(57)【要約】【課題】統合された排出制御システムを提供する。【解決手段】  本開示は、約１から約２０のアスペクト比を有し、及び第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物を有し、その上に配置された機能性コーティング組成物を有する基材を含む、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品を提供する。モノリシックウォールフローフィルター触媒物品は、エンジンに近い密結合位置にあってよい。本開示はさらに、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品を含み、フロースルーモノリス触媒物品をさらに含み得る、統合された排気ガス処理システムをさらに提供する。フロースルーモノリス触媒物品は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物がその上に配置された基材を含む。統合された排気ガス処理システムは、従来の物品４つのシステムを触媒煤フィルター（ＣＳＦ）と選択的触媒還元（ＳＣＲ）ＣＳＦ＋ＳＣＲ配置の物品２つに簡素化する。
2020515766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向長さＬ、直径Ｄ、及び体積を有し、前部、上流端及び後部、軸方向長さを規定する下流端、約１から約２０のＬ／Ｄで規定されるアスペクト比を含む基材、及び
前記基材上に配置され、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物を含む機能性コーティング組成物
を含む、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【請求項２】
前記第一の吸着剤組成物が、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、又は分子ふるいのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【請求項３】
前記第一の吸着剤組成物が、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、オフレタイト及びベータゼオライトからなる群から選択されるゼオライトを含む、請求項１又は２に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【請求項４】
前記酸化触媒組成物が、排気ガス流中のＮＯ、ＣＯ、及びＨＣのうちの１つ以上を、約１５０℃未満の温度で効果的に酸化する、請求項１から３のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【請求項５】
前記酸化触媒組成物が、耐火性金属酸化物担体上に分散された白金族金属（ＰＧＭ）成分を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【請求項６】
前記第二の吸着剤組成物が、小細孔又は中間細孔分子ふるい、及び、任意にＰＧＭ成分を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【請求項７】
前記第一の吸着剤組成物、前記酸化触媒組成物、及び任意に前記第二の吸着剤組成物が、区分けされた構成で２つ又は３つの層に配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【請求項８】
前記モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が、前記機能性コーティング組成物がその上に配置されない同じ基材及び寸法のモノリシックウォールフローフィルター物品と比較して、空気流の関数として測定して≦２５％の背圧の増加又は圧力降下を示す、請求項１から７のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品を含む、車両。
【請求項１０】
内燃機関の下流に位置し且つそれと流体連通している、請求項１から８のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品、及び
前記モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の上流に水素を導入するように構成される第一の水素注入物品
を含む、排気ガス処理システム。
【請求項１１】
水素貯蔵物品をさらに含み、前記水素注入物品が、前記水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に導入するように構成される、請求項１０に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１２】
前記モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の下流にあり且つそれと流体連通しているフロースルーモノリス触媒物品をさらに含み、前記フロースルーモノリス触媒物品は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物がその上に配置された基材を含み、前記ＳＣＲコーティング組成物は、
耐火性金属酸化物担体上に分散したＰＧＭ成分を含む第一のＳＣＲ触媒組成物、及び
卑金属を含む分子ふるいを含む第二のＳＣＲ触媒組成物を含む、請求項１０又は１１に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１３】
前記第一のＳＣＲ触媒組成物が、＜２５０℃の温度で窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元するのに効果がある、請求項１２に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１４】
前記第二のＳＣＲ触媒組成物が、約２５０℃から約５５０℃の温度でＮＯｘを還元するのに効果がある、請求項１２又は１３に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１５】
前記分子ふるいが、ＣＨＡ結晶構造及び約１から約１０００のシリカ対アルミナ比を有するアルミノシリケートゼオライトである、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１６】
前記ＳＣＲコーティング組成物が、
前記第一のＳＣＲ触媒組成物を含む第一のＳＣＲコーティング層、及び
前記第二のＳＣＲ触媒組成物を含む第二のＳＣＲコーティング層
を含む、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１７】
前記第一のＳＣＲコーティング層及び前記第二のＳＣＲコーティング層が区分けされた構成にある、請求項１６に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１８】
前記フロースルーモノリス物品の上流に水素を導入するように構成される第二の水素注入物品をさらに含む、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の排気ガス処理システム。
【請求項１９】
水素貯蔵物品をさらに含み、前記第二の水素注入物品が前記水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に導入するように構成される、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の排気ガス処理システム。
【請求項２０】
軸方向長さＬ、直径Ｄ、及び体積を有し、前部、上流端及び後部、軸方向長さを規定する下流端、約１から約２０のＬ／Ｄで規定されるアスペクト比を含む基材を含む、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品、
前記基材上に配置され、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物を含む機能性コーティング組成物を有する、前記基材、及び
前記モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の下流にあり且つそれと流体連通しているフロースルーモノリス触媒物品であって、選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物がその上に配置された基材を含み、前記ＳＣＲコーティング組成物は第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物を含み、前記第二のＳＣＲ触媒組成物は卑金属を含む分子ふるいを含む、フロースルーモノリス触媒物品
を含む、排気ガス処理システム。
【請求項２１】
前記フロースルーモノリス物品の上流にあり且つそれと流体連通している尿素注入器をさらに含む、請求項１２から２０のいずれか一項に記載の排気ガス処理システム。
【請求項２２】
前記モノリシックウォールフローフィルター触媒物品と流体連通し且つその上流にアンモニアを導入するように構成されるアンモニア注入器をさらに含む、請求項１２から２１のいずれか一項に記載の排気ガス処理システム。
【請求項２３】
前記フロースルーモノリス物品の上流に水素を導入するように構成される水素注入物品をさらに含む、請求項２０に記載の排気ガス処理システム。
【請求項２４】
水素貯蔵物品をさらに含み、前記水素注入物品が前記水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に導入するように構成される、請求項２３に記載の排気ガス処理システム。
【請求項２５】
前記機能性コーティング組成物がその上に配置されない同じ構造及び構成を有する排気ガス処理システムと比較して、空気流の関数として測定して≦２５％の背圧の増加又は圧力降下を示す、請求項１２から２４のいずれか一項に記載の排気ガス処理システム。
【請求項２６】
請求項１０から２５に記載の排気ガス処理システムを含む、車両。
【請求項２７】
ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気流を処理する方法であって、前記排気流を請求項１から９のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品中に受け入れることを含む、方法。
【請求項２８】
ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気流を処理する方法であって、前記排気流を請求項１０から２５のいずれか一項に記載の排気ガス処理システム内に受け入れることを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡素化した統合された排出制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排出に関する環境規制は、世界中でますます厳しくなっている。希薄燃焼エンジン、例えばディーゼルエンジンの運転は、燃料希薄条件下において高い空燃比で運転するので、ユーザーに優れた燃費を提供する。しかしながら、ディーゼルエンジンはまた、粒子状物質（ＰＭ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を含有する排気ガス排出も発し、この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つの主要な成分は、可溶性有機画分（ＳＯＦ）及び煤画分である。ＳＯＦは層状で煤上に凝縮し、一般に未燃のディーゼル燃料及び潤滑油から誘導される。ＳＯＦは、排気ガスの温度に依存して、蒸気又はエアロゾル（すなわち、液状凝縮物の微細な液滴）としてディーゼル排気中に存在する。煤は、主に炭素の粒子から構成される。
【０００３】
アルミナなどの耐火性金属酸化物担体上に分散された、白金族金属（ＰＧＭ）などの貴金属を含む酸化触媒組成物が既知であり、ディーゼルエンジンの排気を処理する際に、炭化水素及び一酸化炭素の両方のガス状汚染物質を、これら汚染物質の酸化を触媒することによって二酸化炭素及び水に転化するために、使用される。そのような触媒組成物は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と呼ばれる単位に一般に含有されており、この単位は、ディーゼル発電システムからの排気流路に配置され、排気を処理してから大気に放出する。通常、ディーゼル酸化触媒は、その上に１つ以上の触媒コーティング組成物が堆積される、セラミック又は金属基材上に形成される。ガス状のＨＣ及びＣＯ排出及び粒子状物質（ＳＯＦ画分）の転化に加えて、ＰＧＭを含有する酸化触媒は、ＮＯのＮＯ２への酸化を促進する。触媒は通常、そのライトオフ（ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）温度又は５０％の転化が達成される温度（Ｔ５０とも呼ばれる）によって規定される。
【０００４】
内燃機関の排気を処理するために使用される触媒組成物は、エンジン運転初期の低温始動期間など、比較的低温の運転期間中は、効果が低い。なぜなら、エンジン排気が、排気中の有害成分を効率的に触媒転化するのに十分高い温度ではないからである。この目的のために、当該技術分野では、吸着剤（ゼオライトであり得る）を触媒処理システムの一部として含ませ、ガス状の汚染物質（通常は炭化水素）を吸着及び／又は吸収させて、それらを初期の低温始動期間中に保持することが、既知である。排気ガス温度が上昇すると、貯蔵された炭化水素が吸着剤から追い出され、より高い温度での触媒処理に供される。
【０００５】
ＮＯｘは、内燃機関（例えば、自動車及びトラックにおける）からの、燃焼設備（例えば、天然ガス、石油又は石炭で加熱される発電所など）からの、及び硝酸製造プラントなどからの排気ガスに含有される。ＮＯｘ含有ガス混合物を処理して大気汚染を低減するため、様々な処理方法が使用されてきた。希薄燃焼エンジン、例えばガソリン直噴エンジン及び部分希薄燃焼エンジンの排気からの、及びディーゼルエンジンからの、ＮＯｘを低減するための１つの効果的な方法では、希薄燃焼エンジンの運転条件下でＮＯｘを捕捉して貯蔵し、捕捉したＮＯｘを、化学量論的又はリッチなエンジン運転条件下、又は外部燃料を排気に噴射してリッチ条件を引き起こす希薄エンジン運転下で、低減することが必要である。希薄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、燃料をできるだけ多く維持するために通常は短い（１から１０秒）。ＮＯｘ転化効率を高めるために、短く頻繁な再生は、長いが頻繁ではない再生よりも好まれる。よって、希薄ＮＯｘ捕捉触媒組成物は一般に、ＮＯｘ捕捉機能及び三元触媒機能を提供しなければならない。
【０００６】
いくつかの希薄ＮＯｘ捕捉（ＬＮＴ）システムは、アルカリ土類元素を含有する。例えば、ＮＯｘ吸着剤成分には、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａの酸化物などのアルカリ土類金属酸化物が含まれる。他の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ことができる。ＮＯｘ吸着剤は、触媒性のＮＯｘ酸化及び還元のためにアルミナ担体上に分散された白金などの白金族金属触媒組成物と組み合わせて使用することができる。ＬＮＴ触媒組成物は、エンジンから出るＮＯがＮ２に転化される循環式の希薄（捕捉モード）及びリッチ（再生モード）排気条件下で運転する。
【０００７】
希薄燃焼エンジンの排気からのＮＯｘを低減する別の効果的な方法は、希薄燃焼エンジンの運転条件下において、ＮＯｘをアンモニア又は炭化水素などの適した還元剤と選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒組成物の存在下で反応させることを必要とする。ＳＣＲ法では、大気中の酸素の存在下で還元剤（例えばアンモニア）を用いた窒素酸化物の触媒還元を使用し、その結果、主として窒素と蒸気が形成される：
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ（標準のＳＣＲ反応）
２ＮＯ２＋４ＮＨ３→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ（遅いＳＣＲ反応）
ＮＯ＋ＮＯ２＋ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ（速いＳＣＲ反応）
【０００８】
ＳＣＲ法で用いられる現在の触媒組成物には、鉄又は銅などの触媒金属でイオン交換されたゼオライトなどの分子ふるいが含まれる。適したＳＣＲ触媒組成物には、金属含有ゼオライトなどの金属含有分子ふるいが含まれる。有用なＳＣＲ触媒組成物は、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ため、より低い排気温度に通常は関連する低装填の条件下でさえ、ＮＯｘレベルの低減を達成することができる。
【０００９】
ますます厳しくなる排出規制により、改善されたＣＯ、ＨＣ及びＮＯの酸化能力を有し、低いエンジン排気温度でＣＯ、ＨＣ及びＮＯの排出を成し遂げるための排出ガス処理システムの開発が必要とされている。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きている。この結果、運転サイクルのあらゆる側面を扱うシステムがより複雑となっている。一例として、ＤＯＣ＋ＣＳＦ＋ＳＣＲ＋ＡＭＯｘシステムを有するディーゼル排気処理システムがあり、これはＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）がＣＯ／ＨＣ排出物を還元し、ＣＳＦ（触媒煤フィルター）が粒子状物を最小限に抑え、ＣＯ／ＨＣの同伴物をさらに還元する。ＳＣＲ（選択的触媒還元）物品は、アンモニアの注入によりＮＯｘ排出物を還元する。ただし、ＳＣＲ運転中のアンモニアの漏出を最小限に抑えるには、ＡＭＯｘ（アンモニア酸化）触媒物品が必要である。
【００１０】
ＣＳＦは、煤フィルター上に堆積された酸化触媒組成物を一般に含む物品である。煤フィルターは、任意の適した耐火性材料、例えばコージエライト、コージエライト−αアルミナ、シリコンニトライド、シリコンカーバイド、アルミニウムチタネート、アルミニウムカーバイド、ジルコニウムムライト、リシア輝石、アルミナ−シリカ−マグネシア、ジルコニウムシリケート、シリマナイト、マグネシウムシリケート、ジルコニア、ペタライト、α−アルミナ、アルミノシリケートなど、又はこれらの任意の２つ以上の組み合わせから作製され得る。煤フィルターは、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼、炭素鋼などの金属から作製されてもよい。ウォールフローフィルターは、基材の異なる部分の排気ガスが通路の壁を介して連通するフロースルー基材として規定される。一例としてＥｍｉｔｅｃ  ＬＳ／ＰＥ基材があるが、これに限定されない。
【００１１】
よって排気ガス処理システムは通常、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ及び粒子状物質（ＰＭ）の必要な削減を達成するために、所定の構成で４つ又は５つの異なる触媒／機能性物品を必要とする。従って、必要な触媒／機能性物品の数がより少ない、簡素化された排気ガス処理システムが所望される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、内燃機関の排気ガス流中の汚染物質を削減するための、簡素化された排気ガス処理システム及び方法を目的とする。本開示は、ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気ガス流の酸化及び選択的触媒還元（ＳＣＲ）のための、組成物、触媒物品、排気ガス処理システム、及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
よって一態様において、軸方向長さＬ、直径Ｄ、及び体積を有し、前部、上流端及び後部、軸方向長さを規定する下流端を含み、約１から約２０のＬ／Ｄで規定されるアスペクト比を有する基材、及びその基材上に配置され、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物を含む機能性コーティング組成物、を含む、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品を提供する。
【００１４】
一部の実施形態では、第一の吸着剤組成物は、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、又は分子ふるいのうちの１つ以上を含む。一部の実施形態では、第一の吸着剤組成物は、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、オフレタイト及びベータゼオライトからなる群から選択されるゼオライトを含む。
【００１５】
一部の実施形態では、酸化触媒組成物は、排気ガス流中のＮＯ、ＣＯ、及びＨＣのうちの１つ以上を、約１５０℃未満の温度で効果的に酸化する。一部の実施形態では、酸化触媒組成物は、耐火性金属酸化物担体上に分散された白金族金属（ＰＧＭ）成分を含む。一部の実施形態では、第二の吸着剤組成物は、小細孔又は中間細孔分子ふるいを含む。一部の実施形態では、第二の吸着剤組成物は、ＰＧＭ成分をさらに含む。一部の実施形態では、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物は、区分けされた構成で２つ又は３つの層に配置される。
【００１６】
一部の実施形態では、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品は、機能性コーティング組成物がその上に配置されない同じ基材及び寸法のモノリシックウォールフローフィルター物品と比較して、空気流の関数として測定して≦２５％の背圧の増加又は圧力降下を示す。
【００１７】
別の態様では、本明細書に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品を含む車両を提供する。
【００１８】
さらなる態様では、内燃機関の下流に位置し且つそれと流体連通している、本明細書に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品を含む排気ガス処理システム、及びモノリシックウォールフローフィルター触媒物品の上流に水素を導入するように構成される第一の水素注入物品を提供する。
【００１９】
一部の実施形態では、排気ガス処理システムは水素貯蔵物品をさらに含み、水素注入物品は、水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に導入するように構成される。一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の下流にあり且つそれと流体連通しているフロースルーモノリス物品をさらに含み、フロースルーモノリス触媒物品は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物がその上に配置された基材を含み、ＳＣＲコーティング組成物は、耐火性金属酸化物担体上に分散したＰＧＭ成分を含む第一のＳＣＲ触媒組成物、及び卑金属を含む分子ふるいを含む第二のＳＣＲ触媒組成物を含む。
【００２０】
一部の実施形態では、第一のＳＣＲ触媒組成物は、＜２５０℃の温度で窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元するのに効果がある。一部の実施形態では、第二のＳＣＲ触媒組成物は、約２５０℃から約５５０℃の温度でＮＯｘを還元するのに効果がある。一部の実施形態では、分子ふるいは、ＣＨＡ結晶構造及び約１から約１０００のシリカ対アルミナ比を有するアルミノシリケートゼオライトである。一部の実施形態では、ＳＣＲコーティング組成物は、第一のＳＣＲ触媒組成物を含む第一のＳＣＲコーティング層、及び第二のＳＣＲ触媒組成物を含む第二のＳＣＲコーティング層を含む。一部の実施形態では、第一のＳＣＲコーティング層及び第二のＳＣＲコーティング層は、区分けされた構成にある。
【００２１】
一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、フロースルーモノリス物品の上流に水素を導入するように構成される第二の水素注入物品をさらに含む。一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、水素貯蔵物品をさらに含み、第二の水素注入物品は、水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に導入するように構成される。
【００２２】
なおさらなる態様では、軸方向長さＬ、直径Ｄ、及び体積を有し、前部、上流端及び後部、軸方向長さを規定する下流端を含み、約１から約２０のＬ／Ｄで規定されるアスペクト比を有する基材を含む、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品、及びその基材上に配置され、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物を含む機能性コーティング組成物を有する基材、及びモノリシックウォールフローフィルター触媒物品の下流にあり且つそれと流体連通しているフロースルーモノリス物品であって、選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物がその上に配置された基材を含み、ＳＣＲコーティング組成物は第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物を含み、第二のＳＣＲ触媒組成物は卑金属を含む分子ふるいを含む、フロースルーモノリス物品を含む、排気ガス処理システムを提供する。
【００２３】
一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、フロースルーモノリス物品の上流にあり且つそれと流体連通している尿素注入器をさらに含む。一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、フロースルーモノリス物品と流体連通し且つその上流にアンモニアを導入するように構成されるアンモニア注入器をさらに含む。
【００２４】
一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、フロースルーモノリス物品の上流に水素を導入するように構成される水素注入物品をさらに含む。
【００２５】
一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、水素貯蔵物品をさらに含み、水素注入物品が、水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に導入するように構成される。
【００２６】
一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、機能性コーティング組成物がその上に配置されない同じ構造及び構成を有する排気ガス処理システムと比較して、空気流の関数として測定して≦２５％の背圧の増加又は圧力降下を示す。
【００２７】
なおさらなる態様では、本明細書に記載の排気ガス処理システムを含む車両を提供する。
【００２８】
さらに別の態様では、ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気流を処理する方法であって、排気流を本明細書に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品中に受け入れることを含む方法を提供する。
【００２９】
最後の一態様では、ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気流を処理する方法であって、本明細書に記載の排気ガス処理システム内に排気流を受け入れることを含む方法を提供する。
【００３０】
本開示は、以下の実施形態を含むがこれらに限定されない。
【００３１】
実施形態１：軸方向長さＬ、直径Ｄ、及び体積を有し、前部、上流端及び後部、軸方向長さを規定する下流端、約１から約２０のＬ／Ｄで規定されるアスペクト比を含む基材、多孔質セル壁及びその上に配置され、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物を含む機能性コーティング組成物を含む、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００３２】
実施形態２：アスペクト比が約１、約２、約３、約４、約５又は約６から約７、約８、約９、約１０、約１１、約１２、約１３、約１４、約１５、約１６、約１７、約１８、約１９、又は約２０である、先行する実施形態のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００３３】
実施形態３：基材の体積が約５０ｃｍ３から約５０００ｃｍ３である、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００３４】
実施形態４：基材の体積が約５０ｃｍ３、約１００、約２００、約３００、約４００、約５００、約６００、約７００、約８００、約９００、又は約１０００ｃｍ３から、約１５００ｃｍ３、約２０００、約２５００、約３０００、約３５００、約４０００、約４５００又は約５０００ｃｍ３である、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００３５】
実施形態５：基材がコージエライト、アルミニウムチタネート、シリコンカーバイド、シリコンチタネート、複合材料、金属又は金属発泡体を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００３６】
実施形態６：基材が１つ以上の金属又は金属合金を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００３７】
実施形態７：基材が、ペレット、波形シート又はモノリシック発泡体の形態の１つ以上の金属又は金属合金を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００３８】
実施形態８：基材が約５０％から約８５％の空隙率を有する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００３９】
実施形態９：基材が約５０％、約６０％、約６５％又は約７０％から約７５％、約８０％又は約８５％の空隙率を有する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４０】
実施形態１０：多孔質セル壁が約５ミクロンから約１００ミクロンの平均孔径を有する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４１】
実施形態１１：多孔質セル壁が約５、約１０、約２０、約３０、約４０、約５０、約６０、約７０、約８０、約９０、又は約１００ミクロンの平均孔径を有する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４２】
実施形態１２：第一の吸着剤組成物が、排気ガス流中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣのうちの１つ以上を効果的に吸着及び／又は吸収する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４３】
実施形態１３：第一の吸着剤組成物が、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、希土類酸化物及び分子ふるいからなる群から選択される、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４４】
実施形態１４：第一の吸着剤組成物が、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、オフレタイト及びベータゼオライトからなる群から選択されるゼオライトを含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４５】
実施形態１５：酸化触媒組成物が、排気ガス流中のＮＯ、ＣＯ、及びＨＣのうちの１つ以上を、約１５０℃未満の温度で効果的に酸化する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４６】
実施形態１６：酸化触媒組成物が、耐火性金属酸化物担体上に分散された白金族金属（ＰＧＭ）成分を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４７】
実施形態１７：酸化触媒組成物が、基材の体積に基づいて、約５ｇ／ｆｔ３から約２５０ｇ／ｆｔ３の装填量でＰＧＭ成分を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４８】
実施形態１８：酸化触媒組成物が、基材の体積に基づいて、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の装填量でＰＧＭ成分を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００４９】
実施形態１９：第二の吸着剤組成物が、アンモニア及び／又はＮＯｘを効果的に吸着及び／又は吸収し、その後続いて吸着及び／又は吸収したアンモニア及び／又はＮＯｘを放出する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５０】
実施形態２０：第二の吸着剤組成物が、分子ふるい、及び任意にＰＧＭ成分を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５１】
実施形態２１：第二の吸着剤組成物が、小細孔又は中間細孔分子ふるい、及び、任意にＰＧＭ成分を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５２】
実施形態２２：機能性コーティング組成物が１つ以上の機能性コーティング層を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５３】
実施形態２３：機能性コーティング組成物が１つ、２つ、又は３つの機能性コーティング層を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５４】
実施形態２４：機能性コーティング組成物が、区分けされた構成の２つ又は３つの機能層を含む、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５５】
実施形態２５：機能性コーティングが、基材の体積に基づいて、約３．０ｇ／ｉｎ３から約６．０ｇ／ｉｎ３の装填量で基材上に存在する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５６】
実施形態２６：機能性コーティングが、基材の体積に基づいて、約３．０ｇ／ｉｎ３、約３．２ｇ／ｉｎ３、約３．４ｇ／ｉｎ３、約３．６ｇ／ｉｎ３、約３．８ｇ／ｉｎ３、約４．０ｇ／ｉｎ３、約４．２ｇ／ｉｎ３、又は約４．４ｇ／ｉｎ３から約４．６ｇ／ｉｎ３、約４．８ｇ／ｉｎ３、約５．０ｇ／ｉｎ３、約５．２ｇ／ｉｎ３、約５．４ｇ／ｉｎ３、約５．６ｇ／ｉｎ３、約５．８ｇ／ｉｎ３、又は約６．０ｇ／ｉｎ３の装填量で基材上に存在する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５７】
実施形態２７：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が、機能性コーティング組成物がその上に配置されない同じ基材及び寸法のモノリシックウォールフローフィルター物品と比較して、空気流の関数として測定して、≦７０％、≦６０％、≦５０％、≦４５％、≦４０％、≦３５％、≦３０％、≦２５％、≦２０％、≦１５％、≦１０％、≦９％、≦８％、又は≦７％の背圧の増加又は圧力降下を示す、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５８】
実施形態２８：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が、機能性コーティング組成物がその上に配置されない同じ基材及び寸法のモノリシックウォールフローフィルター物品と比較して、空気流の関数として測定して、≦２５％の背圧の増加又は圧力降下を示す、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００５９】
実施形態２９：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が、排気マニホルドを有する内燃機関の下流に位置し且つそれと流体連通している、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品。
【００６０】
実施形態３０：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が、排気マニホルドの約１０インチ以内に位置する、先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター。
【００６１】
実施形態３１：選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物がその上に配置された基材を含み、そのＳＣＲコーティング組成物は、第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物を含み、その第二のＳＣＲ触媒組成物が卑金属を含む分子ふるいを含む、フロースルーモノリス触媒物品。
【００６２】
実施形態３２：第一のＳＣＲ触媒組成物が＜２５０℃の温度で効果がある、先行する実施形態のフロースルーモノリス触媒物品。
【００６３】
実施形態３３：第二のＳＣＲ触媒組成物が約２５０℃から約５５０℃の温度で効果がある、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００６４】
実施形態３４：第一のＳＣＲ触媒組成物が、耐火性金属酸化物担体上に分散されたＰＧＭ成分を含む、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００６５】
実施形態３５：第一のＳＣＲ触媒組成物が、基材の体積に基づいて、約５ｇ／ｆｔ３から約２５０ｇ／ｆｔ３の担持量でＰＧＭ成分を含む、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００６６】
実施形態３６：第一のＳＣＲ触媒組成物が、基材の体積に基づいて、約５ｇ／ｆｔ３、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のＰＧＭ成分を含む、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００６７】
実施形態３７：第一のＳＣＲ触媒組成物がロジウムを含む、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００６８】
実施形態３８：卑金属が銅及び／又は鉄を含む、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００６９】
実施形態３９：分子ふるいが８環小細孔分子ふるいである、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７０】
実施形態４０：分子ふるいが、ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＳＡＳ、ＳＡＴ及びＳＡＶからなる群から選択される構造を有するゼオライトである、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７１】
実施形態４１：分子ふるいがＣＨＡ結晶構造を有する、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７２】
実施形態４２：分子ふるいが、アルミノシリケートゼオライト、ボロシリケート、ガロシリケート、ＳＡＰＯ、ＡｌＰＯ、ＭｅＡＰＳＯ及びＭｅＡＰＯからなる群から選択される、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７３】
実施形態４３：分子ふるいが、ＳＳＺ−１３、ＳＳＺ−６２、天然チャバザイト、ゼオライトＫ−Ｇ、リンデＤ、リンデＲ、ＬＺ−２１８、ＬＺ−２３５、ＬＺ−２３６、ＺＫ−１４、ＳＡＰＯ−３４、ＳＡＰＯ−４４、ＳＡＰＯ−４７及びＺＹＴ−６からなる群から選択される、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７４】
実施形態４４：分子ふるいが、ＣＨＡ結晶構造及び約１から約１００のシリカ対アルミナ比を有するアルミノシリケートゼオライトである、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７５】
実施形態４５：分子ふるいが、ＣＨＡ結晶構造及び約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のシリカ対アルミナ比を有する、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７６】
実施形態４６：卑金属が、分子ふるいの総質量に基づいて、約０．１ｗｔ．％から約１０ｗｔ．％（質量パーセント）まで存在する、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７７】
実施形態４７：卑金属が、分子ふるいの総質量に基づいて、約０．３ｗｔ．％、約０．５ｗｔ．％、約０．７ｗｔ．％、約１．０ｗｔ．％又は約１．５ｗｔ．％から約３．０ｗｔ．％、約４．０ｗｔ．％、約５．０ｗｔ．％、約６．０ｗｔ．％、約７．０ｗｔ．％、約８．０ｗｔ．％、約９．０ｗｔ．％又は約１０ｗｔ．％（質量パーセント）で存在する、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７８】
実施形態４８：第二のＳＣＲ触媒が、基材に基づいて、約０．３ｇ／ｉｎ３から約４．０ｇ／ｉｎ３の装填量で基材上に存在する、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００７９】
実施形態４９：第二のＳＣＲ触媒が、基材に基づいて、約０．３ｇ／ｉｎ３、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までの装填量で存在する、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００８０】
実施形態５０：ＳＣＲコーティング組成物が１つ以上のコーティング層を含む、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００８１】
実施形態５１：ＳＣＲコーティング組成物が１つ又は２つのＳＣＲコーティング層を含む、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００８２】
実施形態５２：ＳＣＲコーティング組成物が、第一のＳＣＲ触媒組成物を含む第一のＳＣＲコーティング層、及び
第二のＳＣＲ触媒組成物を含む第二のＳＣＲコーティング層を含む、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００８３】
実施形態５３：ＳＣＲコーティング組成物が、第一のＳＣＲ触媒を含む第一のＳＣＲコーティング層、及び第二のＳＣＲ触媒組成物を含む第二のＳＣＲコーティング層を含み、第一のＳＣＲコーティング層及び第二のＳＣＲコーティング層は、区分けされた構成にある、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００８４】
実施形態５４：フロースルーモノリス触媒物品が、内燃機関の下流に位置し且つそれと流体連通している、先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品。
【００８５】
実施形態５５：先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品を含む、排気ガス処理システム。
【００８６】
実施形態５６：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の上流に水素を注入又は放出するように構成される水素注入物品をさらに含む、先行する実施形態の排気ガス処理システム。
【００８７】
実施形態５７：水素貯蔵物品をさらに含む、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【００８８】
実施形態５８：水素注入物品が、水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に注入又は放出するように構成される、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【００８９】
実施形態５９：水素注入物品が、低温始動期間中に、貯蔵された水素を注入又は放出するように構成される、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【００９０】
実施形態６０：先行する実施形態のいずれかのモノリシックウォールフローフィルター触媒物品を含む車両。
【００９１】
実施形態６１：先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システムを含む車両。
【００９２】
実施形態６２：先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品を含む排気ガス処理システム。
【００９３】
実施形態６３：フロースルーモノリス物品の上流に水素を注入又は放出するように構成される水素注入物品をさらに含む、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【００９４】
実施形態６４：水素貯蔵物品をさらに含む、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【００９５】
実施形態６５：水素注入物品が、水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に注入又は放出するように構成される、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【００９６】
実施形態６６：水素注入物品が、低温始動期間中に、貯蔵された水素を注入又は放出するように構成される、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【００９７】
実施形態６７：先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品又は排気ガス処理システム含む車両。
【００９８】
実施形態６８：軸方向長さＬ、直径Ｄ、及び体積を有し、前部、上流端及び後部、軸方向長さを規定する下流端を含み、約１から約２０のＬ／Ｄで規定されるアスペクト比を有する基材を含むモノリシックウォールフローフィルター触媒物品、多孔質セル壁及びその上に配置され、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及びアンモニア吸着剤組成物を含む機能性コーティング組成物、及びウォールフローフィルター物品の下流にあり且つそれと流体連通しているフロースルーモノリス触媒物品であって、選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物がその上に配置された基材を含み、ＳＣＲコーティング組成物は第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物を含み、第二のＳＣＲ触媒組成物は卑金属を含む分子ふるいを含む、フロースルーモノリス触媒物品を含む、排気ガス処理システム。
【００９９】
実施形態６９：フロースルーモノリス物品の上流にあり且つそれと流体連通している尿素注入器をさらに含む、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１００】
実施形態７０：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品と流体連通し且つその上流にアンモニアを注入するように構成されるアンモニア注入器をさらに含む、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０１】
実施形態７１：排気ガス処理システムが、内燃機関の下流に位置し且つそれと流体連通している、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０２】
実施形態７２：さらなる機能性物品を含まない、つまり機能性コーティング組成物がその上に配置された基材を含むさらなる物品を含まない、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０３】
実施形態７３：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が、エンジンに近接した密結合した位置にある、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０４】
実施形態７４：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が、排気マニホルドから約１０インチ以内に位置する、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０５】
実施形態７５：排気ガス処理システムが、機能性コーティング組成物がその上に配置されない同じ構造及び構成を有する排気ガス処理システムと比較して、空気流の関数として測定して、≦７０％、≦６０％、≦５０％、≦４５％、≦４０％、≦３５％、≦３０％、≦２５％、≦２０％、≦１５％、≦１０％、≦９％、≦８％、又は≦７％の背圧の増加又は圧力降下を示す、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０６】
実施形態７６：排気ガス処理システムが、機能性コーティング組成物がその上に配置されない同じ構造及び構成を有する排気ガス処理システムと比較して、空気流の関数として測定して、≦２５％の背圧の増加又は圧力降下を示す、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０７】
実施形態７７：排気ガス処理システムが、排気マニホルドを有する内燃機関の下流に位置し且つそれと流体連通している、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０８】
実施形態７８：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が、排気マニホルドの約１０インチ以内に位置する、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１０９】
実施形態７９：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の上流に水素を注入又は放出するように構成される水素注入物品をさらに含む、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１１０】
実施形態８０：水素貯蔵物品をさらに含む、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１１１】
実施形態８１：水素注入物品が、水素貯蔵物品に貯蔵された水素を断続的に注入又は放出するように構成される、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１１２】
実施形態８２：水素注入物品が、低温始動期間中に、水素貯蔵物品に貯蔵された水素を注入又は放出するように構成される、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム。
【０１１３】
実施形態８３：先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システムを含む車両。
【０１１４】
実施形態８４：ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気流を処理する方法であって、排気流を先行する実施形態のいずれか一項に記載のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品中に受け入れることを含む、方法。
【０１１５】
実施形態８５：ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気流を処理する方法であって、排気流を先行する実施形態のいずれかのフロースルーモノリス触媒物品中に受け入れることを含む方法。
【０１１６】
実施形態８６：ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気流を処理する方法であって、先行する実施形態のいずれかの排気ガス処理システム内に受け入れることを含む、方法。
【０１１７】
実施形態８７：モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の上流に水素を導入する工程をさらに含む、実施形態８４の方法。
【０１１８】
実施形態８８：フロースルーモノリス物品の上流に水素を導入する工程をさらに含む、実施形態８５又は８７の方法。
【０１１９】
実施形態８９：アンモニア又は尿素をフロースルーモノリス物品から上流に導入する工程をさらに含む、実施形態８４から８８のいずれかの方法。
【０１２０】
本開示におけるこれら及び他の特徴、態様、及び優位性は、以下の詳細な記述を、以下に簡単に記述する添付図面と併せて読むことから明らかとなる。本発明は、上記の実施形態の２、３、４又はより多い任意の組み合わせ、及び本開示に説明する２、３、４又はより多い特徴又は要素の任意の組み合わせを含み、そのような特徴又は要素が本明細書に記載の具体的な実施形態の記述で明示的に組み合わされているか否かを問わない。本開示は、開示する発明の任意の区別可能な特徴又は要素を、その様々な態様及び実施形態のいずれにおいても、文脈が明らかに別段の意味を示す場合を除き、組み合わせ可能であることを意図していると見なされるように、全体論的に読まれることを意図している。本発明における他の態様及び優位性は以下の記述から明らかとなる。
【０１２１】
本発明の実施形態の理解を提供するために、参照番号が本発明の例示的な実施形態の構成要素を指す添付図面が参照される。図面は例示にすぎず、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。本明細書で説明する開示は、添付の図面において限定ではなく、例として示す。図示を簡易かつ明確にするために、図に示す特徴は必ずしも縮尺どおりに描かれていない。例えば、一部の特徴の寸法は、明確化のために他の特徴と比較して誇張されていることがある。さらに、適切であると考えられる場合、対応する又は類似の要素を示すため、参照標識は図の間で繰り返されている。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１Ａ】図１Ａは、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品基材の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品基材の断面の断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、フロースルーモノリス触媒物品基材の斜視図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、フロースルーモノリス触媒物品基材の断面の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、基材の壁上の様々なコーティング構成を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、基材の壁上の様々なコーティング構成を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、基材の壁上の様々なコーティング構成を示す。
【図３】図３は、内燃機関の下流にあり且つそれと流体連通している、排気処理システムの概略図である。
【図４】図４は、ＮＥＤＣサイクルのエンジンから出る排気ガスのシミュレートされた排気ガス流状態を示すグラフである。
【図５】図５は、車両トレースとシミュレーター間のエンジンから出るＣＯ排出量のグラフ比較である。
【発明を実施するための形態】
【０１２３】
本発明は、内燃機関の排気ガス流中の汚染物質を削減するための、簡素化された排気ガス処理システム及び方法を目的とする。とりわけ、本発明は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒煤フィルター（ＣＳＦ）の両方として機能するモノリシックウォールフローフィルター触媒物品を提供する。本発明の一態様は、１つの触媒フィルター物品に両方の機能を組み合わせることにより、本明細書に記載するように、効力を犠牲にすることなく、より低い触媒装填量及びより低い圧力降下が可能になるという認識である。所定の有用な実施形態では、触媒フィルター物品は、軸方向長さＬ、直径Ｄ、及び体積を有する基材を含み、その基材は、前部、上流端及び後部、軸方向長さを規定する下流端、及び約１から約２０のＬ／Ｄで規定されるアスペクト比を含む。所定の有用な実施形態では、触媒フィルター物品は金属製である。所定の有用な実施形態では、触媒フィルターは、金属発泡体及び／又は金属ふるいから構成される。低アスペクト比は、エンジンマニホルドに密接に結合することができる触媒物品を提供し、運転温度に到達するためのより急速な温度上昇を可能にする。触媒フィルター物品は、基材上に配置された機能性コーティング組成物も含み、機能性コーティング組成物は、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物を含む。
【０１２４】
また本発明は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）物品として機能するフロースルーモノリス触媒物品と流体連通している、開示する触媒フィルター物品を含む排気ガス処理システムも提供する。所定の実施形態では、そのような排気ガス処理システムは、触媒フィルター物品の上流に水素を導入する水素注入物品も含む。水素を還元剤として使用することにより、触媒フィルター物品の汚染物質削減性能を、ＮＯｘ除去のための下流にあるＳＣＲの性能とともに改善することができる。
【０１２５】
定義
冠詞「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」は、本明細書では、文法的対象語のうちの１つ又は２つ以上（すなわち、少なくとも１つ）を指す。本明細書に記載されるいずれの範囲も、包括的である。全体を通して使用される用語「約」とは、小規模な変動を記載及び説明するために使用される。例えば、「約」とは、±５％、±４％、±３％、±２％、±１％、±０．５％、±０．４％、±０．３％、±０．２％、±０．１％又は±０．０５％だけ修飾し得る数値を意味し得る。あらゆる数値が用語「約」によって、明示的に示されているか否かに関わらず、修飾される。用語「約」によって修飾されている数値は、特定の指示された値を含む。例えば、「約５．０」は５．０を含む。
【０１２６】
本発明は、内燃機関の排気ガス流中の汚染物質を削減するための、簡素化された排気ガス処理システム及び方法に関する。本発明のシステムは、１つ以上の「機能性物品」又は単に「物品」を含む。本発明における「機能性物品」という用語は、その上に配置された機能性コーティング組成物、特に触媒組成物及び／又は吸着剤コーティング組成物を有する基材を含む物品を意味する。機能性コーティング組成物は、「吸着剤」及び／又は「触媒」組成物を含有する。一般に、基材は、ハニカム構造を有するセラミック又は金属である。機能性物品は、１つ以上の所定の機能性要素、例えば、貯蔵器、チューブ類、ポンプ、バルブ、バッテリー、回路、メーター、ノズル、反応器、フィルター、漏斗などを含む。システムは統合されている、つまり、相互接続された物品及び要素を有する。
【０１２７】
「関連する」という用語は、例えば「備える」、「接続する」、又は「連通する」、例えば「電気的に接続する」又は「流体連通する」、あるいは機能を実行するように接続されることを意味する。「関連する」という用語は、例えば１つ以上の他の物品又は要素を介して、直接的に関連する又は間接的に関連することを意味し得る。
【０１２８】
「触媒」という用語は、化学反応を促進する材料を指す。触媒には、「触媒活性種」、及び活性種を担持又は支持する「担体」が含まれる。例えば、ゼオライトを含む分子ふるいは、所定の活性触媒種（例えば、銅を含む金属）の担体である。同様に、耐火性金属酸化物粒子は、白金族金属触媒種のキャリアであり得る。
【０１２９】
触媒活性種はまた、化学反応を促進するので「促進剤」とも定義される。本明細書で使用する「促進」という用語は、分子ふるいに固有の不純物とは対照的に、通常イオン交換により、分子ふるい材料に意図的に添加される成分を指す。例えば、本発明の卑金属含有分子ふるいは、卑金属促進分子ふるいとも定義され得る。「促進分子ふるい」とは、触媒活性種が意図的に添加される分子ふるいを指す。例えば、アンモニアの存在下で窒素酸化物の選択的触媒還元を促進するために、１つ以上の実施形態では、適した金属が独立して分子ふるいに交換される。１つ以上の実施形態によれば、分子ふるいは銅などの卑金属で促進されるが、マンガン、コバルト、鉄、ニッケル、セリウム、白金、パラジウム、ロジウム又はそれらの組み合わせなどの、他の触媒金属も本発明から逸脱することなく使用することができよう。促進剤金属の通常の量には、触媒組成物の約０．５から約１５質量％が含まれる。
【０１３０】
本発明の「触媒物品」という用語は、触媒コーティング組成物を有する基材を含む物品を意味する。
【０１３１】
本明細書及び特許請求の範囲で使用する「構成される」という用語は、「含む」又は「含有する」という用語と同様に、制限のない用語であることが意図される。「構成される」という用語は、他の可能な物品又は要素を除外することを意図したものではない。「構成される」という用語は、「適合する」と同等であり得る。
【０１３２】
一般に、「効果がある」という用語は、例えば、規定の触媒活性又は貯蔵／放出活性に関して、質量又はモルで約３５％から１００％、例えば約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％効果があることを意味する。
【０１３３】
「排気流」又は「排気ガス流」という用語は、固体又は液体の粒子状物質を含有し得る流動ガスの任意の組み合わせを指す。流れはガス状の成分を含み、例えば、希薄燃焼エンジンの排気であり、これは、液滴、固体粒子状物等の所定の非ガス状の成分を含有し得る。通常、希薄燃焼エンジンの排気流は、燃焼生成物、不完全燃焼生成物、窒素の酸化物、可燃性及び／又は炭素質粒子状物質（煤）、及び未反応の酸素及び／又は窒素を、さらに含む。
【０１３４】
「白金族金属成分」とは、白金族金属又はその酸化物の１つを指す。「希土類金属成分」とは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジムを含む、元素周期表で規定されるランタン系列の１つ以上の酸化物を指す。
【０１３５】
本明細書で使用する「選択的触媒還元」（ＳＣＲ）という用語は、還元剤を使用して窒素の酸化物を二窒素（Ｎ２）に還元する触媒プロセスを指す。還元剤は、窒素性（例えば、アンモニア又は尿素などのアンモニア前駆体）であり得、又は非窒素性（例えば、水素）でもあり得る。所定の実施形態では、１つを超える還元剤を共に交互に又は同時に使用し得る。本明細書で使用する「窒素酸化物」又は「ＮＯｘ」という用語は、窒素の酸化物を指す。
【０１３６】
「吸着剤」という用語は、所望の物質、本発明ではＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又はＮＨ３を吸着及び／又は吸収する材料を指す。吸着剤は、有利には、所定の温度で物質を吸着及び／又は吸収（貯蔵）し、より高い温度で物質を脱着（放出）し得る。
【０１３７】
本明細書で使用する「基材」という用語は、触媒組成物、つまり触媒コーティングが、通常ウォッシュコートの形態でその上に配置される、モノリシック材料を指す。１つ以上の実施形態では、基材はフロースルーモノリス又はモノリシックウォールフローフィルターである。ウォッシュコートは、触媒組成物の特定の固形分（例えば、３０〜９０質量％）を液体中に含有するスラリーを調製することにより形成され、このスラリーは次いで基材上にコーティングされ、乾燥してウォッシュコート層をもたらす。
【０１３８】
本明細書で使用する「ウォッシュコート」という用語は、当該技術における通常の意味を有しており、基材材料、例えば、ガス流の通路が処理されるのに十分な多孔性があるハニカム型キャリア部材等に施与される、薄く接着性のある触媒又は他の材料のコーティングを意味する。金属促進分子ふるいを含有するウォッシュコートは、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、又はそれらの組み合わせから選択される結合剤を任意に含むことができる。結合剤の装填量は、ウォッシュコートの質量に対して約０．１から１０ｗｔ．％である。
【０１３９】
「車両」という用語は、例えば、内燃機関を有する任意の車両を意味し、例えば、乗用車、スポーツ用多目的車、ミニバン、バン、トラック、バス、ごみ運搬車、貨物トラック、建設車両、重機、軍用車両、農業用車両等が含まれる。
【０１４０】
特に明記しない限り、すべての部及びパーセンテージは質量による。「質量パーセント（ｗｔ．％）」は、特に明記しない限り、任意の揮発性物質を含まない組成物全体、つまり乾燥固形分に基づく。
【０１４１】
次に、本発明を以下でより完全に説明する。しかしながら本発明は、多くの様々な形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定して解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示を徹底的及び完全なものとするよう提供され、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるものである。
【０１４２】
一態様では、本発明は、内燃機関の排気ガス流中の汚染物質を削減するための、簡素化された排気ガス処理システム及び方法を提供する。本開示は、ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気ガス流の酸化及び選択的触媒還元（ＳＣＲ）のための、組成物、触媒物品、排気ガス処理システム、及び方法を提供する。
【０１４３】
よって、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品、フロースルーモノリス触媒物品、及びそれらの個々の成分（基材、吸着剤組成物、酸化触媒組成物、ＳＣＲ触媒組成物、及びそれらのそれぞれのコーティング構成）を、以下で説明する。
【０１４４】
基材
１つ以上の実施形態において、本明細書に開示する触媒組成物は、基材上に配置されて触媒物品を形成する。触媒物品のための本発明の基材は、円柱に類似した長さ、直径、及び体積を有する三次元である。形状は、必ずしも円柱に一致する必要はない。長さは、入口端及び出口端で規定される軸方向の長さである。直径は、最大の断面長さであり、例えば、形状が円柱に正確には一致していない場合、最大の断面である。
【０１４５】
本明細書に開示する触媒物品に適した任意の基材、例えば、微細で平行なガス流通路が基材の入口面又は出口面から基材を通って延び、通路は流体の流動が通過できるように開放されている型のモノリシック基材（「フロースルーモノリス」）などを用いてよい。別の適した基材は、基材の長手方向軸に沿って延びる複数の微細で実質的に平行なガス流通路を有し、通常、各通路は基材本体の一端でブロックされ、互い違いになっている通路は反対側の端面でブロックされる（「ウォールフローフィルター」）。フロースルー基材及びウォールフローフィルターについては、以下でさらに述べる。
【０１４６】
１つ以上の実施形態では、基材はハニカム構造を有するセラミック又は金属である。セラミック基材は、任意の適した耐火性材料、例えばコージエライト、コージエライト−α−アルミナ、アルミニウムチタネート、シリコンチタネート、シリコンカーバイド、シリコンニトライド、ジルコンムライト、リシア輝石、アルミナ−シリカ−マグネシア、ジルコンシリケート、シリマナイト、マグネシウムシリケート、ジルコン、ペタライト、α−アルミナ、アルミノシリケートなどで作製されてよい。
【０１４７】
所定の好ましい実施形態では、基材は１つ以上の金属又は金属合金を含む金属であってもよい。金属基材は様々な形状で、例えばペレット、波形シート又はモノリシック発泡体などの形状で用いてよい。金属基材の具体的な例には、耐熱性の卑金属合金、特に鉄が実質的な又は主要な成分であるものが含まれる。そのような合金は、ニッケル、クロム及びアルミニウムの１つ以上を含有し得、これら金属の合計は、有利には、少なくとも約１５ｗｔ．％（質量パーセント）の合金、例えば、約１０から２５ｗｔ．％のクロム、約１から約８ｗｔ．％のアルミニウム、及び０から約２０ｗｔ．％のニッケルを含み得る。
【０１４８】
金属基材の例には、まっすぐなチャネルを有するもの、ガス流を中断し、チャネル間のガス流を開放連通する軸方向のチャネルに沿った突出するブレードを有するもの、及びチャネル間のガス輸送を高めて放射状のガスをモノリス全体に輸送するためのブレード及び穴を有するものが含まれる。
【０１４９】
モノリシックウォールフローフィルター触媒物品基材
一態様では、軸方向長さＬ、直径Ｄ、及び体積を有する基材を含み、その基材は、前部、上流端及び後部、軸方向長さを規定する下流端、及び約１から約２０のＬ／Ｄで規定されるアスペクト比を含む、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品が提供される。図１Ａは、例示的なウォールフローフィルター基材の斜視図である。
【０１５０】
本発明のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品に有用なウォールフローフィルター基材は、基材の長手方向軸に沿って延びる複数の微細で実質的に平行なガス流通路を有する。通常、各通路は基材本体の一端でブロックされ、互い違いになっている通路は反対側の端面でブロックされる。このようなモノリシックウォールフローフィルター基材は、１平方インチの断面あたり約９００以上の流動通路（又は「セル」）を含有し得るが、はるかに少ないものを用いてもよい。例えば、基材は、１平方インチあたり、約７から６００の、より通常は約１００から４００のセル（「ｃｐｓｉ」）を有し得る。セルは、長方形、正方形、円、楕円、三角形、六角形である、又は他の多角形形状である断面を有することができる。モノリシックウォールフローフィルター基材断面の断面図を図１Ｂに図示し、互い違いになっている塞がれた通路及び開いた通路（セル）を示す。ブロックされた又は塞がれた端部１００は、開いた通路１０１と互い違いになり、各反対側の端部はそれぞれ開いているかブロックされている。フィルターは入口端１０２及び出口端１０３を有する。多孔質セル壁１０４を横切る矢印は、開放セル端に入り、多孔質セル壁１０４を通って拡散し、開放出口セル端を出る排気ガス流を表す。塞がれた端部１００は、ガス流を防ぎ、セル壁を通る拡散を促す。各セル壁は、入口側１０４ａと出口側１０４ｂを有する。通路はセル壁に囲まれる。
【０１５１】
ウォールフローフィルター触媒物品基材は、例えば、約５０ｃｍ３、約１００ｃｍ３、約２００ｃｍ３、約３００ｃｍ３、約４００ｃｍ３、約５００ｃｍ３、約６００ｃｍ３、約７００ｃｍ３、約８００ｃｍ３、約９００ｃｍ３又は約１０００ｃｍ３から約１５００ｃｍ３、約２０００ｃｍ３、約２５００ｃｍ３、約３０００ｃｍ３、約３５００ｃｍ３、約４０００ｃｍ３、約４５００ｃｍ３又は約５０００ｃｍ３の体積を有し得る。
【０１５２】
ウォールフローフィルター物品基材は、通常、約５０ミクロンから約２０００ミクロン、例えば約５０ミクロンから約４５０ミクロン又は約１５０ミクロンから約４００ミクロンの壁厚を有する。
【０１５３】
ウォールフローフィルター触媒物品基材の壁は多孔質であり、機能性コーティングを配置する前に、少なくとも約５０％又は少なくとも約６０％の壁空隙率を一般に有し、少なくとも約５ミクロンの平均孔径を有する。例えば、ウォールフローフィルター触媒物品基材は、≧５０、≧６０％、≧６５％又は≧７０％の壁空隙率を有する。例えば、ウォールフローフィルター触媒物品基材は、触媒コーティングを配置する前に、約５０％、約６０％、約６５％又は約７０％から約７５％、約８０％又は約８５％の壁空隙率及び約５ミクロン、約１０ミクロン、約２０ミクロン、約３０ミクロン、約４０ミクロン又は約５０ミクロンから約６０ミクロン、約７０ミクロン、約８０ミクロン、約９０ミクロン又は約１００ミクロンの平均孔径を有する。「壁空隙率」及び「基材空隙率」という用語は、同じことを意味し、置き換え可能である。空隙率とは、空隙体積を基材の総体積で割った比率である。孔径は、窒素孔径分析のためのＩＳＯ１５９０１−２（静的体積）手順に従って決定し得る。窒素孔径は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  ＴＲＩＳＴＡＲ  ３０００シリーズの機器で決定し得る。窒素孔径は、ＢＪＨ（Ｂａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ）計算及び３３の脱着点を使用して決定し得る。有用なウォールフローフィルターは、空隙率が高く、運転中に過度の背圧をかけることなく、触媒組成物の高装填量を可能にする。
【０１５４】
本開示において有用なウォールフローフィルター物品基材は、通常、約１から約２０、例えば約１．０、約２．０、約３．０、約３．５、約４．０、約４．５、約５．０又は約５．５から約６．０、約６．５、約７．０、約７．５、約８．０、約８．５、約９．０、約９．５、約１０．０、約１１．０、約１２．０、約１３．０、約１４．０、約１５．０、約１６．０、約１７．０、約１８．０、約１９．０又は約２０．０のアスペクト比（長さ／直径又はＬ／Ｄ）を有する。アスペクト比とは、フィルターの長さの直径に対する比を意味する。例えば、本発明のウォールフローフィルター物品基材は、約３から約１０のアスペクト比を有し得る。高いアスペクト比により、ウォールフローフィルターをエンジンに近い密結合位置に取り付けることができる。これにより、触媒組成物の高速加熱が可能になり、排気ガスは、例えば床下位置など、エンジンからより遠く離れた場所にある場合よりも速く、触媒組成物を運転（触媒）温度まで加熱する。密結合位置は、例えば、排気マニホルドから約１２インチ（ｉｎ）以内（すなわち、個々のシリンダー排気パイプが共に結合する場所）にある。一部の実施形態では、排気マニホルドからウォールフローフィルター物品基材単位の上流端までの距離は、約０．５インチから約１２インチである。一部の実施形態では、距離は、約０．５インチ、約１インチ、約２インチ、約３インチ、約４インチ、約５インチ、約６インチ、約７インチ、約８インチ、約９インチ、約１０インチ、約１１インチ又は約１２インチである。所定の実施形態では特に、金属基材が密結合位置で有利に用いられ、迅速な加熱が可能になる。加えて、本発明は、本発明のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品における金属基材の使用が、セラミック基材で時折観察され得る望ましくない圧力降下を最小化するのに有利であることを認識している。
【０１５５】
基材の壁がその上に１つ以上の触媒材料を有するので、ウォールフローフィルター触媒物品基材を触媒することができる。触媒材料は、基材壁の入口側に単独で、出口側に単独で、入口と出口の両方に存在し得、又は壁自身が、あらゆる、又は一部の触媒材料からなり得る。別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載の基材の入口及び／又は出口壁上に、１つ以上の触媒層及び１つ以上の触媒層の組み合わせを使用することを含み得る。
【０１５６】
触媒化ウォールフローフィルターは、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第７，２２９，５９７号に開示されている。この文献には、コーティングが多孔質壁を浸透するように、すなわち壁全体にわたって分散されるように触媒コーティングを施与する方法が教示されている。フロースルー基材及びウォールフロー基材はまた、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、国際特許出願公開第２０１６／０７００９０号にも教示されている。
【０１５７】
フロースルーモノリス基材
一部の実施形態では、フロースルーモノリス触媒物品は、ウォールフローフィルター触媒物品の下流にあり且つそれと流体連通している。
【０１５８】
通常、フロースルーモノリス基材は、基材の入口端から出口端まで延び、通路が流体の流動に対して開放されている、微細で平行なガス流路を有する。通路は、その流体入口からその流体出口まで本質的に直線の経路であり、通路を通過するガスが触媒材料に接触するように、その上に触媒コーティングが配置されている壁によって規定される。モノリシック基材の流路は薄壁のチャンネルであり、これは、台形、長方形、正方形、正弦形、六角形、楕円形、円形等の、任意の適した断面形状及び大きさとすることができる。フロースルーモノリスは、上記のようにセラミック又は金属である。
【０１５９】
フロースルーモノリス基材は、例えば約５０ｉｎ３から約１２００ｉｎ３の体積、１平方インチ当たり約６０セル（ｃｐｓｉ）から約５００ｃｐｓｉ又は最大で約９００ｃｐｓｉ、例えば約２００から約４００ｃｐｓｉのセル密度（入口開口）、及び約５０から約２００ミクロン又は約４００ミクロンの壁厚を有する。
【０１６０】
１つ以上の実施形態では、フロースルーモノリス基材は、フロースルーハニカムモノリス又は微粒子フィルターのうち１つ以上から選択され、これに対し、触媒コーティングがウォッシュコートとして基材に施与される。図１Ｃ及び１Ｄは、本明細書に記載の触媒組成物でコーティングしたフロースルー基材の形態である例示的基材２の図解である。図１Ｃを参照すると、例示的基材２は円筒形状及び円筒形外側表面４、上流端面６、及び端面６と同一の対応する下流端面８を有する。基材２は、内部に形成された複数の微細で平行なガス流通路１０を有する。図１Ｄで分かるとおり、流動通路１０は壁１２によって形成され、キャリア２を通って上流端面６から下流端面８へと延び、通路１０は、例えばガス流などの流体の流動がキャリア２のガス流通路１０経由でキャリア２を長軸方向に通過できるよう、障害物がない状態である。図１Ｄでより容易に分かるとおり、壁１２は、ガス流通路１０が実質的に規則的な多角形を有するような寸法及び構成である。図示のとおり、望ましい場合には触媒組成物を複数の明確に異なる層に施与してもよい。図示する実施形態では、触媒組成物はキャリア部材の壁１２に接着された別個の底部層１４及び底部層１４を覆ってコーティングされた第二の別個の上部層１６の両方から成る。本発明は、１つ以上（例えば２、３、又は４つ）の触媒層を使用して実施してもよく、図１Ｄに図示されている二層の実施形態に限定されない。さらなるコーティング構成を以下に開示する。
【０１６１】
機能性コーティング組成物
モノリシックウォールフローフィルター触媒物品は、その上に配置される機能性コーティング組成物を有する（上記のような）ウォールフローフィルター基材を一般に含み、機能性コーティング組成物は、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び任意に第二の吸着剤組成物を含む。このような各成分を、以下に説明する。
【０１６２】
第一の吸着剤組成物
第一の吸着剤組成物は、排気ガスのＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ成分を吸着及び／又は吸収するのに適し得る。適した吸着剤には、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、希土類酸化物及び分子ふるいなどの材料が含まれるが、これらに限定されない。Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａの酸化物又は炭酸塩、及び／又はＣｅ、Ｌａ、Ｐｒ又はＮｄの酸化物が含まれる。吸着剤分子ふるいには、ゼオライトが含まれる。
【０１６３】
有利には、第一の吸着剤は分子ふるいを含む。一部の実施形態では、これらの分子ふるいは、ベータゼオライトなどの大細孔分子ふるいのＨ＋形態から選択される。また、ＦｅＢｅｔａ及びＣｕＣＨＡを含む卑金属含有分子ふるいも適している。他の大細孔分子ふるいは上に列記のもの、及びＺＳＭ−１２、ＳＡＰＯ−３７等である。ＨＣ吸着に適した分子ふるいは、セリア含有分子ふるいの分子ふるいと同一でも異なっていてもよい。
【０１６４】
分子ふるいは、例えば、多孔質分子ふるい粒子であり、９０％を超える分子ふるい粒子が１μｍを超える粒径を有する。一部の実施形態では、分子ふるいの粒径は８０ミクロン未満のｄ５０を有する。１つ以上の実施形態では、分子ふるい粒子は、８０、７０、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、又は１０ミクロン未満のｄ５０を有する。一部の実施形態では、分子ふるいの粒径は、５０ミクロン未満のｄ５０を有する。一部の実施形態では、９５％を超える分子ふるい粒子が１μｍを超える粒径を有し、より具体的な実施形態では、９６％を超える分子ふるい粒子が１μｍを超える粒径を有し、さらにより具体的な実施形態では、分子ふるい粒子成分は、１μｍを超える粒子約９６％及び２μｍを超える粒子約８５％を含み、非常に具体的な実施形態では、分子ふるい粒子成分は、平均粒径の５μｍ以内で粒子約９６％を含み、及び平均粒径は約５μｍを超える。１つ以上の実施形態では、分子ふるい粒子成分は、約１μｍから１０μｍの範囲に粒子９６％を含む。吸着に適した分子ふるいについては、例えば、参照によりそれぞれその全体が本明細書に組み込まれる、米国付与前公開第２０１６／０１３６６２６号及び米国特許第９，３２１，０４２号に開示されている。
【０１６５】
第一の吸着剤組成物は、有利にはゼオライトを含む。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などの天然の又は合成ゼオライトであることが可能である。ゼオライト吸着剤料は、高いシリカ対アルミナ（ＳＡＲ）比を有し得る。ゼオライトは、少なくとも約５：１、好ましくは少なくとも約５０：１のシリカ／アルミナモル比を有し得、約５：１から１０００：１、５０：１から５００：１の、及び約２５：１から３００：１の有用な範囲を有し得る。適したゼオライトには、ＺＳＭ、Ｙ及びベータゼオライトが含まれる。ＨＣ吸着剤は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第６，１７１，５５６号に開示されている種類のベータゼオライトを含み得る。
【０１６６】
本発明の分子ふるいには、小細孔、中間細孔及び大細孔の分子ふるい又はそれらの組み合わせが含まれる。小細孔分子ふるいは、最大８個の四面体原子によって規定されるチャネルを含有する。中間細孔分子ふるいは、１０員環によって規定されるチャネルを含有する。大細孔分子ふるいは、１２員環によって規定されるチャネルを含有する。
【０１６７】
小細孔分子ふるいは、アルミノシリケート分子ふるい、金属含有アルミノシリケート分子ふるい、アルミノホスフェート（ＡｌＰＯ）分子ふるい、金属含有アルミノホスフェート（ＭｅＡｌＰＯ）分子ふるい、シリコアルミノホスフェート（ＳＡＰＯ）分子ふるい、及び金属含有シリコアルミノホスフェート（ＭｅＳＡＰＯ）分子ふるい及びそれらの混合物からなる群から選択される。例えば、小細孔分子ふるいは、骨格型、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ、ＺＯＮ、及びそれらの混合物又は連晶からなる群から選択される。例えば、小細孔分子ふるいは、骨格型、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ及びＩＴＥの群から選択される。
【０１６８】
中間細孔分子ふるいは、骨格型、ＡＥＬ、ＡＦＯ、ＡＨＴ、ＢＯＦ、ＢＯＺ、ＣＧＦ、ＣＧＳ、ＣＨＩ、ＤＡＣ、ＥＵＯ、ＦＥＲ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＨ、ＩＴＲ、ＪＲＹ、ＪＳＲ、ＪＳＴ、ＬＡＵ、ＬＯＶ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＲＥ、ＭＴＴ、ＭＶＹ、ＭＷＷ、ＮＡＢ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＯＢＷ、ＰＡＲ、ＰＣＲ、ＰＯＮ、ＰＵＮ、ＲＲＯ、ＲＳＮ、ＳＦＦ、ＳＦＧ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＳＴＷ、ＳＶＲ、ＳＺＲ、ＴＥＲ、ＴＯＮ、ＴＵＮ、ＵＯＳ、ＶＳＶ、ＷＥＩ、ＷＥＮ及びそれらの混合物又は連晶からなる群から選択される。例えば、中間細孔分子ふるいは、骨格型、ＦＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ及びＳＴＴからなる群から選択される。
【０１６９】
大細孔分子ふるいは、骨格型、ＡＦＩ、ＡＦＲ、ＡＦＳ、ＡＦＹ、ＡＳＶ、ＡＴＯ、ＡＴＳ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＢＯＧ、ＢＰＨ、ＢＳＶ、ＣＡＮ、ＣＯＮ、ＣＺＰ、ＤＦＯ、ＥＭＴ、ＥＯＮ、ＥＺＴ、ＦＡＵ、ＧＭＥ、ＧＯＮ、ＩＦＲ、ＩＳＶ、ＩＴＧ、ＩＷＲ、ＩＷＳ、ＩＷＶ、ＩＷＷ、ＪＳＲ、ＬＴＦ、ＬＴＬ、ＭＡＺ、ＭＥＩ、ＭＯＲ、ＭＯＺ、ＭＳＥ、ＭＴＷ、ＮＰＯ、ＯＦＦ、ＯＫＯ、ＯＳＩ、ＲＯＮ、ＲＷＹ、ＳＡＦ、ＳＡＯ、ＳＢＥ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＥＷ、ＳＦＥ、ＳＦＯ、ＳＦＳ、ＳＦＶ、ＳＯＦ、ＳＯＳ、ＳＴＯ、ＳＳＦ、ＳＳＹ、ＵＳＩ、ＵＷＹ、ＶＥＴ及びそれらの混合物又は連晶からなる群から選択される。例えば、大細孔分子ふるいは、骨格型、ＡＦＩ、ＢＥＡ、ＭＡＺ、ＭＯＲ及びＯＦＦからなる群から選択される。
【０１７０】
例えば、分子ふるいは、ＡＥＩ、ＢＥＡ（ベータゼオライト）、ＣＨＡ（チャバザイト）、ＦＡＵ（ゼオライトＹ）、ＦＥＲ（フェリエライト）、ＭＦＩ（ＺＳＭ−５）及びＭＯＲ（モルデナイト）からなる群から選択される骨格型を含む。これらの構造を有するゼオライトの非限定的な例としては、チャバザイト、フォージャサイト、ゼオライトＹ、超安定ゼオライトＹ、ベータゼオライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトＸ、及びＺＳＭ−５が挙げられる。
【０１７１】
本発明の分子ふるいは、高表面積を、例えば、ＤＩＮ６６１３１に準拠して決定されるＢＥＴ表面積を、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から約７５０ｍ２／ｇまで又は約５００から約７５０ｍ２／ｇまで呈し得る。本発明の分子ふるいは、ＳＥＭにより決定して、約１０ナノメートルから約１０ミクロンまで、約５０ナノメートルから約５ミクロンまで又は約０．１ミクロンから約０．５ミクロンまでの平均結晶サイズを有し得る。例えば、分子ふるいの結晶は、０．１ミクロン又は１ミクロンを超え、５ミクロン未満の結晶サイズを有し得る。
【０１７２】
有用な分子ふるいは、８環の開孔及び二重−６環の二次構築単位を有し、例えば、これらは、構造型ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＳＡＳ、ＳＡＴ又はＳＡＶを有する。同じ構造型を有するＳＡＰＯ、Ａ１ＰＯ及びＭｅＡ１ＰＯ材料などのあらゆる同位体骨格材料が含まれる。
【０１７３】
アルミノシリケートゼオライト構造は、リン又は骨格内で同形置換される他の金属を含まない。つまり、「アルミノシリケートゼオライト」は、ＳＡＰＯ、ＡＩＰＯ及びＭｅＡＰＯ材料などのアルミノホスフェート材料を除外するが、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。本開示の目的のため、ＳＡＰＯ、ＡＩＰＯ及びＭｅＡＰＯ材料は非ゼオライト系分子ふるいとみなされる。
【０１７４】
８環小細孔分子ふるいには、アルミノシリケート、ボロシリケート、ガロシリケート、ＭｅＡＰＳＯ及びＭｅＡＰＯが含まれる。これらには、例えば、ＳＳＺ−１３、ＳＳＺ−６２、天然チャバザイト、ゼオライトＫ−Ｇ、リンデ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。一部の実施形態では、８環小細孔分子ふるいは、ＳＳＺ−１３及びＳＳＺ−６２などのアルミノシリケート組成物を有するであろう。
【０１７５】
１つ以上の実施形態では、８環小細孔分子ふるいは、ＣＨＡ結晶構造を有し、ＣＨＡ結晶構造を有するアルミノシリケートゼオライト、ＳＡＰＯ、Ａ１ＰＯ、及びＭｅＡ１ＰＯからなる群から選択される。例えば、ＣＨＡ結晶構造を有する８環小細孔分子ふるいは、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。一実施形態では、ＣＨＡ結晶構造を有する８環小細孔分子ふるいは、ＳＳＺ−１３又はＳＳＺ−６２などのアルミノシリケート組成物を有するであろう。
【０１７６】
分子ふるいは、ゼオライト系（ゼオライト）とすることができ、又は非ゼオライト系であってもよい。ゼオライト系分子ふるい及び非ゼオライト系分子ふるいの両方とも、国際ゼオライト学会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）によってＣＨＡ構造とも呼ばれるチャバザイト結晶構造を有することができる。ゼオライト系チャバザイトは、近似公式（Ｃａ、Ｎａ２、Ｋ２、Ｍｇ）Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１２・６Ｈ２Ｏ（すなわち、水和ケイ酸アルミニウムカルシウム）を有するゼオライト群の天然に存在するテクトケイ酸塩鉱物を含む。ゼオライト系チャバザイトの３種の合成形態は、参照により本明細書に組み込まれる、１９７３年にＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓによって公開されたＤ．Ｗ．Ｂｒｅｃｋによる「Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｉｅｖｅｓ」に記載されている。Ｂｒｅｃｋによって報告された３種の合成形態は、参照により本明細書にそれぞれ組み込まれる、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２８２２頁（１９５６年）、Ｂａｒｒｅｒらに記載されているＺｅｏｌｉｔｅ  Ｋ−Ｇ；英国特許第８６８，８４６号（１９６１年）に記載されているＺｅｏｌｉｔｅ  Ｄ；及び米国特許第３，０３０，１８１号に記載されているＺｅｏｌｉｔｅ  Ｒである。ゼオライト系チャバザイト、ＳＳＺ−１３の別の合成形態の合成は、参照により本明細書に組み込まれる、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分子ふるい、シリコアルミノホスフェート３４（ＳＡＰＯ−３４）の合成形態の合成は、参照により本明細書にそれぞれ組み込まれる、米国特許第４，４４０，８７１号及び米国特許第７，２６４，７８９号に記載されている。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分子ふるい、ＳＡＰＯ−４４を作製する方法は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，１６２，４１５号に記載されている。
【０１７７】
合成８環小細孔分子ふるい（例えばＣＨＡ構造を有する）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指向剤を混合することによって調製することができる。通常のシリカ源には、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状シリカ、及びシリコンアルコキシドが含まれる。通常のアルミナ源には、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。水酸化ナトリウムが反応混合物に通常添加される。この合成向けの通常の構造指向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で置き換えてもよく、それらを添加してもよい。反応混合物を圧力容器中で攪拌しながら加熱して結晶性生成物を得る。通常の反応温度は約１００℃から約２００℃、例えば、約１３５℃から約１７０℃の範囲である。通常の反応時間は１時間から３０日の間であり、一部の実施形態では、１０時間から３日である。反応終了時に、ｐＨを任意に６から１０の間、例えば７から７．５の間に調整し、生成物を濾過し、水で洗浄する。任意の酸、例えば硝酸をｐＨ調整に使用することができる。任意に、生成物を遠心分離してもよい。有機添加物を使用して、固体生成物の取扱い及び単離に役立ててもよい。噴霧乾燥は生成物の処理における任意の工程である。固体生成物は空気中又は窒素中で熱処理される。あるいは、各ガス処理を様々な順序で施与する、又はガスの混合物を施与することができる。通常の焼成温度は、約４００℃から約８５０℃である。
【０１７８】
ＣＨＡ構造を有する分子ふるいは、例えば、参照により本明細書にそれぞれ組み込まれる、米国特許第４，５４４，５３８号及び第６，７０９，６４４号に開示の方法に従って調製し得る。
【０１７９】
分子ふるいは、ＳＡＲを、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まで有し得る。例えば、本発明の分子ふるいは、ＳＡＲを、約５から約２５０まで、約１０から約２００まで、約２から約３００まで、約５から約２５０まで、約１０から約２００まで、約１０から約１００まで、約１０から約７５まで、約１０から約６０まで、約１０から約５０まで、約１５から約１００まで、約１５から約７５まで、約１５から約６０まで、約１５から約５０まで、約２０から約１００まで、約２０から約７５まで、約２０から約６０まで又は約２０から約５０まで有し得る。
【０１８０】
酸化触媒組成物
酸化触媒組成物は、例えば、排気ガスのＮＯ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ成分を、例えば＜１５０℃の比較的低い温度で酸化するのに適している。適した酸化触媒組成物は、有利には、耐火性金属酸化物担体上に分散された白金族金属（ＰＧＭ）を含む。
【０１８１】
触媒活性ＰＧＭが堆積される担体材料は、ガソリン又はディーゼルエンジン排気に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火性金属酸化物を含む。例示的な金属酸化物には、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、プラセオジミア、酸化スズ等、及びそれらの物理的混合物又は化学的組み合わせが含まれ、これには、原子的にドープされた組み合わせが含まれ、活性アルミナなどの高表面積化合物又は活性化合物が含まれる。
【０１８２】
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−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み合わせが含まれる。例示的なアルミナには、大細孔ベーマイト、ガンマ−アルミナ、及びデルタ／シータアルミナが含まれる。例示的な方法で出発材料として使用される有用な市販のアルミナには、高嵩密度のガンマ−アルミナ、低嵩密度又は中嵩密度の大細孔ガンマ−アルミナ、及び低嵩密度の大細孔ベーマイト及び大細孔ガンマ−アルミナなどの活性アルミナが含まれる。
【０１８３】
「ガンマアルミナ」又は「活性アルミナ」とも呼ばれるアルミナ担体材料などの高表面積の金属酸化物担体は、通常、６０ｍ２／ｇを超える、多くの場合、最大約２００ｍ２／ｇの又はこれより高いＢＥＴ表面積を呈する。例示的な耐火性金属酸化物は、約５０から約３００ｍ２／ｇの比表面積を有する高表面積のγ−アルミナを含む。このような活性アルミナは通常は、アルミナのガンマ相とデルタ相との混合物であるが、実質量のイータ、カッパ及びシータのアルミナ相も含有し得る。「ＢＥＴ表面積」は、Ｎ２吸着によって表面積を決定するブルナウアー−エメット−テラー法を指すその通常の意味を有する。表示がない限り、「表面積」とはＢＥＴ表面積を指す。望ましくは、活性アルミナは、約６０から約３５０ｍ２／ｇ、例えば約９０から約２５０ｍ２／ｇの比表面積を有する。
【０１８４】
所定の実施形態では、本明細書に開示の触媒組成物において有用な金属酸化物担体は、ドープされたアルミナ材料、例えば、Ｓｉ−ドープのアルミナ材料（限定するものではないが１〜１０％のＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を含む）、ドープされたチタニア材料、例えば、Ｓｉ−ドープのチタニア材料（限定するものではないが１〜１０％のＳｉＯ２−ＴｉＯ２を含む）、又は、ドープされたジルコニア材料、例えば、Ｓｉ−ドープのＺｒＯ２（限定するものではないが５〜３０％のＳｉＯ２−ＺｒＯ２を含む）である。
【０１８５】
有利には、耐火性金属酸化物は、ランタンオキシド、バリウムオキシド、ストロンチウムオキシド、カルシウムオキシド、マグネシウムオキシド、又はそれらの組み合わせなどの１つ以上のさらなる塩基性金属酸化物材料でドープされてもよい。金属酸化物ドーパントは通常、触媒組成物の質量に対して、約１から約２０質量％の量で存在する。ドーパント酸化物材料は、耐火性金属酸化物担体の高温安定性又はＮＯ２、ＳＯ２又はＳＯ３などの酸性ガスのための吸着剤としての機能を改善するのに役立ち得る。ドーパント金属酸化物は、初期湿潤含浸技術を使用して、又はコロイド状の混合酸化物粒子の添加によって導入することができる。ドープされた金属酸化物には、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−ジルコニア等が含まれる。
【０１８６】
よって、酸化触媒組成物中の耐火性金属酸化物又は耐火性混合金属酸化物は通常は、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、バリア−アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、及びそれらの組み合わ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プすることにより、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−ジルコニア等を含む（しかしこれらに限定されない）有用な耐火性酸化物担体がさらに提供される。
【０１８７】
酸化触媒組成物は、上記で称した任意の耐火性金属酸化物を任意の量で含み得る。例えば、触媒組成物中の耐火性金属酸化物は、少なくとも約１５ｗｔ．％、少なくとも約２０ｗｔ．％、少なくとも約２５ｗｔ．％、少なくとも約３０ｗｔ．％又は少なくとも約３５ｗｔ．％のアルミナを含み得、ここでｗｔ．％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１０ｗｔ．％から約９９ｗｔ．％のアルミナを、約１５ｗｔ．％から約９５ｗｔ．％のアルミナを、又は約２０ｗｔ．％から約８５ｗｔ．％のアルミナを、含み得る。
【０１８８】
酸化触媒組成物は、例えば、触媒組成物の質量に基づいて、約１５ｗｔ．％、約２０ｗｔ．％、約２５ｗｔ．％、約３０ｗｔ．％又は約３５ｗｔ．％から約５０ｗｔ．％、約５５ｗｔ．％、約６０ｗｔ．％、約６５ｗｔ．％、又は約７０ｗｔ．％のアルミナを含む。有利には、酸化触媒組成物は、セリア、アルミナ及びジルコニア又はそれらのドープされた組成物を含み得る。
【０１８９】
モノリシックウォールフローフィルター基材上にコーティングされた酸化触媒組成物は、乾燥組成物の質量に基づいて、約０．１ｗｔ．％、約０．５ｗｔ．％、約１．０ｗｔ．％、約１．５ｗｔ．％又は約２．０ｗｔ．％から約３ｗｔ．％、約５ｗｔ．％、約７ｗｔ．％、約９ｗｔ．％、約１０ｗｔ．％、約１２ｗｔ．％、約１５ｗｔ．％、約１６ｗｔ．％、約１７ｗｔ．％、約１８ｗｔ．％、約１９ｗｔ．％又は約２０ｗｔ．％の、ＰＧＭ成分を含み得る。
【０１９０】
酸化触媒組成物のＰＧＭ成分は、例えば、基材の体積に基づいて、約５ｇ／ｆｔ３、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。
【０１９１】
酸化触媒組成物は、耐火性金属酸化物担体及び触媒活性金属に加えて、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、クロム、スズ、亜鉛、ニッケル、コバルト、又は銅の酸化物の任意の１つ又は組み合わせをさらに含み得る。
【０１９２】
第二の吸着剤組成物
任意の第二の吸着剤組成物は、有利には、所定の条件下でアンモニア及び／又はＮＯｘを吸着及び／又は吸収し、貯蔵されたアンモニア及び／又はＮＯｘを放出するのに効果がある。放出されたアンモニアは、下流のＳＣＲ反応で用いられ得る。例えば、貯蔵されたアンモニアは、エンジンの加速中に放出され得る。
【０１９３】
第二の吸着剤は、第一の吸着剤組成物について上述した分子ふるいを含み得る。有利には、第二の吸着剤は、小細孔又は中間細孔の分子ふるいを含む。第二の吸着剤は、一部の実施形態では、有利には第一の吸着剤と異なっていてよい。一部の実施形態では、第二の吸着剤は白金族金属（ＰＧＭ）を含む。一部の実施形態では、ウォールフローフィルター物品上の機能性組成物内に第二の吸着剤組成物は含まれない。一部の実施形態では、過剰のアンモニアは、例えば、第一の吸着剤及び／又は耐火性金属酸化物担体及び／又は基材によって効果的に吸収され得る。一部の実施形態では、第二の吸着剤は、例えば、低温始動条件の間にＮＯｘを吸着する。
【０１９４】
選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物
フロースルーモノリス触媒物品は、一般に、その上に配置されるＳＣＲコーティング組成物を有するフロースルー基材を含む。ＳＣＲコーティング組成物は一般に、ＮＯｘ汚染物質を窒素と水に変換する。本発明のＳＣＲコーティング組成物は、例えば、２つの異なる温度範囲、特に＜２５０℃の低温及び約２５０℃から約５５０℃の高温で運転するのに効果がある。本発明のＳＣＲコーティング組成物は、第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物を含み、第二のＳＣＲ触媒組成物は、卑金属を含む分子ふるいを含む。
【０１９５】
第一のＳＣＲ触媒組成物
有利には、第一のＳＣＲ組成物は、高表面積の耐火性金属酸化物担体、例えば高表面積アルミナ担体上に配置された１つ以上の白金族金属を含む。適した担体は、酸化触媒組成物に関して本明細書で上述されている。
【０１９６】
ＳＣＲ組成物に適したＰＧＭは、例えばロジウムである。ＰＧＭベースのＳＣＲ触媒組成物は、有利には、≦２５０℃の温度で効果があり得る。
【０１９７】
第一のＳＣＲ触媒組成物は、乾燥した第一の触媒の質量に基づいて、約０．１ｗｔ．％（質量パーセント）、約０．５ｗｔ．％、約１．０ｗｔ．％、約１．５ｗｔ．％又は約２．０ｗｔ．％から約３ｗｔ．％、約５ｗｔ．％、約７ｗｔ．％、約９ｗｔ．％、約１０ｗｔ．％、約１２ｗｔ．％、約１５ｗｔ．％、約１６ｗｔ．％、約１７ｗｔ．％、約１８ｗｔ．％、約１９ｗｔ．％又は約２０ｗｔ．％のＰＧＭ成分を含み得る。
【０１９８】
第一のＳＣＲ触媒組成物のＰＧＭ成分は、例えば、基材の体積に基づいて、約５ｇ／ｆｔ３、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。
【０１９９】
第二のＳＣＲ触媒組成物
第二のＳＣＲ触媒組成物は、約２５０℃から約５５０℃のより高い温度で効果がある、卑金属含有分子ふるい触媒組成物を含む。この触媒組成物は一般に、アンモニア前駆体として注入アンモニア又は注入尿素を用いるが、ここでアンモニアは活性還元剤である。運転中、水素、アンモニア及び尿素のうちの１つ以上が、フロースルーモノリス物品の上流の位置から排気流に定期的に計量供給される。注入器は、フロースルーモノリス物品と流体連通し、その上流にある。一般に、注入器は還元剤（又は還元剤前駆体）貯蔵器及びポンプにも関連する。貯蔵器、ポンプ等は機能性物品とはみなされない。
【０２００】
適した分子ふるいは、第一の吸着剤に関して本明細書で上述されている。一部の実施形態では、分子ふるいは、ＣＨＡ結晶構造及び約１から約１００のシリカ対アルミナ比を有するアルミノシリケートゼオライトである。
【０２０１】
適した卑金属は、例えば銅又は鉄又はそれらの混合物である。本発明の分子ふるいは、例えば、銅含有又は鉄含有である。銅又は鉄は、分子ふるいのイオン交換部位（細孔）に存在し、分子ふるいと関連しているが、分子ふるいの細孔「内」に存在していなくてもよい。例えば、焼成時に、交換されていない銅塩はＣｕＯに分解され、本明細書で「遊離銅」又は「可溶性銅」とも呼ばれる。遊離銅は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第８，４０４，２０３号に開示されているように有利であり得る。遊離銅の量は、イオン交換銅の量より少なくても、等しくても、又は多くてもよい。
【０２０２】
銅含有の又は鉄含有の分子ふるいは、例えば、イオン交換を介して、例えばＮａ＋含有分子ふるい（Ｎａ＋形態）から調製する。Ｎａ＋形態とは一般には、いかなるイオン交換も伴わない焼成形態を指す。この形態では、分子ふるいは一般に、交換部位中にＮａ＋カチオンとＨ＋カチオンとの混合物を含有する。Ｎａ＋カチオンによって占められる部位の割合は、特定のゼオライトバッチ及びレシピに応じて異なる。任意に、アルカリ金属分子ふるいはＮＨ４＋交換型であり、ＮＨ４＋形態が銅又は鉄とのイオン交換に用いられる。任意に、ＮＨ４＋交換型分子ふるいをＨ＋交換形態に焼成し、このＨ＋形態を銅又は鉄カチオンとのイオン交換に用いてもよい。
【０２０３】
銅又は鉄は、アルカリ金属、ＮＨ４＋又はＨ＋型で、酢酸銅、硫酸銅、塩化鉄、酢酸鉄、硝酸鉄、硫酸鉄などの銅又は鉄塩で分子ふるいにイオン交換され、これは例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第９，２４２，２３８号に開示されている。例えば、Ｎａ＋、ＮＨ４＋又はＨ＋形態の分子ふるいを塩水溶液と混合し、高くした温度で適した時間撹拌する。スラリーをろ過し、フィルターケーキを洗浄して乾燥させる。
【０２０４】
鉄の添加には、例えば、イオン交換プロセス、鉄塩の含浸、又は分子ふるいの酸化鉄との混合が含まれる。適した鉄含有分子ふるいは、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第９，０１１，８０７号に開示されている。
【０２０５】
分子ふるい中の卑金属の量は、金属含有分子ふるいの総質量に基づいて、例えば約０．１、約０．３、約０．５、約０．７、約１．０又は約１．５から約３．０、約４．０ｗｔ％、約５．０、約６．０、約７．０、約８．０、約９．０又は約１０ｗｔ％（質量パーセント）である。卑金属の量は、酸化物として測定され、報告される。
【０２０６】
卑金属含有分子ふるいは、基材に基づいて、例えば約０．３ｇ／ｉｎ３から約４．５ｇ／ｉｎ３の、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の装填量（濃度）で基材上に存在する。これは、基材の体積あたりの、例えばハニカムモノリスの体積あたりの乾燥固体質量を指す。体積あたりの卑金属の量は、例えば、上記値の約０．２％から約１０％となろう。体積あたりの卑金属の量は、卑金属の濃度である。体積あたりの卑金属含有分子ふるいの量は、分子ふるい濃度である。濃度は、基材の断面又は基材全体に基づく。
【０２０７】
鉄含有分子ふるいを活性化する方法は、鉄を分子ふるいに添加し、その後、得られた鉄含有分子ふるい粉末を、約５００℃から約８００℃で約２０分から約１２時間の期間、水蒸気の存在下で、又は約６５０℃から約７５０℃で約２０分から約２時間の期間、水蒸気の存在下で、蒸気焼成することを含む。蒸気焼成の期間は、例えば、約２０分から約１時間又は１．５時間である。得られた蒸気活性化鉄含有分子ふるい粉末は、噴霧乾燥又は風乾し得る。
【０２０８】
開示する触媒組成物及び／又は吸着剤組成物は、１つ以上の担体又は「キャリア」、例えば機能的に活性な種をさらに含む耐火性無機固体酸化物多孔質粉末などを含み得る。触媒組成物は、通常、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施与され得る。吸着剤組成物は、通常、収着活性種を含有するウォッシュコートの形態で施与され得る。触媒成分及び吸着剤成分を組み合わせて、単一のウォッシュコートにしてもよい。ウォッシュコートは、担体の特定の固形分（例えば、約１０から約６０質量％）を液体溶媒中に含有するスラリーを調製することにより形成され、これは次いで基材に施与され、乾燥及び焼成されて、コーティング層をもたらす。複数のコーティング層が施与される場合、各層が施与された後、及び／又は所望の複数の層が施与された後に、基材が乾燥及び焼成される。
【０２０９】
触媒及び／又は吸着剤組成物は、結合剤、例えば、ジルコニルアセテートのような適した前駆体、又はジルコニルニトレートのような任意の他の適したジルコニウム前駆体から誘導されるＺｒＯ２結合剤を使用して調製し得る。ジルコニルアセテート結合剤は、熱老化後も、例えば、触媒組成物が少なくとも約６００℃の高温、例えば約８００℃以上の高温及び約５％以上の高水蒸気環境にさらされた場合でも、均質かつ無傷のままのコーティングを提供する。他の潜在的に適した結合剤には、アルミナ及びシリカが含まれるが、これらに限定されない。アルミナ結合剤には、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含まれる。アルミニウム塩及びアルミナのコロイド状の形態も使用され得る。シリカ結合剤には、シリケートやコロイド状のシリカを含む様々な形態のＳｉＯ２が含まれる。結合剤組成物は、ジルコニア、アルミナ、及びシリカの任意の組み合わせを含み得る。
【０２１０】
触媒物品
本明細書に記載するモノリシックウォールフローフィルター触媒物品基材及びフロースルーモノリス触媒物品基材は、その上にそれぞれ配置される機能性又はＳＣＲ触媒コーティングを有する。
【０２１１】
機能性コーティングは、一部の実施形態では、モノリシックウォールフローフィルター基材上に接着して配置された１つの薄い接着層を含んでもよい。コーティング層は、個々の機能性成分、つまり、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の場合、第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物及び第二の吸着剤組成物を含んでもよい。
【０２１２】
機能性コーティングは、他の実施形態では、１つ以上の薄い接着層、互いに接着する層、及び基材に接着するコーティングを含み得る。「機能性コーティング」全体は、個々の「コーティング層」を含む。機能性コーティングは、有利には「区分け」されており、区分けされた機能性層を含む。これはまた、「横方向に区分けされた」とも記載され得る。例えば、層は、入口端から出口端に向かって、基材の長さの約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％又は約９０％に延びてよい。別の層は、出口端から入口端に向かって、基材の長さの約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％又は約９０％に延びてよい。異なるコーティング層は互いに隣接し、互いに上になくてよい。あるいは、異なる層は、互いの一部の上にあり、第３の「中間」区分けを提供してもよい。中間区分けは、例えば、基材の長さの約５％から約８０％、例えば基材の長さの約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、又は約７０％に延びてよい。
【０２１３】
異なる層は、それぞれ基材の全長に延びてよく、又はそれぞれ基材の長さの一部に延びてよく、部分的に又は全体的に互いに上にある又は下にあってもよい。異なる層のそれぞれは、入口端又は出口端のいずれかから延びてよい。
【０２１４】
機能性組成物のそれぞれは、別個のコーティング層に存在し得る。よって、異なる層に関連する議論は、これらの層の任意に対応し得る。コーティング組成物は、１、２又は３つ以上のコーティング層を含み得る。１つ以上のコーティング層は共に、３つの機能性組成物を含む。本発明の機能性組成物を含む任意のコーティング層は「機能性層」である。
【０２１５】
本発明の区分けは、コーティング層の関係によって規定される。異なるコーティング層に関して、いくつかの可能な区分け構成がある。例えば、上流区分け及び下流区分けがあり得、上流区分け、中間区分け及び下流区分けがあり得、４つの異なる区分け等があり得る。２つの層が隣接し且つ重ならない場合、上流区分け及び下流区分けがある。２つの層がある程度重なり合う場合、上流、下流、及び中間区分けがある。例えば、コーティング層が基材の全長に延び、異なるコーティング層が出口端から所定の長さで延び、第一のコーティング層の一部の上にある場合、上流及び下流区分けがある。
【０２１６】
１つ以上の機能性コーティング層は、モノリシックウォールフローフィルター基材と直接接触していてもよい。あるいは、１つ以上の「アンダーコート」が存在してもよく、それにより、機能性コーティング層又はコーティング層の少なくとも一部は、基材と直接接触しない（むしろアンダーコートと接触する）。１つ以上の「オーバーコート」もまた存在してよく、それにより、機能性コーティング層又は層の少なくとも一部は、ガス流又は大気に直接さらされない（むしろオーバーコートと接触する）。
【０２１７】
異なるコーティング層は、「中間」の重なり合う区分けなしで、互いに直接接触していてもよい。あるいは、異なるコーティング層は、２つの区分け間に「ギャップ」を伴って、直接接触していなくてもよい。「アンダーコート」又は「オーバーコート」の場合、異なる層の間のギャップは「層間層」と定義される。
【０２１８】
アンダーコートはコーティング層の「下（under）」にある層であり、オーバーコートはコーティング層の「上にある（over）」層であり、層間層は２つのコーティング層の「間にある」層である。
【０２１９】
層間層、アンダーコート、及びオーバーコートは、１つ以上の機能性組成物を含有し得、又は機能性組成物を含まなくてもよい。本発明の機能性コーティングは、１つ以上の同一の層を含んでもよい。
【０２２０】
図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、２つのコーティング層を有するいくつかの可能なコーティング層構成を示す。図示はモノリシックウォールフローフィルター基材壁２００であり、この上にコーティング層２０１及び２０２が配置される。これは簡素化した図であり、多孔性ウォールフロー基材の場合、細孔は示されておらず、細孔壁に接着するコーティングは示されておらず、示されていない端部は塞がれている。図２Ａでは、コーティング層２０１は、基材の長さの約５０％の入口から出口まで延びる。コーティング層２０２は、基材の長さの約５０％の出口から入口まで延び、コーティング層は互いに隣接し、入口上流区分け２０３及び出口下流区分け２０４を提供する。図２Ｂでは、コーティング層２０２は、基材の長さ及び層２０１の約５０％の出口は、長さの５０％を超える入口から延び、層２０２の一部の上にあり、上流区分け２０３、中間区分け２０５及び下流区分け２０４を提供する。図２Ｃでは、コーティング層２０１及び２０２はそれぞれ、層２０１を層２０２の上にして基材の全長に延びる。図２Ｃの基材は、区分けされたコーティング構成を含有しない。図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、本明細書に記載のウォールフロー又はフロースルー基材上のコーティング組成物を例示するのに有用であり得る。
【０２２１】
本発明のコーティング層の構成は限定されない。例えば、本発明の第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物、及び第二の吸着剤組成物は、それぞれ別個のコーティング層にあってよく、コーティング層は、前から後ろまで区分けされた構成であるか、又は基材の近位から基材の遠位までの構成、又はそれらのいくつかの組み合わせである。あるいは、機能性組成物は、１つのコーティング層に共にあるか、又は２つ又は３つのコーティング層にわたって広がるいくつかの組み合わせであり得る。
【０２２２】
機能性コーティング、及び機能性コーティングの各区分け又はコーティングの任意のセクションは、ウォールフロー基材に基づいて、例えば約３．０ｇ／ｉｎ３から約６．０ｇ／ｉｎ３、又は約３．２ｇ／ｉｎ３、約３．４ｇ／ｉｎ３、約３．６ｇ／ｉｎ３、約３．８ｇ／ｉｎ３、約４．０ｇ／ｉｎ３、約４．２ｇ／ｉｎ３、又は約４．４ｇ／ｉｎ３から約４．６ｇ／ｉｎ３、約４．８ｇ／ｉｎ３、約５．０ｇ／ｉｎ３、約５．２ｇ／ｉｎ３、約５．４ｇ／ｉｎ３、約５．６ｇ／ｉｎ３、約５．８ｇ／ｉｎ３、又は約６．０ｇ／ｉｎ３の装填量（濃度）でウォールフローフィルター基材上に存在する。これは、ウォールフロー基材の体積あたりの乾燥固体質量を指す。濃度は、基材の断面又は基材全体に基づく。第一の吸着剤組成物、酸化触媒組成物及び第二の吸着剤組成物は、機能性コーティング組成物中に例えば質量レベルで存在し、機能性組成物の任意の２つが互いに約１：１０、約１：９、約１：８、約１：７、約１：６、約１：５、約１：４、約１：３、約１：２又は約１：１から約２：１、約３：１、約４：１、約５：１、約６：１、約７：１、約８：１、約９：１又は約１０：１の質量比を有する。
【０２２３】
本発明の機能化されたウォールフローフィルター触媒物品は、その上に機能性コーティング組成物が配置されていない同じ物品と比較して、優れた背圧性能、例えば、≦２５％、≦２０％、≦１５％、≦１０％、≦９％、≦８％又は≦７％の背圧の増加（又は圧力降下）を呈する。圧力降下は、例えば、ＳＵＰＥＲＦＬＯＷ  ＳＦ  １０２０  ＰＲＯＢＥＮＣＨなどの市販の機器を使用して、空気流の関数としての圧力を測定することによって測定される。圧力降下は、例えば、毎分１００立方フィート（ｃｆｍ）から３７５ｃｆｍの任意の点、例えば１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５又は３５０ｃｆｍの空気流で測定し得る。圧力降下は、標準の室温、およそ２５℃で測定し得る。
【０２２４】
フロースルーモノリシック物品の場合、卑金属を含む分子ふるいを含む第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物は、フロースルーモノリス基材に接着し、フロースルーモノリシック物品を提供する。コーティング層の構成は限定されない。例えば、第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物は、別々のコーティング層にあってもよく、単一のコーティング層に組み合わされてもよく、又は２つのコーティング層にわたって広がる組み合わせであってもよい。第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物は区分けされ、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品について上述した任意のアンダーコート及び／又はオーバーコートを有し得る。例えば、第一のＳＣＲ触媒組成物及び第二のＳＣＲ触媒組成物は、それぞれ別個のコーティング層にあってよく、コーティング層は、前から後ろまで区分けされた構成であるか、又は基材の近位から基材の遠位までの構成又はそれらのいくつかの組み合わせである。
【０２２５】
ウォールフロー基材上での触媒コーティングの装填量は、空隙率及び壁厚などの基材の特性に依存し、通常、フロースルー基材上への触媒装填量よりも少ないであろう。
【０２２６】
排気ガス処理システム及び方法
本開示は、本明細書に開示するモノリシックウォールフローフィルター触媒物品を含む排気ガス処理システムをさらに提供し、ここでモノリシックウォールフローフィルター触媒物品は、内燃機関の下流に位置し且つそれと流体連通し、排気ガス処理システムは、水素注入物品をさらに含み、水素注入物品は、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品の上流に水素を導入するように構成される。
【０２２７】
一部の実施形態では、排気ガス処理システムは、基材を含むフロースルーモノリス触媒物品をさらに含み、その基材は、その上に配置される選択的触媒還元（ＳＣＲ）コーティング組成物を有し、そのＳＣＲコーティング組成物は、耐火性金属酸化物担体上に分散したＰＧＭ成分を含む第一のＳＣＲ触媒組成物、及び卑金属を含む分子ふるいを含む第二のＳＣＲ触媒組成物を含む。一部の実施形態では、第一及び第二のＳＣＲ触媒組成物は、層状及び／又は区分けされている。
【０２２８】
図３は、内燃機関３００の下流にあり且つそれと流体連通している例示的な排気処理システム３０３を示す。処理システム３０３は、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品３０１及びフロースルーモノリス触媒物品３０２を含み、両方とも内燃機関３００の下流にあり且つそれと流体連通している。有利には、好ましい実施形態では、本発明の処理システムは、２つの機能性物品、つまりモノリシックウォールフローフィルター触媒物品３０１及びフロースルーモノリス触媒物品３０２のみを含有する。
【０２２９】
本発明の処理システムは、フロースルーモノリス触媒物品３０２の上流にアンモニアを注入するのに適した物品も含有し得る。尿素又はアンモニア注入物品は、処理システムと流体連通し、貯蔵器、ポンプ、スプレーノズル、バルブ、混合ボックス等と流体連通するであろう。尿素は、ＳＣＲフロースルーモノリス触媒物品３０２で還元剤としての役目を果たすアンモニアに転化される。あるいは、アンモニアが直接導入される。図示されていない他の物品は、貯蔵器、ポンプ、スプレーノズル等を含み得る。
【０２３０】
排気ガス処理システムは、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品３０１の上流に水素を導入するように構成される水素注入物品を含み得る。例えば、水素注入物品は、貯蔵された水素を断続的に導入するように構成されてよい。水素注入物品は、低温始動期間中に、貯蔵された水素を導入するように構成されてよい。水素は、水素貯蔵品に搭載され得、又は水分解（water-splitting）又はアンモニア分解から生成される。
【０２３１】
本発明のモノリシックウォールフローフィルター触媒物品及びそれを含む統合されたシステムの利点には、物品及び統合されたシステムのためのより低い空間要件及び良好な背圧性能が含まれる。例えば、一部の実施形態では、本発明の排気処理システムは、その上に機能性コーティング組成物が配置されていない同じシステムと比較して、≦２５％、≦２０％、≦１５％、≦１０％、≦９％、≦８％又は≦７％の背圧の増加（又は圧力降下）をもたらすであろう。圧力降下は、例えば、ＳＵＰＥＲＦＬＯＷ  ＳＦ  １０２０  ＰＲＯＢＥＮＣＨなどの市販の機器を使用して、空気流の関数としての圧力を測定することによって測定される。圧力降下は、例えば、毎分１００立方フィート（ｃｆｍ）から３７５ｃｆｍの任意の点、例えば１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５又は３５０ｃｆｍの空気流で測定し得る。圧力降下は、標準の室温、およそ２５℃で測定し得る。
【０２３２】
さらに、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品はエンジンの近くに配置してよく、触媒組成物は十分なレベルのＮＯ２を生成し得るので、能動的再生プロセスがバックアップとしての役目を果たし、連続する受動的再生プロセスが十分であり得る。ＨＣ（ＳＯＦ）及び炭素（煤）は、約３５０℃から約４００℃という低い温度でＮＯ２と反応する。本発明の方法では、能動的再生は必要ない（燃料が節約される）。
【０２３３】
本発明の別の態様は、ＮＯｘ及び／又はＣＯ及び／又はＨＣ及び／又は煤を含有する排気ガス流を処理する方法であって、排気流を本発明のウォールフローモノリシック物品又は本明細書に開示する排気ガス処理システムに受け入れることを含む方法である。
【０２３４】
本発明の排気ガス処理方法では、排気ガス流は、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品又は統合されたシステムに、物品又はシステムの上流端に進入し、下流端から出ることによって、受け入れられる。物品又はシステムの入口端は、「上流」端又は「前部」端と同義である。出口端は「下流」端又は「後部」端と同義である。一部の実施形態では、水素は、モノリシックウォールフローフィルター触媒物品、フロースルーモノリス触媒物品、又はその両方の上流に導入される。一部の実施形態では、アンモニア又は尿素は、フロースルーモノリス触媒物品の上流に導入される。
【０２３５】
本発明の物品、システム、及び方法は、トラック及び自動車などの移動排出源からの排気ガス流の処理に適している。物品、システム、及び方法は、発電所などの固定源からの排気流の処理にも適している。
【０２３６】
本明細書に記載の組成物、方法、及び適用への適切な修正及び適合が、本明細書の実施形態又は態様の範囲から逸脱することなく行われ得ることは、関連分野の当業者には容易に明らかであろう。提供される組成物及び方法は例示であり、特許請求される実施形態の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書で開示されるあらゆる様々な実施形態、態様、及び選択肢は、あらゆる変形形態で組み合わせることができる。本明細書に記載の組成物、製剤、方法、及びプロセスの範囲には、本明細書の実施形態、態様、選択肢、例、及び好ましいものあらゆる実際の又は潜在的な組み合わせが含まれる。本明細書に引用されるあらゆる特許及び刊行物は、他の特定の組み込みの記述が具体的に提供されない限り、言及される特定の教示について参照により本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【０２３７】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、これらの実施例は本発明を説明するために示されており、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。特に断りのない限り、すべての部及びパーセンテージは質量によるものであり、すべての質量パーセンテージは、特に明記しない限り、含水量を除外することを意味する乾燥ベースで表す。
【０２３８】
実施例１．  モノリシックウォールフローフィルター触媒物品
Ｐｄ（０．５ｗｔ．％）、Ｂａ（０．８ｗｔ．％）及びＰｔ（０．３ｗｔ．％）を含浸させた粉砕アルミナ粉末を含有する底部コート触媒組成物スラリーを調製し、硝酸でｐＨ４．５から５．０に調整した。底部コートスラリーの固形分は３８ｗｔ．％であった。底部コートスラリーを、ウォッシュコート技術により、１”×３” のコア全長に、２００ｃｐｓｉ（セル／平方インチ）及び壁厚１２ｍｉｌの互い違いのチャネル開口部を備えたハニカム基材フィルターに施与した。底部コートスラリーは、出口チャネルのみに施与した。コーティングされた基材を１２０℃で風乾し、５００℃で１時間焼成して、１．６ｇ／ｉｎ３のコーティング装填量を得た。
【０２３９】
アルミナ／５ｗｔ．％のＭｎ及びＰｔ−アミン（２．８ｗｔ．％）を含有するトップコートスラリーを調製し、粉砕して、硝酸でｐＨ４．５から５．０に調整した。トップコートスラリーの固形分濃度は３７ｗｔ．％であった。ゼオライトベータ（０．３５ｇ／ｉｎ３）をトップコートスラリーに添加した。トップコートスラリーを、同じハニカム基材のコア全長に施与し、入口チャネルのみに施与した。コーティングされた基材を乾燥し、底部コートとして焼成して、２．５ｇ／ｉｎ３の総コーティング装填量及び２／１のＰｔ／Ｐｄ質量比を得た。
【０２４０】
実施例２．フロースルーモノリス触媒物品
粉砕したＣｕＣＨＡ（３．７ｗｔ．％のＣｕ）及び５ｗｔ．％のジルコニウムアセテート結合剤を含有するＳＣＲ触媒組成物スラリーを調製し、ウォッシュコート技術により７０．８ｃｍ３の体積を有する４００ｃｐｓｉ、１”×５．５” のハニカム基材に施与した。コーティングしたコアを１３０℃で乾燥し、５５０℃で１時間焼成して、２．７５ｇ／ｉｎ３のコーティング装填量を得た。
【０２４１】
実施例３．  排気ガス処理
コーティングされたモノリシックウォールフローフィルター触媒物品（実施例１）を、８００℃の管状炉で１６時間、１０％のＨ２Ｏ、１０％のＯ２、残りＮ２の供給ガス組成で、水熱熟成した。フロースルーモノリス触媒物品（実施例２）は新しいものであった。コーティングしたモノリシックウォールフローフィルター触媒物品の直前に、Ｈ２パルスの源として機能するＨ２／Ｎ２の個別の供給ラインを備えたシミュレートされたＮＥＤＣ（新欧州運転サイクル）を実施するため装備された実験室反応器内で、試料を評価した（実施例１）。シミュレートされた排気ガス流条件、及びＮＥＤＣサイクルのエンジンから出る排気ガスの供給組成を図４に示し、図５に車両トレースとシミュレーター間のエンジンから出るＣＯ排出量のグラフ比較を示す。
【０２４２】
水素注入の影響は、実施例１のみについて、及びコーティングしたモノリシックウォールフローフィルター触媒物品＋ＳＣＲ組成物でコーティングしたフロースルーモノリス触媒物品を組み合わせたシステム（試料採取ラインが実施例１及び実施例２の物品の間に存在し、及び第二の試料採取ラインが組み合わされたシステムの後に存在する）について評価した。実施例２の物品は、実施例１の物品の下流にあった。
【０２４３】
供給ガス中の水素濃度を１％にして、最初の２００秒又は３００秒の間、水素を排気流中にパルスで送った。水素注入は、Ｈ２／Ｎ２供給ガス内の別の（予熱されていない）ラインを介して実行した。最初の２００秒又は３００秒は、低温始動期間を表す。
【０２４４】
組み合わされたシステムでのＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの転化率の結果は、次のとおりであった：
【０２４５】
【表１】
2020515766.tif 000003
【０２４６】
得られたデータは、本明細書に記載の機能性組成物でコーティングされたモノリシックウォールフローフィルター触媒物品／フロースルーモノリス触媒物品の組み合わせたシステムで、少量の水素がＣＯ／ＨＣ／ＮＯｘ転化率を大幅に改善することを示した。
【図１Ａ】
2020515766.tif 000004
【図１Ｂ】
2020515766.tif 000005
【図１Ｃ】
2020515766.tif 000006
【図１Ｄ】
2020515766.tif 000007
【図２Ａ】
2020515766.tif 000008
【図２Ｂ】
2020515766.tif 000009
【図２Ｃ】
2020515766.tif 000010
【図３】
2020515766.tif 000011
【図４】
2020515766.tif 000012
【図５】
2020515766.tif 000013
【国際調査報告】
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