JP2017530859A - Catalyst with improved hydrothermal stability - Google Patents

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Abstract

排ガス排出物を処理するための触媒が開示される。前記触媒は、酸化物基準で約20%〜約80%の範囲の複合体の質量パーセントで存在するセリア相を有するセリア−アルミナ粒子と、前記セリア−アルミナ粒子に担持されたアルカリ土類金属成分とを含むことができ、その際、CeO2は2%のO2及び10%の蒸気を含有するN2において950℃で5時間エージングさせた後に水熱安定性であり且つ160Å未満の平均クリスタリットサイズを有するクリスタリットの形で存在する。A catalyst for treating exhaust gas emissions is disclosed. The catalyst comprises ceria-alumina particles having a ceria phase present in a composite mass percent ranging from about 20% to about 80% on an oxide basis, and an alkaline earth metal component supported on the ceria-alumina particles. CeO2 is hydrothermally stable after aging at 950 ° C. for 5 hours in N2 containing 2% O2 and 10% steam, and has an average crystallite size of less than 160 mm. It exists in the form of crystallites.

Description

発明の属する技術分野
本発明は、排ガス浄化用触媒及びその使用方法に関する。更に詳細には、本発明は、熱エージングに耐性のある触媒及びその材料の使用方法に関する。排ガス浄化触媒は、排ガス流、特に希薄燃焼エンジンから生じる排ガス流を処理するために使用され得る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst and a method of using the same. More particularly, the present invention relates to a catalyst resistant to thermal aging and a method of using the material. The exhaust gas purification catalyst can be used to treat an exhaust gas stream, particularly an exhaust gas stream originating from a lean burn engine.

背景
希薄燃焼エンジン、例えばディーゼルエンジン及び希薄燃焼ガソリンエンジンの運転は、ユーザに優れた燃料経済性をもたらし、且つ燃料希薄条件下で高い空燃比での運転のために、気相の炭化水素及び一酸化炭素の排出が低い。更に、ディーゼルエンジンは、燃費、耐久性、及び低速で高トルクを発生させるそれらの能力に関して、ガソリン(スパーク・イグニッション)エンジンよりも大きな利点をもたらす。
BACKGROUND The operation of lean burn engines, such as diesel engines and lean burn gasoline engines, provides users with excellent fuel economy and for high air / fuel ratio operation under lean fuel conditions. Low emissions of carbon oxides. In addition, diesel engines offer significant advantages over gasoline (spark ignition) engines in terms of fuel consumption, durability, and their ability to generate high torque at low speeds.

しかしながら、ディーゼルエンジンは、排出の観点から、それらの火花点火に相当するものよりも重大な問題を抱えている。なぜなら、ディーゼルエンジンの排ガスは異種混合物であり、排出問題は、粒子状物質(PM)、酸化窒素(NO)、未燃炭化水素(HC)、及び一酸化炭素に関係するからである。 However, diesel engines have more serious problems than their spark ignition counterparts in terms of emissions. This is because the exhaust gas of a diesel engine is a heterogeneous mixture and the emission problem is related to particulate matter (PM), nitric oxide (NO x ), unburned hydrocarbons (HC), and carbon monoxide.

排ガス規制基準を満たすためには、希薄燃焼エンジンからの窒素酸化物(NO)の排出が低減されなければならない。従来の三元変換(TWC)自動車用触媒は、化学量論的空燃条件で又はその近くで運転されるエンジンの排気中のNO、一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)汚染物質を除去するのに適している。化学量論的条件をもたらす空気と燃料の正確な割合は、燃料中の炭素と水素の相対的な割合によって変化する。14.65:1(空気の質量対燃料の質量)の空気対燃料(A/F)比は、平均式CH1.88を有するガソリンなどの炭化水素燃料の燃焼に対応する化学量論比である。従って記号λは、所定の燃料について特定のA/F比を化学量論的A/F比で割った結果を表すために使用され、λ=1は化学量論的混合物であり、λ>1は燃料希薄混合物であり、λ<1は燃料過濃混合物である。 In order to meet exhaust emission standards, nitrogen oxide (NO x ) emissions from lean burn engines must be reduced. Conventional three-way conversion (TWC) automotive catalysts are NO x , carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) pollutants in the exhaust of engines operating at or near stoichiometric air-fuel conditions. Suitable for removing. The exact ratio of air to fuel that results in stoichiometric conditions varies with the relative proportions of carbon and hydrogen in the fuel. The air to fuel (A / F) ratio of 14.65: 1 (air mass to fuel mass) is the stoichiometric ratio corresponding to the combustion of hydrocarbon fuels such as gasoline having the average formula CH 1.88. is there. Thus, the symbol λ is used to represent the result of dividing a particular A / F ratio by a stoichiometric A / F ratio for a given fuel, where λ = 1 is a stoichiometric mixture and λ> 1 Is a lean fuel mixture and λ <1 is a fuel rich mixture.

エンジン、特に、乗用車等に使用されるべきガソリン燃料エンジンは、燃費対策として希薄条件下で運転するように設計されている。このような未来型エンジンは、「希薄燃焼エンジン」と呼ばれている。即ち、このようなエンジンに供給される燃焼混合物中の燃料に対する空気の比は、化学量論比を超えて維持されるので、結果として生じる排ガスは「希薄」である、即ち、排ガスは酸素含有量が比較的高い。希薄燃焼エンジンは燃費を向上させているが、排気中の過剰な酸素のために、従来のTWC触媒がこのようなエンジンからNO排出を低減させるのに効果的ではないという欠点を有する。この問題を克服するための試みには、NOトラップの使用が含まれていた。このようなエンジンの排気は、希薄(酸素過濃)運転時にNOを吸蔵し、過濃(燃料過濃)運転時に吸蔵されたNOを放出する触媒/NO吸着剤で処理される。過濃(又は化学量論的)運転の間、触媒/NO吸着剤の触媒成分は、NO(NO吸着剤から放出されたNOを含む)と、排気中に存在するHC、CO及び/又は水素との反応によって、NOの窒素への還元を促進する。 Engines, particularly gasoline fuel engines to be used in passenger cars and the like, are designed to operate under lean conditions as a fuel economy measure. Such a futuristic engine is called a “lean combustion engine”. That is, the ratio of air to fuel in the combustion mixture supplied to such an engine is maintained above the stoichiometric ratio so that the resulting exhaust gas is “lean”, ie, the exhaust gas contains oxygen. The amount is relatively high. Although lean-burn engines which improves fuel economy, due to excessive oxygen in the exhaust, a conventional TWC catalyst has the disadvantage that effective non for reducing NO x emissions from such engines. Attempts to overcome this problem included the use of NO x traps. Such exhaust engines, lean (oxygen rich) occludes NO x during operation, rich (fuel rich) is treated with a catalytic / NO x absorbent to release the occluded NO x during operation. During over-rich (or stoichiometric) operation, the catalyst components of the catalyst / NO x adsorbent include NO x (including NO x released from the NO x adsorbent) and HC, CO present in the exhaust. And / or promotes the reduction of NO x to nitrogen by reaction with hydrogen.

還元環境下では、希薄NOトラップ(LNT)は、炭化水素の蒸気改質反応と水性ガスシフト(WGS)反応を促進させて、NOを除去する還元剤としてHをもたらすことにより反応を活性化させる。水性ガスシフト反応は、一酸化炭素が水蒸気と反応して二酸化炭素と水素を生成する化学反応である。LNT中のセリアの存在は、WGS反応を触媒し、LNTのSO不活性化に対する耐性を改善し、PGMを安定化させる;LNT中のセリアはNO吸蔵成分としても機能する。 In a reducing environment, a lean NO x trap (LNT) activates the reaction by promoting hydrocarbon steam reforming and water gas shift (WGS) reactions to provide H 2 as a reducing agent to remove NO x. Make it. The water gas shift reaction is a chemical reaction in which carbon monoxide reacts with water vapor to generate carbon dioxide and hydrogen. The presence of ceria in the LNT catalyzes the WGS reaction, improves the resistance of the LNT to SO 2 inactivation and stabilizes the PGM; ceria in the LNT also functions as a NO x storage component.

セリア(CeO)に固定されたバリウム(BaCO)を含むNO吸蔵材が報告されており、これらのNO材料は向上した熱エージング特性を示した。しかしながら、セリアは高温での熱水エージング時に深刻な焼結が起こる。焼結は、低温NO吸蔵容量やWGSの活性を低下させるばかりでなく、バルクCeOによるBaCOとPGMの封入ももたらす。従って、水熱安定性のセリア含有触媒が必要とされている。 NO x storage materials containing barium (BaCO 3 ) immobilized on ceria (CeO 2 ) have been reported, and these NO x materials showed improved thermal aging properties. However, ceria undergoes severe sintering during hot water aging at high temperatures. Sintering is not only to lower the low temperature the NO x storage capacity and WGS activity also results in the inclusion of BaCO 3 and PGM by bulk CeO 2. Therefore, there is a need for a hydrothermally stable ceria-containing catalyst.

発明の概要
本発明の第1の態様の実施形態は、触媒に関する。第1の実施形態では、触媒は、酸化物基準で約20%〜約80%の範囲の粒子の質量パーセントで存在するセリア相を有するセリア−アルミナ粒子と、前記セリア−アルミナ粒子に担持されたアルカリ土類金属成分とを含み、ここでCeOは、2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後に水熱安定性であり且つ160Å未満の平均クリスタリットサイズを有するクリスタリットの形で存在する。
SUMMARY OF THE INVENTION An embodiment of the first aspect of the invention relates to a catalyst. In a first embodiment, a catalyst is supported on the ceria-alumina particles having ceria-alumina particles having a ceria phase present in a mass percent of particles ranging from about 20% to about 80% on an oxide basis. Wherein the CeO 2 is hydrothermally stable after aging at 950 ° C. for 5 hours in N 2 containing 2% O 2 and 10% steam and less than 160% It exists in the form of crystallites having an average crystallite size.

第2の実施形態では、第1の実施形態の触媒が改良され、その際、前記アルカリ土類金属成分はバリウム成分を含む。   In the second embodiment, the catalyst of the first embodiment is improved, wherein the alkaline earth metal component includes a barium component.

第3の実施形態では、第2の実施形態の触媒が改良され、その際、前記バリウム成分は酸化バリウム及び炭酸バリウムからなる群から選択される。   In the third embodiment, the catalyst of the second embodiment is improved, wherein the barium component is selected from the group consisting of barium oxide and barium carbonate.

第4の実施形態では、第1〜第3の実施形態の触媒が改良され、その際、前記セリア−アルミナ粒子はセリアとアルミナとの複合体である。   In the fourth embodiment, the catalysts of the first to third embodiments are improved, in which the ceria-alumina particles are a composite of ceria and alumina.

第5の実施形態では、第1〜第4の実施形態の触媒が改良され、前記セリア−アルミナ粒子に担持された、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの白金族金属を更に含む。   In the fifth embodiment, the catalysts of the first to fourth embodiments are improved and selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, iridium, and mixtures thereof supported on the ceria-alumina particles. Further comprising at least one platinum group metal.

第6の実施形態では、第5の実施形態の触媒が改良され、その際、前記白金族金属は、白金、パラジウム、ロジウム、及びそれらの混合物から選択される。   In a sixth embodiment, the catalyst of the fifth embodiment is improved, wherein the platinum group metal is selected from platinum, palladium, rhodium, and mixtures thereof.

第7の実施形態では、第2〜第6の実施形態の触媒が改良され、その際、前記バリウム成分は酸化物基準で約0.5質量%〜50質量%の範囲の量で存在する。   In a seventh embodiment, the catalysts of the second to sixth embodiments are improved, wherein the barium component is present in an amount ranging from about 0.5% to 50% by weight on an oxide basis.

第8の実施形態では、第2〜第7の実施形態の触媒が改良され、その際、前記バリウム成分は酸化物基準で約5質量%〜30質量%の範囲の量で存在する。   In an eighth embodiment, the catalysts of the second to seventh embodiments are improved, wherein the barium component is present in an amount ranging from about 5% to 30% by weight on an oxide basis.

第9の実施形態では、第4の実施形態の触媒が改良され、その際、前記CeOとAlとの複合体が酸化物基準で約30質量%〜80質量%の範囲の量でセリアを含有する。 In a ninth embodiment, the catalyst of the fourth embodiment is improved, wherein the complex of CeO 2 and Al 2 O 3 is in an amount in the range of about 30% to 80% by weight on an oxide basis. Contains ceria.

第10実施形態では、第4の実施形態の触媒が改良され、その際、前記CeOとAlとの複合体が酸化物基準で約50質量%〜80質量%の範囲の量でセリアを含有する。 In the tenth embodiment, the catalyst of the fourth embodiment is improved, wherein the complex of CeO 2 and Al 2 O 3 is in an amount in the range of about 50 wt% to 80 wt% based on the oxide. Contains ceria.

第11の実施形態では、第5又は第6の実施形態の触媒が改良され、その際、前記白金族金属は実質的に白金及びパラジウムからなる。   In the eleventh embodiment, the catalyst of the fifth or sixth embodiment is improved, in which the platinum group metal consists essentially of platinum and palladium.

第12の実施形態では、第5又は第6の実施形態の触媒が改良され、その際、前記白金族金属は実質的に白金からなる。   In the twelfth embodiment, the catalyst of the fifth or sixth embodiment is improved, in which the platinum group metal consists essentially of platinum.

第13の実施形態では、第1〜第12の実施形態の触媒が改良されており、その際、前記触媒は、三元触媒(TWC)、ディーゼル酸化触媒(DOC)、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)、希薄NOトラップ(LNT)、一体型の希薄NOトラップ三元触媒(LNT−TWC)、又はアンモニア酸化(AMOX)から選択される。 In the thirteenth embodiment, the catalysts of the first to twelfth embodiments are improved. In this case, the catalyst is a three-way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst (DOC), a gasoline particulate filter (GPF). ), Lean NO x trap (LNT), integrated lean NO x trap three way catalyst (LNT-TWC), or ammonia oxidation (AMOX).

本発明の第2の態様は、システムに関する。第14の実施形態では、システムは、第1〜第13の実施形態の触媒、及び前記触媒の上流にある希薄燃焼エンジンを含む。   A second aspect of the present invention relates to a system. In a fourteenth embodiment, a system includes the catalyst of the first to thirteenth embodiments and a lean combustion engine upstream of the catalyst.

第15の実施形態では、第12の実施形態のシステムが改変され、第2の触媒と、場合により、パティキュレートフィルタとを更に含む。   In the fifteenth embodiment, the system of the twelfth embodiment is modified to further include a second catalyst and optionally a particulate filter.

第16の実施形態では、第13の実施形態のシステムが改変され、その際、前記第2の触媒は、三元触媒(TWC)、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)、選択的触媒還元(SCR)、希薄NOトラップ(LNT)、アンモニア酸化(AMOX)、SCR・オン・フィルタ(SCRoF)、及びそれらの組み合わせ、及びそれらの組み合わせから選択される。 In the sixteenth embodiment, the system of the thirteenth embodiment is modified, wherein the second catalyst is a three-way catalyst (TWC), a gasoline particulate filter (GPF), a selective catalytic reduction (SCR). , lean NO x trap (LNT), ammonia oxidation (AMOX), SCR-on filter (SCRoF), and combinations thereof, and combinations thereof.

図1は、一実施形態による触媒を含むウォッシュコート組成物を含み得るハニカム型耐火基材部材の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a honeycomb-type refractory substrate member that may include a washcoat composition that includes a catalyst according to one embodiment. 図2は、図1に対して拡大され且つ図1の基材の端面に平行な平面に沿って取った部分断面図であり、図1に示すガス流路の1つの拡大図を示す。2 is a partial cross-sectional view taken along a plane that is enlarged with respect to FIG. 1 and parallel to the end face of the substrate of FIG. 1, showing an enlarged view of one of the gas flow paths shown in FIG. 図3は、新しい時に及び2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後に実施例に従ってXRDによって測定されたCeOのクリスタリットサイズのグラフである。FIG. 3 is a graph of the crystallite size of CeO 2 measured by XRD according to an example after aging at 950 ° C. for 5 hours at N 2 containing 2% O 2 and 10% steam. . 図4は、10%の蒸気を含有する空気において850℃で8時間エージングさせた後に実施例に従ってXRDによって測定されたCeOのクリスタリットサイズのグラフである。FIG. 4 is a graph of the crystallite size of CeO 2 measured by XRD according to an example after aging at 850 ° C. for 8 hours in air containing 10% steam.

発明の詳細な説明
本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する前に、本発明は、以下の説明に記載される構成又は工程段階の詳細に制限されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実行又は実施することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Before describing some exemplary embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited to the details of construction or process steps set forth in the following description. . The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various ways.

本発明の実施形態によれば、バリウム成分(例えば、BaCO及び/又はBaO)をセリア−アルミナ(CeO/Al)に組み込むことで、とてつもなく大きな安定化効果をCeOに及ぼし、従って、触媒材料に、従来技術よりも改善された水熱安定性、高いNOトラップ能力、及び高いNO転化率をもたらす。 According to embodiments of the present invention, incorporating a barium component (eg, BaCO 3 and / or BaO) into ceria-alumina (CeO 2 / Al 2 O 3 ) has a tremendous stabilizing effect on CeO 2 , Thus, the catalyst material provides improved hydrothermal stability, high NO x trap capacity, and high NO x conversion over the prior art.

1つ以上の実施形態では、触媒は、酸化物基準で約20%〜約80%の範囲の複合体の質量パーセントで存在するセリア相を有するセリア−アルミナ粒子と、前記セリア−アルミナ粒子に担持されたアルカリ土類金属成分とを含む。XRDから得られた新しい試料とエージングさせた試料の平均CeOクリスタリットサイズは、CeOの水熱安定性の目安として使用され得る。従って、1つ以上の実施形態では、CeOは、2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後に水熱安定性であり且つ160Å未満の平均クリスタリットサイズを有するクリスタリットの形で存在する。 In one or more embodiments, the catalyst comprises ceria-alumina particles having a ceria phase present at a weight percent of the composite ranging from about 20% to about 80% on an oxide basis, and supported on the ceria-alumina particles. Alkaline earth metal component. The average CeO 2 crystallite size of fresh and aged samples obtained from XRD can be used as a measure of the hydrothermal stability of CeO 2 . Thus, in one or more embodiments, CeO 2 is hydrothermally stable after aging at 950 ° C. for 5 hours in N 2 containing 2% O 2 and 10% steam and an average of less than 160 kg It exists in the form of crystallites having a crystallite size.

本開示で使用される用語に関して、以下の定義が与えられる。   With respect to terms used in this disclosure, the following definitions are given.

本明細書で使用される「触媒」又は「触媒材料」又は「触媒性材料」という用語は、反応を促進する材料を指す。   As used herein, the term “catalyst” or “catalytic material” or “catalytic material” refers to a material that promotes the reaction.

本明細書で使用される、「層」及び「層状の」という用語は、表面、例えば、基材上に担持された構造を指す。1つ以上の実施形態では、本発明の触媒は、基材又は基材部材上にウォッシュコートとして被覆され、基材上に層を形成する。   As used herein, the terms “layer” and “layered” refer to structures supported on a surface, eg, a substrate. In one or more embodiments, the catalyst of the present invention is coated as a washcoat on a substrate or substrate member to form a layer on the substrate.

本明細書で使用される「ウォッシュコート」という用語は、触媒又は他の材料の薄い付着性のコーティングの技術分野における通常の意味を有し、それらのコーティングは、処理されるガス流の通過を可能にするのに十分に多孔質である、ハニカム型キャリア部材などの担体基材材料に適用される。当業界で理解されているように、ウォッシュコートは、スラリー中の粒子の分散液から得られ、これが基材に塗布され、乾燥され、焼成されると多孔質ウォッシュコートが得られる。   As used herein, the term “washcoat” has its usual meaning in the art of thin adherent coatings of catalysts or other materials, which coatings pass through the gas stream being processed. Applies to carrier substrate materials, such as honeycomb type carrier members, that are sufficiently porous to enable. As is understood in the art, a washcoat is obtained from a dispersion of particles in a slurry, which is applied to a substrate, dried and fired to obtain a porous washcoat.

本明細書で使用される「担体」という用語は、付加的な化合物又は要素が担持される下にある高表面積の材料を指す。担体粒子は20Åよりも大きな細孔及び広い細孔分布を有する。本明細書で定義されるように、このような金属酸化物担体は、モレキュラーシーブ、具体的にはゼオライトを排除する。特定の実施形態では、高表面積の耐火金属酸化物担体、例えば、通常60平方メートル/グラム(「m/g」)を超える、しばしば約200m/gまで又はそれ以上のBET表面積を示す「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が利用され得る。このような活性アルミナは、通常、ガンマ相とデルタ相のアルミナの混合物であるが、かなりの量のイータアルミナ相、カッパアルミナ相、及びシータアルミナ相も含有し得る。活性アルミナ以外の耐火金属酸化物は、所与の触媒において少なくとも幾つかの触媒成分の担体として使用され得る。このような用途には、例えばバルクセリア、ジルコニア、アルファアルミナ、シリカ、チタニア、及び他の材料が知られている。 As used herein, the term “carrier” refers to an underlying high surface area material on which additional compounds or elements are supported. The carrier particles have pores larger than 20 及 び and a wide pore distribution. As defined herein, such metal oxide supports exclude molecular sieves, specifically zeolites. In certain embodiments, a high surface area refractory metal oxide support, such as “gamma”, which typically exhibits a BET surface area of greater than 60 square meters per gram (“m 2 / g”), often up to about 200 m 2 / g or more. An alumina support material, also referred to as “alumina” or “activated alumina” may be utilized. Such activated alumina is usually a mixture of gamma and delta phase alumina, but may also contain significant amounts of eta alumina phase, kappa alumina phase, and theta alumina phase. Refractory metal oxides other than activated alumina can be used as a support for at least some catalyst components in a given catalyst. For such applications, for example, bulk ceria, zirconia, alpha alumina, silica, titania, and other materials are known.

1つ以上の実施形態では、触媒はセリア−アルミナ粒子を含む。セリア−アルミナ粒子は、酸化物基準で、約20%〜約80%の範囲(20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、又は80%を含む)の触媒の質量パーセントで存在するセリア相を有する。1つ以上の特定の実施形態では、XRDから得られた、新しい試料及びエージングさせた試料の平均CeOクリスタリットサイズは、CeOの水熱安定性の目安として使用され得る。従って、1つ以上の実施形態では、CeOは、2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後に、水熱安定性であり且つ160Å未満の平均クリスタリットサイズ(160Å、155Å、150Å、140Å、130Å、120Å、110Å、10.0Å、90Å、80Å、70Å、60Å、50Å、40Å、30Å、20Å、10Å及び5Åを含む)を有するクリスタリットの形で存在する。特定の実施形態では、セリア−アルミナ粒子は、酸化物基準で約30質量%〜80質量%の複合材の質量パーセントの量で存在するセリア相を含む。非常に特別な実施形態では、セリア−アルミナ粒子は、酸化物基準で約50〜80質量%の量で複合材の質量パーセントで存在するセリア相を含む。 In one or more embodiments, the catalyst comprises ceria-alumina particles. Ceria-alumina particles range from about 20% to about 80% on the oxide basis (20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65% , 70%, 75%, or 80%), with a ceria phase present at a weight percent of the catalyst. In one or more specific embodiments, the average CeO 2 crystallite size of fresh and aged samples obtained from XRD can be used as a measure of the hydrothermal stability of CeO 2 . Thus, in one or more embodiments, CeO 2 is hydrothermally stable and less than 160 kg after aging at 950 ° C. for 5 hours in N 2 containing 2% O 2 and 10% steam. Of crystallites having an average crystallite size (including 160Å, 155Å, 150Å, 140Å, 130Å, 120Å, 110Å, 10.0Å, 90Å, 80Å, 70Å, 60Å, 50Å, 40Å, 30Å, 20Å, 10Å and 5Å) Exists in form. In certain embodiments, the ceria-alumina particles comprise a ceria phase that is present in an amount of about 30% to 80% by weight of the composite, based on oxide. In a very particular embodiment, the ceria-alumina particles comprise a ceria phase that is present in a weight percent of the composite in an amount of about 50-80% by weight based on the oxide.

1つ以上の実施形態では、CeOは、950℃でエージングさせた際に水熱安定性であり且つより大きなクリスタリットへの成長に対して抵抗性を示すクリスタリットの形で存在する。本明細書で使用される「成長に対して抵抗性を示す」という用語は、クリスタリットがエージング時に平均160Åよりも大きくないサイズまで成長することを意味する。特定の実施形態では、触媒物品を2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後、XRDによって測定されるCeOクリスタリットサイズは160Å未満である。1つ以上の実施形態によれば、粉末試料と被覆された触媒のCeOクリスタリットサイズは異なる。被覆された触媒では、他のウォッシュコート成分がCeOに対して安定化作用を有し得る。従って、同じ950℃でエージングさせた後、被覆された触媒のCeOクリスタリットサイズは粉末よりも小さい。 In one or more embodiments, CeO 2 is present in a crystallite form that is hydrothermally stable when aged at 950 ° C. and is resistant to growth to larger crystallites. As used herein, the term “resisting to growth” means that the crystallite grows to a size that is no larger than an average of 160 時 に upon aging. In certain embodiments, the CeO 2 crystallite size measured by XRD is less than 160 後 after aging the catalyst article in N 2 containing 2% O 2 and 10% steam for 5 hours at 950 ° C. . According to one or more embodiments, the CeO 2 crystallite size of the powder sample and the coated catalyst are different. The coated catalyst, other washcoat components may have a stabilizing effect on CeO 2. Thus, after aging at the same 950 ° C., the coated catalyst has a smaller CeO 2 crystallite size than the powder.

本明細書で使用される「平均クリスタリットサイズ」という用語は、以下に記載するXRDによって測定される平均サイズを指す。   As used herein, the term “average crystallite size” refers to the average size as measured by XRD as described below.

本明細書で使用される「XRD」という用語は、結晶の原子・分子構造を決定する方法であるX線回折結晶学を指す。XRDでは、結晶性原子がX線の光線を多くの特定の方向に回折させる。これらの回折された光線の角度と強度を測定することで、結晶内の電子密度の3次元像を生成することができる。この電子密度から、結晶中の原子の位置だけでなく、化学結合、その乱れ、及びその他の情報も求めることができる。特に、XRDはクリスタリットサイズの推定に使用できる;クリスタリットサイズが小さくなるとピークが広がるので、ピーク幅はクリスタリットサイズに反比例する。1つ以上の実施形態では、XRDを用いてCeO粒子の平均クリスタリットサイズを測定する。 The term “XRD” as used herein refers to X-ray diffraction crystallography, which is a method for determining the atomic and molecular structure of a crystal. In XRD, crystalline atoms diffract X-ray rays in many specific directions. By measuring the angle and intensity of these diffracted rays, a three-dimensional image of the electron density in the crystal can be generated. From this electron density, not only the position of atoms in the crystal, but also chemical bonds, their disturbances, and other information can be obtained. In particular, XRD can be used to estimate the crystallite size; as the crystallite size decreases, the peak broadens, so the peak width is inversely proportional to the crystallite size. In one or more embodiments, XRD is used to measure the average crystallite size of CeO 2 particles.

XRDピークの幅は、サイズとひずみの両方に関連する広がり効果の組み合わせとして解釈される。両方を決定するために使用される式を以下に示す。以下の第1式は、半値全幅FWHMの情報を、所与の相のクリスタリットサイズに変換するために使用されるシェラー式である。第2式は、ピーク幅の情報から結晶中のひずみを計算するために使用され、ピークの広さ又は幅の合計は、第3式に示すように、これらの2つの効果の総和であると考えられる。サイズやひずみの拡大は、ブラッグ角θに関して様々な方法で変化することに注意すべきである。シェラー式の定数については以下で説明する。

Figure 2017530859
The width of the XRD peak is interpreted as a combination of broadening effects related to both size and strain. The formula used to determine both is shown below. The first equation below is a Scherrer equation used to convert the full width at half maximum FWHM information to the crystallite size of a given phase. The second equation is used to calculate the strain in the crystal from the peak width information, and the sum of the peak width or width is the sum of these two effects, as shown in the third equation. Conceivable. Note that the increase in size and strain varies in various ways with respect to the Bragg angle θ. Scherer constants are described below.
Figure 2017530859

シェラー式の定数は以下の通りである:
K:形状定数(ここでは0.9の値を使用する)
L:ピーク幅(これは、NIST SRM 660b LaB6 Line Position & Line Shape Standardの使用を通して機器光学系からの寄与分について補正される)
Θ:対象の反射の2θ値の1/2
λ:放射線の波長1.5406Å
The Scherrer constants are:
K: Shape constant (0.9 is used here)
L: Peak width (this is corrected for contributions from instrument optics through the use of NIST SRM 660b LaB6 Line Position & Line Shape Standard)
Θ: 1/2 of 2θ value of target reflection
λ: wavelength of radiation 1.5406 mm

本明細書で使用される「クリスタリットサイズ」とは、反射を生じさせる格子平面の組に直交する方向における干渉性散乱領域の長さであると理解される。CeOの場合、CeO<111>反射は、CeOのX線回折パターンの中で最も強いピークである。原子のCeO<111>平面は、単一体で、結晶軸のそれぞれと交差し、<111>ベクトルによって表される対角線体に直交する。そのため、CeO111反射のFWHMから計算された312Åのクリスタリットサイズは、原子の<111>平面のおおよそ100層であると考えられるであろう。 As used herein, “crystallite size” is understood to be the length of the coherent scattering region in a direction orthogonal to the set of grating planes that cause reflection. For CeO 2, CeO 2 <111> reflection is the strongest peak in X-ray diffraction pattern of CeO 2. The CeO 2 <111> plane of atoms is a single body that intersects each of the crystal axes and is orthogonal to the diagonal line represented by the <111> vector. Therefore, the crystallite size of 312 cm calculated from the FWHM of CeO 2 111 reflection would be considered to be approximately 100 layers in the <111> plane of the atom.

結晶中の、異なる方向、そして反射は、異なるが近いクリスタリットサイズ値をもたらすであろう。それらの値は、結晶が完全な球形である場合のみ正確であるだろう。ウィリアムソンホールプロットは、以下に一次方程式として全ピーク広さを考慮することによってサイズ及びひずみの影響を解釈するために用いられ、ここで線の傾きはひずみを表し、切片は結晶のサイズである。

Figure 2017530859
Different directions and reflections in the crystal will result in different but near crystallite size values. Those values will only be accurate if the crystal is perfectly spherical. The Williamson Hall plot is used below to interpret the effect of size and strain by considering the total peak width as a linear equation, where the slope of the line represents the strain and the intercept is the size of the crystal .
Figure 2017530859

クリスタリットサイズを決定するために1つの反射のFWHM値又は完全なX線回折パターンから材料のFWHM値を測定する。従来、1つの反射は、その反射のFWHM値を決定するために適合され、機器からの寄与分についてFWHM値が補正され、そして補正されたFWHM値が、シェラー式を用いてクリスタリットサイズ値に変換された。これは、結晶中のひずみによる影響を無視することによって行われるであろう。この方法は主に、たった1つの有用な反射しか有していない貴金属のクリスタリットサイズに関する問いのために使用されてきた。ピークをフィッティングする際に、他の相からの反射によって重ならない清浄な反射を有することが望ましいことに留意されるべきである。これは、リートフェルト法が現在使用されている本発明のウォッシュコート配合物にはめったにあてはまらない。リートフェルト法は、存在する相の公知の結晶構造を用いて、複雑なX線回折パターンの適合を可能にする。結晶構造はフィッティングプロセスにおいて抑制又はブレーキとしての役割を果たす。全モデルが実験データと一致するまで、相含有量、格子パラメータ、及びFWHM情報は、それぞれの相に対して変動する。   To determine the crystallite size, the FWHM value of the material is measured from the FWHM value of one reflection or the complete X-ray diffraction pattern. Conventionally, one reflection is adapted to determine the FWHM value of that reflection, the FWHM value is corrected for the contribution from the instrument, and the corrected FWHM value is converted to the crystallite size value using the Scherrer equation. Converted. This would be done by ignoring the effects of strain in the crystal. This method has been used primarily for questions regarding the crystallite size of noble metals that have only one useful reflection. It should be noted that when fitting peaks, it is desirable to have a clean reflection that does not overlap by reflections from other phases. This is rarely the case for the washcoat formulations of the present invention where the Rietveld process is currently used. The Rietveld method allows the adaptation of complex X-ray diffraction patterns using the known crystal structure of the existing phase. The crystal structure serves as a restraint or brake in the fitting process. Until the entire model matches the experimental data, the phase content, lattice parameters, and FWHM information will vary for each phase.

以下の実施例では、リートフェルト法を、新しい試料及びエージングさせた試料の実験パターンに適合するように用いた。各試料中の各相について求めたFWHM曲線を用いてクリスタリットサイズを求めた。ひずみ効果を除外した。   In the following examples, the Rietveld method was used to match the experimental pattern of the new and aged samples. The crystallite size was calculated | required using the FWHM curve calculated | required about each phase in each sample. The strain effect was excluded.

本明細書で使用される「アルカリ土類金属」という用語は、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、及びラジウム(Ra)を含む元素の周期律表に定義された1つ以上の化学元素を指す。1つ以上の実施形態では、アルカリ土類金属成分が、塩及び/又は硫酸塩及び/又は酸化物(例えば、BaCO、BaSO、及び/又はBaO)として触媒中に取り込まれると「アルカリ土類金属成分」を得ることができる。か焼の際に、バリウム成分が炭酸バリウム及び/又は酸化バリウムに変換するであろうことに留意されたい。1つ以上の実施形態では、アルカリ土類金属成分はバリウム成分を含む。アルカリ土類金属成分は、酸化物基準で約0.5質量%〜50質量%の範囲の量(0.5質量%、1質量%、2質量%、3質量%、4質量%、5質量%、10質量%、15質量%、20質量%、25質量%、30質量%、35質量%、40質量%、45質量%、及び50%質量%を含む)でウォッシュコート中に存在し得る。特定の実施形態では、アルカリ土類金属成分はバリウム成分を含み、これは酸化物基準で約0.5質量%〜約50質量%の範囲の量で存在する。他の特定の実施形態では、アルカリ土類金属成分はバリウム成分を含み、これは酸化物基準で約5質量%〜約30質量%の範囲の量で存在する。 As used herein, the term “alkaline earth metal” refers to elements including beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and radium (Ra). One or more chemical elements defined in the periodic table. In one or more embodiments, an alkaline earth metal component is incorporated into the catalyst as a salt and / or sulfate and / or oxide (eg, BaCO 3 , BaSO 4 , and / or BaO). The “metal component” can be obtained. Note that during calcination, the barium component will be converted to barium carbonate and / or barium oxide. In one or more embodiments, the alkaline earth metal component includes a barium component. The alkaline earth metal component is in an amount in the range of about 0.5% to 50% by weight (0.5% by weight, 1% by weight, 2% by weight, 3% by weight, 4% by weight, 5% by weight). %, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, and 50% by weight) in the washcoat. . In certain embodiments, the alkaline earth metal component comprises a barium component, which is present in an amount ranging from about 0.5% to about 50% by weight on an oxide basis. In another particular embodiment, the alkaline earth metal component comprises a barium component, which is present in an amount ranging from about 5% to about 30% by weight based on the oxide.

1つ以上の実施形態では、XRDから得られた、エージングさせた試料のCeOクリスタリットサイズを、アルカリ土類金属/Ce/Alの水熱安定性の目安として使用した。 In one or more embodiments, the CeO 2 crystallite size of the aged sample obtained from XRD was used as a measure of the alkaline earth metal / Ce / Al hydrothermal stability.

特定の実施形態では、セリア−アルミナ粒子に、バリウム前駆体、特に水溶性バリウム前駆体塩(例えば、酢酸バリウム)を含浸させた際に、とてつもなく大きな安定化効果が確認され、これをか焼すると炭酸バリウム(BaCO)及び/又は酸化バリウム(BaO)が得られる。図3に示すように、2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後、BaCO/(CeO−Al)試料のCeOクリスタリットサイズは、約75Å〜約160Åの範囲内であった。これは、エージングさせたBaCO/CeO粉末のクリスタリットサイズ(>1000Å)よりも著しく低い。代替的なBaCOを、70%のCeO/Al粉末に負荷し、それらも同じ効果をもたらし得るかどうかを確認した。図4を参照すると、10%の蒸気を含有する空気において850℃で8時間エージングさせた後、15質量%、10質量%及び5質量%のバリウム成分(酸化バリウムとして計算)を充填した試料は、BaCO/CeOよりも遙かに低いCeOクリスタリットサイズを示す。全体的に、バリウム成分(例えば、BaCO及び/又はBaO)は、Ba/Ce/Al系のセリアクリスタリットの成長に対して固有の安定化効果があると思われる。この安定化効果は、例えばLNT触媒のNOトラップにとって有益な可能性が高い。より小さなクリスタリットサイズに起因するセリア表面積の増加は、より低い温度のセリアに基づくNOトラップを可能にし、WGSを改善し、且つPGM分散を改善するだろう。 In certain embodiments, when the ceria-alumina particles are impregnated with a barium precursor, particularly a water-soluble barium precursor salt (eg, barium acetate), a tremendous stabilization effect has been identified and calcined. Barium carbonate (BaCO 3 ) and / or barium oxide (BaO) are obtained. As shown in FIG. 3, the CeO 2 crystallizer of the BaCO 3 / (CeO 2 —Al 2 O 3 ) sample after aging at 950 ° C. for 5 hours in N 2 containing 2% O 2 and 10% steam. The lit size was in the range of about 75 mm to about 160 mm. This is significantly lower than the crystallite size (> 1000 Å) of the aged BaCO 3 / CeO 2 powder. Alternative BaCO 3 was loaded onto 70% CeO 2 / Al 2 O 3 powder to see if they could have the same effect. Referring to FIG. 4, after aging at 850 ° C. for 8 hours in air containing 10% steam, a sample filled with 15%, 10% and 5% by weight of barium component (calculated as barium oxide) is , CeO 2 crystallite size much lower than BaCO 3 / CeO 2 . Overall, the barium component (eg, BaCO 3 and / or BaO) appears to have an inherent stabilizing effect on the growth of Ba / Ce / Al based ceria crystallites. The stabilizing effect is, for example, a high beneficial potential for NO x trap LNT catalyst. The increase in ceria surface area due to the smaller crystallite size will allow NO x traps based on lower temperature ceria, improve WGS and improve PGM dispersion.

従って、1つ以上の実施形態によれば、セリアはBa−Ce系で不安定化され、Ba−Ce−Al系で著しく安定化される。   Thus, according to one or more embodiments, ceria is destabilized in the Ba—Ce system and significantly stabilized in the Ba—Ce—Al system.

1つ以上の実施形態では、理論に縛られることを意図するわけではないが、より小さなクリスタリットサイズに起因するセリア表面積の増加は、より良好なBaCO分散のためにより高度なBaCOに基づくNOトラップを可能にし、低温でのより高度なCeOに基づくNOトラップを可能にし、より効果的なWGSのために改善されたNO還元を可能にし、且つより良好なPGM分散のために改善されたNO酸化及びNO還元を可能にすると考えられる。従って、バリウム(BaCO及び/又はBaO)をセリア−アルミニウム(CeO/Al)中に導入することで、CeOにとてつもなく大きな安定化効果を及ぼし、且つ触媒材料に、従来技術よりも改善された水熱安定性、より高いNOトラップ能力、及びより高いNO変換をもたらす。 In one or more embodiments, without intending to be bound by theory, the increase in ceria surface area due to smaller crystallite size is based on higher BaCO 3 due to better BaCO 3 dispersion. Enables NO x trap, enables more advanced CeO 2 based NO x trap at low temperature, enables improved NO x reduction for more effective WGS, and for better PGM dispersion It is believed to enable improved NO oxidation and NO x reduction. Therefore, the introduction of barium (BaCO 3 and / or BaO) into ceria-aluminum (CeO 2 / Al 2 O 3 ) has a tremendous stabilizing effect on CeO 2 , and the catalyst material has a greater effect than in the prior art. Also provides improved hydrothermal stability, higher NO x trap capacity, and higher NO x conversion.

1つ以上の実施形態では、本発明の触媒は、2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後、希薄運転の間、改善されたNOトラップ能力を示し、リッチ再生の間、改善されたNO還元を示す。この改善はAlが導入されていないセリアを含む従来の触媒に対するものである。 In one or more embodiments, the catalyst of the invention has improved NO x during lean operation after aging at 950 ° C. for 5 hours in N 2 containing 2% O 2 and 10% steam. shows the trapping performance, during rich regeneration, exhibit improved the NO x reduction. This improvement is relative to conventional catalysts containing ceria in which Al 2 O 3 has not been introduced.

1つ以上の実施形態では、本発明の触媒は、三元触媒(TWC)、ディーゼル酸化触媒(DOC)、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)、希薄NOトラップ(LNT)、一体型のLNT−TWC、又はアンモニア酸化触媒(AMOx)として使用され得る。 In one or more embodiments, the catalyst of the present invention, the three-way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst (DOC), gasoline particulate filter (GPF), a lean NO x trap (LNT), LNT-TWC integral Or as an ammonia oxidation catalyst (AMOx).

1つ以上の実施形態では、触媒はバリウム(セリア−アルミナ)粒子上に担持された少なくとも1つの白金族金属を更に含む。本明細書で使用される「白金族金属」又は「PGM」という用語は、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム、及びルテニウムを含む元素の周期律表に定義された1つ以上の化学元素、及びそれらの混合物を指す。1つ以上の実施形態では、白金族金属は、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、及びそれらの混合物からなる群から選択される。特定の実施形態では、白金族金属は、白金、パラジウム、ロジウム、及びそれらの混合物から選択される。一般的に、触媒の白金族金属の総含有量に関する限り、特に制限はない。   In one or more embodiments, the catalyst further comprises at least one platinum group metal supported on barium (ceria-alumina) particles. As used herein, the term “platinum group metal” or “PGM” refers to one or more chemical elements defined in the periodic table of elements including platinum, palladium, rhodium, osmium, iridium, and ruthenium, And mixtures thereof. In one or more embodiments, the platinum group metal is selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, iridium, and mixtures thereof. In certain embodiments, the platinum group metal is selected from platinum, palladium, rhodium, and mixtures thereof. Generally, there is no particular limitation as far as the total platinum group metal content of the catalyst is concerned.

通常、本発明の触媒は基材上に配置される。基材は、通常、触媒を調製するために使用される材料のいずれかであってよく、通常、セラミック又は金属ハニカム構造を含むであろう。流路が流体流通するように、基材の流入口面又は流出口面から細かくて平行なガス流路が貫通しているタイプのモノリシック基材などの任意の適切な基材(本明細書では、フロースルー基材と呼ぶ)が使用され得る。流入口から流出口まで実質的に直線的な経路である流路は、触媒材料がウォッシュコートとして被覆される壁によって画定され、その流路を流れるガスが触媒材料に接触する。モノリシック基材の流路は、台形、長方形、正方形、正弦波、六角形、楕円形、円形等の任意の適切な断面形状とサイズであり得る薄壁のチャンネルである。   Usually, the catalyst of the present invention is disposed on a substrate. The substrate can be any of the materials typically used to prepare the catalyst and will typically include a ceramic or metal honeycomb structure. Any suitable substrate, such as a monolithic substrate of the type in which a fine, parallel gas channel passes through from the inlet or outlet surface of the substrate so that the flow path is in fluid communication (herein , Referred to as flow-through substrates). A flow path that is a substantially straight path from the inlet to the outlet is defined by a wall that is coated with the catalytic material as a washcoat, and the gas flowing through the flow path contacts the catalytic material. The flow path of the monolithic substrate is a thin-walled channel that can be any suitable cross-sectional shape and size, such as trapezoidal, rectangular, square, sinusoidal, hexagonal, elliptical, circular, and the like.

このようなモノリシック基材は、断面1平方インチ当たり約900個まで又はそれ以上の流路(又は「セル」)を含有し得るが、遙かに少ないものが使用されてもよい。例えば、基材は1平方インチ当たり約7個〜600個(「cpsi」)のセル、より一般的には約100個〜400個(「cpsi」)のセルを有してもよい。セルは、長方形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、又は他の多角形の断面を有し得る。セラミック基材は、任意の適切な耐火材料、例えば、コージェライト、コージェライト−アルミナ、窒化ケイ素、又は炭化ケイ素で作られてもよく、又は基材は1つ以上の金属又は金属合金で構成されてもよい。   Such monolithic substrates may contain up to about 900 or more channels (or “cells”) per square inch of cross-section, although much less may be used. For example, the substrate may have from about 7 to 600 (“cpsi”) cells per square inch, more typically from about 100 to 400 (“cpsi”) cells. The cells may have a rectangular, square, circular, elliptical, triangular, hexagonal, or other polygonal cross section. The ceramic substrate may be made of any suitable refractory material, such as cordierite, cordierite-alumina, silicon nitride, or silicon carbide, or the substrate is composed of one or more metals or metal alloys. May be.

本発明の実施形態による触媒は、当該技術分野において既知の任意の手段によって基材表面に適用され得る。例えば、触媒ウォッシュコートは、噴霧塗装、粉体塗装、又は表面のブラッシング若しくは触媒組成物中への浸漬によって適用され得る。   The catalyst according to embodiments of the present invention may be applied to the substrate surface by any means known in the art. For example, the catalyst washcoat may be applied by spray coating, powder coating, or surface brushing or dipping in the catalyst composition.

1つ以上の実施形態では、触媒は、ハニカム基材上に配置される。   In one or more embodiments, the catalyst is disposed on the honeycomb substrate.

ウォッシュコートとして適用される場合、本発明は、図1及び図2を参照することによって、より容易に理解され得る。図1及び図2は、本発明の一実施形態による耐火性基材部材2を示す。図1を参照すると、耐火基材部材2は、円筒状の外面4、上流端面6及び端面6と同一の下流端面8を有する円筒形である。基材部材2は、そこに複数の細かくて平行なガス流路10が形成されている。図2から分かるように、流路10は、壁12によって形成され、基材を上流端面6から下流端面8まで貫通し、流路10は、流体、例えば、ガス流を、基材の中をそのガス流路10を介して縦方向に流せるように遮られていない。当該技術分野において及び場合により「ウォッシュコート」と呼ばれる別個の触媒層14は、基材部材の壁12上に付着するか又は被覆される。幾つかの実施形態では、更なる触媒層16が触媒層14の上に被覆される。第2の触媒層16は触媒層14と同じ組成であり得るか、又は第2の触媒層16は別個の触媒組成を含み得る。   When applied as a washcoat, the present invention can be more easily understood by referring to FIGS. 1 and 2 show a refractory substrate member 2 according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the refractory base member 2 has a cylindrical shape having a cylindrical outer surface 4, an upstream end surface 6, and a downstream end surface 8 that is the same as the end surface 6. The substrate member 2 has a plurality of fine and parallel gas flow paths 10 formed therein. As can be seen from FIG. 2, the flow path 10 is formed by a wall 12 and penetrates the substrate from the upstream end face 6 to the downstream end face 8, and the flow path 10 allows a fluid, for example a gas stream, to pass through the substrate. The gas passage 10 is not blocked so that it can flow in the vertical direction. A separate catalyst layer 14 in the art and sometimes referred to as a “washcoat” is deposited or coated on the wall 12 of the substrate member. In some embodiments, an additional catalyst layer 16 is coated on the catalyst layer 14. The second catalyst layer 16 can have the same composition as the catalyst layer 14, or the second catalyst layer 16 can include a separate catalyst composition.

図2に示すように、基材部材は、ガス流路10によって形成される空隙を含み、これらの通路10の断面積及び流路を画定する壁12の厚さは、基材部材の種類によって異なるであろう。同様に、このような基材に塗布されるウォッシュコートの質量は場合によって変わるであろう。その結果として、ウォッシュコート又は触媒金属成分又は他の組成の成分の量を記述する際に、基材の単位体積当たりの成分の質量単位を使用するのが便利である。従って、基材部材の空隙の体積を含む、基材部材の体積当たりの成分の質量を意味するために、本明細書では単位立方インチ当たりのグラムの単位(「g/in」)及び立方フィート当たりのグラムの単位(「g/ft」)が使用される。 As shown in FIG. 2, the base member includes a gap formed by the gas flow path 10, and the cross-sectional area of these passages 10 and the thickness of the wall 12 that defines the flow path depend on the type of the base member. It will be different. Similarly, the mass of washcoat applied to such a substrate will vary from case to case. Consequently, it is convenient to use mass units of the component per unit volume of substrate in describing the amount of washcoat or catalytic metal component or other compositional component. Accordingly, to mean the mass of a component per volume of substrate member, including the volume of voids in the substrate member, herein the unit of grams per cubic inch (“g / in 3 ”) and cubic Units of grams per foot (“g / ft 3 ”) are used.

本発明の第2の態様では、1つ以上の実施形態の触媒は、排ガス排出物の処理のために1つ以上の更なる成分を含む一体型の排出物処理システムで使用され得る。例えば、排出物処理システムは、1つ以上の実施形態の触媒の上流に希薄燃焼エンジンを含んでもよく、第2の触媒及び場合によりパティキュレートフィルタを更に含んでもよい。1つ以上の実施形態では、第2の触媒は、三元触媒(TWC)、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)、選択的触媒還元(SCR)、希薄NOトラップ(LNT)、アンモニア酸化(AMOx)、SCR・オン・フィルタ(SCRoF)、及びそれらの組み合わせ、及びそれらの組み合わせから選択される。1つ以上の実施形態では、パティキュレートフィルタは、ガソリンパティキュレートフィルタ、すすフィルタ、又はSCRoFから選択され得る。パティキュレートフィルタは特定の機能のために触媒され得る。触媒は、パティキュレートフィルタの上流又は下流に配置され得る。 In the second aspect of the invention, the catalyst of one or more embodiments may be used in an integrated exhaust treatment system that includes one or more additional components for the treatment of exhaust emissions. For example, the exhaust treatment system may include a lean combustion engine upstream of the catalyst of one or more embodiments, and may further include a second catalyst and optionally a particulate filter. In one or more embodiments, the second catalyst is a three way catalyst (TWC), gasoline particulate filter (GPF), selective catalytic reduction (SCR), lean NO x trap (LNT), ammonia oxidation (AMOx). , SCR-on-filter (SCRoF), and combinations thereof, and combinations thereof. In one or more embodiments, the particulate filter may be selected from a gasoline particulate filter, a soot filter, or an SCRoF. Particulate filters can be catalyzed for specific functions. The catalyst can be placed upstream or downstream of the particulate filter.

1つ以上の実施形態では、排出物処理システムは、1つ以上の実施形態の触媒の上流に希薄燃焼エンジンを含んでもよく、且つTWCを更に含んでもよい。1つ以上の実施形態では、排出物処理システムは、SCR/LNTを更に含み得る。   In one or more embodiments, the exhaust treatment system may include a lean combustion engine upstream of the catalyst of one or more embodiments, and may further include a TWC. In one or more embodiments, the waste treatment system may further include SCR / LNT.

特定の実施形態では、微粒子フィルタは、触媒すすフィルタ(CSF)である。CSFは、トラップされたすすを燃焼するために又は排ガス流の排出物を酸化するために、1つ以上の触媒を含有するウォッシュコート層で被覆された基材を含み得る。一般的に、すす燃焼触媒は、すすの燃焼のために任意の公知の触媒であり得る。例えば、CSFは、未燃炭化水素の燃焼のために、ある程度の粒子状物質まで、1つ以上の高表面積の耐火性酸化物(例えば、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、ジルコニア、及びジルコニアアルミナ)及び/又は酸化触媒(例えば、セリア−ジルコニア)で被覆され得る。1つ以上の実施形態では、すす燃焼触媒は、1つ以上の貴金属(PM)触媒(白金、パラジウム、及び/又はロジウム)を含む酸化触媒である。   In certain embodiments, the particulate filter is a catalytic soot filter (CSF). The CSF can include a substrate coated with a washcoat layer containing one or more catalysts to burn trapped soot or to oxidize exhaust stream exhaust. In general, the soot combustion catalyst can be any known catalyst for soot combustion. For example, CSF can be one or more high surface area refractory oxides (eg, alumina, silica, silica alumina, zirconia, and zirconia alumina) to some degree of particulate matter for combustion of unburned hydrocarbons and And / or coated with an oxidation catalyst (eg, ceria-zirconia). In one or more embodiments, the soot combustion catalyst is an oxidation catalyst that includes one or more precious metal (PM) catalysts (platinum, palladium, and / or rhodium).

一般に、例えば、ハニカムウォールフローフィルタ、巻線又は充填ファイバフィルタ、連続気泡フォーム、焼結金属フィルタ等を含む当該技術分野で公知の任意のフィルタ基材を使用することができ、その際、ウォールフローフィルタは具体的に例示されている。CSF組成物を担持するのに有用なウォールフロー基材は、基材の長手方向軸に沿って延びる複数の細かくて実質的に平行のガス流路を有する。通常、各流路は基材本体の一端でブロックされており、別の通路は反対側の端面でブロックされている。このようなモノリシック基材は、断面1平方インチ当たり約900個まで又はそれ以上の流路(又は「セル」)を含有し得るが、遙かに少ないものが使用されてもよい。例えば、基材は1平方インチ当たり約7個〜600個(「cpsi」)、より一般的には約100個〜400個(「cpsi」)のセルを有し得る。本発明の実施形態で使用される多孔質ウォールフローフィルタは場合により触媒され、その際、前記要素の壁は1つ以上の触媒材料をその上に有するか又はその中に含有し、かかるCSF触媒組成物は上記に記載されている。触媒材料は、要素壁の入口側のみ、出口側のみ、入口側と出口側の両方に存在し得るか、又は壁自体が触媒材料の全部で若しくは一部で構成され得る。別の実施形態では、本発明は、要素の入口壁及び/又は出口壁上に、触媒材料の1つ以上のウォッシュコート層、及び触媒材料の1つ以上のウォッシュコート層の組み合わせの使用を含み得る。   In general, any filter substrate known in the art can be used, including, for example, honeycomb wall flow filters, wound or filled fiber filters, open cell foams, sintered metal filters, and the like. The filter is specifically illustrated. A wall flow substrate useful for carrying a CSF composition has a plurality of fine and substantially parallel gas flow paths extending along the longitudinal axis of the substrate. Usually, each flow path is blocked at one end of the base body, and another passage is blocked at the opposite end face. Such monolithic substrates may contain up to about 900 or more channels (or “cells”) per square inch of cross-section, although much less may be used. For example, the substrate may have from about 7 to 600 cells per square inch (“cpsi”), more typically from about 100 to 400 cells (“cpsi”). Porous wall flow filters used in embodiments of the present invention are optionally catalyzed, wherein the element walls have or contain one or more catalyst materials thereon, such CSF catalysts. The composition has been described above. The catalytic material can be present only on the inlet side of the element wall, only on the outlet side, both on the inlet side and on the outlet side, or the wall itself can consist of all or part of the catalytic material. In another embodiment, the invention includes the use of a combination of one or more washcoat layers of catalyst material and one or more washcoat layers of catalyst material on the inlet and / or outlet walls of the element. obtain.

本発明をここで以下の実施例を参照して説明する。本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する前に、本発明は以下の説明に記載された構成又は工程段階の詳細に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり且つ様々な方法で実行又は実施することが可能である。   The invention will now be described with reference to the following examples. Before describing some exemplary embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited to the details of construction or process steps set forth in the following description. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various ways.

実施例
実施例1−触媒の調製
CeO−Al粒子(1A〜5A)に酢酸バリウム溶液を含浸させ、第1表に示すBaCO含有率のBaCO/(CeO−Al)を有する試料1B〜5Bを得た。混合物を110℃で乾燥させ、720℃で2時間焼成した。
EXAMPLES Example 1 the catalyst preparation CeO 2 -Al 2 O 3 particles (1a to 5a) was impregnated with barium acetate solution, BaCO of BaCO 3 content shown in Table 1 3 / (CeO 2 -Al 2 O Samples 1B to 5B having 3 ) were obtained. The mixture was dried at 110 ° C. and calcined at 720 ° C. for 2 hours.

CeO−Al粒子(4A)に酢酸バリウム溶液を含浸させ、第1表に示すBaCO含有率のBaCO/(CeO−Al)を有する4C〜4Eを得た。この混合物を110℃で乾燥させ、620℃で2時間焼成した。 The CeO 2 -Al 2 O 3 particles (4A) is impregnated with a barium acetate solution to obtain a 4C~4E with BaCO of BaCO 3 content shown in Table 1 3 / (CeO 2 -Al 2 O 3). The mixture was dried at 110 ° C. and calcined at 620 ° C. for 2 hours.

CeO粒子(6A)に酢酸バリウム溶液を含浸させ、第1表に示すBaCO含有率のBaCO/CeOを有する6B及び6Cを得た。この混合物を110℃で乾燥させ、600℃で2時間焼成した。 CeO 2 particles (6A) were impregnated with a barium acetate solution to obtain 6B and 6C having BaCO 3 / CeO 2 having a BaCO 3 content shown in Table 1. This mixture was dried at 110 ° C. and calcined at 600 ° C. for 2 hours.

図3を参照すると、2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後、BaCO/(CeO−Al)試料1B〜5BのCeOクリスタリットサイズは79Å〜158Åの範囲内であった。 Referring to FIG. 3, after aging at 950 ° C. for 5 hours in N 2 containing 2% O 2 and 10% vapor, BaO 3 / (CeO 2 —Al 2 O 3 ) samples 1B-5B CeO The 2 crystallite size was in the range of 79 to 158 cm.

図4を参照すると、BaCO/(CeO−Al)試料4C〜4EのCeOクリスタリットサイズは、10%の蒸気を含有する空気において850℃で8時間エージングさせた後、73Å〜92Åの範囲内であった。 Referring to FIG. 4, the CeO 2 crystallite size of BaCO 3 / (CeO 2 —Al 2 O 3 ) Samples 4C-4E was 73 ° C. after aging at 850 ° C. for 8 hours in air containing 10% steam. It was in the range of ˜92 cm.

第1表は、1A〜6A、及び1B〜6B、6C、4C〜4Eの含有率を示す。

Figure 2017530859
Table 1 shows the contents of 1A to 6A, and 1B to 6B, 6C, and 4C to 4E.
Figure 2017530859

実施例2−XRD測定
実施例1の試料のCeOクリスタリットサイズをXRDで測定した。試料を乳鉢と乳棒を用いて粉砕した。次に得られた粉末を分析のために平板台に戻して詰め込んだ。θ−θパナティカルX’Pert Pro MPD X線回折装置を用いてブラッグ・ブレンタノ幾何形状のデータを集めた。光路は、X線管、0.04radソーラースリット、1/4°発散スリット、15mmビームマスク、1/2°散乱防止スリット、試料、1/4°散乱防止スリット、0.04radソーラースリット、Niフィルタ、及び2.114°の有効長のPIXcelリニア位置検知形検出器で構成された。Cukα線は、45kVと40mAの発電機設定で分析に使用した。X線回析データを、0.0026°のステップサイズ及び1ステップ当たり600sのカウント時間を用いて10°から90°2θまで集めた。相の識別を、Jadeソフトウェアを用いて行った。全ての数値を、リートベルト法を用いて決定した。
Example 2 XRD Measurement The CeO 2 crystallite size of the sample of Example 1 was measured by XRD. The sample was ground using a mortar and pestle. Next, the obtained powder was returned to the flat table for analysis and packed. Bragg-Brentano geometry data was collected using a θ-θ panatical X'Pert Pro MPD X-ray diffractometer. Optical path: X-ray tube, 0.04 rad solar slit, 1/4 ° divergence slit, 15 mm beam mask, 1/2 ° anti-scatter slit, sample, 1/4 ° anti-scatter slit, 0.04 rad solar slit, Ni 0 It consisted of a filter and a PIXcel linear position sensitive detector with an effective length of 2.114 °. The Cu line was used for analysis with a generator setting of 45 kV and 40 mA. X-ray diffraction data was collected from 10 ° to 90 ° 2θ using a step size of 0.0026 ° and a count time of 600 s per step. Phase identification was performed using Jade software. All numerical values were determined using the Rietveld method.

本明細書を通して「一実施形態」、「ある実施形態」、「1つ以上の実施形態」又は「実施形態」への言及は、この実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、材料、又は特性が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通して様々な箇所における「1つ以上の実施形態では」、「ある実施形態では」、「一実施形態では」又は「実施形態では」などの表現の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を意味していない。さらには、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、1つ以上の実施形態で任意の適切な方法で組み合わされ得る。上記の方法の記述の順序は限定的であると見なされるべきはなく、これらの方法は記載された操作を順不同で又は省略若しくは追加して使用してもよい。   Throughout this specification, references to “one embodiment,” “an embodiment,” “one or more embodiments,” or “embodiments” refer to particular features, structures, It means that a material or property is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the appearances of the phrases “in one or more embodiments”, “in one embodiment”, “in one embodiment”, or “in an embodiment” in various places throughout this specification are not necessarily It does not mean the same embodiment. Furthermore, the particular features, structures, materials, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. The order of description of the above methods should not be considered limiting, and these methods may use the operations described in any order or with omission or addition.

上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではないことが理解されるべきである。他の多くの実施形態は、上記の説明を検討する際に当業者には明らかであろう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、かかる特許請求の範囲に含まれる等価物の全範囲とともに決定されるべきである。   It should be understood that the above description is illustrative and not restrictive. Many other embodiments will be apparent to those of skill in the art upon reviewing the above description. Accordingly, the scope of the invention should be determined with reference to the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled.

Claims (15)

酸化物基準で約20%〜約80%の範囲の粒子の質量パーセントで存在するセリア相を有するセリア−アルミナ粒子と、前記セリア−アルミナ粒子に担持されたアルカリ土類金属成分とを含む触媒であって、CeOが2%のO及び10%の蒸気を含有するNにおいて950℃で5時間エージングさせた後に水熱安定性であり且つ160Å未満の平均クリスタリットサイズを有するクリスタリットの形で存在する、前記触媒。 A catalyst comprising ceria-alumina particles having a ceria phase present in a mass percent of particles ranging from about 20% to about 80% on an oxide basis, and an alkaline earth metal component supported on the ceria-alumina particles. there are, of crystallites having an average crystallite size of less than hydrothermal is stable and 160Å after CeO 2 is obtained by 5 hours aging at 950 ° C. in a N 2 containing 2% O 2 and 10% steam The catalyst present in the form. 前記アルカリ土類金属成分がバリウム成分を含む、請求項1に記載の触媒。   The catalyst of claim 1, wherein the alkaline earth metal component comprises a barium component. 前記バリウム成分が酸化バリウム及び炭酸バリウムからなる群から選択される、請求項2に記載の触媒。   The catalyst according to claim 2, wherein the barium component is selected from the group consisting of barium oxide and barium carbonate. 前記セリア−アルミナ粒子がセリアとアルミナとの複合体である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の触媒。   The catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the ceria-alumina particles are a composite of ceria and alumina. 前記セリア−アルミナ粒子に担持された、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、及びそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも1つの白金族金属を更に含む、請求項1から4までのいずれか1項に記載の触媒。   5. The method according to claim 1, further comprising at least one platinum group metal selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, iridium, and mixtures thereof supported on the ceria-alumina particles. The catalyst according to 1. 前記白金族金属が白金、パラジウム、ロジウム、及びそれらの混合物から選択される、請求項5に記載の触媒。   6. The catalyst of claim 5, wherein the platinum group metal is selected from platinum, palladium, rhodium, and mixtures thereof. 前記バリウム成分が酸化物基準で約0.5質量%〜50質量%の範囲の量で存在し、特に前記バリウム成分が酸化物基準で約5質量%〜30質量%の範囲の量で存在する、請求項2に記載の触媒。   The barium component is present in an amount ranging from about 0.5% to 50% by weight on an oxide basis, and particularly the barium component is present in an amount ranging from about 5% to 30% by weight on an oxide basis. The catalyst according to claim 2. 前記CeOとAlとの複合体が酸化物基準で約30質量%〜80質量%の範囲の量でセリアを含有する、請求項4に記載の触媒。 The complex of the CeO 2 and Al 2 O 3 contains ceria in an amount ranging from about 30 wt% to 80 wt% on an oxide basis, the catalyst of claim 4. 前記CeOとAlとの複合体が酸化物基準で約50質量%〜80質量%の範囲の量でセリアを含有する、請求項4に記載の触媒。 The complex of the CeO 2 and Al 2 O 3 contains ceria in an amount ranging from about 50 wt% to 80 wt% on an oxide basis, the catalyst of claim 4. 前記白金族金属が実質的に白金及びパラジウムからなる、請求項5又は6に記載の触媒。   The catalyst according to claim 5 or 6, wherein the platinum group metal consists essentially of platinum and palladium. 前記白金族金属が実質的に白金からなる、請求項5又は6に記載の触媒。   The catalyst according to claim 5 or 6, wherein the platinum group metal substantially consists of platinum. 前記触媒が、三元触媒(TWC)、ディーゼル酸化触媒(DOC)、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)、希薄NOトラップ(LNT)、一体型の希薄NOトラップ三元触媒(LNT−TWC)、又はアンモニア酸化(AMOX)から選択される、請求項1から11までのいずれか1項に記載の触媒。 The catalyst is a three-way catalyst (TWC), a diesel oxidation catalyst (DOC), a gasoline particulate filter (GPF), a lean NO x trap (LNT), an integrated lean NO x trap three-way catalyst (LNT-TWC), Or a catalyst according to any one of claims 1 to 11, selected from ammonia oxidation (AMOX). 請求項1から12までのいずれか1項に記載の触媒及び前記触媒の上流に希薄燃焼エンジンを含むシステム。   13. A system comprising the catalyst of any one of claims 1 to 12 and a lean burn engine upstream of the catalyst. 第2の触媒、及び任意に、パティキュレートフィルタを更に含む、請求項13に記載のシステム。   14. The system of claim 13, further comprising a second catalyst, and optionally a particulate filter. 前記第2の触媒が、三元触媒(TWC)、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)、選択的触媒還元(SCR)、希薄NOトラップ(LNT)、アンモニア酸化(AMOx)、SCR・オン・フィルタ(SCRoF)、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項14に記載のシステム。 The second catalyst is a three-way catalyst (TWC), gasoline particulate filter (GPF), selective catalytic reduction (SCR), lean NO x trap (LNT), ammonia oxidation (AMOX), SCR-on filter ( 15. The system of claim 14, selected from SCRoF), and combinations thereof.
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