JP2017502838A - 排ガス処理触媒 - Google Patents

Abstract

ディーゼルエンジンからの排ガスを処理するための触媒が記載されている。本触媒は、（ａ）０．１重量％から１０重量％の第８族から第１１族の遷移金属；及び（ｂ）９０重量％から９９．９重量％の担体を含み、担体は、少なくとも９０重量％のセリア及びセリア上にドープされた、ニオブ（Ｎｂ）又はタンタル（Ｔａ）を含む、０．１重量％から１０重量％のドーパントを含む。【選択図】図１

Description

本発明はドープトセリア担体を使用する触媒に関する。本触媒は排ガスの処理に有用である。

ディーゼルエンジン、定置ガスタービン、及び他のシステムにおける炭化水素燃焼は、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、及び粒子状物質（ＰＭ）を除去するために処理されなければならない排ガスを生じる。リーンバーンエンジンにおいて生じる排ガスは一般に酸化力があり、ＮＯ_Xは不均一系触媒及び、典型的にはアンモニア又は短鎖の炭化水素である還元剤を用いて、選択的に還元することができる。この方法は、選択的接触還元（ＳＣＲ）として知られている。

とりわけ自動車に関しては、規制がますます厳しくなってきていることから、ディーゼル排気の処理は、上記汚染物質のすべてについて適用可能な目標を達成させなければならない。車両用の最新の後処理システムは、炭化水素と一酸化炭素を二酸化炭素と水に変換するためのディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯ_ＸをＮ_２に変換するためのＳＣＲ触媒、及び触媒化スートフィルター又はディーゼルパティキュレートフィルターを備える（例えば、米国特許出願公開第２００７／００２８６０４号、同第２０１１／０１３８７７６号及び国際公開第２０１２／１６６８３３を参照）。後処理システムはまた、リーンエンジン作動の間に、窒素酸化物に化学的に結合するＮＯ_Ｘ吸蔵触媒も含みうる。吸着性能が飽和した後、本システムはリッチエンジン作動の間に再生され、放出されたＮＯ_ｘは窒素へと触媒的に還元される。

ディーゼル用酸化触媒は、通常、白金族金属（例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ）及び担体を含む。担体は、無機酸化物、混合酸化物、ゼオライト（米国特許第８２６３０３２号及び米国特許出願公開第２０１２／０３０８４３９号参照）、粘土などでありうる。担体を用いて又は担体を用いずに、セラミックモノリス、ハニカム、又は他の高表面積のフロースルー型基材又は「ブリック」上に金属をコーティングすることもまた一般的である。

セリア、アルミナ、又はセリアとアルミナの組合せは、ディーゼル用酸化触媒を担持するために用いられている（米国特許出願公開第２０１２／０３０８４３号、同第２０１３／００８９４８１号、米国特許第５４６２９０７号及び欧州特許出願公開第０９６０６４９号を参照）。セリアはまた、ＳＣＲ触媒としての使用及び他の触媒プロセスにおける使用のため、白金族金属の不存在下で第５族の金属と組み合わされている。例えば、Le Gal et al.、J. Phys.Chem.C 116 (2012) 13516（太陽光による熱化学水素生成の間の水分解用の触媒として使用される、タンタルをドープしたセリア）、S. Zhao et al., Appl.Catal.A 248 (2003) 9（ブタン酸化用の触媒としてのＮｂ又はＴａをドープしたセリア）、K. Yashiro et al., Solid State Ionics 175 (2004) 341（予備形成されたニオビアの存在下で調製したセリア及び電気伝導性への影響）、及びE. Ramirez-Cabrera et al., Solid State Ionics 136-137(2000) 825（ニオビアをドープされたセリア及びメタンを変換してガスを合成するためのそれらの利用）を参照。M. Casapu et al. (Appl.Catal.B 103 (2011) 79)は、ＤＯＣ、ＳＣＲ触媒、及びＤＰＦを含む完全な後処理システムの一部としてのディーゼル用酸化触媒について言及している。ドープトセリアは、ＳＣＲ及びスート酸化のための使用について教示される。試験された触媒は、混合セリア−ジルコニア担体上に１０重量％のＮｂ_２Ｏ_５を、又はセリア上に３０重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含んでいた。

やはり白金族金属の不存在下で、かつ、ディーゼル酸化触媒用ではない、ニオビアとセリアの組合せもまた、特許及び公開された特許出願において論じられている。例えば、欧州特許第２３６８６２８号（少なくとも１０重量％のセリア及び少なくとも１０重量％のニオビアを含む触媒及びＳＣＲ法のためのそれらの使用）及び米国特許出願公開第２０１３／０１２１９０２号（ＳＣＲ法のための触媒としてのセリア、ジルコニア、ニオビア、及び希土類三二酸化物の混合酸化物）を参照。

ニオビア及びセリアを含むＳＣＲ触媒は、国際公開第２０１２／０４１９２１号、同第２０１２／００４２６３号、及び同第２０１３／０３７５０７号に開示されている。国際公開第２０１２／００４２６３号の触媒は、２から２０重量％の酸化ニオブを含む。＜５０％のＺｒを有する触媒は、７７．６％のＺｒで作製した同様の触媒と比較して水素を低減する能力が大きいことが示されている。２つの実施例（実施例９及び１０）では、３．２重量％又は８．６重量％のＮｂ_２Ｏ_５が存在し、ジルコニアは除外され、残りの部分はセリアである。しかしながら、これらの触媒は、本質的に、セリア「上にドープされた」ニオビアというよりはむしろセリアで覆われたニオビアである。実施例に示されるように、触媒は、少ない割合の予備形成されたニオビアの存在下でセリアを形成することにより作られる。我々自身の研究（本明細書に記載される）は、ニオビアとセリアが同一の割合において、これらの触媒は、ニオビアがセリア上にドープされた組成物よりもＮＯ_ｘ還元に有効ではないことを実証する。さらには、国際公開第２０１２／０４１９２１号（表５、実施例９及び１０）に示されるように、これらの触媒はまた、水熱エイジング（７５０℃、１６時間）の際に不活性化するように見える。

国際公開第２０１２／００４２６３号には、セリアで覆われたニオビアが、白金、ロジウム、パラジウム、銀、金、又はイリジウムなどの貴金属用の担体として使用することができ（１３〜１４頁参照）、担持された貴金属の潜在的用途には酸化触媒としてのそれらの使用が含まれることが教示されている。しかしながら、ディーゼル用酸化触媒を示す具体的な例は一つも提供されていない。前に述べたように、我々は、国際公開第２０１２／００４２６３号に開示されるセリアで覆われたニオビアが、本明細書に記載されるニオビアをドープしたセリアとは異なると断定した。

欧州特許出願公開第０９６０６４９号には、５０：５０のセリア／アルミナ上に担持された白金族金属を含む排気浄化触媒が教示されており、セリア／アルミナ混合物は２．３％のニオブでコーティングされる（実施例２を参照）。触媒は、飽和炭化水素、特にプロパンについての高い浄化能力を実証する。

セリア上に担持された既知のディーゼル用酸化触媒は、硫黄被毒の影響を受けやすい。ＮＯ_ｘ吸着剤もまた、硫黄被毒の影響を受けやすい。ディーゼル燃料は高い硫黄含量を有しうることから、これは重大な制限である。二酸化硫黄を吸着する傾向があまりにも大きすぎる触媒は、酸化に対するそれらの有効性を急速に失ってしまう。

ディーゼル酸化のための改善された触媒が必要とされている。特に、産業界は、比較的低い温度（例えば＜２００℃及び好ましくは＜１５０℃）で、一酸化炭素と炭化水素を二酸化炭素と水に変換する能力が向上した触媒のアベイラビリティの恩恵を受けるであろう。ＮＯを酸化する能力が向上し、３００℃未満の温度におけるアンモニアを酸化する傾向が低減された、ディーゼル用酸化触媒もまた対象とされる。触媒は、過剰に被毒することなく、ＳＯ_２などの硫黄含有ガスへの長時間の曝露に耐えられることが理想的である。

驚くべきことに、ドーパントレベルの低い（１〜１０重量％）、ニオブ（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）をドープされたセリアが、ディーゼル用酸化触媒などの第８〜第１１族の遷移金属含有触媒のための優れた担体であることが見出された。特に、本触媒は、第８〜第１１族の遷移金属が非ドープトセリア上に担持された同様の触媒と比較して、比較的低い温度で、一酸化炭素と炭化水素を二酸化炭素と水に変換する能力が改善されている。加えて、本触媒は、ＮＯを酸化する能力が向上し、かつ、アンモニアを酸化する傾向が低減されており、したがって、本触媒はＳＣＲ触媒との併用でさらに有効に作用しうる。本発明の触媒はまた、硫黄被毒に対する耐性の向上を実証する。

本発明は、第８〜第１１族の遷移金属及び担体を含む触媒を提供する。特に、本触媒は、０．１から１０重量％の第８〜第１１族の遷移金属及び９０から９９．９重量％の担体を含む。担体は、少なくとも９０重量％のセリア及びセリア上にドープされた０．１から１０重量％のドーパントを含み、ドーパントはニオブ（Ｎｂ）又はタンタル（Ｔａ）を含む。「セリア上にドープされたドーパント」とは、ドーパントを用いてドープされたセリアのことを指す。典型的には、ドーパントはニオビア又はタンタラである。

担体は、焼成された担体、例えば、担体を６００℃から１０００℃の範囲内の温度で焼成することによって得ることができる焼成された担体などでありうる。触媒は、焼成された触媒、例えば、触媒を６００℃から１０００℃の範囲内の温度で焼成することによって得ることができる焼成された触媒などでありうる。

本発明の触媒は、典型的には、ディーゼルエンジンからの排ガスを処理するのに適している、又はディーゼル用酸化触媒である。

本発明のさらなる態様は、触媒を調製する方法に関する。本方法は：（ａ）セリアを水溶性のニオブ（Ｎｂ）又はタンタル（Ｔａ）塩を含む水溶液に含浸すること［例えば、含浸させたセリアを得るため］、（ｂ）含浸されたセリアを焼成して担体を得る又は与えること［例えば、少なくとも９０重量％のセリア及びセリア上にドープされた０．１から１０重量％のドーパントを含む担体であって、ドーパントはニオブ（Ｎｂ）又はタンタル（Ｔａ）を含む］；（ｃ）担体を第８〜第１１族の遷移金属を含む溶液に含浸すること、を含む。

典型的には、本発明の方法はさらに：（ｄ）工程（ｃ）から得た生成物［例えば触媒］を６００℃から１０００℃の範囲内の温度で焼成すること［例えば焼成された触媒を生成するためであって、焼成された触媒は０．１から１０重量％の第８〜第１１族の遷移金属を含む］を含む。

本発明はまた、ディーゼルエンジンからの排ガスを処理するための触媒にも関する。触媒は、本発明の方法によって得られる、又は、得ることができる。

本発明はさらに、排ガス後処理システムを提供する。排ガス後処理システムは、本発明の触媒及び、任意選択的に、ＳＣＲ触媒、ディーゼルパティキュレートフィルター、触媒化スートフィルター、アンモニアスリップ触媒、又はこれらの組合せを含む。

本発明のさらなる態様は、本発明の触媒の存在下で、一酸化炭素、不飽和炭化水素、又は両方を含むガス状のディーゼル排気流を酸化することを含む方法に関する。

本発明のディーゼル用酸化触媒の作製に用いられるニオビアをドープしたセリア及び国際公開第２０１２／００４２６３号に従って作製された基準組成物についての格子パラメータ対Ｎｂ_２Ｏ_５の重量％のプロット。 本発明のディーゼル用酸化触媒の作製に用いられるニオビアをドープしたセリア及び国際公開第２０１２／００４２６３号に従って作製された基準組成物についてのＮＯ_ｘ変換対温度。 ニオビアをドープしたセリア上２％パラジウム触媒（触媒Ｂ）及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒（触媒Ａ及びＣ）についての二酸化硫黄の取り込みのプロット。 ニオビアをドープしたセリア上２％パラジウム触媒（触媒Ｂ）及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒（触媒Ａ及びＣ）についての二酸化硫黄放出対温度のプロット。触媒はあらかじめ二酸化硫黄に晒された。 ニオビアをドープしたセリア上２％パラジウム触媒（触媒Ｂ）及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒（触媒Ａ及びＣ）についての一酸化炭素変換対温度。触媒は、７５０℃でエイジングされるか、又は７５０℃でエイジングかつ周期的な硫酸化／脱硫酸化に供される。 ニオビアをドープしたセリア上２％パラジウム触媒（触媒Ｂ）及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒（触媒Ａ及びＣ）についてのプロピレン変換対温度。触媒は、７５０℃でエイジングするか、又は７５０℃でエイジングし、かつ周期的な硫酸化／脱硫酸化を被る。 タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒についてのプロピレン又はアンモニアの変換率（％）対温度のプロット。 一酸化炭素の変換率（％）対温度のプロット。タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒についてのタンタラ含量が及ぼす影響を示している。 プロピレンの変換率（％）対温度のプロット。タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒についてのタンタラ含量が及ぼす影響を示している。 タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒についてのＮＯ酸化温度要求性におけるタンタラの効果。 タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム触媒及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒についての二酸化硫黄の取り込みのプロット。 タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒についての二酸化硫黄放出対温度のプロット。触媒は、あらかじめ二酸化硫黄に晒された。

本発明の触媒は、典型的にはディーゼル用酸化触媒又はＮＯ_X吸収剤である。

触媒は、典型的には基材（例えばマクロスコピック基板）、例えば金属板又は基材モノリス（例えばコーディエライトハニカム）などを含む。一般に、触媒組成物（例えば第８族から第１１族の遷移金属及び担体）は基材に固着される。このような配置は、不均一系触媒作用において特に有利である。

一般に、第８族から第１１族の遷移金属は、担体の表面にわたって分散及び／又は分布される。

使用に適した遷移金属は周期表の第８〜第１１族である。適した金属としては、例えば、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕが挙げられる。好ましい第８から第１１族の金属としては、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、及びＡｇが挙げられ、特にＰｔである。触媒は、第８族から第１１族の遷移金属のいずれかの混合物または組合せを含みうる。特に好ましいのは、Ｐｄと、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、及びＩｒのうちの１種以上との組合せであり、特にＰｄとＰｔとの組合せである。

好ましくは第８族から第１１族の遷移金属が遷移金属であってもよく、さらに好ましくは第８から第１１族の金属は銅（Ｃｕ）である。

第８族から第１１族の遷移金属は、好ましくは貴金属である。さらに好ましくは、第８族から第１１族の遷移金属は白金族金属である。よりさらに好ましくは、第８族から第１１族の遷移金属はパラジウムである。

本発明の触媒は、第８族から第１１族の遷移金属と担体を合わせた総重量に基づいて、０．１から１０重量％、好ましくは１から５重量％、最も好ましくは１．５から３重量％の第８族から第１１族の遷移金属を含む。

第８族から第１１族の遷移金属は、任意の方法によって担体に塗布することができる。例えば、第８族から第１１族の遷移金属の可溶性塩（例えば硝酸パラジウム（ＩＩ）、塩化パラジウム（ＩＩ）、塩化白金（ＩＩ）、酢酸パラジウム（ＩＩ）、酢酸ロジウム（ＩＩ）ダイマー、又は同様のもの）を含む水溶液を適用して水性懸濁液を得てもよく、その後、乾燥及び焼成される。溶液が、担体の細孔容積と同様の量で担体にゆっくりと加えられ、その後に乾燥及び焼成される、インシピエント・ウェットネス法も使用することができる。

本発明の触媒は、第８族から第１１族の遷移金属と担体を合わせた総重量に基づいて、９０から９９．９重量％、好ましくは９５から９９重量％の担体を含む。

担体は、ニオビア（Ｎｂ_２Ｏ_５）をドープされたセリア又はタンタラ（Ｔａ_２Ｏ_５）をドープされたセリアを含みうる。好ましくは、担体及び／又は触媒は、バナジウム又はそのいずれかの酸化物を含まない、又は本質的に含まない。よって、担体及び／又は触媒はバナジウムを含まない。

典型的には、担体は、少なくとも９０重量％のセリア及びセリア上にドープされた０．１から１０重量％のニオビア又はタンタラを含む。好ましくは、担体は、９０から９９．５重量％のセリア及び０．５から１０重量％のニオビア又はタンタラを含む。さらに好ましくは、担体は、９２から９９重量％のセリア及び１から８重量％のニオビア又はタンタラを含む。最も好ましくは、担体は、少なくとも９５重量％のセリア、好ましくは９５から９９重量％のセリア及び１から５重量％のニオビア又はタンタラを含む。担体組成物の上述の重量パーセント範囲は担体の総重量に基づいている。

セリア上にドープされたニオビアを含む担体が特に好ましい。

セリアは、典型的には、５０ｍ^２／ｇより大きい表面積、さらに好ましくは１００ｍ^２／ｇより大きい表面積を有する（ＢＥＴ法を用いて計測）。このような適切な高表面積セリアは市販されている。例としては、Ｒｈｏｄｉａ社のＨＳＡ２０ セリア、ＭｏｌｙＣｏｒｐ、ＨＥＦＡ Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ、ＮａｎｏＯｘｉｄｅｓ又は他の製造業者から市販される高表面積の酸化セリウムなどが挙げられる。適切な高表面積セリアはまた、例えば、参照することによりその教示が本明細書に取り込まれる、米国特許第７０９４３８３号；米国特許第５０６３１９３号；米国特許第４８５９４３２号；及び米国特許第４６６１３３０号、並びに国際公開第２００１／０３６３３２号及び欧州特許出願公開第０４４４４７０号に教示されるように合成することができる。

ドーパント（例えばＮｂ又はＴａ）は、通常は、セリウムと比較した場合に、より小さいイオン半径を有するであろうことから、ドープトセリアは、非ドープトセリアと比較した場合に、低下した格子パラメータを有すると特定されうる。ニオブ又はタンタルは、格子内に不均一に分布されるか、又は、セリア格子の表面又はその近くの層で、より高濃度であるかのいずれかでありうる。ここでは、セリアはニオブの導入の前に形成されるか、又はセリア及びニオビアが、共沈法などで、本質的に同時に生じるかのいずれかである。例えば、ニオブ又はタンタルはセリア粒子に適用される。よって「セリア上にドープされた」は、酸化物の物理的混合物とは異なり、あらかじめ作製されたニオビア又はタンタラ粒子の存在下でセリアが形成されるような組成物を除外する。このような予備形成された組成物は、例えば、国際公開第２０１２／００４２６３号の実施例９及び１０に開示されている。

本発明の触媒は、セリア上にニオビア又はタンタラの物理的コーティングを有しないか、又は本質的に有しなくてよく、及び／又は、触媒は、ニオビア又はタンタラ上にセリアの物理的コーティングを有しないか、又は本質的に有しなくてよい。

好ましいニオビア又はタンタラをドープしたセリアでは、格子パラメータは、非ドープトセリアのものと比較して顕著に低下した。このような格子収縮は、ニオビア又はタンタラが格子骨格の一部となったことを示唆しうる。好ましくは、ニオビア又はタンタラをドープしたセリアの格子パラメータは、非ドープトセリアのものよりも少なくとも０．０２％、さらに好ましくは少なくとも０．０４％低い。驚くべきことに、担体が比較的穏やかな（例えば５００℃）条件下で焼成される場合であっても、このような格子収縮が観察できることが見出された。図１に示すように、ニオビアをドープしたセリアが下記実施例１〜３に記載される含浸方法によって調製される場合、格子収縮はニオビアのレベルが増加するにつれて明白になる。対照的に、同程度の格子収縮は、国際公開第２０１２／００４２６３号に開示され、かつ下記比較実施例４〜６で反復したように、セリアがニオビアの存在下で形成される場合には観察されない。

担体は、可溶性のニオブ又はタンタルの塩をセリアに含浸させることによって調製されてもよく、その後、焼成される。

１つの適切な合成法では、ドープトセリアは、通常は酢酸、硝酸、ハロゲン、シュウ酸など、例えば、塩化ニオブ（Ｖ）、硝酸ニオブ（ＩＩＩ）、シュウ酸ニオブ酸（Ｖ）アンモニウム、又は塩化タンタル（Ｖ）など、ニオブ又はタンタルの可溶性塩を含む水溶液をセリアに含浸させることによって作製される。必要に応じて、スラリーを形成するために、十分な水を使用することができる。あるいは、水の量は、インシピエント・ウェットネス法のように最小限に抑えることもありうる。湿式機械混合も使用することができる（欧州特許出願公開第２３６８６２８を参照）。いずれにせよ、通常は次に乾燥によって水が除去され、生成物は焼成されて、ニオビア又はタンタラをドープしたセリアを与える。含浸法の例としては、参照することによりその教示が本明細書に取り込まれる、米国特許出願公開第２０１３／０１２１９０２号を参照されたい。

ドーパントをドープされたセリアはまた、水性媒体からセリア及びニオビア又はタンタラを共沈させることによっても作製することができる。この場合、セリウム及びニオブ又はタンタルの溶存塩を含む水溶液と、アンモニア水、炭酸アンモニウム、又は別の塩基性化合物とを組み合わせる。さらに沈殿を促すために、過酸化水素を添加することができる。生成物は単離、洗浄、乾燥、及び焼成されて、ニオビア又はタンタラをドープしたセリアを与える。ある特定のニオブ源は対応するセリウム化合物よりも急速に加水分解するため、共沈は、ニオビアのポケットにセリアが散在する担体を生成しうる。共沈法の例については、参照することによりその教示が本明細書に取り込まれる、米国特許第６６０５２６４号、及び欧州特許出願公開第２３６８６２８号を参照。

担体及び／又は触媒は、典型的には、６００℃から１０００℃、好ましくは７００℃から９５０℃、さらに好ましくは７５０℃から９００℃の範囲の温度で焼成されうる。焼成は短時間（例えば１時間未満）で行うことができ、又はもっと長時間（例えば最長２４時間まで）であってもよい。

担体及び／又は触媒は、好ましくは大気中で焼成される。しかしながら、必要に応じて、担体及び／又は触媒は水熱処理することもできる。すなわち、担体及び／又は触媒は、熱及び水分の両方の存在下でエイジングさせることができる。水熱エイジングの典型的な条件は、追加の蒸気の存在下で５００℃から９００℃を含む。

焼成（及び／又は水熱エイジング）は、ニオビア又はタンタラの一部を担体表面へ移動させるように促しうる。移動の程度は、Ｘ線光電子分光法又は他の適切な技法を使用して測定することができる。

典型的には、ドーパントをドープされたセリアは、その表面に（例えばＸ線光電子分光法で測定して）、焼成によって少なくとも２倍の、ニオブ又はタンタルのセリウムに対するモル比を有する。

ドーパントをドープされたセリアは、一般に、その表面に（例えばＸ線光電子分光法で測定して）、０．２より大きい、好ましくは０．３より大きい、ニオブ又はタンタルのセリウムに対するモル比を有する。

担体の表面におけるニオビア又はタンタラの割合（例えば移動を通じた）は、分配指数、Ｑを用いて表すことができ、これは下記式によって与えられる：
Ｑ＝（Ｅ_surface／Ｃｅ_surface） ／（Ｅ_bulk／Ｃｅ_bulk）。

この表現において、Ｅ_surface／Ｃｅ_surfaceは、Ｘ線光電子分光法によって担体表面において測定した、ニオブ又はタンタルのセリウムに対するモル比であり、Ｅ_bulk／Ｃｅ_bulkは、担体のバルク試料中におけるニオブ又はタンタルのセリウムに対するモル比である。本発明の触媒におけるドーパントをドープされたセリアでは、Ｑは好ましくは１．５より大きく、さらに好ましくは２から１０の範囲内の値を有する。

触媒はさらに、追加の担体材料を含みうる。追加の担体は、ゼオライト、粘土、アルミナ、シリカ−アルミナ、ジルコニア、チタニア、又はそれらの２種以上の混合物又は組合せでありうる。さらに好ましくは、追加の担体は、ゼオライト、アルミナ、シリカ−アルミナ、ジルコニア、チタニア、又はそれらの２種以上の混合物又は組合せである。触媒が追加の担体材料を含む場合、担体は、少なくとも９０重量％のセリア及びセリア上にドープされた０．１から１０重量％のドーパントを含む。

担体又は触媒は、ジルコニアを含まない、又は本質的に含まないことが好適でありうる。担体又は触媒は、アルミナ及び／又はシリカ−アルミナを含まない、又は本質的に含まないことが好適でありうる。担体又は触媒は、チタニアを含まない、又は本質的に含まないことが好適でありうる。担体又は触媒は、ゼオライトを含まない、又は本質的に含まないことが好適でありうる。担体又は触媒は、粘土を含まない、又は本質的に含まないことが好適でありうる。

驚くべきことに、ドーパントレベルの低い（１〜１０重量％）、ニオビア及びタンタラをドープされたセリアは、第８から第１１族の遷移金属含有酸化触媒、特にディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）及び水銀酸化触媒のための優れた担体であることが見出された。このような実施態様では、白金族金属、例えばＰｄ及び／又はＰｔが特に好ましい。第８族から第１１族の遷移金属が非ドープトセリア上に担持された同様の触媒と比較して、本発明の触媒は、低温で一酸化炭素及び炭化水素を変換する能力が向上し、アンモニアを酸化する傾向が低減され、ＮＯを酸化する傾向が強まり、硫黄被毒に対する耐性が向上する。

好ましくは、本発明の触媒（例えばディーゼル用酸化触媒［ＤＯＣ］）は、二酸化硫黄の存在するディーゼル酸化条件下において、同様の触媒（例えば非ドープトセリア上に担持された）よりも、少なくとも１０％少ない、さらに好ましくは少なくとも２０％少ない、最も好ましくは少なくとも５０％少ない、硫黄を吸収する。「ディーゼル酸化条件」とは、正常な動作条件下の排気システムにおいて、その条件下でＣＯ又は炭化水素が燃焼されるような条件、すなわち、１００℃から４００℃、好ましくは１００℃から３００℃の範囲の温度において、ＮＯ_X、二酸化炭素、水、及び酸素を含む空気混合物の存在下を意味する。図３〜６、１１、及び１２は、担体として非ドープトセリアを用いた比較触媒よりも少ない硫黄を吸収するという本発明の触媒の能力を説明している。

好ましくは、本発明の触媒（例えばＤＯＣ）は、同様の触媒（例えば非ドープトセリア上に担持された）と比較して、ディーゼル酸化条件下で、一酸化炭素、不飽和炭化水素、又は両方を、２５０℃未満、好ましくは２００℃未満の温度で、変換する能力が向上されている。好ましくは、比較的向上された能力は、触媒の硫黄への長時間の曝露の際にも保持される。図５〜９は、本発明の触媒のこれらの特質を説明している。

好ましくは、本発明の触媒（例えばＤＯＣ）は、同様の触媒（例えば非ドープトセリア上に担持された）と比較して、ディーゼル酸化条件下、３００℃未満の温度で、アンモニアを、少なくとも１０％少なく、さらに好ましくは少なくとも２０％少なく、最も好ましくは少なくとも５０％少なく変換しうる。図７はこの特質を説明している。

好ましくは、本発明の触媒（例えばＤＯＣ）は、同様の触媒（例えば非ドープトセリア上に担持された）よりも、ディーゼル酸化条件下、４００℃未満の温度で、同様の触媒（例えば非ドープトセリア上に担持された）よりも、ＮＯを少なくとも１０％多く、さらに好ましくは少なくとも２０％多く、最も好ましくは少なくとも５０％多く変換することができる。図１０はこの特質を説明している。

上述の「同様の触媒」とは、セリアがドープされていない（すなわち非ドープトセリア）こと以外は同一の組成を有する触媒のことを指す。

本発明はまた、触媒ウォッシュコートも提供する。触媒ウォッシュコートは、好ましくは溶液、懸濁液、又はスラリーである。本発明の触媒は、触媒ウォッシュコートを基材上に塗布することによって、調製されうる又は得られうる。

触媒ウォッシュコートは、アルミナ、シリカ、非ゼオライトのシリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、セリアのうちの１種類以上を含有する、充填剤、結合剤、安定剤、レオロジー調節剤、及び／又は別の添加剤などの非触媒成分を含みうる。

触媒ウォッシュコートは、グラファイト、セルロース、デンプン、ポリアクリレート、及び／又はポリエチレンなどの細孔形成剤を含みうる。

非触媒成分及び／又は細孔形成剤は、必ずしも所望の反応に触媒作用を及ぼさないが、その代わりに、例えば、触媒材料の動作温度範囲を広げること、触媒の接触面積を増加させること、触媒の基材への接着性を高めること等により、触媒物質の有効性を改善する。

典型的には、触媒ウォッシュコート負荷は＞０．３ｇ／ｉｎ^３、例えば＞１．２ｇ／ｉｎ^３、＞１．５ｇ／ｉｎ^３、＞１．７ｇ／ｉｎ^３又は＞２．００ｇ／ｉｎ^３などである。

一般に、触媒ウォッシュコート負荷は＜３．５ｇ／ｉｎ^３、例えば＜２．５ｇ／ｉｎ^３である。

触媒ウォッシュコートは、例えば１．０から１．５ｇ／ｉｎ^３、又はさらに好ましくは１．５から２．５ｇ／ｉｎ^３など、約０．８から１．０ｇ／ｉｎ^３の負荷で基材に塗布されることが好ましい。

適切な触媒ウォッシュコートは、表面コーティング、基材の一部分を貫通するコーティング、基材に浸透するコーティング、又はこれらの幾つかの組合せを含みうる。最も一般的な基材設計のうちの２つは、プレートとハニカムである。

基材（すなわち、とりわけ移動用途のための）は、フロースルーモノリスであることが好ましい。フロースルーモノリスは、複数の（例えば隣接する多数の）平行なチャネルを備えたハニカムの幾何学形状を有していてよく、各チャネルは両端において開放されており（すなわち入口面において開放されており、かつ、出口面において開放されている）、各チャネルは基材の入口面から出口面へと延びる。このような配置は、結果として、高い表面積−容積比を生じる。

ある特定の用途では、ハニカムフロースルーモノリスは、好ましくは高いセル密度、例えば、平方インチ当たり約６００から８００個のセル、及び／又は約０．１８〜０．３５ｍｍ、好ましくは約０．２０〜０．２５ｍｍの平均内部壁厚を有する。

他の特定の用途では、ハニカムフロースルーモノリスは、好ましくは、約１５０-６００セル／平方インチ、さらに好ましくは、約２００〜４００セル／平方インチの低いセル密度を有する。

好ましくは、ハニカムモノリスは多孔質である。

典型的には、基材は、コーディエライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、セラミック、金属、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、α−アルミナ、例えば、針状ムライト等のムライト、ポルサイト、Ａｌ_２ＯｓＺＦｅ、Ａｌ_２Ｏ_３／Ｎｉ又はＢ_４ＣＺＦｅ等のサーメット、又はこれらの２種以上の断片を含む複合物から作製される。好ましい材料は、コーディエライト、炭化ケイ素、及びチタン酸アルミナを含む。

プレート型の触媒は、より低い圧力降下を有し、かつ、ハニカム型よりも閉塞及び汚染の影響を受けにくく、高効率の定置用途には有利であるが、プレート構成は、より大きく、より高価になりうる。ハニカムの構成は、典型的には、プレート型よりも小さく、移動用途には有利であるが、より高い圧力降下を有し、かつより容易に閉塞する。特定の実施態様では、プレート基材は、金属、好ましくは、波形金属で構成される。

触媒ウォッシュコートは、フロースルーモノリスなどの基材上のある領域に配置することができる。触媒ウォッシュコート領域は、例えば、基材の入口端（すなわち入口面）から基材の長さの５から６０％に至るまで延びる前部領域のような、基材の前部領域に配置されうる。あるいは、触媒ウォッシュコート領域は、例えば、基材の出口端（すなわち出口面）から基材の長さの５から６０％に至るまで延びる後部領域のような、基材の後部領域に配置されうる。

基材はウォールフロー型フィルターでありうる。基材がウォールフロー型フィルターの場合、触媒ウォッシュコートは、ウォールフロー型フィルターの入口側又は出口側に配置されうる。

典型的には、触媒は、次の工程を含む方法によって生成される又は得られる：（ｉ）触媒組成物、好ましくは触媒ウォッシュコートを、基材に層として塗布する（例えば、基材に塗布されている排ガスを処理するための別の組成物の少なくとも１つの追加の層を塗布する前又は後のいずれか）。触媒組成物又はウォッシュコートの層を含む複数の層が基材上に存在する場合、それらの層は、連続した層で配置される。

本発明の触媒は、第１の層として基材上に配置された触媒組成物又はウォッシュコートを含んでいてよく、ＳＣＲ触媒などの別の組成物は、第２の層として基材上に配置される。あるいは、触媒組成物又はウォッシュコートは、第２の層として基材上に配置されてもよく、ＳＣＲ触媒などの別の組成物は、第１の層として基材上に配置される。

典型的には、第２の層は底層として基材（例えば不活性基材）に塗布され、第１の層は、第２の層の上に（すなわち連続する一連の層として）塗布される最上層である。このような実施態様では、排ガスは、第２の層と接触する前に、第１の層を貫通し（したがって接触し）、次に、第１の層を通って戻り、触媒要素を抜け出る。

第１の層は基材上（例えばその上流部分）に配置された第１の領域であって差し支えなく、第２の層は基材上に配置された、第１の領域の下流にある第２の領域でありうる。

触媒は、次の工程を含む方法によって得られうる又は生成しうる：（ｉ）触媒組成物を、好ましくは触媒ウォッシュコートとして、基材に第１の領域として塗布する工程、及び（ｉｉ）（例えばその後に） 排ガスを処理するための少なくとも１つの追加の組成物又はウォッシュコートを基材に第２の領域として塗布する工程であって、第１の領域の少なくとも一部は第２の領域の下流にある、工程。あるいは、触媒組成物又は触媒ウォッシュコートは、追加の組成物又はウォッシュコートを含む第１の領域の下流にある第２の領域において、基材に塗布されうる。追加の組成物の例としては、ＳＣＲ触媒及び捕捉（scavenging）成分（例えば、硫黄、水などのための）が挙げられる。

排気システムに必要とされる空間の量を低減するために、ある特定の実施態様における個別の排気要素は、複数の機能を果たすように設計される。例えば、フロースルー基材の代わりにウォールフロー型フィルター基材にＳＣＲ触媒を塗布することは、１つの基材が２つの機能を果たすことを可能にすることによって、すなわち、排ガス中の望ましくない成分触媒的に処理すること、及び排ガスからスートを機械的に除去することによって、排気処理システムの全体のサイズを縮小する役割を果たす。

したがって、基材はウォールフロー型フィルター又はパーシャルフィルターでありうる。ウォールフロー型フィルターは、隣接し平行する複数のチャネルを含むという点で、フロースルー型ハニカム基材に類似している。しかしながら、フロースルー型ハニカム基材のチャネルは両端が開いているのに対し、ウォールフロー型基材のチャネルは一方の端部が塞栓されており、塞栓は隣接するチャネルの向かい合った端部で交互のパターンで生じている。チャネルの塞栓された交互の端部は、基材の入口面に入るガスが、チャネル内を直進して出て行くことを妨げる。代わりに、排ガスは、基材の前面に入り、チャネルのおよそ半分まで移動し、そこでチャネルの残り半分に入って基材の裏面から出る前に、チャネルの壁を通過するように強いられる。

基材の壁は、ガス透過性であるが、ガスが壁を通過する際に、ガスからスートなどの粒子状物質の大部分を捕捉する、細孔率及び細孔径を有している。好ましいウォールフロー型基材は、高効率フィルターである。本発明で使用されるウォールフロー型フィルターは、好ましくは、少なくとも７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約９０％の効率を有する。ある特定の実施態様では、効率は、約７５から約９９％、約７５から約９０％、約８０から約９０％、又は約８５から約９５％になる。ここで、効率は、スート及び他の同様の寸法の粒子、及び従来のディーゼル排ガス中に典型的に見出される粒子濃度に関するものである。例えば、ディーゼル排気中の微粒子のサイズは、０．０５ミクロンから２．５ミクロンの範囲でありうる。よって、効率はこの範囲、又は、例えば、０．１から０．２５ミクロン、０．２５から１．２５ミクロン、もしくは１．２５から２．５ミクロンなどのサブレンジに基づきうる。

空隙率は多孔質基材中の空隙のパーセンテージの尺度であり、排気システムにおける背圧と関係がある：一般的に、空隙率が低いほど、背圧が高くなる。好ましくは、多孔質の基材は、約３０から約８０％、例えば、約４０から約７５％、約４０から約６５％、又は約５０から約６０％の空隙率を有する。

基材の全空隙容積のパーセンテージとして測定される細孔の相互接続性は、多孔質の基材を通る、すなわち、入口面から出口面まで連続的な経路を形成するために、細孔、隙間、及び／又はチャネルが連結される度合いである。細孔の相互接続性とは対照的に、閉じた空隙容量及び細孔の容積の合計は、基材の表面のうちのただ１つに対する導管を有する。好ましくは、多孔質基材は、少なくとも約３０％、より好ましくは少なくとも約４０％の細孔の相互接続容積を有する。

多孔質基材の平均孔径もまた、濾過にとって重要である。平均孔径は、水銀ポロシメトリーを含む、受け入れ可能な任意の手段によって決定されうる。多孔質基材の平均孔径は、基材自体によって、基材の表面上のスートケーキ層の促進によって、又は両方の組合せによって、妥当な効率を提供する一方で、低背圧を促進するのに十分に大きい値であるべきである。好適な多孔質の基材は、約１０から約４０μｍ、例えば、約２０から約３０μｍ、約１０から約２５ｍ、約１０から約２０μｍ、約２０から約２５μｍ、約１０から約１５μｍ、及び約１５から約２０μｍの平均孔径を有する。

一般に、触媒を含有する押出成形された固形体の生産は、触媒、結合剤、任意選択的な粘性を高める化合物を混ぜ合わせて均質なペーストにすることを含み、このペーストは、その後、結合剤／マトリクス成分又はそれらの前駆体ならびに、任意選択的に安定化セリア及び無機繊維のうちの１種類以上に添加される。この混合物は、混合装置もしくは混練装置又は押出成形機中で圧縮される。混合物は、湿潤性を促して均一なバッチを生成するために、加工助剤として結合剤、細孔形成剤、可塑剤、界面活性剤、潤滑剤、分散剤等の有機添加剤を含む。次に、結果として得られた可塑性材料は、特に、押出ダイを含んだ押出プレス又は押出成形機を使用して成形され、得られた成形物は乾燥され、焼成される。有機添加剤は、押出成形された固形体の焼成の間に「燃え尽きる」。別々の触媒もまた、表面上に存在する、又は押出成形された固形触媒体内に完全に若しくは部分的に貫通する、１つ以上の副層として、押出成形された固形体にウォッシュコーティングされるか、又は、その他の方法で塗布される。

本発明に従った触媒を含有する押出成形された固形体は、一般に、その第１端から第２端まで延びる、均一に寸法化された平行なチャネルを有するハニカム形状の一体構造を含む。チャネルを画定するチャネル壁は多孔質である。典型的には、外側の「皮膜」が、押出成形された固形体の複数のチャネルを取り囲む。押出成形された固形体は、円形、四角形、又は卵型など、任意の所望の断面を有するように形成することができる。複数のチャネル内の個別のチャネルは、四角形、三角形、六角形、円形等でありうる。第１の上流端部におけるチャネルは、例えば、適切なセラミックセメントを用いて閉塞されて差し支えなく、第１の上流端部において閉塞されていないチャネルもまた、第２の下流端部において閉塞されて、ウォールフロー型フィルターを形成しうる。典型的には、第１の上流端部における閉塞されたチャネルの配置はチェッカーボードに似ており、下流のチャネル端部も閉塞されかつ開放された同様の配置を有している。

結合剤／マトリクス成分は、好ましくは、コーディエライト、窒化物、炭化物、ホウ化物、金属間化合物、リチウムアルミノシリケート、スピネル、任意選択的にドープされたアルミナ、シリカ源、チタニア、ジルコニア、チタニア−ジルコニア、ジルコン、及びこれらのうち任意の２種以上の混合物からなる群より選択される。ペーストは、任意選択的に、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、ホウ素繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、シリカ−アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、及びセラミック繊維からなる群から選択される、強化無機繊維を含有しうる。

アルミナ結合剤／マトリクス成分は、好ましくはガンマアルミナであるが、任意の他の遷移アルミナ、すなわち、アルファアルミナ、ベータアルミナ、カイアルミナ、イータアルミナ、ローアルミナ、カッパアルミナ、シータアルミナ、デルタアルミナ、ランタンベータアルミナ、及びこれらのうち任意の２種以上の遷移アルミナの混合物でありうる。アルミナは、アルミナの熱安定性を増加させるために、少なくとも１種類の非アルミニウム元素でドープされることが好ましい。適切なアルミナドーパントは、ケイ素、ジルコニウム、バリウム、ランタニド系元素、及びそれらの２種以上の混合物を含む。適切なランタニドドーパントは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｇｄ、及びそれらの２種以上の混合物を含む。

シリカ源は、シリカゾル、クオーツ、溶融シリカ又は非晶質シリカ、ケイ酸ナトリウム、非晶質アルミノケイ酸塩、アルコキシシラン、例えばメチルフェニルシリコーン樹脂などのシリコーン樹脂結合剤、粘土、タルク、又はそれらのうち任意の２種類以上の混合物を含みうる。このリストで、前記シリカは、長石、ムライト、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシア、シリカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリカ−ベリリア、シリカ−チタニア、ターナリー−シリカ−アルミナ−ジルコニア、ターナリー−シリカ−アルミナ−マグネシア、ターナリー−シリカ−マグネシア−ジルコニア、ターナリー−シリカ−アルミナ−トリア、及びこれらのうち任意の２種以上の混合物などのＳｉＯ_２でありうる。

好ましくは、触媒は押出成形された触媒体の全体にわたって分散され、好ましくは押出成形された触媒体の全体にわたって均等に分散される。

上記押出成形された固形体の何れかをウォールフロー型フィルターに作製する場合、ウォールフロー型フィルターの空隙率は３０〜８０％、例えば、４０〜７０％でありうる。空隙率と細孔容積と細孔半径は、例えば、水銀圧入法を用いて測定されうる。

本発明の触媒はまた、アンモニアの酸化を促進しうる。よって、触媒は、酸素を用いたアンモニア、特に、典型的にはＳＣＲ触媒の下流において遭遇するある濃度のアンモニアの酸化に有利に働くように調合することができる（例えば、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）などのアンモニア酸化（ＡＭＯＸ）触媒）。

触媒は、ＳＣＲオーバーレイヤの下の底層として配置されうる。好ましくは、ＳＣＲ触媒は、金属促進ゼオライト（例えば、ＢＥＡ、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−３４、ＭＦＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、又は同様のものから選択される骨格を有するＣｕ又はＦｅ促進アルミノシリケートゼオライト）又は金属促進バナジア（例えば、Ｆｅ又はＷ促進バナジア）である。

触媒は、選択式接触還元（ＳＣＲ）触媒の下流に配置されたアンモニアスリップ触媒でありうる。アンモニアスリップ触媒は、選択的触媒還元法によっては消費されない窒素性還元体の少なくとも一部を酸化する。例えば、アンモニアスリップ触媒は、ウォールフロー型フィルターの出口側に配置されてもよく、ＳＣＲ触媒はフィルター上流側に配置されてもよい。あるいは、アンモニアスリップ触媒はフロースルー型基材の下流端に配置されて差し支えなく、ＳＣＲ触媒はフロースルー基材の上流端に配置されて差し支えない。別の実施態様では、アンモニアスリップ触媒及びＳＣＲ触媒は、各々、排気システム内の別々の基材を有する（すなわち、それらは各々、別々のブリック上に配置される）。これらの別々の基材又はブリックは、それらが互いに流体連通し、かつＳＣＲ触媒基材又はブリックがアンモニアスリップ触媒基材又はブリックの上流に配置されるという条件で、互いに隣接し、かつ接触していてもよく、あるいは、所定の距離だけ離れていてもよい。

触媒酸化プロセスは、典型的には、少なくとも１００℃、例えば約１５０℃から約７５０℃、特に約１７５から約５５０℃（例えば１７５から４００℃）の温度で行われる。触媒酸化プロセスは、４５０から９００℃、好ましくは５００から７５０℃、５００から６５０℃、４５０から５５０℃、又は６５０から８５０℃の温度で行われうる。４５０℃を超える温度を利用する実施態様は、例えば炭化水素をフィルターの上流の排気システムに注入することにより活発に再生される（任意選択的に触媒化された）ディーゼルパティキュレートフィルターを含む排気システムを備えた大型及び軽量ディーゼルエンジンからの排ガスを処理するのに特に有用であり、本発明における使用のためのゼオライト触媒はフィルターの下流に配置される。

典型的には、ＳＣＲ法における消費のために、窒素系還元剤、特にＮＨ_３の全て又は少なくとも一部は、例えば、ウォールフロー型フィルター上に配置された本発明のＳＣＲ触媒などのＳＣＲ触媒の上流に配置された、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒（ＮＡＣ）、リーンＮＯ_Ｘトラップ（ＬＮＴ）、又はＮＯ_Ｘ貯蔵／還元触媒（ＮＳＲＣ）として機能する本発明の触媒によって供給されうる。本発明に有用なＮＡＣ成分は、塩基性材料（例えば、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、及びこれらの組合せを含んだ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は希土類金属など）及び貴金属（白金など）、及び任意選択的にロジウムなどの還元性触媒成分の組合せを含む。ＮＡＣにおいて有用な塩基性材料の具体的な種類としては、酸化セシウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、及びこれらの組合せが挙げられる。貴金属は、好ましくは約１０から約２００ｇ／ｆｔ^３、例えば２０から６０ｇ／ｆｔ^３で存在する。あるいは、触媒の貴金属は、約４０から約１００グラム／ｆｔ^３でありうる平均濃度によって特徴付けられる。

ある特定の条件下、周期的にリッチな再生イベントの間に、ＮＨ_３がＮＯ_X吸蔵触媒上で生成されうる。ＮＯ_X吸蔵触媒の下流のＳＣＲ触媒は、システム全体のＮＯ_X還元効率を改善しうる。複合システムでは、ＳＣＲ触媒は、リッチ再生イベントの間に、ＮＡＣ触媒から放出されたＮＨ_３を吸蔵することが可能であり、通常のリーン作動状態の間に、ＮＡＣ触媒をすり抜けるＮＯ_Xの幾らか又は全てを選択的に還元するために、吸蔵されたＮＨ_３を利用する。

本明細書に記載の排ガスを処理するための方法は、燃焼プロセス、例えば、内燃機関（移動式又は固定式）、ガスタービン、及び石炭若しくは石油の火力発電所に由来する排ガスに対して行われうる。本方法は、精錬のような工業プロセスに由来するガス、精錬所のヒーター及びボイラー、燃焼炉、化学処理工業、コークス炉、都市廃棄物のプラント及び焼却炉等に由来するガスを処理するためにも使用されうる。特定の実施態様では、本方法は、車両のリーンバーン内燃機関、例えば、ディーゼルエンジン、リーンバーンガソリンエンジン、又は液化石油ガス若しくは天然ガスにより駆動されるエンジンからの排ガスを処理するために使用される。

特定の態様では、本発明は、燃焼プロセス、例えば、内燃機関（移動式又は固定式）、ガスタービン、石炭若しくは石油の火力発電所などによって発生した排ガスを処理するためのシステムである。このようなシステムは、本明細書に記載の触媒を含んだ触媒物品と、排ガスを処理するための少なくとも１つの追加的な構成要素を含み、ここで、触媒物品及び少なくとも１つの追加的な構成要素は、一体的ユニットとして機能するように設計される。本システムは、本明細書に記載のディーゼル用酸化触媒、ＮＯ_X吸着剤、及び／又は水銀酸化触媒、及び、任意選択的に、ＳＣＲ触媒、ディーゼルパティキュレートフィルター、触媒化スートフィルター、アンモニアスリップ触媒、又はこれらの組合せのうちの１つ以上を含みうる。このようなシステムは、任意選択的に、エンジンから後処理システムの端部へと排ガスを導くため、及び／又は、後処理システム内で部分的に処理された排ガスの少なくとも一部を再循環するための導管の１つ以上の区域を含む。

システムは、排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化するための酸化触媒（例えば、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ））を含み、窒素性還元体を排ガス内に供給する地点の上流に配置することができる。酸化触媒は、例えば、２５０℃から４５０℃の酸化触媒入口における排ガス温度で、約４：１から約１：３のＮＯのＮＯ_２に対する体積比を有する、ＳＣＲゼオライト触媒に入るガス流を作り出すように適合されうる。

本発明は酸化プロセスを含む。このプロセスは、本明細書に記載のディーゼル用酸化触媒の存在下、一酸化炭素、不飽和炭化水素、又は両方を含むガス状のディーゼル排気流を酸化することを含む。本プロセスは、好ましくは、先に述べたような「ディーゼル酸化条件」下で、すなわち、通常の動作条件下の排気システムにおいて行われ、通常の動作条件は、１００℃から４００℃、好ましくは１００℃から３００℃の範囲の温度で、ＮＯ_X、二酸化炭素、水、及び酸素を含む空気混合物の存在を含む。

本発明は、水銀酸化プロセスを含みうる。本発明は、特に下流のＳＣＲ法と組み合わせて用いられる場合には、ＮＯ_X吸着プロセスを含みうる。

本発明はさらに、特定の方法によって調製された触媒に関する。本方法は４つの工程を含む。第一に、セリアは、水溶性のニオブ塩又はタンタル塩を含む水溶液に含浸される。水溶性のニオブ塩又はタンタル塩は、典型的には、酢酸、硝酸、ハロゲン、シュウ酸、又は同様のものであり、例えば、塩化ニオブ（Ｖ）、硝酸ニオブ（ＩＩＩ）、シュウ酸ニオブ酸（Ｖ）アンモニウム、又は塩化タンタル（Ｖ）などである。第二に、含浸されたセリアは、６００℃から１０００℃、好ましくは７００℃から９５０℃、さらに好ましくは７５０℃から９００℃の範囲の温度で焼成され、担体を与える。担体は、少なくとも９０重量％のセリア及び、セリア上にドープされた０．１から１０重量％のニオビア又はタンタラを含む。好ましくは、担体は、９１から９９．５重量％のセリア及び０．５から９重量％のニオビア又はタンタラを含む。第三に、ニオビア又はタンタラをドープしたセリア担体に、第８〜第１１族の遷移金属を含む溶液を含浸させる。最後に、生成物は６００℃から１０００℃の範囲の温度で焼成されて、触媒を生成する。本触媒は、第８〜第１１族の遷移金属を０．１から１０重量％含む。

定義
本明細書で用いられる用語「触媒」は、反応によって消費されることなく化学反応の速度を変更する任意の物質を意味し、吸着剤を含むがそれに限られない。

第８〜第１１族金属触媒に対して本明細書で用いられる用語「担体」は、典型的には、触媒が付着する（例えば、含浸によって）、高表面積を有する固体材料を意味する。

「ドープト／ドープされた」については、ニオブ又はタンタルが、典型的には混合酸化物（例えば、ニオビア及びセリア又はタンタラ及びセリア）として、セリア格子構造に組み込まれることを意味している。

本明細書で用いられる用語である、典型的には担体又は触媒に関して用いられる、ある成分を「本質的に含まない」とは、その成分が０．１重量パーセント未満、又は０．０１重量パーセント未満であることを指す。さらに好ましくは、担体又は触媒は、その成分を含まない。

基材上の触媒層に対して本明細書で用いられる用語「連続的」とは、各層が、その隣接する層と接触し、かつ触媒層は全体として基材上に重なって配置されることを意味する。

本明細書で使用される用語「第１層」及び「第２層」は、触媒物品を通過する及び／又は触媒物品から出る排ガスの流れの法線方向に対する触媒物品内の触媒層の相対的な位置を記述するために用いられる。通常の排ガス流の条件下では、排ガスは、第２の層と接触する以前に第１の層と接触する。

以下の実施例は本発明の単なる例示であり、当業者は本発明の精神及び特許請求の範囲内にある多くのバリエーションを認識するであろう。

実施例１
ニオビアをドープしたセリアの調製（３．２重量％ Ｎｂ_２Ｏ_５）
シュウ酸ニオブ酸（Ｖ）アンモニウム（２１％Ｎｂ、１．０６ｇ、２．４ミリモル Ｎｂ、０．３２ｇ Ｎｂ_２Ｏ_５に相当）を、攪拌及び穏やかに加温しつつ、水（６ｍＬ）に溶解する。高表面積のセリア（９．６８ｇ）を加え、混合物を攪拌する。セリアの細孔容積はやや上回り、よって、試料はホットプレート上で乾燥度まで攪拌かつ加温される。試料は、炉内で１０５℃でさらに乾燥される。試料の一部は、５００℃で２時間又は８００℃で４時間、焼成（「か焼」）される（上昇率：１０℃／分）。

実施例２
ニオビアをドープしたセリアの調製（５．０重量％ Ｎｂ_２Ｏ_５）
シュウ酸ニオブ酸（Ｖ）アンモニウム（３．３３ｇ、７．５２ミリモル Ｎｂ、１．０ｇのＮｂ_２Ｏ_５に相当）、セリア（１９ｇ）、及び水（１２ｍＬ）を使用し、実施例１の手順を概ね踏襲する。

実施例３
ニオビアをドープしたセリアの調製（８．６重量％ Ｎｂ_２Ｏ_５）
シュウ酸ニオブ酸（Ｖ）アンモニウム（２．８６ｇ、６．４７ミリモル Ｎｂ、０．８６ｇのＮｂ_２Ｏ_５に相当）、セリア（９．１４ｇ）、及び水（６ｍＬ）を使用し、実施例１の手順を概ね踏襲する。

比較実施例４〜６では、国際公開第２０１２／００４２６３号の手順を概ね踏襲して触媒が生成され、セリアがニオビアの存在下で形成される。調製法に基づいて、触媒はセリアの外殻に取り囲まれたニオビアのコアを有しているはずである。

比較実施例４
ニオビアゾルの調製
エタノール（１００ｍＬ）を３Ａモレキュラーシーブ（１８ｇ）上で２０時間乾燥させる。モレキュラーシーブは水を除去するために４００℃で１時間、予め焼成される。丸底フラスコに無水エタノール（４０ｍＬ）及び小さい磁気攪拌棒を入れる。エタノールを攪拌し、塩化ニオブ（Ｖ）（１０ｇ、０．０３７モル）を、プラスチックのスパチュラを用いて加える。添加が完了すると、薄黄色の溶液が生じる。さらなるエタノール（２１ｍＬ）を添加し、攪拌を中止し、フラスコに栓をし、２時間静置させる。栓を還流冷却器に取り換え、溶液を約７０℃まで１時間加熱する。加熱後、溶液は色を消失し、それを室温で一晩静置させる。

濃縮（３５％）アンモニア（２５．１ｇ）をビーカー内で磁気攪拌する。上記調製した塩化ニオブ（Ｖ）／エタノール溶液を、攪拌したアンモニアに、水（７６ｍＬ）と同時に注ぐ。白色沈殿物がすぐに生じ、混合物は発熱する。０．５時間の攪拌の後、混合物を濾過し、濾液の熱伝導率が約１ｍＳになるまで、固形物を水で洗浄する。混合物をゆっくりと濾過し、洗浄する。

沈殿物を硝酸（８１ｍＬの１Ｍ ａｑ．ＨＮＯ_３）中で４日間攪拌する。Ｎｂ_２Ｏ_５の白色の懸濁液が得られる（ｐＨ：０．５５；懸濁液の収量：１２２．６ｇ）。ロスがないと仮定して、ニオビアゾルは０．０３７モルのＮｂを含む（０．０００１５０８モル Ｎｂ_２／ｇ）。

セリアで覆われたニオビアの調製
ビーカーに水（５０ｍＬ）、磁気攪拌棒、及びｐＨプローブを入れる。２滴のアンモニア溶液（２４ｍＬの濃縮（３５％）アンモニアを１００ｍＬに希釈することによって調製）を用いて、ｐＨを約９．０に調整する。

独立して、硝酸セリウム（ＩＩＩ）六水和物（２４．４ｇ、０．０５６２モル、９．６８ｇのＣｅＯ_２に相当）を水（１８０ｍＬ）に溶解する。ニオビアゾルの一部（７．９５ｇ、０．３２ｇのＮｂ_２Ｏ_５に相当、０．００１２モル Ｎｂ_２）を添加し、続いて３０％過酸化水素（６．３７ｇ、０．０５６２モル）を加える。過酸化物を添加すると、懸濁液は黄色に変わる。

懸濁液を、前もって調製した、よく攪拌したアンモニア溶液にポンプ注入（１６ｍＬ／分）し、追加のアンモニア溶液を手で滴加して、ｐＨを約９．０に維持する。添加が完了したら、混合物を０．５時間攪拌し、その後濾過する。得られた黄色／橙色の沈殿物を水で洗浄（３×５００ｍＬ）し、次いで乾燥（１０５℃）して、固形生成物（１０．４ｇ）を与える。試料の一部は、５００℃で２時間又は８００℃で４時間、焼成される（上昇率：１０℃／分）。最終的な生成物は３．２重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含む。

比較実施例５
ニオビアゾル（１２．４７ｇ、０．５ｇのＮｂ_２Ｏ_５に相当、０．００１８８モル Ｎｂ_２）、硝酸セリウム（ＩＩＩ）六水和物（２３．９７ｇ、０．０５５２モル、９．５ｇのＣｅＯ_２に相当）、アンモニア溶液、及び３０％過酸化水素（６．２６ｇ、０．０５５２モル）を使用し、比較実施例４の手順を概ね踏襲する。収量：１０．４７ｇ。試料の一部は５００℃で２時間又は８００℃で４時間、焼成される（上昇率：１０℃／分）。最終的な生成物は５．０重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含む。

比較実施例６
ニオビアゾル（２１．４４ｇ、０．８６ｇのＮｂ_２Ｏ_５に相当、０．００３２４モル Ｎｂ_２）、硝酸セリウム（ＩＩＩ）六水和物（２３．０６ｇ、０．０５３１モル、９．１４ｇのＣｅＯ_２に相当）、アンモニア溶液、及び３０％過酸化水素（６．０２ｇ、０．０５３１モル）を使用し、比較実施例４の手順を概ね踏襲する。収量：１０．３４ｇ。試料の一部を、５００℃で２時間又は８００℃で４時間、焼成する（上昇率：１０℃／分）。最終的な生成物は８．６重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含む。

格子パラメータの決定
９０ポジションサンプルチェンジャーを備えたブルカーＡＸＳ Ｄ８アドバンス^ＴＭＸ線回折計を使用する。格子パラメータ（オングストロームにおける）を、完全粉末回折パターンフィッティング技法を使用するリートベルト（Ｒｅｉｔｖｅｌｄ）解析（Ｌ Ｖｏｌ−ＩＢ法）により測定する。

ＮＨ _３ −ＳＣＲ活性試験条件
元試料をペレット化し、ペレットを粉砕し、次いで得られた粉末を２５５〜３５０μｍの篩に通すことによって、触媒の粉末試料を得る。篩にかけた粉末を合成触媒活性試験（ＳＣＡＴ）反応器内に装填し、還元剤としてのアンモニアを含む、次の合成ディーゼル排ガス混合物（入口における）、すなわち：５００ｐｐｍのＮＯ、５００ｐｐｍのＮＨ_３、９％のＯ_２、５％のＣＯ_２、５％のＨ_２Ｏ、３００ｐｐｍのＣＯ、残りのＮ_２を使用して、３０，０００ｈ^−１の空間速度で、試験する。

試料を１５０℃から５５０℃に５℃／分で徐々に加熱し、オフガスの組成をＦＴＩＲスペクトル分析を使用して解析し、ＮＯ_Xガスの変換率（％）を決定する。実施例２及び３及び比較実施例５及び６の触媒の試験結果は図２に示されている。

触媒Ｂ：ニオビアをドープしたセリア上の２％Ｐｄ
溶液は、水９１２ｍＬ中にシュウ酸ニオブアンモニウム（０．６６ｇ、２１重量％ Ｎｂ、１．５ミリモル）を溶解させることによって調製される。この溶液は、高表面積のセリア（１９．８ｇ）に含浸させるために用いられる。混合物を乾燥させ、５００℃で焼成し、７５０℃で２時間、さらに焼成して、１重量％のＮｂ_２Ｏ_５を含む生成物を与える。その後、ニオビアをドープしたセリアを硝酸パラジウム水溶液（２．６ｇの１５％水溶液、３．７ミリモル）と合わせ、混合物を１００℃で乾燥し、５００℃で焼成する。２．０重量％のＰｄを含む触媒を、使用前に、７５０℃で１０時間、さらにエイジングさせる。

比較触媒Ａ：セリア上の２％Ｐｄ
セリア（２０ｇ）を硝酸パラジウム水溶液（２．６ｇの１５％水溶液、３．７ミリモル）と合わせ、混合物を１００℃で乾燥し、５００℃で焼成する。２．０重量％のＰｄを含む触媒は、使用前に、７５０℃で１０時間、さらにエイジングさせる。

比較触媒Ｃ：セリア上の２％Ｐｄ
セリア（２０ｇ）を、７５０℃で焼成し、次に、硝酸パラジウム水溶液と合わせ、乾燥し、比較触媒Ａの調製で記載されるように焼成する。２．０重量％のＰｄを含む触媒を、使用前に、７５０℃で１０時間、さらにエイジングさせる。

二酸化硫黄の吸着及び温度プログラミングされた酸化
二酸化硫黄の吸着工程では、触媒Ｂ及び比較触媒Ａ及びＣを、二酸化硫黄（６０ｐｐｍ、９ｍｇ Ｓ／ｇ）に１０％酸素下で３００℃で３０分間、曝露し、ＳＯ_２の取り込み（ｐｐｍにおける）を測定する。結果を図３及び図１１に示す。温度プログラミングされた酸化では、硫黄処理された触媒を、１０％酸素下で、室温から１０００℃に１０℃／分で加熱し、遊離した二酸化硫黄の濃度を温度の関数として測定する。結果を図４及び図１２に示す。

触媒を調整するための周期的な硫酸化−脱硫酸化手順
触媒Ｂ及び比較触媒Ａ及びＣを、６サイクルの硫酸化及び脱硫酸化に供し、触媒の炭化水素及び一酸化炭素を酸化する能力に対する硫黄被毒の影響を調べる。

硫酸化は、触媒を、３００℃で２０分間、プロピレン（３００ｐｐｍ）、ＮＯ（２００ｐｐｍ）、Ｏ_２（１０％）、ＣＯ_２（４．５％）、水（４．５％）、及びＳＯ_２（６０ｐｐｍ）（全部で約９ｍｇ Ｓ／ｇ触媒）の混合物に晒すことによって行われる。

次に、プロピレン（７５００ｐｐｍ）及びＣＯ（５０００）ｐｐｍをガス状の混合物に導入することによって、触媒を脱硫酸化する。４分後、約５１８℃（から８１８℃）の発熱を計算する。

次に、硫酸化−脱硫酸化サイクルをさらに５回繰り返す（全部で約５４ｍｇ Ｓ／ｇ触媒）。次いで、一酸化炭素又はプロピレンを酸化するための処理された触媒の能力を、下記のように試験する。

ディーゼル 酸化試験条件
７５０℃でエイジングされた又はエイジング後に周期的な硫酸化−脱硫酸化に供された触媒Ａ〜Ｃの粉末試料を、元試料をペレット化し、ペレットを粉砕し、次に得られた粉末を２５５〜３５０μｍの篩に通すことにより、得る。篩にかけた粉末を合成触媒活性試験（ＳＣＡＴ）反応器に装填し、３０，０００ｈ^−１の空間速度で、次の合成ディーゼル排ガス混合物（入口における）：１５００ｐｐｍのＣＯ、１５０ｐｐｍのＮＯ_X、４０ｐｐｍのプロピレン、１６ｐｐｍのトルエン、３０ｐｐｍのデカン、４０ｐｐｍのメタン、４．５％のＣＯ_２、４．５％のＨ_２Ｏ、１２％のＯ_２、残りのＮ_２を使用して、これら触媒のＣＯ又はプロピレンを酸化する能力について試験する。

試料を１００℃から３００℃に５℃／分で徐々に加熱し、オフガスの組成をＦＴＩＲスペクトル分析を使用して解析し、一酸化炭素又はプロピレンの変換率（％）を決定する。結果を図５及び図６に示す。

タンタラをドープしたセリア触媒上のＰｄの調製
タンタラをドープしたセリア担体の調製（１％、５％、及び１０％Ｔａ_２Ｏ_５）
シュウ酸タンタルコロイド
塩化タンタル（Ｖ）（５．０ｇ、０．０１４モル）を濃縮塩酸（２５ｍＬ、約０．３モル）に溶解し、次に水（１０ｍＬ）を加える。溶液を氷浴中で１０°Ｃ未満に冷却する。濃縮アンモニア（２５ｍＬ）を５０ｍＬに希釈し、ｐＨが７．５に達するまで、温度が２０°Ｃを超えないように酸溶液に慎重に滴加する。次にアンモニアの添加を止める。得られた沈殿物を濾過によって回収し、水でよく洗浄する。

独立して、シュウ酸二水和物（３．５３ｇ、０．０２８モル）を、穏やかに加温しつつ、水（１５ｍＬ）に溶解する。温度を７０℃未満に保ち、沈殿且つ洗浄した酸化タンタルをゆっくりと加える。混合物を穏やかに加熱しつつ約１時間攪拌し、次に、さらに加熱することなく、一晩攪拌する。安定コロイドが得られる。調製したゾルの重量：３８．２ｇ。ロスがないと仮定すると、ゾルは約３ｇのＴａ_２Ｏ_５を含んでいるはずである。

セリア上の１重量％Ｔａ _２ Ｏ _５ ：
上述のように調製されたシュウ酸タンタルコロイドの一部（２．５５ｇ、０．２ｇのＴａ_２Ｏ_５に相当）を小ビーカーに量り取り、全部で１２ｇを与えるように水を加える。高表面積セリア（１９．８ｇ）を加え、混合物を十分に攪拌する。試料を１０５℃で炉内乾燥し、次に、空気中、５００℃で２時間、焼成する（上昇率 １０℃／分）。

セリア上の５重量％Ｔａ _２ Ｏ _５ ：
シュウ酸タンタルコロイドの一部（１２．７３ｇ、１．０ｇのＴａ_２Ｏ_５に相当）を小ビーカーに量り取り、全部で１２ｇを与えるように水を加える。セリア（１９．０ｇ）を加え、混合物を十分に攪拌する。試料を１０５℃で炉内乾燥し、次に、空気中、５００℃で２時間、焼成する。

セリア上の１０重量％Ｔａ _２ Ｏ _５ ：
シュウ酸タンタルコロイドの一部（１２．７３ｇ、１．０ｇのＴａ_２Ｏ_５に相当）を小ビーカーに量り取り、全部で１２ｇを与えるように水を加える。セリア（９．０ｇ）を加え、混合物を十分に攪拌する。試料を１０５℃で炉内乾燥し、次に、空気中、５００℃で２時間、焼成する。

タンタラをドープしたセリアへの２％Ｐｄの含浸
硝酸パラジウム（ＩＩ）溶液（１．９８ｇ、１５．１４％Ｐｄ、０．３ｇのＰｄに相当）を小ビーカーに量り取り、水（７．０ｍＬ）で希釈する。上述のように調製された、タンタラをドープしたセリアの試料（１．０重量％Ｔａ_２Ｏ_５／セリア、１４．７ｇ）を加え、１０５℃で乾燥する前に、混合物を十分に攪拌する。試料を、空気中、５００℃で２時間、焼成する（上昇率 １０℃／分）。

同一の手順を用いて、５重量％及び１０重量％のＴａ_２Ｏ_５／セリアをドープされたセリア上の２％パラジウムを調製する。

触媒を、ディーゼル用酸化触媒として試験する前に、７５０℃で焼成する。結果を図７〜１０に示す。

セリア上のパラジウム触媒及びタンタラをドープしたセリア上のパラジウム触媒を、ＳＣＡＴ反応器中でプロピレン及びアンモニア酸化について、以下の条件下で調査する：３３５ｐｐｍのプロピレン、５０ｐｐｍのＮＨ_３、８％のＣＯ_２、５％のＨ_２Ｏ。温度：１５０℃から４００℃（上昇率：５℃／分）。ＮＯ酸化を、ディーゼル酸化試験において先に述べたように測定する。

結果
実施例１〜３及び比較実施例４〜６において調製された材料の各々についての格子パラメータ（オングストロームにおける）を上述のように決定する。図１は、本発明のディーゼル用酸化触媒用の担体として有用なニオビアをドープしたセリア（実施例１〜３において調製）が、ニオビアのレベルの増加に伴い、実質的な格子収縮を生じることを示している。これは、ベストフィットラインにおける大きい負の傾きから明らかである。この結果は、これらの材料がニオブを格子骨格内に取り込むことを示唆している。対照的に、国際公開第２０１２／００４２６３号の手順を用いて同一のＮｂ_２Ｏ_５含量を有する触媒を調製する場合（比較実施例４〜６）、格子収縮がほとんどあるいは全くないことは明白である。このことは、国際公開第２０１２／００４２６３号パンフレットの調製手順は、Ｎｂ_２Ｏ_５含量が同じであっても、実施例１〜３において調製されたものとは異なる生成物を与えることを実証している。結果は、国際公開第２０１２／００４２６３号パンフレットの手順が最初にニオビアを調製し、次いで、ニオビアの存在下でセリアを形成することから、妥当である。対照的に、ニオビアは、実施例１〜３では、予備形成されたセリアにドープされる。

実施例１〜３のニオビアをドープしたセリアが比較実施例４〜６の生成物とは異なることのさらなる証拠が、図２に示されている。図２は、ニオビアをドープしたセリア及び国際公開第２０１２／００４２６３号に従って作製された基準組成物のＮＯ_X変換対温度のプロットである。図に示されるように、ニオビアをドープしたセリアは、ニオビア含量が５．０重量％又は８．６重量％である場合に、１５０℃から５５０℃の範囲の温度で、はるかに高いパーセンテージでＮＯ_Xを変換する。

実施例１〜３の組成物は比較実施例４〜６において作られた組成物とは異なることから（格子収縮の測定値及びこれらの材料のＮＯ_X還元性能の両方から明らかなように）、ニオビアをドープしたセリア上に第８〜第１１族の遷移金属を担持することによって作製されたディーゼル用酸化触媒もまた異なっているに違いない。

図３は、ニオビアをドープしたセリア上２％パラジウム触媒（触媒Ｂ）及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒（触媒Ａ及びＣ）についての二酸化硫黄の取り込みのプロットである。触媒Ａ〜Ｃを作製する手順は先に提供されている。各触媒は、Ｎ_２下、６０ｐｐｍのＳＯ_２及び１０％のＯ_２を使用して３００℃で、触媒１ｇあたりのＳが４２ｍｇになるまで硫酸化される。図に示されるように、比較触媒Ａ及びＣは、触媒Ｂと比較してはるかに長い時間にわたり、ＳＯ_２をほぼ定量的に吸着する。担体の焼成は、硫黄の取り込みを悪化させるが（Ａ ｖ． Ｃ）、一方、ニオビアのドーピングはそれを劇的に低下させる。触媒Ｂは、ＳＯ_２を吸着する傾向がはるかに少なく、この実験における数分間以内に最大レベルから後退する。

二酸化硫黄の取り込み実験（図３）の後、同一の触媒は、温度プログラミングされた酸化（ＴＰＯ）に供される。二酸化硫黄の供給を中止し、温度を徐々に上昇させる。触媒から放出されたＳＯ_２の濃度をモニタリングする。図４に示されるように、全ての触媒はおよそ同一の温度においてＳＯ_２を放出したが、触媒ＢではＳＯ_２の放出がはるかに低い。これは、ニオビアをドープしたセリア上のＰｄ（触媒Ｂ）が、取り込みフェーズの間に、比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒よりも少ないＳＯ_２を吸着したことを裏付けている。

図５は、ニオビアをドープしたセリア上２％パラジウム触媒（触媒Ｂ）及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒（触媒Ａ及びＣ）についての一酸化炭素の変換対温度を提供し、触媒は、７５０℃でエイジングするか、又は７５０℃でエイジングし、かつ周期的な硫酸化／脱硫酸化に供される。エイジングさせた触媒を用いた結果が示すように、ニオビアのドーピングは、触媒が２００℃未満の温度でさらに効率的にＣＯを酸化可能にし、変換がほぼ定量的になる温度を低下させる。セリアのみの焼成（Ｃ対Ａ）は酸化効率を向上させるが、ニオビアのドーピングほどではない。硫黄被毒への反復曝露（周期的な硫酸化−脱硫酸化による）は、３種類の触媒のすべての酸化効率を低下させる。しかしながら、ニオビアをドープしたセリア上に担持された触媒は、その効率をより高く保持している。２１０℃における結果を比較すると、触媒Ｂを用いたＣＯ変換は、触媒Ａ又はＣを用いた場合に約３０％以下であるのに対し、約６０％である。さらには、セリアを焼成することにより得られる、触媒Ａに対する触媒Ｃの利点は、硫黄処理の際に失われるように見える。

図６では、プロピレン変換対温度が、触媒Ａ〜Ｃについて、図５を生成するのに用いられたのと同一のディーゼル酸化実験において比較されている。傾向は、概してＣＯ酸化について観察された傾向と同じである。ニオビアをドープしたセリア上に担持されたＰｄ（触媒Ｂ）は、プロピレンを２００℃未満の温度でより効率的に酸化し、より低い温度でプロピレン「着火」を達成する（５０％の変換が達成される温度として定義される）。硫黄への曝露の際に、触媒Ｂは、約２５０℃未満の温度で触媒Ａ又はＣと比較してより良好なプロピレン変換を実証している。

タンタラをドープしたセリアは、ディーゼル酸化のための第８〜第１１族の遷移金属触媒にとって有効な担体である。価値のある触媒は、アンモニアの酸化を抑制しつつも、炭化水素及びＮＯを酸化する能力を有するであろう。これは、酸化とＳＣＲ触媒とを同時に作用させることを可能にする。図７は、タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒についてのプロピレン又はアンモニアの変換率（％）対温度をプロットしたものである。図に示されるように、１重量％ほどの少量のＴａ_２Ｏ_５を用いたセリアのドーピングは、プロピレン着火温度を低下させ、アンモニア変換を抑制する。プロピレン着火は５重量％未満のＴａ_２Ｏ_５で最良のように見えるが、タンタラの量が増えると、より良好に、アンモニア変換をより高温へと推進する。

図８は、一酸化炭素の変換率（％）対温度のをプロットしたものであり、タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒についてのタンタラ含量が及ぼす影響を示している。図は、タンタラをドープした触媒、特にＴａ_２Ｏ_５を１０重量％ドープした触媒について、ＣＯ酸化活性における有意な向上を示している。図８に見られるのと同じ傾向は、同一の触媒を用いたプロピレン変換の結果を示す図９においても明白である。プロピレン着火温度は、１０％タンタラをセリア担体にドープすることによって劇的に低下する。図１０は、タンタラをドープしたセリア及び比較Ｐｄ／ＣｅＯ_２触媒上の２％パラジウムについてのＮＯ酸化温度要求性におけるタンタラの効果を示している。１重量％ほどの少量のタンタラを包含する際の曲線の左（より低い温度）へのシフトは、Ｔａをドープしたセリアが第８〜第１１族の遷移金属の担持に使用される場合に、より安易なＮＯ酸化を示唆している。

タンタラをドープしたセリア担体を使用する酸化触媒は、Ｐｄ／ＣｅＯ_２と比較して硫黄を蓄積する傾向が低減されている。図１１に示すように、タンタラをドープしたセリア上２％パラジウム触媒についての二酸化硫黄の取り込みは、担体にタンタラをドープしていない比較触媒よりも迅速に、加えたＳＯ_２の吸着を停止する。図１２の結果は、Ｔａ_２Ｏ_５をドープしたセリア上のＰｄが、硫黄を蓄積する傾向が少ないことを裏付けている。温度プログラミングされた酸化は結果的に、二酸化硫黄曝露後のタンタラをドープしたセリア上に担持された触媒からの二酸化硫黄放出量を低下させる。

先の実施例は単に例示として意図されており、以下の特許請求の範囲により本発明の範囲が規定されるものである。

Claims (17)

1. ディーゼルエンジンからの排ガスを処理するための触媒であって、
   （ａ）０．１重量％から１０重量％の第８族から第１１族の遷移金属；及び
   （ｂ）９０重量％から９９．９重量％の担体
   を含み、
   担体は、少なくとも９０重量％のセリア及び、セリア上にドープされた、ニオブ（Ｎｂ）又はタンタル（Ｔａ）を含む、０．１重量％から１０重量％のドーパントを含む、
   触媒。
2. ドーパントがニオビア又はタンタラである、請求項１に記載の触媒。
3. 第８〜第１１族の遷移金属がパラジウムである、請求項１又は２に記載の触媒。
4. １重量％から５重量％の第８〜第１１族の遷移金属を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の触媒。
5. 担体が少なくとも９５重量％のセリアを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の触媒。
6. 担体が１００ｍ^２／ｇより大きい表面積を有するセリアを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の触媒。
7. 担体が１重量％から５重量％のドーパントを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の触媒。
8. 担体が焼成された担体であり、かつ、任意選択的に、焼成された担体が６００℃から１０００℃の範囲内の温度で焼成することによって得られている、請求項１から７のいずれか一項に記載の触媒。
9. 触媒が焼成された触媒であり、かつ、任意選択的に、焼成された触媒が６００℃から１０００℃の範囲内の温度で焼成することによって得られている、請求項１から８のいずれか一項に記載の触媒。
10. ディーゼルエンジンからの排ガスを処理するための触媒の調製方法であって、
    （ａ）セリアに、水溶性のニオブ（Ｎｂ）塩又はタンタル（Ｔａ）塩を含む水溶液を含浸させる工程；
    （ｂ）含浸されたセリアを６００℃から１０００℃の範囲内の温度で焼成して担体を得る工程；
    （ｃ）担体に第８〜第１１族の遷移金属を含む溶液を含浸させる工程、
    を含む方法。
11. （ｄ）工程（ｃ）から得た生成物を６００℃から１０００℃の範囲内の温度で焼成して、焼成された触媒を生成する工程であって、焼成された触媒が０．１重量％から１０重量％の第８〜第１１族の遷移金属を含む、工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１０又は請求項１１に記載の方法によって得られるディーゼルエンジンからの排ガスを処理するための触媒であって、任意選択的に、触媒が請求項１から９のいずれか一項に記載されるものである、触媒。
13. 請求項１から９又は１２のいずれか一項に記載の触媒、及び任意選択的に、ＳＣＲ触媒、ディーゼルパティキュレートフィルター、触媒化スートフィルター、アンモニアスリップ触媒、又はこれらの組合せを備える、排ガス後処理システム。
14. 触媒がディーゼル用酸化触媒である、請求項１から９又は１２のいずれか一項に記載の触媒又は請求項１３に記載の排ガス後処理システム。
15. 触媒がＮＯ_X吸着剤である、請求項１から９又は１２のいずれか一項に記載の触媒又は請求項１３に記載の排ガス後処理システム。
16. 触媒が水銀酸化触媒である、請求項１から９又は１２のいずれか一項に記載の触媒又は請求項１３に記載の排ガス後処理システム。
17. 請求項１から９又は１２又は１４から１６のいずれか一項に記載の触媒の存在下で、一酸化炭素、不飽和炭化水素、又は両方を含むガス状のディーゼル排気流を酸化することを含む方法。
    

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