特許出願公開第２０１１／０２０９４５１号公報に教示されている（この公報は参照により本明細書に組み込むものとする）。
【００５２】
金属繊維フェルトは、極めて多孔質であり、それによって、その厚さ全体にわたって高度な空隙容量（空隙数）、すなわち「空間（empty space）」を有する。例えば、金属繊維フェルトの空隙容量は、触媒及び／又は収着剤組成物で（を）処理／装填する前の平均で、金属フェルトの総容量の約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％又は約５５％から、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％又は約９５％までである。幾つかの実施形態では、空隙容量は、触媒及び／又は収着剤組成物で（を）処理／装填する前の平均で、金属フェルトの総容量の約２０％〜約９５％又は約５０％〜約９５％であることができる。金属繊維フェルトは、適用表面構造のない平らなものであってもよい。あるいは、金属繊維フェルトは有利には波形であってもよい。波形は伝統的な手段／装置を用いて形成することができる。様々な非限定的な波形形状を図２ａ〜２ｄに示す。
【００５３】
金属繊維フェルトは、積層（積み重ね）し、コイル状にし、巻き、又は折り畳むことができ、これにより複数の金属繊維層からなる三次元構造体を提供する。加えて、波形を有する、積層し、コイル状にし、巻き、又は折り畳まれた金属繊維フェルトは、複数の金属繊維層と複数のチャネル（ガス流路）とを有する三次元構造体を提供する。その複数のチャネルは、三次元構造体の入口から出口面まで貫通して存在するもので、その結果、そこを通る流体の流れを受け入れる通路を有するようになっている。繊維フェルトを含むチャネル壁は、その上に堆積された触媒材料及び／又は吸着（adsorptive）材料に接触するようにガスを流すための大きな幾何学的表面積を提供する。波形がない場合でも、金属繊維フェルトが多孔質であることから、機能性触媒組成物及び／又は吸着組成物を堆積させることができる三次元構造体の入口面から出口面まで、複数の無秩序に曲がりくねったガス流路が形成される。波形層は、また、隔離（secluding）層と呼ばれる、その中間の平ら（平坦）な層によって分離されてもよい。金属繊維フェルトを含む三次元構造は、金属繊維フェルト基材とも呼ぶことができる。
【００５４】
金属繊維フェルト基材を含む触媒及び／又は収着剤物品は、基材が入口端、出口端、軸方向長さ及び軸方向幅を有している。物品の入口端は、「上流」端又は「前方」端と同義である。また、出口端は、「下流」端又は「後方」端と同義である。上流端は、例えば内燃機関のような排気ガス源に向かっている。
【００５５】
本物品では、波形層及び隔離層とも、金属繊維フェルトを含んでいてもよい。あるいは、波形層が金属繊維フェルトを含み、隔離層が金属箔を含むことができる。あるいは、波形層が金属箔を含み、隔離層が金属繊維フェルトを含むこともできる。
【００５６】
隔離箔は、例えば、平坦な箔、エッチング孔付き平坦な箔又は当技術分野で一般に知られているマイクロリップル付きの箔である。隔離箔は、波形金属層、例えば波形金属繊維フェルト層の間の追加の支持箔である。平らな隔離箔は、例えば、約１０μｍ〜約１５０μｍ、又は約２５μｍ〜約１２５μｍ、例えば約４０μｍ〜約９５μｍの厚さを有する。
【００５７】
上記した、複数の金属フェルト層を含む、積層し、コイル状にし、巻き、又は折り畳まれた構成体は、三次元構造を有する、積層し、コイル状にし、巻き、又は折り畳まれたマトリックスを提供する。このマトリックスを金属ジャケット又はマントルに挿入することができ、マトリックスの周囲をマントル内部に接合することができる。各金属層は、ろう付け（brazing）によって互いに融着させることができる。そのようなモノリス物品（金属繊維フェルト基材）を図３に示す。チャネル開口部が明瞭に見える。
【００５８】
波形の加工条件に応じて、積層し、コイル状とし、巻き、又は折り畳んだ構成体で形成されるチャネルは、様々なサイズ又は形状を有することができ、例えば、台形、長方形、正方形、正弦曲線、六角形等であることができる。典型的には、本発明の物品は、ガス流に垂直な断面積１平方インチ当たり約６０セル（ｃｐｓｉ）〜約５００ｃｐｓｉまで、又は最大約９００ｃｐｓｉまでの、例えば約２００〜約４００ｃｐｓｉのセル（チャネル）密度を有する。
【００５９】
金属繊維フェルトの金属は、元素金属又は金属合金、例えばＮｉ、ＮｉＣｒ合金、ステンレス鋼、又はＦｅＣｒ合金である。適切な市販ステンレス鋼金属合金はＨａｙｎｅｓ２１４合金であるとみなされる。この合金及び他の有用なニッケル含有合金は、例えばＨｅｒｃｈｅｎｒｏｅｄｅｒらの米国特許第４，６７１，９３１号に記載されている（この公報は参照により本明細書に組み込むものとする）。これらの合金は、酸化及び高温に対する耐性が高いことで特徴付けられる。具体的な例としては、約７５質量％のニッケル、約１６質量％のクロム、約４．５質量％のアルミニウム、約３質量％の鉄、場合により、イットリウムを除く、微量の１種以上の希土類金属、約０．０５質量％の炭素及び製鋼不純物を含むものがある。Ｈａｙｎｅｓ２３０合金は、ここでも有用であり、約２２質量％のクロム、約１４質量％のタングステン、約２質量％のモリブデン、約０．１０質量％の炭素、微量のランタン、残部ニッケルを含有する組成を有する。
【００６０】
適切な合金には、また、鉄が実質的又は主要な成分であるもの、例えば、ＦｅＣｒ合金とフェライト系ステンレス鋼が含まれる。ＦｅＣｒ合金は、ニッケル、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ又は複数を含むことができ、これらの金属の総量は、有利には、合金の少なくとも約１５質量％（質量パーセント）を構成することができ、例えば、約１０〜約２５質量％のクロム、約１〜約８質量％のアルミニウム、及び０〜約２０質量％のニッケル、残部として鉄を含むことができる。ＦｅＣｒ合金にはＦｅＣｒＡｌ合金が含まれ、この合金は、例えば約１０〜約２５質量％のクロム、約３〜約８質量％のアルミニウム、任意で、微量の希土類金属及び／又は他の遷移金属及び残部として鉄を含むものである。適切なＦｅＣｒＡｌ合金は、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）合金であり、これは、質量で、鉄７２．８／Ｃｒ２２／Ａｌ５／Ｙ０．１／Ｚｒ０．１の合金である。
【００６１】
また、米国特許第４，４１４，０２３号に記載されているような「フェライト系（ferritic）」ステンレス鋼も適切である。適切なフェライト系ステンレス鋼合金の具体例としては、質量で、約２０％のクロム、約５％のアルミニウム、及び約０．００２％〜約０．０５％の、セリウム、ランタン、ネオジム、イットリウム及びプラセオジムから選択される少なくとも１種の希土類金属又はかかる希土類金属の２種以上の混合物、残部鉄及び製鋼不純物を含むものがある。
【００６２】
フェライト系ステンレス鋼及びＨａｙｎｅｓ合金２１４及び２３０は、すべてステンレス鋼であると考えられるが、本発明において有用な、高温耐熱性、耐酸化性（又は耐食性）金属合金の例である。本発明で使用するのに適した金属合金は、例えば、約５００℃〜約１２００℃（約９３２°Ｆ〜約２０１２°Ｆ）のような「高い」温度に、長期間にわたって。耐えることができるものでなければならない。その他にも、高温耐熱性、耐酸化性金属合金が知られており適切な場合もある。
【００６３】
触媒及び／又は収着剤組成物は、金属繊維の上に配置され、金属繊維に付着している。触媒及び／又は収着剤組成物は、また、多孔質金属繊維フェルトの空隙内にもある（空隙を占めている）。空隙内の触媒及び／又は収着剤組成物は、金属繊維又はフィラメントに付着している。触媒及び／又は収着剤組成物は、フェルトの内側に向かって金属繊維上に配置されてもよく、及び／又はフェルト表面の金属繊維上に配置されてもよい。したがって、触媒及び／又は収着剤組成物は、繊維フェルトの内部全体に分散させることができ、また繊維フェルトの表面に配置することもできる。
【００６４】
触媒及び／又は収着剤組成物は、さらに、機能活性種を含む１種以上の担体（耐熱性無機固体酸化物多孔質粉末）を含むことができる。触媒組成物は、典型的には、その上に触媒活性種を有する担体を含有するウォッシュコートの形態で塗布することができる。収着剤組成物は、典型的には、収着活性種を含有するウォッシュコートの形態で塗布することができる。ウォッシュコートの形成は、触媒活性種をその上に有する担体であって、又は液体ビヒクル中の収着剤材料であって、特定の固形分（例えば、約１０〜約６０質量％）を有するものを含有するスラリーを調製し、次いでこれを金属繊維フェルト基材に塗布し、乾燥し、そして焼成してコーティング層を得ることにより行う。複数のコーティング層を塗布する場合には、各層を塗布した後及び／又は所望の数の複数の層を塗布した後に基材を乾燥させ、任意に焼成する。
【００６５】
金属繊維フェルト基材は、有利には、触媒及び／又は収着剤組成物（機能性組成物）を塗布するに先立って高温で処理することができる。これにより機能性組成物を繊維に付着させるのに役立つことがある。
【００６６】
触媒及び／又は収着剤組成物は、バインダーを用いて、例えば、酢酸ジルコニルなどの適切な前駆体から、又は硝酸ジルコニルなどの他の適切なジルコニウム前駆体から誘導されるＺｒＯ２バインダーを用いて製造することができる。酢酸ジルコニルバインダーは、熱老化した後であっても、例えば、触媒を少なくとも約６００℃、例えば約８００℃以上の高温に、及び約５％以上の高水蒸気環境に曝したときでも、均質かつ損傷を受けていないままのコーティングを提供する。他の潜在的に適切なバインダーとしては、アルミナ及びシリカが挙げられるが、これらに限定されない。アルミナバインダーとしては、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、及びオキシ水酸化アルミニウムが挙げられる。アルミニウム塩及びコロイド形態のアルミナも多く使用される。シリカバインダーとしては、ケイ酸塩及びコロイドシリカを含む様々な形態のＳｉＯ２が挙げられる。バインダー組成物としては、ジルコニア、アルミナ、及びシリカの任意の組合せを含むことができる。
【００６７】
また、三次元構造に積層し、コイル状にし、巻き、又は折り畳む前に、本物品の金属フェルト及び金属箔に別々に、触媒及び／又は収着剤組成物を適用することができる。金属箔上に堆積された触媒及び／又は収着剤組成物は、金属繊維フェルト内に配置されたものと同じでも異なっていてもよい。金属フェルト空隙中に、金属フェルト表面上に又は金属箔表面上に存在する触媒及び／又は収着剤組成物については、本明細書では「機能性コーティング」、より具体的には「触媒コーティング」又は「収着剤コーティング」と呼ぶことがある。
【００６８】
本発明の触媒及び／又は収着剤コーティングは、金属繊維フェルト基材容量（体積）に基づいて、例えば、約０．２ｇ／ｉｎ３から約８．０ｇ／ｉｎ３までの；又は約０．３ｇ／ｉｎ３〜約７．０ｇ／ｉｎ３の；約０．４ｇ／ｉｎ３、約０．５ｇ／ｉｎ３、約０．６ｇ／ｉｎ３、約０．７ｇ／ｉｎ３、約０．８ｇ／ｉｎ３、約０．９ｇ／ｉｎ３又は約１．０ｇ／ｉｎ３から約１．５ｇ／ｉｎ３、約２．０ｇ／ｉｎ３、約２．５ｇ／ｉｎ３、約３．０ｇ／ｉｎ３、約３．５ｇ／ｉｎ３、約４．０ｇ／ｉｎ３、約４．５ｇ／ｉｎ３、約５．０ｇ／ｉｎ３、約５．５ｇ／ｉｎ３、約６．０ｇ／ｉｎ３、約６．５ｇ／ｉｎ３、約７．０ｇ／ｉｎ３又は約７．５ｇ／ｉｎ３又は約８ｇ／ｉｎ３までの装填量（loading）（濃度）で金属繊維フェルト上／中に存在する。これらの値は、基材容量当たりの乾燥固形分質量を指す。
【００６９】
金属繊維フェルトの空隙容量が高いと、機能性組成物の高装填が可能となる。これは、機能的性能を最大限発揮させる目的で触媒種又は収着種の高装填を必要とする用途にとって特に有利である。例えば、機能性組成物は、総質量（機能性組成物及び金属フェルト）の最大約５０％又は最大約８０％までを構成することができる。例えば、機能性組成物は、金属フェルトと機能性組成物との総質量の約２％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％又は約２５％から約３０％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、又は約９０％までを構成してもよい。
【００７０】
本機能性物品は、例えば、フロースルー物品であることができ、この物品では、排気ガス流が、三次元金属繊維フェルト構造体の入口端部に入り、入口端部から出口端部へ延びる複数のガス流路を通過した後に反対側の出口端部から出るものである。機能性組成物の装填量が高いときには、金属繊維フェルトからなるチャネル壁は機能性組成物で効果的に完全に充填され／塞がれているので、壁を通るガスの流れは、拡散による以外は不可能である。本機能性触媒及び／又は収着剤組成物は、機能性組成物を被覆する前に存在する金属繊維フェルト基材の元の空隙容量の、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％又は約５０％から約６０％、約７０％、約８０％、約９５％又は約１００％までを占めることができる。
【００７１】
機能性組成物が、不浸透性基材壁の存在に起因して、片側のみからの排気ガスとしか接触しない従来のセラミック又は金属箔基材とは異なり、本発明の被覆した金属繊維フェルト基材の多孔質壁は、機能的組成物がフェルトの両側からの排気ガスと接触することを可能にする。これにより、特に１００％未満の金属フェルト空隙容量が機能触媒及び／又は収着組成物によって占められる場合、より厚いコーティングの利用が可能になり、機能性能の拡散制限が最小に抑えられる。
【００７２】
なかでも、機能性触媒組成物は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、三元変換触媒（ＴＷＣ）、アンモニア酸化触媒（ＡＭＯｘ）、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒、又は２種以上のそのような触媒の組合せを含むことができる。触媒組成物は、例えば、耐熱性担体材料上に堆積した触媒活性金属を含むことができる。触媒活性金属としては、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ又はＣｏなどの卑金属；貴金属、例えば白金族金属（ＰＧＭ）、又はこれらの金属の任意の組合せがある。例えば、ガス状汚染物質を処理するのに有用な本発明の一定の触媒組成物は、担体粒子上に、ＰＧＭ、例えば白金、パラジウム、又はロジウムを含む。白金族金属成分は、例えば、約１：１０〜約１０：１、例えば約１：５〜約５：１の質量比で、白金とパラジウムの混合物を含むことができる。活性金属は、元素金属として又は金属化合物、典型的には酸化物化合物として存在してもよい。
【００７３】
触媒活性金属が堆積される担体材料としては、例えば、ガソリン又はディーゼルエンジン排ガスと関連する温度などの高温で化学的及び物理的安定性を示す耐熱性金属酸化物が含まれる。例示的な金属酸化物としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ランタナ、セリア、プラセオジミア、ネオジミア、サマリア、ガドリニア、テルビア、酸化スズなど、並びに、原子的にドープされた組合せを含み、また、高表面積化合物又は活性化合物、例えば活性化アルミナを含む、これら酸化物の物理的混合物又は化学的組合せが挙げられる。シリカ−アルミナ、セリア−ジルコニア、プラセオジミア−セリア、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−セリア−ジルコニア、ランタナ−アルミナ、ランタナ−ジルコニア−アルミナ、バリア（baria）−アルミナ、バリア−ランタナ−アルミナ、バリア−ランタナ−ネオジミア−アルミナ及びアルミナ−セリアなどの金属酸化物の組合せが含まれる。例示的なアルミナとしては、大細孔ベーマイト、ガンマ−アルミナ、及びデルタ／シータアルミナが挙げられる。例示的な方法において出発材料として使用される有用な市販のアルミナとしては、高嵩密度ガンマ−アルミナ、低又は中嵩密度大細孔ガンマ−アルミナ及び低嵩密度大細孔ベーマイト及びガンマ−アルミナなどの活性アルミナが挙げられる。
【００７４】
アルミナ担体材料のような高表面積金属酸化物担体は、また、「ガンマアルミナ」又は「活性化アルミナ」とも呼ばれるが、６０ｍ２／ｇを超え、多くの場合、最大約２００ｍ２／ｇ又はそれより大きいＢＥＴ表面積を示す。例示的な耐熱性金属酸化物は約５０〜約３５０ｍ２／ｇの比表面積を有する高表面積γ−アルミナを含む。このような活性化アルミナは、通常、アルミナのガンマ及びデルタ相の混合物であるが、かなりの量のイータ、カッパ及びシータアルミナ相を含有することがある。「ＢＥＴ表面積」は、Ｎ２吸着によって表面積を決定するためのＢｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、Ｔｅｌｌｅｒ法を指すという、その通常の意味を有する。活性化アルミナは、約５０〜約３５０ｍ２／ｇ、例えば約７５〜約２５０ｍ２／ｇの比表面積を有することが望ましい。
【００７５】
ある特定の実施形態において、本明細書に開示する触媒組成物に有用な金属酸化物担体は、Ｓｉ−ドープしたアルミナ材料（１〜１０％ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を含むが、これらに限定されない）などのドープしたアルミナ材料、Ｓｉ−ドープしたチタニア材料（１〜１０％ＳｉＯ２−ＴｉＯ２を含むが、これに限定されない）などのドープしたチタニア材料、又はＳｉ−ドープしたＺｒＯ２（５〜３０％ＳｉＯ２−ＺｒＯ２を含むが、これに限定されない）などのドープしたジルコニア材料である。有利には、耐熱性金属酸化物は、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化銅、酸化鉄、又はそれらの組合せなどの、１種以上の追加の卑金属酸化物材料をドープすることができる。金属酸化物ドーパントは、触媒組成物の質量を基準にして、典型的には約１〜約２０質量％の量で存在する。ドーパント酸化物材料は、耐熱性金属酸化物担体の高温安定性を改良するか、又はＮＯ２、ＳＯ２若しくはＳＯ３のような酸性ガスについての吸着剤として機能するのに役立つことができる。ドーパント金属酸化物は、初期湿潤含浸（incipient wetness impregnation）技術を使用して、又はコロイド状混合酸化物粒子の添加によって導入することができる。好適なドープ金属酸化物としては、バリア−アルミナ、バリア−ジルコニア、バリア−チタニア、バリア−ジルコニア−アルミナ、ランタナ−ジルコニア、ランタナ−アルミナ、ジルコニア−アルミナなどが挙げられる。
【００７６】
このようにして、触媒組成物中の耐熱性金属酸化物又は耐熱性混合金属酸化物は、典型的には、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、セリア、例えばバルクセリア、酸化マンガン、ジルコニア−アルミナ、セリア−ジルコニア、セリア−アルミナ、ランタナ−アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ及びこれらの組合せからなる群から選択される。卑金属酸化物でさらにドーピングすることで、追加の有用な耐熱性酸化物担体が得られる。この担体には、バリア−アルミナ、バリア−ジルコニア、バリア−チタニア、バリア−ジルコニア−アルミナ、ランタナ−ジルコニア、ランタナ−アルミナ、ジルコニア−アルミナなどが含まれるが、これらに限定されない。
【００７７】
触媒組成物は、上記で名前を挙げた耐熱性金属酸化物のいずれかを任意の量で含むことができる。例えば、触媒組成物中の耐熱性金属酸化物は、少なくとも約１５、少なくとも約２０、少なくとも約２５、少なくとも約３０又は少なくとも約３５質量％（質量パーセント）アルミナを含むことができる（質量％は触媒組成物の総乾燥質量に基づく）。触媒組成物は、例えば、約１０〜約９９質量％のアルミナ、約１５〜約９５質量％のアルミナ、又は約２０〜約８５質量％のアルミナを含むことができる。触媒組成物は、触媒組成物の質量に基づいて、例えば、約１５質量％、約２０質量％、約２５質量％、約３０質量％又は約３５質量％から約５０質量％、約５５質量％、約６０質量％、約６５質量％又は約７０質量％のアルミナを含む。有利には、幾つかの実施形態において、触媒組成物の担体材料は、セリア、アルミナ及びジルコニア又はこれらのドープされた組成物を含むことができる。
【００７８】
貴金属は、触媒組成物中に、乾燥組成物の質量に基づいて、例えば、約０．１質量％、約０．５質量％、約１．０質量％、約１．５質量％又は約２．０質量％から約３質量％、約５質量％、約７質量％、約９質量％、約１０質量％、約１２質量％、約１５質量％、約１６質量％、約１７質量％、約１８質量％、約１９質量％又は約２０質量％存在する。貴金属は、金属繊維フェルトを含む三次元構造体の容量（体積）に基づいて、例えば、約１０ｇ／ｆｔ３、約１５ｇ／ｆｔ３、約２０ｇ／ｆｔ３、約４０ｇ／ｆｔ３又は約５０ｇ／ｆｔ３から約７０ｇ／ｆｔ３、約９０ｇ／ｆｔ３、約１００ｇ／ｆｔ３、約１２０ｇ／ｆｔ３、約１３０ｇ／ｆｔ３、約１４０ｇ／ｆｔ３、約１５０ｇ／ｆｔ３、約１６０ｇ／ｆｔ３、約１７０ｇ／ｆｔ３、約１８０ｇ／ｆｔ３、約１９０ｇ／ｆｔ３、約２００ｇ／ｆｔ３、約２１０ｇ／ｆｔ３、約２２０ｇ／ｆｔ３、約２３０ｇ／ｆｔ３、約２４０ｇ／ｆｔ３又は約２５０ｇ／ｆｔ３で存在する。
【００７９】
触媒組成物は、耐熱性金属酸化物担体及び触媒活性金属に加えて、さらにランタン、バリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、ニオブ、ハフニウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、エルビウム、イッテルビウム、マンガン、鉄、錫、亜鉛、ニッケル、コバルト又は銅の酸化物のいずれか１つ又は組合せを含むことができる。酸化触媒、ＬＮＴ触媒及び三元触媒は、耐熱性金属酸化物担体上に分散された白金族金属（ＰＧＭ）を含むことが有利である。
【００８０】
機能性触媒及び収着剤組成物は、また、触媒が低温で炭化水素をＣＯ２に酸化することができない場合（コールドスタート）、車両の始動時にエンジン排気からの炭化水素（ＨＣ）を吸着するために有用な収着剤を含むことができる。触媒中の白金族金属が活性になる点まで排気の温度が上昇すると、炭化水素が収着剤から放出され、続いてＣＯ２に酸化される。任意の既知の炭化水素貯蔵材料、例えばゼオライト又はゼオライト様材料のような微孔質材料を使用することができる。好ましい実施形態では、炭化水素貯蔵材料はゼオライトである。ゼオライトは、フォージャサイト、チャバザイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、超安定ゼオライトＹ、ＺＳＭ−５ゼオライト、オフレタイト、又はベータゼオライトのような天然又は合成ゼオライトであることができる。好適なゼオライト吸着剤材料は、シリカ対アルミナ比が高い。ゼオライトは、少なくとも約５：１からの、好ましくは少なくとも約５０：１からの、有用な範囲が約５：１〜１０００：１、５０：１〜５００：１、及び約２５：１〜３００：１のシリカ／アルミナモル比（「ＳＡＲ」）を有することができる。好適なゼオライトとしては、ＺＳＭ、Ｙ及びベータゼオライトが挙げられる。特に好適な吸着剤は、Ｂｕｒｋらの米国特許第６，１７１，５５６号に開示されているタイプのベータゼオライトを含むことができる。この米国特許は、参照によりその全体を本明細書に組み入れるものとする。
【００８１】
ＳＣＲ触媒としては、卑金属（例えば、銅及び／又は鉄）イオン交換モレキュラーシーブ（例えば、Ｃｕ−Ｙ及び／又はＦｅ−ベータ）又はバナジア系組成物、例えば、Ｖ２Ｏ５／ＷＯ３／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２が挙げられる。しかし、これらに限定されない。卑金属イオン交換ゼオライトは、例えば、Ｂｏｏｒｓｅらの米国特許第７，９９８，４２３号に記載されている。この米国特許は、参照によりその全体を本明細書に組み入れるものとする。１つの例示的なＳＣＲ触媒はＣｕＣＨＡ、例えば銅−ＳＳＺ−１３である。ＳＡＰＯのようなチャバザイト（菱沸石）に類似した構造を示すモレキュラーシーブもまた有効であることが分かっている。従って、ＣｕＳＡＰＯ、例えば銅−ＳＡＰＯ−３４もまた適している。なる適切なＳＣＲ組成物は、また、例えば、Ｔａｎｇらの米国特許第９，０１７，６２６号、Ｍｏｈａｎａｎらの米国特許第９，２４２，２３８号及びＳｔｉｅｂｅｌｓらの第９，３５２，３０７号に開示されている。これらの文献は、参照により本明細書に組み込むものとする。例えば、かかるＳＣＲ組成物としては、バナジア／チタニア触媒及びＣｕゼオライトを含む、又はＣｕ含有モレキュラーシーブ及びＦｅ含有モレキュラーシーブの混合物を含む組成物が含まれる。
【００８２】
モレキュラーシーブは、一般に四面体型部位を含み、比較的均一な細孔径の細孔分布を有する、広範囲の酸素イオンの三次元網目構造を有する材料を指す。ゼオライトは、モレキュラーシーブの具体例であり、さらにケイ素及びアルミニウムを含む。触媒層における「非ゼオライト担体」又は「非ゼオライト系担体」という場合は、ゼオライトではない材料であって、会合、分散、含浸又は他の適切な方法を通じて貴金属、安定剤、助触媒（promoter）、バインダーなどを受容する材料を指す。かかる非ゼオライト系担体の具体例としては、高表面積耐熱性金属酸化物が挙げられるが、これに限定されない。高表面積耐熱性金属酸化物担体は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、セリア、ランタナ、バリア及びこれらの組合せからなる群から選択される活性化合物を含むことができる。
【００８３】
ＳＣＲ触媒に組み込む有用なモレキュラーシーブは、例えば、８-環細孔開口部（8-ring pore openings）と二重６環二次構造単位（double-six ring secondary building units）を有するものであって、例えば、以下の構造タイプ：すなわち、ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＳＡＳ、ＳＡＴ又はＳＡＶを有するものである。同じ構造タイプを有するＳＡＰＯ、ＡｌＰＯ及びＭｅＡＰＯ材料のようなありとあらゆる同位体骨格材料が含まれる。
【００８４】
アルミノシリケート（ケイ酸塩）ゼオライト構造体は、骨格内で同形置換されたリン又は他の金属を含まない。すなわち、「アルミノシリケートゼオライト」とは、ＳＡＰＯ、ＡｌＰＯ及びＭｅＡＰＯ材料などのアルミノホスフェート材料を除外し、一方、より広い用語「ゼオライト」はアルミノシリケート及びアルミノホスフェートを含む。
【００８５】
８−環小細孔（8-ring small pore）モレキュラーシーブとしては、アルミノシリケート、ボロシリケート、ガロシリケート、ＭｅＡＰＳＯｓ及びＭｅＡＰＯｓが挙げられる。これらには、ＳＳＺ−１３、ＳＳＺ−６２、天然菱沸石（チャバザイト）、ゼオライトＫ−Ｇ、リンデ（Linde）Ｄ、リンデＲ、ＬＺ−２１８、ＬＺ−２３５、ＬＺ−２３６、ＺＫ−１４、ＳＡＰＯ−３４、ＳＡＰＯ−４４、ＳＡＰＯ−４７、ＺＹＴ−６、ＣｕＳＡＰＯ−３４、ＣｕＳＡＰＯ−４４及びＣｕＳＡＰＯ−４７が含まれる。しかし、これらに限定されない。特定の実施形態では、８−環小細孔モレキュラーシーブは、ＳＳＺ−１３及びＳＳＺ−６２のようなアルミノシリケート組成物を有するであろう。
【００８６】
一つ以上の実施形態では、８−環小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ結晶構造を有するものであり、ＣＨＡ結晶構造を有するアルミノシリケートゼオライト、ＳＡＰＯ、ＡｌＰＯ、及びＭｅＡＰＯからなる群から選択される。特に、ＣＨＡ結晶構造を有する８−環小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ結晶構造を有するアルミノシリケートゼオライトである。特定の実施形態では、ＣＨＡ結晶構造を有する８−環小細孔モレキュラーシーブは、ＳＳＺ−１３及びＳＳＺ−６２のようなアルミノシリケート組成物を有するであろう。銅含有及び鉄含有チャバザイトは、ＣｕＣＨＡ及びＦｅＣＨＡと呼ばれる。
【００８７】
モレキュラーシーブは、ゼオライト系（ゼオライト）であることができ、又は非ゼオライト系であってもよい。ゼオライト系モレキュラーシーブ及び非ゼオライト系モレキュラーシーブの両方とも、チャバザイト結晶構造を有することができ、これは、国際ゼオライト協会ではＣＨＡ構造とも呼ばれる。ゼオライト系チャバザイトは、近似式（Ｃａ，Ｎａ２，Ｋ２，Ｍｇ）Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１２・６Ｈ２Ｏ（すなわち、水和ケイ酸カルシウムアルミニウム）を有するゼオライト群の天然産テクトシリケート（tectosilicate）鉱物を含む。ゼオライト系チャバザイトの３つの合成形態が、１９７３年にＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓによって出版された、Ｄ．Ｗ．Ｂｒｅｃｋによる「ゼオライトモレキュラーシーブ（Ｚｅｏｌｉｔｅ  ＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｉｅｖｅｓ）」に記載されている。この文献は参照により本明細書に組み込むものとする。Ｂｒｅｃｋによって報告された３つの合成形態は、J．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第２８２２頁（１９５６）、Ｂａｒｒｅｒ  ｅｔ．Ａｌ．に記載されたゼオライトＫ−Ｇ：英国特許第８６８，８４６号（１９６１）に記載されたゼオライトＤ;Ｍｉｌｔｏｎの米国特許第３，０３０，１８１号に記載されたゼオライトＲである。これらの文献は参照により本明細書に組み込む。ゼオライト系チャバザイト、ＳＳＺ−１３の他の合成形態の合成は、米国特許第４，５４４，５３８号に記載されている。チャバザイト結晶構造を有する非ゼオライト系モレキュラーシーブの合成形態、シリコアルミノホスフェート３４（ＳＡＰＯ−３４）の合成は、Ｌｏｋらへの米国特許第４，４４０，８７１号及びＶａｎ  Ｄｅｎらへの米国特許第７，２６４，７８９号に記載されている。これらの文献は参照により本明細書に組み込む。チャバザイト構造を有するさらに別の合成非ゼオライト系モレキュラーシーブ、ＳＡＰＯ−４４を製造する方法は、例えば、Ｌｉｕらの米国特許第６，１６２，４１５号に記載されている。この文献も参照により本明細書に組み込む。ＣＨＡ構造を有するモレキュラーシーブは、例えば、Ｚｏｎｅｓへの米国特許第４，５４４，５３８号及びＺｏｎｅｓらへの米国特許第６，７０９，６４４号に開示された方法に従って調製することができる。これらの特許も、参照により本明細書に組み込むものとする。
【００８８】
（例えば、ＣＨＡ構造を有する）合成８−環小細孔モレキュラーシーブは、アルカリ性水性条件下でシリカ源、アルミナ源及び構造規定（指向：directing）剤を混合することによって調製することができる。典型的なシリカ源としては、様々な種類のヒュームドシリカ、沈降シリカ及びコロイドシリカ、並びにシリコンアルコキシドが挙げられる。典型的なアルミナ源には、ベーマイト、擬ベーマイト、水酸化アルミニウム、亜硫酸アルミニウム又はアルミン酸ナトリウムなどのアルミニウム塩、及びアルミニウムアルコキシドが含まれる。反応混合物に、典型的には、水酸化ナトリウムを添加する。この合成のための典型的な構造規定剤はアダマンチルトリメチルアンモニウムヒドロキシドであるが、他のアミン及び／又は四級アンモニウム塩に置き換えこれを添加することができる。反応混合物を圧力容器中で撹拌しながら加熱して結晶性生成物を得る。典型的な反応温度は約１００℃〜約２００℃、例えば約１３５℃〜約１７０℃の範囲である。典型的な反応時間は１時間から３０日間であり、特定の実施形態では、例えば１０時間から３日間である。反応の終わりに、場合によりｐＨを６〜１０、例えば７〜７．５に調整し、生成物を濾過し、水で洗浄する。ｐＨ調整には任意の酸、例えば硝酸を使用することができる。場合により、生成物を遠心分離してもよい。固体添加物の取り扱い及び単離を支援するために有機添加物を使用することができる。噴霧乾燥は生成物の加工における任意の手段である。固体生成物を空気中又は窒素中で熱処理する。あるいは、各ガス処理は様々な順序で適用することができ、又はガスの混合物を適用することができる。典型的な焼成温度は、約４００℃〜約８５０℃である。
【００８９】
モレキュラーシーブは、約１、約２、約５、約８、約１０、約１５、約２０又は約２５から約３０、約３５、約４０、約４５、約５０、約６０、約７０、約８０、約９０、約１００、約１５０、約２００、約２６０、約３００、約４００、約５００、約７５０又は約１０００のＳＡＲを有することができる。例えば、本モレキュラーシーブは、約５〜約２５０、約１０〜約２００、約２〜約３００、約５〜約２５０、約１０〜約２００、約１０〜約１００、約１０〜約７５、約１０〜約６０、約１０〜約５０、約１５〜約１００、約１５〜約７５、約１５〜約６０、約１５〜約５０、約２０〜約１００、約２０〜約７５、約２０〜約６０、又は約２０〜約５０のＳＡＲを有することができる。
【００９０】
本モレキュラーシーブは、例えば、銅−含有の及び／又は鉄−含有のものである。銅及び／又は鉄は、モレキュラーシーブのイオン交換部位に存在し、モレキュラーシーブと会合していてもよいが、細孔「内」には存在していなくてもよい。例えば、焼成時には、非交換の銅塩はＣｕＯに分解し、本明細書では「遊離銅」又は「可溶性銅」とも呼ばれる。参照により本明細書に組み入れる、Ｂｕｌｌらへの米国特許第８，４０４，２０３号で開示されているように、遊離卑金属が有利であることがある。銅のような遊離卑金属の量は、イオン交換された卑金属の量より少なくても、等しくても、多くてもよい。
【００９１】
銅−又は鉄−含有モレキュラーシーブは、例えば、Ｎａ＋含有モレキュラーシーブ（Ｎａ＋型）からイオン交換により製造する。Ｎａ＋型は、一般に、イオン交換を全く伴わない焼成形態を指す。この形態では、モレキュラーシーブは、一般に交換部位にＮａ＋及びＨ＋陽イオンの混合物を含有する。Ｎａ＋陽イオンによって占められる部位の割合は、個々のゼオライトバッチ及びレシピによって変動する。場合によっては、アルカリ金属モレキュラーシーブはＮＨ４＋−交換されており、ＮＨ４＋型は銅又は鉄とのイオン交換に使用される。必要に応じて、ＮＨ４＋−交換モレキュラーシーブは焼成してＨ＋−交換形態とする。このＨ＋形態は、銅又は鉄イオンとのイオン交換に使用することができる。銅又は鉄は、Ｍｏｈａｎａｎらの米国特許第９，２４２，２３８号に開示されているように、例えば銅塩又は鉄塩、例えば酢酸銅、硫酸銅、塩化鉄、酢酸鉄などを用いて、アルカリ金属、ＮＨ４＋又はＨ＋型のモレキュラーシーブにイオン交換される。この米国特許は、参照により本明細書に組み入れる。例えば、Ｎａ＋、ＮＨ４＋又はＨ＋型のモレキュラーシーブを塩水溶液と混合し、高温で適当な時間撹拌する。スラリーを濾過し、そのフィルターケーキを洗浄し、乾燥させる。
【００９２】
幾つかの実施形態では、モレキュラーシーブは、例えば、銅、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、セリウム、白金、パラジウム、ロジウム又はこれらの組合せのような、他の触媒活性金属を含有してもよい。さらに、触媒活性金属の少なくとも一部はモレキュラーシーブ合成プロセス中に含ませてもよく、その結果、調整したコロイドが構造規定（指向）剤、シリカ源、アルミナ源及び金属イオン（例えば、銅）源を含有する。
【００９３】
モレキュラーシーブが１種以上の金属を含む場合、かかる金属（複数可）の量は変動させることができる。例えば、鉄−含有モレキュラーシーブ中の鉄の量は、例えば、約１．０〜約１５質量％であり、銅−含有モレキュラーシーブ中の銅の量は、鉄−含有モレキュラーシーブの総質量に基づいて、例えば、約０．３〜約１０．０質量％である。銅−含有モレキュラーシーブ中の銅の量は、銅−含有モレキュラーシーブの総質量を基準にして、例えば、約０．２、約０．３、約０．４、約０．５、約０．６、約０．７、約０．８、約０．９、約１．０、約１．１、約１．２、約１．３、約１．４、約１．５、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２．０、約２．１、約２．２、約２．３、約２．４、約２．５、約２．６、約２．７、約２．８、約２．９、約３．０、約３．１、約３．２、約３．３、約３．４、約３．５、約３．６、約３．７、約３．８、約３．９、約４．０、約４．１、約４．２、約４．３、約４．４、約４．５、約４．６、約４．７、約４．８、約４．９又は約５．０質量％である。鉄−含有モレキュラーシーブ中の鉄の量は、鉄−含有モレキュラーシーブの総質量に基づいて、例えば、約３．０、約３．５、約４．０、約４．５、約５．０、約５．５、約６．０、約６．５、約７．０、約７．５、約８．０、約８．５、約９．０、約９．５又は約１０質量％である。モレキュラーシーブ中の銅又は鉄のような触媒金属の量は、酸化物、ＣｕＯ又はＦｅ２Ｏ３として報告されている。モレキュラーシーブの総乾燥質量は、銅又は鉄のような、添加／交換された金属を含む。
【００９４】
一般に、銅又は鉄を含有する８−環小細孔モレキュラーシーブは、それぞれ焼成モレキュラーシーブの総質量に基づいて、２質量％未満の（無揮発分基準でＮａ２Ｏとして記載）のナトリウム含量を有してもよい。より具体的な実施形態では、ナトリウム含有量は１質量％未満又は２５００ｐｐｍ未満である。モレキュラーシーブは、それぞれ、約０．０２〜約０．７の原子ナトリウム対アルミニウム比を有することができる。モレキュラーシーブは、それぞれ、約０．５〜約５０の原子銅又は鉄対ナトリウム比を有することができる。  
【００９５】
幾つかの実施形態では、アルカリ又はアルカリ土類金属を、追加のＳＣＲ促進を実現するために、銅−含有モレキュラーシーブに組み込むことができる。例えば、Ｃｕとの共交換（co-exchange）プロセスの前、後、又は共交換プロセス中に酢酸Ｂａを添加することにより、バリウムをモレキュラーシーブ（例えば、ＣｕＣＨＡ）に組み込むことができる。
【００９６】
銅−又は鉄−含有モレキュラーシーブは、ＤＩＮ６６１３１に準拠して決定した、少なくとも約４００ｍ２／ｇ、少なくとも約５５０ｍ２／ｇ又は少なくとも約６５０ｍ２／ｇ、例えば、約４００〜約７５０ｍ２／ｇ又は約５００〜約７５０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を示すことができる。本モレキュラーシーブは、ＳＥＭにより決定した、約１０ナノメートル〜約１０ミクロン、約５０ナノメートル〜約５ミクロン又は約０．１ミクロン〜約０．５ミクロンの平均結晶サイズを有することができる。例えば、モレキュラーシーブ微結晶は、０．１ミクロンを超え又は１ミクロンを超え５ミクロン未満の結晶サイズを有することができる。
【００９７】
モレキュラーシーブは、適切な改質剤（modifier）と混合され又はかかる改質剤が被覆された、粉末形態の又は噴霧乾燥された材料で提供される。改質剤としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア及び耐熱性金属酸化物バインダー（例えばジルコニウム前駆体）が挙げられる。その粉末材料又は噴霧材料は、場合によっては適切な改質剤と混合し又はかかる改質剤を被覆した後に、例えば水を用いてスラリーに形成することができる。このスラリーは、例えばＢｕｌｌらへの米国特許第８，４０４，２０３号に開示されるように、適切な基材上に堆積される。この米国特許は参照により本明細書に組み入れる。
【００９８】
基材（すなわち、本明細書で概説するように金属繊維フェルトを含む基材）上に存在する場合、ＳＣＲ触媒組成物は、基材を基準として、例えば、約０．３ｇ／ｉｎ３〜４．５ｇ／ｉｎ３、又は約０．４ｇ／ｉｎ３、約０．５ｇ／ｉｎ３、約０．６ｇ／ｉｎ３、約０．７ｇ／ｉｎ３、約０．８ｇ／ｉｎ３、約０．９ｇ／ｉｎ３、又は約１．０ｇ／ｉｎ３から約１．５ｇ／ｉｎ３、約２．０ｇ／ｉｎ３、約２．５ｇ／ｉｎ３、約３．０ｇ／ｉｎ３、約３．５ｇ／ｉｎ３、又は約４．０ｇ／ｉｎ３までの濃度で存在する。基材上の触媒組成物の濃度、又は任意の他の成分の濃度は、任意の１つの三次元区画又は領域、例えば基材又は基材全体の任意の断面当たりの濃度を指す。
【００９９】
モレキュラーシーブのコーティング層は、バインダー、例えば、酢酸ジルコニルなどの適切な前駆体又は硝酸ジルコニルなどの他の適切なジルコニウム前駆体から誘導されるＺｒＯ２バインダーを使用して調製することができる。酸ジルコニルバインダーは、熱エージング後、例えば触媒を少なくとも約６００℃の高温、例えば約８００℃以上の高温及び約１０％以上の高水蒸気環境に曝したときでも、均質かつ損傷を受けていないままのコーティングを提供する。他の潜在的に適切なバインダーとしては、アルミナ及びシリカが挙げられるが、これらに限定されない。アルミナバインダーとしては、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、及びオキシ水酸化アルミニウムが挙げられる。アルミニウム塩及びコロイド形態のアルミナも多く使用される。シリカバインダーとしては、ケイ酸塩及びコロイドシリカを含む様々な形態のＳｉＯ２が挙げられる。バインダー組成物としては、ジルコニア、アルミナ、及びシリカの任意の組合せを含むことができる。
【０１００】
ＬＮＴ触媒は、例えば、Ｗａｎらの米国特許第８，４７５，７５２号及びＷａｎらの米国特許第９，３２１，００９号で教示されている。これらの文献は、参照により本明細書に組み込むものとする。ＬＮＴ触媒は、空燃（空気対燃料）比（λ）が１よりも大きい（すなわちλ＞１．０）運転のリーン期間中にＮＯｘの貯蔵を促進することを介して作動し、空燃比（λ）が１未満（すなわちλ＜１．０）であるリッチ期間中に貯蔵ＮＯｘのＮ２への還元を触媒するものと考えられる。幾つかのＬＮＴ触媒は特定の温度を超えるとＮＯｘを放出することになる。この温度は、ＬＮＴウォッシュコートの組成によって異なる。
【０１０１】
ＬＮＴ触媒組成物は、典型的には、耐熱性金属酸化物担体上に分散された、ＮＯｘ収着剤と白金族金属成分とを含む。ＬＮＴ触媒組成物は、酸素貯蔵成分のような他の成分を任意に含んでもよい。１つの例示的な適切なＮＯｘ収着剤は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びこれらの混合物から選択されるアルカリ土類元素の塩基性含酸素化合物及び／又はセリウムなどの希土類成分の含酸素化合物（セリア成分）を含む。希土類化合物は、ランタン、ネオジム又はプラセオジムのうちの１種以上をさらに含んでもよい。
【０１０２】
本発明の機能性金属繊維フェルトは、例えば、ＮＯｘや硫黄化合物を捕捉及び放出するための有用な収着剤を含有することができる。収着剤としては、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、希土類酸化物、及びモレキュラーシーブなどの材料が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、本発明の機能性繊維フェルトは、また、炭化水素（ＨＣ）を捕捉及び放出するのに有用な収着剤を含むことができる。収着剤としては、モレキュラーシーブ及びゼオライトなどの材料が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０３】
ＡＭＯｘ触媒は、例えば、Ｂｏｏｒｓｅらの米国特許出願公開２０１１／０２７１６６４公報で教示されている。この文献は参照により本明細書に組み込むものとする。アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）触媒は、排気ガス流からアンモニアを除去するのに有効な、担持された貴金属成分であり得る。貴金属には、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀又は金が含まれる。貴金属成分は、また、貴金属の物理的混合物又は化学的組合せ若しくは原子的にドープされた組合せを含むことができる。貴金属成分としては、例えば白金が含まれる。その白金は、ＡＭＯｘ触媒の総質量に基づいて約０．００８質量％〜約２質量％の量で存在し得る。
【０１０４】
ＡＭＯＸ触媒の貴金属成分は、典型的には、高表面積耐熱性金属酸化物担体上に堆積される。適切な高表面積耐熱性金属酸化物の具体例には、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、及びジルコニア、並びにそれらの物理的混合物、化学的組合せ及び／又は原子的にドープされた組合せが含まれる。ある特定の実施形態では、耐熱性金属酸化物は、シリカ−アルミナ、非晶質又は結晶性アルミノシリケート（ケイ酸塩）、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−ランタナ、アルミナ−クロミア、アルミナ−バリア、アルミナ−セリアなどの混合酸化物を含むことができる。例示的な耐熱性金属酸化物には、約５０〜約３００ｍ２／ｇの比表面積を有する高表面積γ−アルミナが含まれる。ＡＭＯｘ触媒は、例えば、ＣＨＡ、ＦＡＵ、ＢＥＡ、ＭＦＩ及びＭＯＲタイプのものから選択されるゼオライト又は非ゼオライトモレキュラーシーブを含むことができる。モレキュラーシーブは、酸化物担持の白金成分と物理的に混合することができる。代替実施形態では、白金をモレキュラーシーブの外面上又はチャネル、キャビティ（空洞）若しくはケージ内に分布させることができる。
【０１０５】
ＴＷＣ触媒組成物は、例えば、Ｋｅｉｔｈらの米国特許第４，１７１，２８８号及びＡｒｎｏｌｄらの米国特許第８，８１５，１８９号に開示されている。これらの文献は、参照により本明細書に組み込む。ＴＷＣ触媒組成物は、例えば、高表面積の耐熱性金属酸化物担体、例えば、高表面積アルミナ上に配置された１種以上の白金族金属を含む。耐熱性金属酸化物担体は、ジルコニア、チタニア、バリア、カルシア又はストロンチアなどのアルカリ土類金属酸化物、又は最も普通には、希土類金属酸化物、例えばセリア、ランタナ、及び２種以上の希土類金属酸化物の混合物のような材料により、熱的劣化に対して安定化することができる。ＴＷＣ触媒は、酸素貯蔵成分を含むように配合することもできる。
【０１０６】
本発明の物品は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、三元触媒（ＴＷＣ）、アンモニア酸化触媒（ＡＭＯｘ）及び選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒から選択される１種以上の触媒組成物を含むことができる。幾つかの実施形態では、触媒組成物は貴金属を実質的に含まない、例えば、白金族金属を実質的に含まない。「実質的に含まない」とは、例えば「ほとんど含まない、又は全く含まない」を意味し、例えば、「意図的に加えられていない」こと、微量及び／又は不注意な量しか有しないことを意味する。例えば、このことは、明示した全組成物の質量に基づいて、２質量％（質量％）未満、１．５質量％未満、１．０質量％未満、０．５質量％未満、０．２５質量％又は０．０１質量％未満を意味する。
【０１０７】
金属繊維フェルト基材は、有利には、領域分け（ゾーン分け：zoned）コーティングを有することができ、すなわち、三次元繊維フェルト構造の入口端では、ある特定の機能を有する触媒コーティングを、出口端ではそれとは異なる機能を有する異なる触媒コーティングを含有することができる。各領域化コーティングは重なってもよい。いずれか１つのコーティングが、入口端から出口端に向かって（又は出口端から入口端に向かって）、金属フェルト基材の軸方向長さの約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％又は約９０％延在してもよい。また、いずれか１つのコーティングが基材の軸方向全長にわたって延在してもよい。
【０１０８】
本発明には、次のように、幾つかの利点がある。開示した機能性物品は、一般的に耐久性が高く、触媒及び／又は収着剤の損失に対して抵抗性がある。開示した機能性物品は、一般に、良好な機能的コーティング接着を示し、これにより、塗布することが困難な触媒及び／又は収着剤組成物の適用を、及び振動及び衝撃に対する良好な耐性を実現することが可能となる。開示した機能性物品は一般に優れた触媒性能及び収着性能を示す。触媒及び／又は収着剤塗布プロセス（コーティングプロセス）は一般に容易であり、既存の技術を用いて行うことができる。開示した機能性物品は一般的に向上した背圧性能を示す。開示した機能性物品は、一般に、例えば、従来のコーディエライト又は金属箔担体で可能であるよりも最大で２倍高い、高装填量の機能性組成物を担持することができる。機能性物品は一般に良好な熱伝導性を示す。本明細書に開示するように物品上にコートする場合、機能性組成物は、伝統的な機能性コーティングのように片側からだけではなく、両側からの排気ガスと接触し、それにより機能性能の拡散制限なしに、より厚いコーティングが可能になる。
【０１０９】
上記の特性により、高活性を有する一層コンパクトな機能性物品が可能となる。特に、理論によって限定されることを意図するものではないが、開示した機能的物品が高い熱伝導率を有することから、その物品が一層速い昇温速度を示すので、優れた低温（例えば冷間始動）触媒性能が可能になると考えられる。
【０１１０】
本明細書に開示した機能性物品を含む排気ガス処理システムもまた開示する。排気ガス処理システムは、２種以上の物品、例えばＤＯＣ物品及びＳＣＲ物品を含む。システムは、また、還元剤インジェクタ、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、希薄（リーン）ＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、三元変換（ＴＷＣ）触媒、すすフィルタ、及び／又はアンモニア酸化触媒（ＡＭＯｘ）を含む１つ以上の物品を含むことができる。すすフィルタは、含まれる場合、無触媒又は触媒（ＣＳＦ）ウォールフローフィルタであり得る。例えば、本処理システムは、上流から下流に向かって、ＤＯＣを含む物品、ＣＳＦ、尿素インジェクタ、ＳＣＲ物品、及びＡＭＯｘ触媒を含む物品を備えることができる。リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）も任意で含ませることができる。
【０１１１】
本物品、本システム及び本方法は、トラックや自動車などの移動排出源から出る排気ガス流の処理に適している。本物品、システム及び方法は、また、発電所などの固定発生源から出る排気流の処理にも適している。アンモニアは定置式発電所の排ガス処理のためのＳＣＲ反応用の典型的な還元剤であり、一方尿素は移動排出源の排ガス処理用の典型的なＳＣＲ還元剤である。開示した基材は、特に、室内空気からの有害物質又は有毒物質の除去、定置式工業プロセスからの排出物の処理、又は化学反応プロセスにおける触媒反応に適切に適合させることができる。
【０１１２】
「貴金属成分」とは、貴金属、又は酸化物のような、その化合物をいう。貴金属は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金及び金である。
【０１１３】
「白金族金属成分」とは、白金族金属又はその化合物、例えば酸化物を指す。白金族金属はルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金である。
【０１１４】
貴金属成分及び白金族金属成分は、また、その焼成時又は使用時に、分解して又は他の方法で触媒活性形態に、通常は金属又は金属酸化物に変換する、任意の化合物、複合体、又は同種のものもいう。
【０１１５】
本物品は、例えば、ガソリン、軽量ディーゼルエンジン及び大型車両用ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気ガス流の処理に適する。この物品は、また、定置式工業プロセスからの排出物の処理、室内空気からの有害物質又は有毒物質の除去、又は化学反応プロセスにおける触媒作用にも適している。
【０１１６】
用語「触媒物品」は、所望の反応を促進するために使用する要素を指す。  
【０１１７】
用語「機能性物品」とは、所望の反応を促進するため、及び／又は収着機能を提供するために使用する要素を指す。
【０１１８】
用語「排気流」又は「排気ガス流」とは、固体又は液体の粒子状物質を含有することがある流動ガスの任意の組合せを指す。流（流れ）は、液滴、固体微粒子などのようなある種の非気体成分を含有することがある気体成分を含む。内燃機関の排気流は、通常、燃焼生成物、不完全燃焼の生成物、窒素酸化物、可燃性及び／又は炭素質の粒子状物質（すす）、並びに未反応の酸素及び／又は窒素をさらに含む。
【０１１９】
冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、ここでは、文法的対象物の一つ又は一つ以上（例えば、少なくとも一つ）を指す。本明細書で記載した範囲はいずれも包括的である。全体を通して使用する用語「約」は、小さな変動を表現しこれを構成するために使用する。例えば、「約」は、数値が±５％、±４％、±３％、±２％、±１％、±０．５％、±０．４％、±０．３％、±０．２％、±０．１％又は±０．０５％だけ修正できることを意味することができる。数値は、すべて、明示的に示されているか否かにかかわらず、「約」という用語によって修飾されたものである。用語「約」によって修飾された数値は、その具体的に特定された値を含む。例えば、「約５．０」は５．０を含む。
【０１２０】
特に断りのない限り、部及びパーセントは、すべて、質量基準である。特記しない限り、質量パーセント（質量％）は、いかなる揮発性物質も含まない全組成物に基づく、すなわち乾燥固形分含有量に基づく。本明細書で言及する全ての米国特許出願、公開特許出願及び特許は、参照により本明細書に組み込むものとする。
【０１２１】
本明細書に記載した発明に関する、多くの変更及びその他の実施形態が、前述の説明に提示した教示の利益を有する発明に関係する当業者に思い浮かぶものと思われる。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、修正例及びその他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されているものと理解されたい。さらに、前述の説明及び関連する図面は、要素及び／又は機能の特定の例示的組合せの文脈で例示的な実装形態について説明しているが、要素及び／又は機能の異なる組合せも、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、代替的な実装形態により提供され得ることを理解されたい。これに関して、例えば、上記に明示的に記載されたものとは異なる要素及び／又は機能の組合せも、添付の特許請求の範囲の一部に記載することができるよう企図している。本明細書では具体的な用語を使用しているが、その用語は一般的かつ説明的な意味でのみ使用するものであり、限定する目的では使用していない。
【実施例】
【０１２２】
実験の欄
例１：比較コーディエライト基材１を含むＤＯＣ
触媒コーティングを、ウォッシュコート技術によって４００ｃｐｓｉの直径１インチ×長さ３インチのコーディエライトモノリスコアに塗布して、１：１の質量比のＰｔ：Ｐｄが１２０ｇ／ｆｔ３のコーティング濃度３．５ｇ／ｉｎ３を得る。コーティング用のスラリーを調製するために使用する触媒粉末では、Ｐｔ及びＰｄが市販のガンマアルミナ上に担持されている。触媒粉末は、担体材料にＰＧＭ前駆体を初期湿潤含浸させた後、乾燥させ、約５００℃で焼成することによって調製する。触媒スラリーを被覆した後、コアを乾燥し約５００℃で焼成する。 
【０１２３】
例２：波形金属繊維フェルト基材１を含むＤＯＣ
比較例１と同一のコーティングを、４００ｃｐｓｉの直径１インチ×長さ２インチの波形（コルゲート状）繊維Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）コアに塗布し、同じ総量の同じ触媒組成物を塗布し、続いて乾燥し焼成する。繊維状金属フェルトはスポンジ状であり、ウォッシュコートスラリーを容易に塗布することが可能である。図５は本発明のコーティングされた金属繊維フェルトの写真である。本発明の物品中の触媒組成物は、５．２g／ｉｎ３の量で塗布されている。この装填時に、金属フェルト中の空隙は触媒組成物で満たされているので、拡散による場合を除いて、チャネル壁を通るガスの流れは生じない。
【０１２４】
例３：ＤＯＣの実験室ＮＥＤＣ試験におけるＣＯ及びＨＣ変換
例１及び例２の触媒物品を７５０℃で２５時間エンジンエージングし、実験室版の「新ヨーロッパ駆動サイクル（Ｎｅｗ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅ）」（ＮＥＤＣ）試験を用いて試験した。一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の変換結果が図６に見られる。本発明の物品についてのＣＯとＨＣの変換率は、両方とも、コーディエライト基材を有する比較触媒よりも高く、したがって本発明の物品の性能上の利点を確認することができた。
【０１２５】
図６に示す性能上の利点は、図７から分かるように、金属フェルト基材上のＤＯＣの低温性能がより優れたものであることから生じている（図７は、Ｆｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材上及び市販コーディエライト基材上のＤＯＣ触媒についての実験室過渡触媒性能試験におけるテールパイプＣＯ排出量の経時的グラフを提供している）。この改善された低温性能は、コーディエライト基材上の基準物と比較して、金属フェルト基材上の触媒の一層高い熱伝導率−したがって一層速い加熱−に起因すると考えられる。
【０１２６】
例４：ＳＣＲ性能
４００ｃｐｓｉの１”×３”商業用コーディエライトモノリス基材上及び４００ｃｐｓｉの１”×３”波形（コルゲート状）Ｆｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材上に、３．５ｇ／ｉｎｃｈ３の触媒活性成分を被覆し、続いて乾燥し焼成することによってＳＣＲ触媒を調製した。各触媒について、実験室ＳＣＲ性能試験（ＳＣＲ反応：６ＮＯ ＋ ４ＮＨ３ ＝ ５Ｎ２ ＋ ６Ｈ２Ｏ）で温度間隔１７５〜３００℃で５００ｐｐｍＮＯ、５００ｐｐｍＮＨ３、５％Ｈ２Ｏ、１０％Ｏ２、残部Ｎ２；ＧＨＳＶ＝８００００ｈ-1の試験条件下で試験した。図８に要約した試験結果は、Ｆｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材上の試料の実質的な性能上の利点を実証する。
【０１２７】
例５：ＬＮＴ性能
ＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ）触媒を、４００ｃｐｓｉの１”×３”コーディエライトモノリス基材上に触媒活性成分を５．５ｇ／ｉｎｃｈ３被覆し、また、４００ｃｐｓｉの１”×２”波形Ｆｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材上に（触媒活性成分を）８．２５ｇ／ｉｎｃｈ３コーティングし、続いて乾燥し焼成することによって調製した。触媒活性成分は、独自の担体材料上に１２０ｇ／ｆｔ３のＰｔ及びＰｄを含有していた。各触媒について、実験室用ＬＮＴ性能試験において２００℃及び２５０℃で、ＧＨＳＶ＝４００００ｈ−１で試験した。その試験では、リーンパルス（２８５秒持続時間）とリッチパルス（８秒持続時間）を交互にした。リーンパルス中の供給ガス組成は、１０％Ｏ２、５％ＣＯ２、５％Ｈ２Ｏ、２００ｐｐｍＮＯ、残部Ｎ２からなるものであった。リッチパルス中の供給ガス組成は、０．９％Ｏ２、５％ＣＯ２、５％Ｈ２Ｏ、２．４８％ＣＯ、０．７４％Ｈ２、１５００ｐｐｍＣ３Ｈ６、残部Ｎ２からなるものであった。試験結果をリーン及びリッチサイクルにおける平均ＮＯ変換率として図９に表す。見て分かるように、Ｆｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材上の試料が、コーディエライト基材上の類似体と比較して性能上の利点を示す。
【０１２８】
例６：比較コーディエライト基材を含むＤＯＣ
コーディエライトモノリス基材にＤＯＣ組成物を被覆して、直径５．６６インチ×長さ３インチの４００ｃｐｓｉ基材上に４．３ｇ／ｉｎ３の触媒装填量を得た。
【０１２９】
例７：波形金属繊維フェルト基材を含むＤＯＣ
本発明の金属繊維フェルト基材にＤＯＣ組成物を、直径５．６６インチ×長さ３インチの４００ｃｐｓｉ基材上に４．３g／ｉｎ３の同じ触媒装填量で被覆する。
【０１３０】
例６：背圧試験
４００ｃｐｓｉ、直径５．６６インチ×長さ３インチの、コーティングしていないＦｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材及び市販コーディエライトハニカム基材について圧力損失を測定した。その後、例６及び７の物品の背圧性能について試験を行った。その結果は図１０に見られる。それから分かるように、コーティングしていないＦｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材は、コーディエライト基材と比較してより高いΔＰを有する。しかし、コーディエライト基材のコーティングは背圧の実質的な増加をもたらしたが、コーティングしたＦｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材についてはわずかな増加しか見られなかった。コーティングしたＦｅｃｈｒａｌｏｙ（登録商標）フェルト基材上のコーティングしたＤＯＣについて生じた圧力損失は、コーディエライト基材上の触媒の場合よりも〜１０％低い。これは、コーディエライト基材上のウォッシュコートがチャネル壁上に堆積され、それによってチャネルがより狭くなるという事実によるものである。一方、金属フェルト基材を用いると、ウォッシュコートは、高度に多孔質の壁を貫通し、チャネルの断面を減少させない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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