JP2020104112A - ディーゼル用途のための区域指定触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンからの排気ガス排出を処理するための、耐火性金属酸化物担体上にＰｔ及びＰｄを有する、区域が指定された設計を有する酸化触媒複合物、方法、及びシステムの提供。【解決手段】酸化触媒複合物は、３：１未満のＰｔ／Ｐｄ比と第２のウォッシュコート区域の充填量の少なくとも２倍の白金Ｐｔ及びパラジウムＰｄ白金族金属（ＰＧＭ）充填量とを有する第１のウォッシュコート区域を備えた区域指定ディーゼル酸化触媒を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、区域が指定された設計を有する酸化触媒に関する。より具体的には、実施形態は、耐火性金属酸化物担体上にＰｔ及びＰｄを有する区域指定触媒組成物と、ディーセルエンジンシステムにおいて一酸化炭素及び炭化水素の排出を削減するためのそれらの使用とを目指している。

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は、ユーザに優れた燃費を与え、燃料希薄条件下の高い空気／燃料比で動作するので気相炭化水素類及び一酸化炭素の排出が低い。加えて、ディーゼルエンジンは、それらの燃費、耐久性、及びそれらの低速度での高トルク生成能力に関して、多大な利点をガソリン（花火点火）エンジンに与える。

しかしながら排出の観点から、ディーゼルエンジンは、それらの花火点火相対物よりも重度の問題を表す。ディーゼルエンジン排気ガスは異質混合物であるので、排出問題は、微粒子物質（ＰＭ）、酸化窒素（ＮＯ_ｘ）、不燃炭化水素類（ＨＣ）、及び一酸化炭素（ＣＯ）に関する。

ＮＯ_ｘは、とりわけ一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ_２）を含む酸化窒素類のさまざまな化学種を記述するのに用いられる用語である。ＮＯは、太陽光と炭化水素類が存在する際の一連の反応を通じての光化学スモッグ形成として知られている過程を経ると考えられ、酸性雨に対する重大な寄与因子であるので、懸念事項である。他方ではＮＯ_２は、酸化剤としての高い潜在性を有し、肺を強く刺激するものである。

高いＮＯ_ｘ変換比には通常高濃度の還元剤を必要とするので、希薄燃焼エンジンからのＮＯ_ｘの有効な削減は達成するのが難しい。排気流のＮＯ_ｘ成分の無害な成分への変換は一般に、燃料が希薄な条件下で操作するための特別なＮＯ_ｘ削減方式を必要とする。

希薄燃焼エンジンからの排気流内のＮＯ_ｘを削減するための１つのそのような方式は、「希薄ＮＯ_ｘ捕獲（ＬＮＴ）」としても知られているＮＯ_ｘ保存還元（ＮＳＲ）触媒を用いる。希薄ＮＯ_ｘ捕獲技術は、貴金属のような、そのような酸化に有効な触媒金属成分によるＮＯのＮＯ_２への触媒酸化を含み得る。しかしながら、希薄ＮＯ_ｘ捕獲において、ＮＯ_２の形成の後に、ＮＯ_２が触媒表面上に吸着される際に硝酸塩が形成される。従って、ＮＯ_２は、硝酸塩の形態で触媒表面上に「捕獲され」即ち保存され、続いて放出されたＮＯ_x（硝酸塩）をＮ_２に還元する効果のある燃料濃密燃焼条件下でそのシステムを周期的に操作することにより分解される。

耐火性金属酸化物担体上に分散された貴金属を含む酸化触媒は、炭化水素及び一酸化炭素汚染物を、これらの汚染物の酸化に触媒作用を及ぼすことにより二酸化炭素及び水に変換するようにディーゼルエンジンの排気を処理するために用いられることが知られている。そのような触媒は一般に、排気が大気に開放される前にその排気を処理するためにディーゼル動力エンジンからの排気流路内に配置されるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と呼ばれるユニット内に含まれている。通常、ディーゼル酸化触媒は、１つ以上の触媒被覆組成物がその上部に堆積される、（例えば、貫流単一塊担体のような）セラミックまたは金属基体担体上に形成される。気体状ＨＣ、ＣＯ、及び微粒子物質の可溶有機成分（ＳＯＦ）を変換することに加えて、（通常耐火性酸化物担体上に分散される）白金族金属を含む酸化触媒は、酸化窒素（ＮＯ）のＮＯ_２への酸化を促す。

内燃機関の排気を処理するのに用いられる触媒は、エンジン動作の初期の冷間起動期間のような比較的低温での動作期間中は、エンジン排気が排気中の有害な成分を触媒で変換するのに十分に高い温度ではないので、あまり効果がない。

耐火性金属酸化物担体上に分散される白金族金属（ＰＧＭ）を酸化触媒は、ディーゼルエンジンからの排気ガス排出を処理するのに用いられることが知られている。白金Ｐｔは、希薄条件下で燃料硫黄が存在する高温経時劣化の後に、ＤＯＣ中のＣＯ及びＨＣを酸化するのに有効な金属である。他方では、パラジウムＰｄ濃密ディーゼル酸化触媒は通常、特に（高硫黄含有燃料からの）高レベルの硫黄を含む排気を処理するのに用いられる場合、またはＨＣ保存材料と共に用いられる場合、ＣＯ及びＨＣの酸化に対して高い着火温度を示す。特定の成分に対する「着火」温度は、その成分の５０％が反応する温度である。Ｐｄ含有ＤＯＣは、ＨＣを変換し、かつ／またはＮＯ_ｘを酸化するためのＰｔの活性を低下させることがあり、触媒に、硫黄低下の影響をより与えやすくすることもある。これらの特性は通常、希薄燃焼動作での、特にエンジン温度がほとんどの駆動条件に対して２５０℃以下のままである、軽量大型車両ディーゼル用途でのＰｄ濃密酸化触媒の使用を妨げてきた。

高レベルの白金含有量を有する酸化触媒は、ＮＯ_２を形成するようにＮＯを酸化する際のディーゼル排気ガスの変換率を高くする。大量のパラジウムを有する酸化触媒は、ディーゼル排気ガス中の高分量の未燃焼炭化水素類を例えば低温でもほぼ完全に変換することができる。しかしながら、高レベルの白金含有量を有する劣化した触媒は、高レベルの炭化水素含有量が生じた場合に抑制される傾向にあるが、パラジウムは、十分なレベルのＮＯ酸化活性を有していない。従って、ＮＯ変換性能と冷間温度性能との間には対峙がある。費用面の理由のために、酸化触媒中に２つの貴金属のパラジウムと白金とを足し合わせることによってでは、この対峙を解決することができない。さらに、白金及びパラジウムは、組み合わされる場合、その添加物効果が実際に失われるように互いに悪影響を及ぼす。従って、そのような対峙を解決するディーゼル酸化触媒が必要とされる。ＮＯのＮＯ_２への変換は、以下に記載されるような下流のＳＣＲ反応に、特に「高速」ＳＣＲ反応に影響を及ぼし得る。

排出規制はより厳重になるので、向上した性能、例えば下流ディーゼル微粒子フィルタの活性再生に用いられる燃料に対して低い着火温度を設定するディーゼル酸化触媒システムを開発することが継続して必要である。そのうえＤＯＣ成分、例えばＰｄを可能な限り有効に用いることが必要である。

第１の実施形態は、長さ、吸入端及び吐出端、担体上の触媒材料を有する基体を備えた、ディーゼルエンジンからの排気ガス排出を削減するための酸化触媒複合物に関する。触媒材料は、第１の捨て塗り区域（第１のウォッシュコート区域）と第２の捨て塗り区域（第２のウォッシュコート区域）を含む。第１の捨て塗り区域は、白金Ｐｔ及びパラジウムＰｄ白金族金属（ＰＧＭ）成分を含む第１の捨て塗り層と第１の耐火性金属酸化物担体とを備え、第１の捨て塗り領域は基体の吸入端に隣接する。第２の捨て塗り区域は、白金及びパラジウムＰＧＭ成分を含む第２の捨て塗り層と第２の耐火性金属酸化物担体とを備え、第２の捨て塗り層は基体の吐出端に隣接する。第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域よりも短い長さを有し、酸化触媒は、触媒の吸入面上に高いＰＧＭ充填量を含まず、第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域の充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有し、第１の捨て塗り区域は、３：１未満のＰｔ／Ｐｄ比をする。

第２の実施形態では、第１の実施形態の酸化触媒複合物が変更され、第２の捨て塗り区域（第２のウォッシュコート区域）は、３：１超過のＰｔ：Ｐｄ比を有する。

第３の実施形態では、第１または第２の実施形態が変更され、第２の捨て塗り区域内のＰｔ：Ｐｄ比は５：１よりも大きい。

第４の実施形態では、第１〜第３の実施形態が変更され、第２の捨て塗り区域内のＰｔ：Ｐｄ比は８：１よりも大きい。

第５の実施形態では、第１〜第４の実施形態が変更され、耐火性金属酸化物担体は、大径細孔アルミナを含む。

第６の実施形態では、第５の実施形態が変更され、アルミナはドーピングにより安定化される。

第７の実施形態では、第１〜第６の実施形態が変更され、捨て塗り充填量（ウォッシュコート充填量）は、第１の捨て塗り区域と第２の捨て塗り区域とで同じである。

第８の実施形態では、第１〜第６の実施形態が変更され、捨て塗り充填量は、第１の捨て塗り区域と第２の捨て塗り区域とで異なる。

第９の実施形態では、第８の実施形態が変更され、第１の捨て塗り区域は、約４０ｇ／ｆｔ^３〜６０ｇ／ｆｔ^３の範囲の量のＰｔ／Ｐｄ成分を含む。

第１０の実施形態では、第８または第９の実施形態が変更され、第２の捨て塗り区域は、約１５ｇ／ｆｔ^３〜２５ｇ／ｆｔ^３の範囲の量のＰｔ／Ｐｄ成分を含む。

第１１の実施形態では、第１〜第９の実施形態のいずれかが変更され、第１の捨て塗り区域は、約６０ｇ／ｆｔ^３〜７０ｇ／ｆｔ^３の範囲の量のアルカリ土類金属をさらに含む。

第１２の実施形態では、第１〜第１１の実施形態が変更され、第１の捨て塗り区域の長さに対する第２の捨て塗り区域の長さの比率は、１．５：１以上である。

本発明の別の態様は方法に関する。第１３の実施形態では、ディーゼル排気ガス流を処理するための方法は、排気ガス流を吸入端に通して触媒煤煙フィルタの吐出端に向けることを含み、その排気ガスは最初に、白金Ｐｔ及びパラジウムＰｄ成分を含む第１の捨て塗り層と第１の耐火性金属酸化物担体とを備えた触媒煤煙フィルタ上の第１の捨て塗り区域を貫流し、前記方法は次に、白金及びパラジウム成分を含む第２の捨て塗り層と第２の耐火性金属酸化物担体とを備えた触媒煤煙フィルタ上の第２の捨て塗り区域に排気ガス流を通すことを含み、第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域よりも短い長さを有し、第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域の充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有し、第１の捨て塗り区域は、３：１未満のＰｔ／Ｐｄ比を有する。

第１４の実施形態では、第１３の実施形態が変更され、第２の捨て塗り区域は３：１超過のＰｔ：Ｐｄ比を有する。

第１５の実施形態では、第１２〜第１４の実施形態が変更され、第２の捨て塗り区域内のＰｔ：Ｐｄ比は５：１よりも大きい。

第１６の実施形態では、第１２〜第１５の実施形態、第２の捨て塗り区域内のＰｔ：Ｐｄ比は８：１よりも大きい。

第１７の実施形態では、第１２〜第１６の実施形態を変更することができ、捨て塗り充填量は、第１の捨て塗り区域と第２の捨て塗り区域とで同じである。

第１８の実施形態では、第１２〜第１６の実施形態を変更することができ、捨て塗り充填量は、第１の捨て塗り区域と第２の捨て塗り区域とで異なる。

第１９の実施形態では、第１２〜第１８の実施形態を変更することができ、酸化触媒複合物は、一酸化炭素及び炭化水素類を削減し、排気ガス流からＮＯをＮＯ_２に酸化するのに有効である。

第２０の実施形態は、炭化水素類、一酸化炭素、及び他の排気成分を含む希薄燃焼エンジン排気ガス流を処理するためのシステムに関し、その排出処理システムは、排出多岐管を介して希薄燃焼エンジンと流体的に連通する排気管と、第１〜第１９の実施形態のいずれかの酸化触媒複合物と、基体はフロースルー基体または壁面流基体であり、酸化触媒複合物から下流に位置する触媒煤煙フィルタ及びＳＣＲ触媒とを含む。

第２１の実施形態では、ＳＣＲ触媒が触媒煤煙フィルタ上に充填されるように、第２０の実施形態が変更される。

１つ以上の実施形態による酸化触媒複合物を含み得る蜂巣状耐火性担体部材の斜視図である。 図１に示されるガス流路うちの１つの拡大図を示す、図１に関連する拡大部分断面図である。 さまざまな実施形態による酸化触媒複合物の断面図を示す。 さまざまな実施形態による酸化触媒複合物の断面図を示す。 １つ以上の実施形態によるエンジン排出処理システムの概略図である。

本発明のいくつかの例示的な実施形態を記述する前に、これらの実施形態が、本発明の原理及び用途を単に説明するためのものであると理解されるべきである。従って、説明される実施形態に対して数多くの修正が行われる場合があり、開示されるような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の配置が具現化され得ると理解されるべきである。

実施形態は、希薄燃焼エンジン用途においてＰｔ／Ｐｄ触媒の性能を増強することができる触媒区域指定方式の使用に向けられている。特定の実施形態において、ディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリン直接噴射エンジン、及び圧縮天然ガスエンジンを含むいずれかの希薄燃焼エンジンに触媒を用いることができるが、触媒は、大型車両用ディーゼル用途に用いられることになる。大型車両用ディーゼルエンジンは、８，５００ポンドを超えるＧＶＷＲ（大型車両重量等級付け）の車両上のエンジンを含む。当業者が理解するように、軽量−大型車両用ディーゼルエンジン、中量大型車両用ディーゼルエンジン及び（３３，０００ＧＶＷＲを超え、市内バスを含む）重量大型車両用ディーゼルエンジンのような、さまざまな副次群の大型車両がある。本発明は、農地や建築現場のような一般車道外で用いられるエンジンを含む、非一般車道用ディーゼルエンジンへの適用性も有し得る。大型車両用ディーゼルエンジンとして、以下の非一般車道分類のエンジン：蒸気機関車、船舶用エンジン、地下採鉱設備内で用いられるエンジン、固定エンジン及びホビーエンジンが挙げられ得る。

白金は、ＣＯ及びＨＣに対して良好な着火特性を有し、ディーゼルエンジン排気を削減するために触媒組成物に対して好ましい貴金属であったが、パラジウムは、比較的低費用のため興味深い。

触媒捨て塗り（触媒ウォッシュコート）の区域被膜は、過渡的なエンジン動作下で触媒性能を向上させるために用いられる技術である。区域被膜は通常、金属組成物及び／または貴金属の量を、基体（例えば、単一塊触媒蜂巣状担体）全体にわたり特定の場所（または区域）に分離することにより達成される。区域被膜により、担持された貴金属の性能を最も増強させる特定の場所に金属酸化物捨て塗り材料及び他の捨て塗り添加剤を配置することができる。通常、増加した量の貴金属（特にＰｔ）は、燃料の高速着火を実現するために担体の前面（吸入）部に局所的に配置される。担体吐出口は一般的に触媒着火のためにより熱いので、パラジウムを担体の背面（吐出）部に局所的に配置することができ、Ｐｄは、Ｐｔよりも良い熱焼結に対する耐性を有する。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、背面区域において白金の量がパラジウムよりも高い下流区域よりも長さの点で短い上流区域においてＰＧＭの充填量が高いような区域指定構成は、優れた燃料着火をもたらすことが確認されている。本発明の実施形態は、高い割合のＰｄを担体の前面のまたは第１の捨て塗り領域内に、対応する高い割合のＰｔを担体の背面のまたは第２の捨て塗り領域内に局所的に配置することにより、ディーゼル用途におけるＰｔ／Ｐｄ調合物の性能を増強することができる触媒区域指定方式を用いる。区域指定方式は、燃料燃焼に特に有用である。

本発明の別の態様は、高多孔度の担体を用いるディーゼル酸化触媒に関連する。「高多孔度の担体」は、本明細書で用いられる場合、少なくとも１００オングストロームの平均孔径、例えば１００オングストローム〜１５０オングストロームの範囲内の平均値を有する耐火性金属酸化物担体を指す。特定の実施形態では、高多孔度の耐火性金属酸化物担体は、１２０オングストロームの平均孔径を有する。以下に示されるように、高多孔度の担体で作製される酸化触媒は、低多孔度の担体に比べて、向上した燃焼特性と増強されたＮＯ_２生成とを示す。

用語「第１の」は、本明細書で用いられる場合、排気流の流れ方向のディーゼル酸化触媒の場所を表記するように用いられる。等価語は、「先頭の」または「上流の」または「前面の」または「吸入側の」であり得る。

用語「第２の」は、本明細書で用いられる場合、排気流の流れ方向のディーゼル酸化触媒の場所を表記するように用いられる。等価語は、「尾部の」または「下流の」または「背面の」または「吐出側の」であり得る。

第１の捨て塗り区域（第１のウォッシュコート区域）及び第２の捨て塗り区域は、２つの異なる別個の領域を形成する２つの基体上の２つの別個の成分の形態で存在し得る。代わりに、第１の捨て塗り区域は、基体の上流側にあり得るが、第２の捨て塗り区域は、同じ基体の下流側に配置され得る。

区域指定触媒の設計は、効率的な熱上昇性能と併せて熱的に耐性のあるＮＯ_２の生成と、低温燃料着火活性とを与える。有意には、区域触媒は、ＰＧＭ使用を同時に最小限にしながらの機能とその関連する触媒費用に対する影響の両方を与える。低いＰｔ／Ｐｄ比を有する高く充填された第１の捨て塗り区域の後に高いＰｔ／Ｐｂ比を有する低く充填された第２の捨て塗り区域が続くことで、触媒は均衡した性能を有する。

本発明の区域指定方式は、従来の知識に反して、白金の大部分が、焼結する可能性がより高いと考えられ得る担体の最も熱い部分（即ち、背面または第２の捨て塗り区域）の中にある、酸化触媒を与えることにより進められる。パラジウム及び白金の区域配置は、ディーゼル酸化触媒に、たとえ経時劣化後も驚くべき良好な燃料着火をもたらす。そのようなディーゼル酸化触媒は、トラック、バス及び重い設備（トラクター、ブルトーザ等）のような重量車両用ディーゼル用途に特に有用である。

１つ以上の実施形態では、酸化触媒複合物は、長さ、吸入端及び吐出端、担体上の触媒材料を含む基体を備えている。触媒材料は、第１の捨て塗り区域と第２の捨て塗り区域とを含む。第１の捨て塗り区域は、白金Ｐｔ及びパラジウムＰｄ成分を含む第１の捨て塗り層と第１の金属酸化物担体とを含むことができ、第１の捨て塗り区域は、基体の吸入端に隣接する。第２の捨て塗り区域は、白金Ｐｔ及びパラジウムＰｄ成分を含む第２の捨て塗り層と、第２の耐火性金属酸化物担体とを含み、第２の捨て塗り層は、基体の吐出端に隣接する。第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域よりも短い長さを有する。酸化触媒材料は、触媒の吸入面上に高充填量のＰＧＭを含まず、第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域の充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有する。第１の捨て塗り区域は、３：１未満のＰｔ／Ｐｄ比を有する。言い換えれば、第１の（前面の）捨て塗り区域内のＰｔ／Ｐｄの充填量は比較的高く、第２の（背面の）捨て塗り区域内のＰｔ／Ｐｄの充填量は比較的低い。

１つ以上の実施形態では、酸化触媒複合物は、触媒の吸入面上に高充填量のＰＧＭを含まない。

１つ以上の実施形態では、５０％超過の総ＰＧＭ充填量が、基体の前面（吸入）または第１の捨て塗り区域に塗布される。１つ以上の実施形態では、第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域の充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有する。第２の捨て塗り区域の充填量に対する第１の捨て塗り区域の充填量の比率は、２：１よりも大きく、１５：１までであり得る（２：１、３：１、４：１、５：１、１０：１、及び１５：１を含む）。

第１及び第２の捨て塗り区域は、セラミックまたは金属製貫流蜂巣状本体上に触媒活性被覆を含む白金及びパラジウムで構成され得る。１つ以上の実施形態では、基体は、炭化珪素、董青石、チタン酸アルミニウム、及びムル石を含むが、それらに限定されない、セラミック材料で構成されるフロースルー基体である。１つ以上の実施形態では、金属製貫流基体を基体として用いることができる。セラミック蜂巣状本体のようなセラミックフロースルー基体を基体として用いることができる。平方センチメートル当たり１５〜１５０セル、または平方センチメートル当たり６０〜１００セルのセル密度を有するセラミック蜂巣状本体を用いることができる。

第１の捨て塗り区域内のパラジウムに対する白金の比率は、広い範囲にわたり変化し得る。第１の捨て塗り区域内でＰｔ／Ｐｄ比を変化させる結果として、ディーゼルエンジン用の費用最適化排気システムを与えることができる。１つ以上の実施形態では、第１の捨て塗り区域は、３：１未満のＰｔ：Ｐｄ比を有する。１つ以上の実施形態では、第１の捨て塗り区域は、２：１または１または１：２のＰｔ：Ｐｄ比を、さらにパラジウムのみ（０：１）を有する。特定の実施形態では、第１の捨て塗り区域は、１：２のＰｔ：Ｐｄ比を有する。１つ以上の実施形態では、第１の捨て塗り区域がＰｄのみを含むことができる。第１の捨て塗り区域のＰＧＭ充填量は、３０〜１１０ｇ／ｆｔ^３、より具体的には３０〜８０ｇ／ｆｔ^３、またはより具体的には４０〜６０ｇ／ｆｔ^３であり得る。

第２の捨て塗り区域内のパラジウムに対する白金の比率も広範囲にわたり変化し得る。１つ以上の実施形態では、第２の捨て塗り区域は、３：１超過のＰｔ：Ｐｄ比を有する。１つ以上の実施形態では、第２の捨て塗り区域は、５：１または８：１または１０：１のＰｔ：Ｐｄ比を有する。特定の実施形態では、第２の捨て塗り区域は、８：１超過のＰｔ：Ｐｄ比を有する。極めて特定の実施形態では、第２の捨て塗り区域は、１０：１のＰｔ：Ｐｄ比を有する。１つ以上の実施形態では、第２の捨て塗り区域は、Ｐｔのみ（１：０のＰｔ／Ｐｄ比）を含むことができる。

触媒複合物または触媒製品の言及は、触媒成分、例えば燃料燃焼に触媒作用を及ぼすのに有効であるＰＧＭ成分を含む１つ以上の捨て塗り層を有する基体、例えば蜂巣状基体を含む触媒製品を意味する。

用語「耐火性金属酸化物担体」及び「担体」は、本明細書で用いられる場合、その上部に追加の化合物または化学要素が担持される、基礎の高表面積材料を指す。担体粒子は、２０Åよりも大きな細孔と広い細孔分布とを有する。本明細書で定義されるように、そのような金属酸化物担体は、分子篩、特にゼオライトを除く。特定の実施形態では、高表面積耐火性金属酸化物担体、例えばグラム当たり６０平方メートル（「ｍ^２／ｇ」）を超え、多くの場合約２００ｍ^２／ｇまでのまたはそれよりも高いＢＥＩ表面積を通常示す「ガンマアルミナ」または「活性化アルミナ」とも呼ばれるアルミナ担持材料を用いることができる。そのような活性化アルミナは通常、アルミナのガンマ及びデルタ相の混合物であるが、かなりの量のエタ、カッパ及びシータアルミナ相も含み得る。活性化アルミナ以外の耐火性金属酸化物を、所与の触媒中の触媒成分のうちの少なくともいくつかのための担体として用いることができる。例えば、バルクセリア、ジルコニア、アルファアルミナ及び他の材料がそのような使用のために知られている。これらの材料の多くは、活性化アルミナよりもかなり低いＢＥＩ表面積を有するという欠点があるが、その欠点は、結果として得られる触媒のより大きな耐久性または性能増強により相殺される傾向にある。「ＢＥＴ表面積」は、Ｎ_２吸着により表面積を測定するためのＢｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、Ｔｅｌｌｅｒ法を指す、その通常の意味を有する。ＢＥＴ型Ｎ_２吸着または脱着実験を用いて、孔径及び細孔容積も測定することができる。

１つ以上の実施形態では、耐火性金属酸化物担体は、大径細孔アルミナまたはシリカ−アルミナである。担体は、９０Å超過の孔を有する。大径細孔アルミナは、高多孔性であり、細孔分布が狭い。

ゼオライトのような分子篩は、本明細書で用いられる場合、粒子形態で触媒性貴金属を担持する材料を指し、その材料は、実質的に均一な細孔分布を有し、平均孔径は、２０Å以下である。触媒層内の「非ゼオライト担体」の言及は、分子篩またはゼオライトではなく、結合、分散、含浸、または他の適切な方法を通じて貴金属、安定剤、促進剤、結合剤等を受容する材料を指す。そのような担体の例として、高表面積耐火性金属酸化物が挙げられるが、これに限定されない。本発明の１つ以上の実施形態は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、シリカ−アルミナ、ジルコニア−アルミナ、チタニア−アルミナ、酸化ランタン−アルミナ、酸化ランタン−ジルコニア−アルミナ、バリア−アルミナ、バリア−酸化ランタン−アルミナ、バリア−酸化ランタン−ネオジミア−アルミナ、ジルコニア−シリカ、チタニア−シリカ、またはジルコニア−チタニアから成る群から選択される活性化化合物を含む高表面積耐火性金属酸化物担体を含む。

「含浸された」の言及は、貴金属含有溶液がゼオライトまたは非ゼオライト担体のような材料の細孔内に入れ込まれることを意味する。詳細な実施形態では、貴金属の含浸は初期湿潤により達成され、希釈された貴金属含有溶液の体積は、担体本体の細孔容積にほぼ等しい。初期湿潤含浸により一般的に、材料の細孔システム全体にわたる前駆体の溶液の分布が実質的に均一になる。貴金属を添加する他の方法が当該分野で知られており、その方法を用いることができる。

１つ以上の実施形態では、ディーゼル酸化触媒は、酸化アルミニウム、酸化ランタン安定化酸化アルミニウム、アルミノ珪化物、二酸化珪素、二酸化チタン、酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム混合酸化物、希土金属セスキオキシド、ゼオライト、及びそれらの混合物から選択される１つ以上の酸化物担体材料に塗布される。１つ以上の実施形態では、酸化アルミニウム、酸化ランタン安定化酸化アルミニウム、アルミノ珪化物、二酸化チタン、及びゼオライトが、耐火性金属酸化物担体材料として用いられる。一実施形態では、第１の捨て塗り区域及び第２の捨て塗り区域は、酸化アルミニウム及び／またはアルミノ珪化物担体材料に付与される。耐火性金属酸化物担体または捨て塗りに足し合われたディーゼル酸化触媒は、貫流基体に付与される。

本発明の実施形態によるガス処理製品及びシステムの部品の詳細が以下に与えられる。

基体
用語「基体」は、通常触媒種をその上部に有する複数の担体を含む捨て塗り形態の耐火性金属酸化物担体がその上部に配置される、単一塊材料を指す。１つ以上の実施形態によれば、基体は、ＤＯＣ触媒を調製するのに通常用いられるそれらの材料のうちのいずれかである場合があり、好ましくは金属またはセラミック蜂巣構造を含むことになる。通路は流体の流れを通すように開けられ、基体の吸入面または吐出面から貫通して延びる複数の細かい平行なガス流路を有する種類の単一塊基体のような、いずれかの適切な基体が用いられ得る。それらの流体吸入口から流体吐出口までの本質的に直線経路である通路は、触媒材料が「捨て塗り」として被覆される壁により定義されるので、通路を貫流するガスは、触媒材料に接触する。捨て塗りは、液体溶媒中に担体の特定の固体含有量（例えば、重量で３０〜５０％）を含むスラリーを準備し、次に捨て塗り層を与えるためにそのスラリーを基体上に被覆し、乾燥させることにより形成される。

単一塊基体の流路は、台形、長方形、正方形、正弦、六角形、楕円、円等のようないずれかの適切な断面形状及び寸法のものであり得る薄壁流路である。そのような構造は、断面の平方インチ当たり約６０〜約６００個のまたはそれ以上の気体吸入口（即ち、「セル」）を含み得る。

セラミック基体は、いずれかの適切な耐火性材料、例えば董青石、董青石−αアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコンムライト、黝輝石、アルミナ−シリカ−マグネシア、珪化ジルコン、シリマナイト、珪化マグネシウム、ジルコン、ペタライト、α−アルミナ、アルミノ珪酸塩等で作製され得る。

１つ以上の実施形態による層化酸化触媒複合物に有用な基体はそのうえ、本質的に金属製であってもよく、１つ以上の金属または金属合金で構成されてもよい。金属基体は、波形シートまたは単一塊形のようなさまざまな形で用いられ得る。適切な金属担体として、チタン及びステンレス鋼、並びに鉄が実質的なまたは主要な成分である他の金属のような耐熱性金属及び金属合金が挙げられる。そのような合金は、１つ以上のニッケル、クロム及び／またはアルミニウムを含む場合があり、これらの金属の総量は有利には、少なくとも１５重量％の合金、例えば１０〜２５重量％のクロム、３〜８重量％のアルミニウム、２０重量％までのニッケルを含み得る。合金は、マグネシウム、銅、バナジウム、チタン等のような少量または微量の１つ以上の他の金属も含み得る。表面または金属基体は、表面基体に酸化物層を形成することにより合金の防食性を向上させるために、高温で、例えば１０００℃以上で酸化され得る。そのような高温誘導酸化は、基体への耐火性金属酸化物及び触媒作用促進金属成分の粘着性を増強させ得る。

触媒複合物の調製
１つ以上の実施形態による触媒複合物は、単一層内にまたは多重層内に形成され得る。ある状況では、触媒金属の１つのスラリーを調製し、基体上に多重層を形成するようにこのスラリーを用いるのが適している場合がある。周知のプロセス、例えば初期湿潤により触媒複合物を調製することができる。代表的なプロセスが、以下に説明される。用語「捨て塗り」は、本明細書で用いられる場合、その通常の、処理されるガス流が貫流し得るのに十分に多孔質である蜂巣型基体部材のような基体基体材料に付与される触媒性または他の材料の粘着薄膜を意味する。

触媒複合物を単一塊基体上の層で準備することができる。特定の捨て塗りの第１の層に対して、ガンマアルミナのような高表面積耐火性金属酸化物の細分割された粒子は、適切な溶媒、例えば水中でスラリー化される。次に所望の充填量の金属酸化物が基体上に堆積されることになるように、基体は１回以上そのようなスラリー中に浸漬され得る、またはスラリーは基体上に被覆され得る。貴金属（例えば、パラジウム、白金、ロジウム、及び／または組み合わせ）及び安定剤及び／または促進剤のような成分を組み込むために、そのような成分は、水溶性または水分散性化合物または錯体の混合物として、基体被覆に先立ってスラリー中に組み込まれ得る。従って、被覆基体は、例えば約１０分間〜約４時間にわたり４００〜６００℃で加熱することにより焼成される。パラジウムＰｄが望まれる場合、パラジウム成分は、耐火性金属酸化物担体、例えば活性化アルミナ上で成分の分散を得るために化合物または錯体の形態で用いられる。用語「パラジウム成分」は、本明細書で用いられる場合、その焼成後または使用後に触媒活性形態に、通常は金属または金属酸化物に分解されるか変換される、いずれかの化合物、錯体等を指す。金属成分の水溶性化合物または水分散性化合物または錯体は、耐火性金属酸化物担体粒子上に金属成分を浸透させるまたは堆積するのに用いられる液体媒体が、金属またはその化合物またはその錯体又触媒組成物中に存在し得る他の成分と不利に反応せず、加熱及び／または真空使用後に揮発または分解により金属成分から除去される能力がある限り、用いられ得る。いくつかの事例では、液体の除去完了は、触媒が使用中に置かれ、動作中に直面する高温に曝されるまで起こり得ない。一般に、貴金属の可溶化合物または錯体の水溶液が用いられる。適切な化合物の限定されない例として、パラジウム硝酸塩、テトラアミンパラジウム硝酸塩、塩化白金、及び白金硝酸塩が挙げられる。焼成工程中にまたは少なくとも複合物の使用の初期段階中に、そのような化合物は、金属またはその化合物の触媒活性形態に変換される。

本発明の層化触媒複合物のいずれかの層を準備する適切な方法は、所望の貴金属化合物（例えば、パラジウム化合物）の溶液と、細分割された高表面積の耐火性金属酸化物担体、例えば被覆可能なスラリーを形成するために後に水と組み合わせられる湿式固体を形成するために溶液の全てを実質的に吸収するのに十分に乾燥しているガンマアルミナのような少なくとも１つの担体との混合物を調製することである。１つ以上の実施形態では、スラリーは、酸性であり、例えば約２〜約７未満のｐＨを有している。スラリーのｐＨは、適切な量の無機酸または有機酸をスラリーに添加することにより低くすることができる。酸と生材料の相溶性が考慮される場合、両方の組み合わせを用いることができる。無機酸として、硝酸が挙げられるが、これに限定されない。有機酸として、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、琥珀酸、グルタミン酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、酒石酸、クエン酸等が挙げられるが、これらに限定されない。従って、望まれる場合、水溶性または水分散性化合物及び／または安定剤例えば酢酸バリウム、及び促進剤例えば硝酸ランタンがスラリーに添加され得る。

層化触媒複合物のいずれかの層を準備する適切な方法は、所望の貴金属化合物（例えば、パラジウム化合物）の溶液と、被覆可能なスラリーを形成するために後で水と組み合わされる湿式固体を形成するのに溶液の全てを実質的に吸入するのに十分に乾燥している、細分割された高表面積の耐火性金属酸化物担体、例えばガンマアルミナのような少なくとも１つの担体との混合物を調製することである。１つ以上の実施形態では、スラリーは、酸性であり、例えば約２〜約７未満のｐＨを有している。

１つ以上の実施形態では、スラリーは、１８ミクロン未満の粒径を有する固体の全てが実質的に生じるように粉末化される。粉末化は、ボールミルまたは他の類似の設備の中で達成され得る。スラリーの固体含有量は、例えば約２０〜６０重量％または３０〜４０重量％であり得る。

追加の層、即ち第２及び第３の層は、準備され、基体上に第１の層を堆積するために記載されたのと同じ方法で第１の層上に堆積され得る。

パラジウムは、比較的低費用のためＤＯＣに用いるのに大変注目されている。しかしながら、費用のみが酸化触媒組成物を設計する際に考慮される要因ではない。費用に関係なく、特定の触媒が、特定のエンジン排気環境において活性低下または劣化を受けやすい場合、その特定の材料は、触媒組成物に用いられないことになる。パラジウムは、ディーゼルエンジン、特に大型車両用ディーゼルエンジンにおいて白金を上回る性能利点を有し得る。例えば、白金は、高濃度のＣＯによる抑制（即ち、活性低下）を受けやすく、白金は、メタンの酸化の性能に劣る。他方では、パラジウムは、ＣＯにより自己抑制されず、メタン酸化に対して白金よりも効果的であることが知られている。いくつかのディーゼルエンジンからは増加するＣＯ及びメタン排出が予想されるので、パラジウムの使用は著しく効果があり得る。

１つ以上の実施形態による触媒複合物は、図１及び図２を参照することにより、さらに容易に理解され得る。図１及び図２は、１つ以上の実施形態による耐火性基体部材２を示す。図１を参照して、耐火性基体部材２は、円筒状外部表面４、上流端面６、及び端面６と同一である下流端面８を有する円筒形である。基体部材２は、その内部に形成される複数の細かい平行なガス流路１０を有する。図２に見られるように、流路１０は、壁１２により形成され、上流端面６から下流端面８まで基体２を貫通して延びており、流体、例えばガス流が、そのガス流路１０を介して長手方向に基体２に流れることができるように、通路１０は塞がれていない。図２により容易に見られるように、壁１２は、ガス流路１０が、実質的に規則正しい多角形、図示される実施形態では実質的に正方形を有するよう構成されるが、米国特許第４，３３５，０２３号により角が丸まられるように寸法が定められている。第１の捨て塗り層１４が、基体部材の壁１２に粘着される、またはその壁上に被覆される。図２に示されるように、第２の捨て塗り層１６は、第１の捨て塗り層１４上に被覆される。１つ以上の実施形態では、第１の捨て塗り層１４の下の基体に下塗り（図示せず）を塗布することができる。

図２に示されるように、基体部材２は、ガス流路１０により与えられる空隙空間を含み、これらの通路１０の断面積及び通路を画定する壁１２の厚さは、基体部材の種類毎に変化することになる。同様に、そのような基体に塗布される捨て塗りの重量は、事例毎に変化することになる。結果として、捨て塗りまたは触媒金属成分または組成物の他の成分の量を記述する際に、触媒基体の単位体積当たりの成分の重量単位を用いるのは都合が良い。従って、単位、立方インチ当たりのグラム（「ｇ／ｉｎ^３」）及び立方フィート当たりのグラム（「ｇ／ｆｔ^３」）は本明細書では、基体部材の空隙空間の体積を含む、基体部材の単位体積当たりの成分の重量を意味するように用いられる。

別の実施形態では、第１の捨て塗り区域が上流端上にあり、第２の捨て塗り区域が基体の下流端上にあるように、捨て塗り層は区域指定で被覆され得る。例えば、基体の上流区域の一部の上に上流または第１の捨て塗り区域を被覆することができる。基体の下流区域の一部の上に下流または第２の捨て塗り区域を被覆することができる。実施形態では、第１の捨て塗り区域の長さは、第２の捨て塗り区域の長さよりも短い。

第１の捨て塗り区域と第２の捨て塗り区域とを有する触媒複合物の実施形態は、図３Ａ及び図３Ｂによりさらに容易に理解され得る。図３Ａは、ディーゼルエンジンからの排気ガス排出物を削減するための区域指定酸化触媒複合物２０の実施形態を示す。長さ２３と吸入または上流端２８と吐出または下流端２９とを有する基体２２、例えば蜂巣状単一塊は、２つの別個の被膜捨て塗り区域を含む。第１の捨て塗り区域２４は、基体２２の上流または吸入端２８に隣接して配置され、Ｐｔ及びＰｄ成分を含む第１の捨て塗り層と第１の耐火性金属酸化物担体とを含む。第２の捨て塗り区域２７は、吐出または下流端２９に隣接して配置され、Ｐｔ及びＰｄ成分と第２の耐火性金属酸化物担体とを含む。上流または吸入端２８上の第１の捨て塗り区域２４は、基体２２の下流または吐出端２９上に第２の捨て塗り区域２７の長さ２６よりも短い長さ２５を有する。酸化触媒複合物２０は、触媒の吸入面２８上に高充填量の白金族金属（ＰＧＭ）を含まない。第１の捨て塗り区域２４は、第２の捨て塗り区域２７のＰＧＭ充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有し、第１の捨て塗り区域２４は、３：１未満のＰｔ：Ｐｄ比を有する。

１つ以上の実施形態では、第２の捨て塗り区域２７は、３：１よりも大きなＰｔ：Ｐｄ比を有する。特定の実施形態では、第２の捨て塗り区域２７内のＰｔ：Ｐｄ比は５：１よりも大きい。より具体的な実施形態では、第２の捨て塗り区域２７内のＰｔ：Ｐｄ比は１：１よりも大きい。１つ以上の実施形態では、第２の捨て塗り区域２７はＰｔのみを含む。

第１の捨て塗り区域２４は、基体２２の吸入端２８から延び、基体２２の長さ２３の約５％〜約４９％の範囲を通して延びる長さ２５を有する。第２の捨て塗り区域２７は、基体２２の吐出端２９から延び、第１の捨て塗り区域２４の長さ２５よりも長い長さ２６を有する。第２の捨て塗り区域２７の長さ２９は、基体２２の長さ２３の約５１％〜約９５％まで延びる。１つ以上の実施形態では、第１の捨て塗り区域２４の長さ２５は、基体２２の長さ２３の２５％であり、第２の捨て塗り区域２７の長さ２９は、基体２２の長さ２３の約７５％である。一実施形態では、第１の区域は、基体の長さの２０％〜４０％、より具体的には基体の２５％〜３５％の範囲内である。１つ以上の実施形態によれば、第１の捨て塗り区域は、下流粒子フィルタを再生するために、効率的に燃焼するディーゼル燃料が発熱を生成するのを促し、第２の捨て塗りはＮＯからＮＯ_２への酸化を促し、その酸化は、下流ＳＣＲ触媒における高速ＳＣＲ反応を促すことができる。

図３Ｂに示されるような１つ以上の実施形態によれば、どちらが先に塗布されようとも第１の捨て塗り区域２４または第２の捨て塗り区域２７に先だって、下塗り層３０が基体２２に塗布され得る。特定の実施形態では、下塗り３０は、下塗り組成物に意図的に加えられた非貴金属成分を含む。例えば、下塗りは、耐火性酸化物担体を含み得る。しかしながら、拡散または移動を通じて、第１の捨て塗り区域２４または第２の捨て塗り区域２７からのあるＰｄまたはＰｄは、下塗り層３０内に存在し得る。第１の捨て塗り区域２４及び第２の捨て塗り区域２６の組成物は、図３Ａに関して上に記載されるようなものであり得る。

１つ以上の実施形態では、捨て塗り充填量は、第１の捨て塗り区域と第２の捨て塗り区域とで同じである。他の実施形態では、捨て塗り充填量は、第１の捨て塗り区域では第２の捨て塗り区域と異なる。１つ以上の実施形態では、第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域の充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有する。第１及び第２の捨て塗り層の成分に対する適切な充填量は、以下である。

１つ以上の実施形態では、第１の捨て塗り区域は、Ｂａ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＲａから選択されたアルカリ土類金属をさらに含むことができる。特定の実施形態では、第１の捨て塗り区域は、Ｂａをさらに含む。アルカリ土類金属は、約２０ｇ／ｆｔ^３〜約１２０ｇ／ｆｔ^３の（２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０及び１２０ｇ／ｆｔ^３を含む）量で存在し得る。

ディーゼル排気ガス排出物を処理するために、１つ以上の追加の成分を含む集積排出処理システム内で酸化触媒複合物を用いることができる。例えば、排出処理システムは、煤煙フィルタ成分及び／または選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒製品を含み得る。

１つ以上の実施形態による酸化触媒複合物の使用を介して排気ガス排出物を処理することに加えて、微粒子物質を取り除くための煤煙フィルタが用いられてもよい。煤煙フィルタは、酸化触媒複合物から上流にまたは下流に配置されてもよいが、煤煙フィルタは通常、酸化触媒複合物から下流に配置されることになる。１つ以上の実施形態では、煤煙フィルタは、触媒煤煙フィルタ（ＣＳＦ）である。ＣＳＦは、捕獲された煤煙を焼き尽くす、かつ／または排気ガス流排出物を酸化させるために、１つ以上の触媒を含む捨て塗り層で被膜された基体を備え得る。一般に、煤煙燃焼触媒は、煤煙を燃焼させるいかなる触媒でもよい。例えば、不燃炭化水素類及び微粒子物質をある程度燃焼させるために、１つ以上の高表面積耐火性酸化物類（例えば、酸化アルミニウムまたはセリア−ジルコニア）でＣＳＦを被覆することができる。煤煙燃焼触媒は、１つ以上の貴金属（ＰＭ）触媒（白金、パラジウム、及び／またはロジウム）を含む酸化触媒であり得る。

１つ以上の実施形態では、システムは、排気多岐管を介してディーゼルエンジンと連通する排気管と、基体が貫流基体または壁面流基体である１つ以上の実施形態による酸化触媒複合物と、酸化触媒複合物から下流に配置される触媒煤煙フィルタ及びＳＣＲ触媒とを含む。

一般に、例えば蜂巣状壁面流フィルタ、巻かれたまたは詰められた繊維フィルタ、連続気泡発泡体、焼結金属フィルタ等を含むいずれかの周知の基体を用いることができ、壁面流フィルタが好ましい。ＣＳＦ組成物を支えるのに有用な壁面流基体は、基体の長手軸に沿って延びる複数の細かい実質的に平行なガス流路を有する。通常、各々の通路は、基体本体の一方の末端で阻止され、代わりの通路は反対の末端面で阻止される。そのような単一塊単体は、断面の平方インチ当たり約７００までのまたはそれ以上の流路（または「セル」）を含み得るが、より少ない流路を用いてもよい。例えば、担体は、平方インチ当たり約７〜６００、より普通には約１００〜４００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、または他の多角形の断面を有することができる。壁面流基体は通常、０．００２〜０．１インチの壁厚を有する。好ましい壁面流基体は、０．００２〜０．０１５インチの壁厚を有する。

通常、壁面流フィルタ基体は、董青石、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニウム、ムル石、黝輝石、アルミナ−シリカ−マグネシアまたは珪化ジルコニウムのようなセラミック状の材料で、または多孔耐火性金属で構成される。壁面流基体は、セラミック繊維複合材料でも形成され得る。好ましい壁面流基体は、董青石及び炭化珪素から形成される。そのような材料は、排気流を処理する際に直面する環境、特に高温に耐えることができる。

排気ガス処理システムは、選択触媒還元（ＳＣＲ）成分をさらに含み得る。ＳＣＲ成分は、ＤＯＣ及び／または煤煙フィルタの上流または下流に配置され得る。好ましくは、ＳＣＲ成分は、煤煙フィルタ成分の下流に配置される。排出処理システムでの使用に適切なＳＣＲ触媒成分は、６００℃以下の温度でのＮＯ_ｘ成分の削減に効率的に触媒作用を及ぼすことができるので、低排気温度に通常関連する低負荷条件の下でも適切なＮＯ_ｘレベルを処理することができる。好ましくは、触媒製品は、システムに加えられる還元剤の量に依存して少なくとも５０％のＮＯ_ｘ成分をＮ_２に変換する能力がある。その組成物に対する別の望ましい特質は、その組成物が、いずれかの過剰なＮＨ_３とＯ_２の反応に触媒作用を及ぼし、Ｎ_２及びＨ_２Ｏを生じさせる能力を有するので、ＮＨ_３が大気へ排出されないことである。排出処理システムに用いられる有用なＳＣＲ触媒組成物は、６５０℃超過の温度に対する熱抵抗も有するべきである。上流触媒煤煙フィルタの再生中にそのような高温に直面し得る。

適切なＳＣＲ触媒組成物は例えば、米国特許第４，９６１，９１７号（９１７特許）及び第５，５１６，４９７号に記載され、それらは両方とも参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる。９１７特許に開示される組成物は、ゼオライトを足した促進剤の総重量の重量で約０．１〜３０パーセント、好ましくは重量で約１〜５パーセントの量でゼオライト中に存在する鉄及び銅促進剤の一方または両方を含む。ＮＨ_３を用いたＮＯ_ｘのＮ_２への還元に触媒作用を及ぼすそれらの能力に加えて、開示される組成物は、特に高い促進剤濃度を有するそれらの組成物に対して、Ｏ_２との過剰なＮＨ_３の酸化も促すことができる。本発明の１つ以上の実施形態に従って用いられ得る他の特定のＳＣＲ組成物は、８環小気孔分子篩、例えばＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、及びＳＡＶから成る群から選択される構造種類を有する篩を含む。特定の実施形態では、８環小気孔分子篩はＣＨＡ構造を有し、ゼオライトである。ＣＨＡゼオライトは銅を含み得る。例示的なＣＨＡゼオライトは、約１５超過のシリカ対アルミナ比（ＳＡＲ）を有し、銅含有量は約０．２重量％を超える。さらに特別な実施形態では、アルミナに対するシリカのモル比は約１５〜約２５６であり、銅含有量は約０．２重量％〜約５重量％である。ＳＣＲに対する他の有用な組成物は、ＣＨＡ結晶構造を有するゼオライトではない分子篩を含む。例えば、ＳＡＰＯ−３４、ＳＡＰＯ−４４及びＳＡＰＯ−１８のようなシリコアルミノ燐酸塩類が、１つ以上の実施形態に従って用いられ得る。他の有用なＳＣＲ触媒は、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_３及びＴｉＯ_２のうちの１つ以上を含む混合酸化物を含むことができる。

ＳＣＲ反応に対して、ＮＯ_２／ＮＯ比に依存して３つの反応条件を考慮することができる。

（１）標準：
４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
（２）「高速」：
４ＮＨ_３＋２ＮＯ＋２ＮＯ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
（３）「低速」
４ＮＨ_３＋３ＮＯ_２→３．５Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ

本発明の実施形態によれば、ディーゼル酸化触媒上のＰＧＭは、高速ＳＣＲ反応の促進に寄与することができ、これを達成するためにＰＧＭ充填量及び比率の調整を利用することができる。本発明の実施形態によれば、酸化触媒は、ＳＣＲ反応、特に「高速」ＳＣＲ反応として知られているものを促すために、排気中の最適化されたＮＯ_２／ＮＯ_ｘ比を与える。

システムは、ＮＯ_ｘ蓄積・開放（ＮＳＲ）触媒製品をさらに含み得る。ある実施形態では、ＳＣＲまたはＮＳＲ触媒製品の一方または他方が本システム内に含まれる。

１つ以上の実施形態では、排出処理システムは、ディーゼルガス排出物を処理するための１つ以上の追加の成分を含む。例示的な排出処理システムは、１つ以上の実施形態にしたがう排出処理システム４０の概略的表記を示す図４を参照することによりさらに容易に理解され得る。図４を参照して、気体汚染物（不燃炭化水素類、一酸化炭素、及びＮＯ_ｘ）と微粒子物質とを含む排気ガス流は、管路４４を介してエンジン４２から、さまざまな実施形態に従って区域酸化触媒複合物で被覆されるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）４６へ運搬される。ＤＯＣ４６では、不燃の気体状非揮発性炭化水素類（例えば、可溶有機成分またはＳＯＦ）及び一酸化炭素は概して、二酸化炭素と水とを形成するように燃焼される。加えて、ＮＯ_ｘ成分の一定割合のＮＯは、ＤＯＣ４６内でＮＯ_２に酸化され得る。次に排気流は、管路４８を介して、排気ガス流内に存在する微粒子物質を捕獲する触媒煤煙フィルタ（ＣＳＦ）５０に運搬される。ＣＳＦ５０は任意選択で、静的再生のために触媒作用を施される。ＣＳＦ５０を介して微粒子物質を除去した後、排気流は、ＮＯ_ｘを処理及び／または変換するために、管路５２を介して下流選択触媒還元（ＳＣＲ）成分５４に運搬される。ＤＯＣ４６が閉結合位置に置かれ得ることに留意する。

１つ以上の実施形態は、一酸化炭素、炭化水素類、及びＮＯ_ｘを含むディーゼル排気ガス流を処理する方法を目指す。排気ガス流は、吸入端に通されて触媒煤煙フィルタの吐出端に向かい、排気ガスは最初に、Ｐｔ及びＰｄ成分を含む第１の捨て塗り層と第１の耐火性金属酸化物担体とを含む触媒煤煙フィルタ上の第１の捨て塗り区域を貫流し、次に排気ガス流は、白金及びパラジウム成分を含む第２の捨て塗り層と第２の耐火性金属酸化物担体とを含む触媒煤煙フィルタ上の第２の捨て塗り区域に通される。第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域よりも短い長さを有する。第１の捨て塗り区域は、第２の捨て塗り区域の充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有する。第１の捨て塗り区域は、３：１未満のＰｔ／Ｐｄ比を有する。

他の実施形態では、ＣＳＦに接触した後のディーゼル排気ガス流は、ＣＳＦの下流に配置される選択触媒還元成分に向けられる。

本発明はここで、以下の実施例を参照しつつ記載される。本発明のいくつかの例示的な実施形態を記載する前に、本発明が、以下の記載で説明される構成またはプロセス工程の詳細に限定されないと理解されるべきである。本発明は、他の形態を具現化し、さまざまな方法で実施されるまたは実行される能力がある。

比較例１：試料Ａ（均一塗膜）
董青石蜂巣状単一塊基体上にＰｔ及びＰｄ含有水系スラリーを被覆することにより、５０／５０混合の擬似ベーマイトアルミナ担体及び４％酸化ランタン安定化アルミナ担体の担体上にＰｔ及びＰｄを均一に混合することで捨て塗りＰｔ／Ｐｄ組成物を調製した。総貴金属充填量は４０ｇ／ｆｔ^３であり、Ｐｔ／Ｐｄ比は１０：１であった。Ｐｔ及びＰｄ含有水系スラリーは以下のように調製した。

１０μＭ未満の粒径に９０％まで粉砕された擬似ベーマイトアルミナの捨て塗り（ウォシュコート）を１ｇ／ｉｎ^３の充填量で塗布することにより、３００ｃｐｓｉの董青石蜂巣状基体の中核１インチＤ×３インチＬに下塗りを付与した。

上塗りを以下のように準備した。初期湿潤技術を用いて、５０／５０混合の擬似ベーマイトアルミナと１０〜１２ミクロンの範囲のＤ_９０粒子を有する４％酸化ランタン安定化アルミナとを含む担体材料に水溶性Ｐｔ塩を含浸させた。続いて、初期湿潤技術を用いて、同じ担体材料に水溶性Ｐｄ塩を含浸させた。結果として得られたＰｄ及びＰｔ含浸粉末を、酢酸ジルコニウム（重量で総スラリー固体物ＺｒＯ_２の５％）を有する脱イオン水内に置いた。有機酸を添加することにより、その結果得られた水性スラリーのｐＨを低減した。粉砕により１０μＭ未満９０％まで粒径を低減した後、下塗りを含む董青石基体上にスラリーを被覆した。被覆された単一塊を乾燥して、次に４００〜５５０℃の範囲で２〜４時間にわたり焼成した。約２．１ｇ／ｉｎ^３の上塗りの総捨て塗り充填量、ＰＧＭ充填量に対しては４０ｇ／ｆｔ^３。

比較例２：試料Ｂ（第１の区域内に１０：１のＰｔ／Ｐｄ比の区域指定触媒）捨て塗りを比較例１に類似の方法で作製し、蜂巣状基体に下塗りを付与した。吸入（前面）区域捨て塗りを４０ｇ／ｆｔ^３のＰＧＭ充填量で塗布し、吐出（背面）区域を２０ｇ／ｆｔ^３のＰＧＭ充填量で塗布した。各々の区域は１０：１のＰｔ／Ｐｄ比を有した。各々の区域はほぼ同じ長さを有した。

実施例３：試料Ｃ
上の比較例２と同じ方法で、４０ｇ／ｆｔ^３の吸入区域貴金属充填量と２：１のＰｔ／Ｐｄ比で捨て塗りＰｔ／Ｐｄ組成物を調製した。背面区域は２０ｇ／ｆｔ^３のＰＧＭ充填量を有し、Ｐｔ／Ｐｄ比は１０：１であった。

実施例４：試料触媒Ｄ
担体粒子が、Ｄ_９０１８〜２０ミクロンの粒径に粉砕された大径細孔容積（１２０オングストロームの平均孔径）を有する純粋なアルミナであったことを除き、実施例３と同様の方法で捨て塗りを作製し、塗布した。

実施例５：試料触媒Ｅ
吸入区域が１：１のＰｔ／Ｐｄ比を有したことを除き、実施例４と同様に触媒製品を調製した。充填量は吸入区域と吐出区域とで同じであって、吐出区域内のＰｔ／Ｐｄ比は１０：１であった。

実施例６：区域指定触媒Ｆ
吸入区域が全てＰｄであった（Ｐｔ：Ｐｄ＝０：１）ことを除き、実施例５で記載されたのと同じ手続に従って、この実施例で記載される区域指定触媒を調製した。

実施例７：区域指定触媒Ｇ
吐出捨て塗り区域が３：１のＰｔ／Ｐｄ比を含み、担体が大径細孔容積を有するシリカ・アルミナ（５％シリカ）であったことを除き、実施例５で記述されたのと同じ手続に従って、この実施例で記載される区域指定触媒を調製した。

実施例８：区域指定触媒Ｈ
吐出捨て塗り区域がＰｔ／Ｐｄを５：１の比率で含んでいたことを除き、実施例７に対して記載されたのと同じ手続に従って、この実施例で記載される区域触媒を調製した。

実施例９：区域触媒Ｉ
吐出捨て塗り区域がＰｔ／Ｐｄを１０：１の比率で含んでいたことを除き、実施例７に対して記載されたのと同じ手続に従って、この実施例で記載される区域触媒を調製した。

実施例１０：区域触媒Ｊ
吐出捨て塗り区域が全てＰｔ（Ｐｔ：Ｐｄ＝１：０）を含んでいたことを除き、実施例７に対して記載されたのと同じ手続に従って、この実施例で記載される区域触媒を調製した。

実施例１１：区域触媒Ｋ
実施例１１は、上の比較例２に類似し、吸入区域及び吐出区域が長さで等しい、３００ｃｐｓｉで１０．５インチＤ×６インチＬの全寸蜂巣状基体を含んでいた。総ＰＧＭ充填量は１０：１であって、吸入区域は６０ｇ／ｆｔ^３のＰＧＭを有し、吐出区域は２０ｇ／ｆｔ^３の背面ＰＧＭ充填量を有した。

実施例１２：区域触媒Ｌ
担体粒子が、Ｄ_９０１８〜２０ミクロンの粒径に粉砕された大径細孔容積（１２０オングストロームの平均孔径）を有する純粋なアルミナ担体であったことを除く、実施例１１と同様の実施例１２を準備した。総ＰＧＭ充填量は４０ｇ／ｆｔ^３であった。吸入区域は基体の全長の３３％であり、吐出区域は全長の６７％であった。吸入区域ＰＧＭ充填量は１：２のＰｔ／Ｐｄ比で５７．５ｇ／ｆｔ^３であり、吐出区域ＰＧＭ充填量は１０：１のＰｔ／Ｐｄ比で２０ｇ／ｆｔ^３であった。

実施例１３：区域触媒Ｍ
実施例１３は、担体粒子が、６ミクロンの粒径Ｄ_５０を有する〜５％のシリカ−アルミナであったことを除き、実施例１２と同様とした。

実施例１４：区域触媒Ｎ
実施例１４は、下塗りがなかったことを除き、実施例１３と同様とした。
試料検査

実施例１〜１０ 燃料着火
実施例１〜１０を、３００ＣＰＳＩ／５ミルの蜂巣状基体中核試料について１インチＤ×３インチＬの中核試料で検査した。擬似苛酷ディーゼル条件下において検査室用反応器内で実施例１〜１０からの試料を検査した。試料の各々を７００℃で５時間にわたり空気及び１０％水蒸気中で劣化させた。空間速度は１００，０００／時間であった。ガス組成は８％のＯ_２であり、残りはＮ_２であった。燃料着火を検査するために３００℃から始まり次に２７５℃及び２５０℃の範囲内で擬似排気ガスを保持した。活性再生サイクルを擬似するためにディーゼル燃料をガス流内に注入した。吸入ガス温度が低くなるにつれて注入率が増加した。ＤＯＣを出るガスの目標温度は６００℃であった。

実施例１〜１０ ＮＯ酸化
実施例１〜１０から選択された中核試料を以下の条件下でＮＯ酸化に対しても検査した。ガス組成は、５０，０００／時間の空間速度でＣＯが５００ｐｐｍ、総ＨＣが４００ｐｐｍ、Ｏ_２が１０％、ＮＯが３００ｐｐｍ、ＣＯ_２が５％及びＨ_２Ｏが５％であった。

実施例１１〜１４ エンジン検査
実施例１１〜１４で調製された被覆触媒組成物を以下のように検査した。ディーゼル検査エンジンの排気流内に第１の被覆単一塊を備え付け、次に高温注入後劣化試験に曝した。触媒の吸入（前）面での温度を４００℃で維持し、次に触媒の前の排気ガス流内に燃料を周期的に注入することによりこれを達成した。注入燃料は触媒内を通り、燃焼され、それにより触媒の吐出（背）面で測定された温度が上昇した。排気流内に注入される燃料の量を制御することにより触媒の吐出（背）面で測定された温度を制御した。この方法を用いて、触媒の背面での温度は５０時間にわたり６５０℃であった。触媒が一様な燃料燃焼に有効である最低温度を定めるために燃料燃焼能力をさまざまな温度と空間速度で検査した。実行中、ＤＯＣからのＮＯ_ｘを測定した。

劣化試験後、被覆単一塊を試験エンジンでのディーゼル燃料燃焼とＮＯ酸化性能について評価した。通常のエンジン外ＮＯ_ｘ及び煤煙排出を有したディーゼルエンジンの排気流内にその単一塊を個々に備え付けた。

実施例１〜１４で準備された被覆単一塊に対する検査結果が、以下の表１に与えられる。

実施例３〜６は、本発明の実施形態に従って調製された触媒の利便性を示す。高い吐出温度は燃料燃焼により効果のある触媒を示す。実施例４は、大きな細孔容積を有するアルミナ担体を用いる利便性を示す。

実施例７〜１０ ＮＯ酸化データが表２に示される。

表２は、特定の用途またはエンジン方式に従ってＮＯ_２／ＮＯ_ｘを調整することができることを示す。

吸入／前面捨て塗り区域内のＰＧＭ充填量を最適化するためにさらなる実験を行った。上の実施例６に基づいて試料上の前面区域内の総ＰＧＭ充填量が増加するにつれて（３０、４０、５０、６５ｇ／ｆｔ^３）、ＰＧＭ充填量が増加することにより、結果として吐出温度が高くなることが示された。

表３は、実施例１１及び１２に対するデータを示す。

実施例１２は、２４０℃で着火せず、２５０℃で不安定であった実施例１１に比べて改良された燃料着火を示した。

実施例１３を検査した。結果は表４に示される。

実施例１３は、ＤＯＣ吐出温度が一様な燃料燃焼において５５０℃に到達し得た最低吸入温度を定めるための検査であった。

実施例１４を検査した。データは表５に示される。

表５は、実施例１３に比べて燃料着火の有効性が僅かに減ったことを示す。

本明細書を通じての「一実施形態」、「ある実施形態」、「１つ以上の実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載される特定の形状、構造、材料、または特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態の中に含まれることを意味する。従って、本明細書を通じてのさまざまな場所での「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」または「実施形態では」のような句の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態に言及しているわけではない。さらに、特定の形状、構造、材料、または特徴は、１つ以上の実施形態においていずれかの適切な方法で組み合わせることができる。

本明細書において本発明は特定の実施形態を参照して記載されているが、これらの実施形態は単に本発明の原理及び用途を説明するためのものであると理解されるべきである。本発明の方法及び装置に対して、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、さまざまな修正及び変更を行うことができることは当業者に明らかである。従って、本発明が、添付の請求項及びそれらの均等物の範囲内である修正及び変更を含むことが意図される。

第２０の実施形態は、炭化水素類、一酸化炭素、及び他の排気成分を含む希薄燃焼エンジン排気ガス流を処理するためのシステムに関し、その排出処理システムは、排出多岐管を介して希薄燃焼エンジンと流体的に連通する排気管と、第１〜第１９の実施形態のいずれかの酸化触媒複合物と、基体はフロースルー基体またはウォールフロー基体であり、酸化触媒複合物から下流に位置する触媒煤煙フィルタ及びＳＣＲ触媒とを含む。

本発明の別の態様は、高多孔度の担体を用いるディーゼル酸化触媒に関連する。「高多孔度の担体」は、本明細書で用いられる場合、少なくとも１００オングストロームの平均孔半径、例えば１００オングストローム〜１５０オングストロームの範囲内の平均値を有する耐火性金属酸化物担体を指す。特定の実施形態では、高多孔度の耐火性金属酸化物担体は、１２０オングストロームの平均孔半径を有する。以下に示されるように、高多孔度の担体で作製される酸化触媒は、低多孔度の担体に比べて、向上した燃焼特性と増強されたＮＯ_２生成とを示す。

１つ以上の実施形態では、システムは、排気多岐管を介してディーゼルエンジンと連通する排気管と、基体がフロースルー基体またはウォールフロー基体である１つ以上の実施形態による酸化触媒複合物と、酸化触媒複合物から下流に配置される触媒煤煙フィルタ及びＳＣＲ触媒とを含む。

一般に、例えば蜂巣状ウォールフローフィルタ、巻かれたまたは詰められた繊維フィルタ、連続気泡発泡体、焼結金属フィルタ等を含むいずれかの周知の基体を用いることができ、ウォールフローフィルタが好ましい。ＣＳＦ組成物を支えるのに有用なウォールフロー基体は、基体の長手軸に沿って延びる複数の細かい実質的に平行なガス流路を有する。通常、各々の通路は、基体本体の一方の末端で阻止され、代わりの通路は反対の末端面で阻止される。そのような単一塊単体は、断面の平方インチ当たり約７００までのまたはそれ以上の流路（または「セル」）を含み得るが、より少ない流路を用いてもよい。例えば、担体は、平方インチ当たり約７〜６００、より普通には約１００〜４００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、または他の多角形の断面を有することができる。ウォールフロー基体は通常、０．００２〜０．１インチの壁厚を有する。好ましいウォールフロー基体は、０．００２〜０．０１５インチの壁厚を有する。

通常、ウォールフローフィルタ基体は、董青石、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニウム、ムル石、黝輝石、アルミナ−シリカ−マグネシアまたは珪化ジルコニウムのようなセラミック状の材料で、または多孔耐火性金属で構成される。ウォールフロー基体は、セラミック繊維複合材料でも形成され得る。好ましいウォールフロー基体は、董青石及び炭化珪素から形成される。そのような材料は、排気流を処理する際に直面する環境、特に高温に耐えることができる。

Claims (15)

1. ディーゼルエンジンからの排気ガス排出を削減するための酸化触媒複合物であって、
   長さ、吸入端及び吐出端、担体上の触媒材料を有する基体を備え、前記触媒材料は第１のウォッシュコート区域と第２のウォッシュコート区域とを含んでおり、
   前記第１のウォッシュコート区域は、白金Ｐｔ及びパラジウムＰｄ白金族金属（ＰＧＭ）成分を含む第１のウォッシュコート層と第１の耐火性金属酸化物担体とを備え、前記第１のウォッシュコート区域は、前記基体の前記吸入端に隣接しており、
   前記第２のウォッシュコート区域は、白金及びパラジウムＰＧＭ成分を含む第２のウォッシュコート層と第２の耐火性金属酸化物担体とを備え、前記第２のウォッシュコート層は、前記基体の前記吐出端に隣接しており、
   前記第１のウォッシュコート区域は、前記第２のウォッシュコート区域よりも短い長さを有し、前記酸化触媒は、前記触媒の前記吸入面上で高いＰＧＭ充填量を含まず、前記第１のウォッシュコート区域は、前記第２のウォッシュコート区域の充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有し、前記第１のウォッシュコート区域は、３：１未満のＰｔ／Ｐｄ比を有する、前記酸化触媒複合物。
2. 前記第２のウォッシュコート区域が、３：１超過のＰｔ：Ｐｄ比を有する、請求項１に記載の酸化触媒複合物。
3. 前記第２のウォッシュコート区域内の前記Ｐｔ：Ｐｄ比が５：１よりも大きい、請求項１または２に記載の酸化触媒複合物。
4. 前記第２のウォッシュコート区域内の前記Ｐｔ：Ｐｄ比が８：１よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化触媒複合物。
5. 前記耐火性金属酸化物担体が大径細孔アルミナを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化触媒複合物。
6. 前記アルミナがドーピングにより安定化されている、請求項５に記載の酸化触媒複合物。
7. 前記ウォッシュコート充填量が、前記第１のウォッシュコート区域と前記第２のウォッシュコート区域とで同じである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸化触媒複合物。
8. 前記ウォッシュコート充填量が、前記第１のウォッシュコート区域と前記第２のウォッシュコート区域とで異なる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸化触媒複合物。
9. 前記第１のウォッシュコート区域が、約４０ｇ／ｆｔ^３〜６０ｇ／ｆｔ^３の範囲の量のＰｔ／Ｐｄ成分を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の酸化触媒複合物。
10. 前記第２のウォッシュコート区域が、約１５ｇ／ｆｔ^３〜２５ｇ／ｆｔ^３の範囲の量のＰｄ／Ｐｄ成分を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の酸化触媒複合物。
11. 前記第１のウォッシュコート区域が、約６０ｇ／ｆｔ^３〜７０ｇ／ｆｔ^３の範囲の量のアルカリ土類金属をさらに含む、請求項９に記載の酸化触媒複合物。
12. 前記第１のウォッシュコート区域の前記長さに対する前記第２のウォッシュコート区域の前記長さの前記比率が１．５：１以上である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の酸化触媒。
13. ディーゼル排気ガス流を処理するための方法であって、前記排気ガス流を吸入端に通して触媒煤煙フィルタの吐出端に向けることを含み、前記排気ガスが初めに、白金Ｐｔ及びパラジウムＰｄ成分を含む第１のウォッシュコート層と第１の耐火性金属酸化物担体とを含む前記触媒煤煙フィルタ上の第１のウォッシュコート区域を貫流し、前記方法が次に、白金及びパラジウム成分を含む第２のウォッシュコート層と第２の耐火性金属酸化物担体とを含む前記触媒煤煙フィルタ上の第２のウォッシュコート区域に前記排気ガス流を通すことを含み、前記第１のウォッシュコート区域は、前記第２のウォッシュコート区域よりも短い長さを有し、前記第１のウォッシュコート区域は、前記第２のウォッシュコート区域の充填量の少なくとも２倍のＰＧＭ充填量を有し、前記第１のウォッシュコート区域は、３：１未満のＰｔ／Ｐｄ比を有する、方法。
14. 炭化水素類、一酸化炭素、及び他の排気成分を含む希薄燃焼エンジン排気ガス流を処理するためのシステムであって、前記排出処理システムは、
    排気多岐管を介して前記希薄燃焼エンジンと流体的に連通する排気管と、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の前記酸化触媒複合物であって、前記基体がフロースルー基体または壁面流基体である、酸化触媒複合物と、
    前記酸化触媒複合物から下流に配置される触媒煤煙フィルタ及びＳＣＲ触媒と、を含む、前記システム。
15. 前記ＳＣＲ触媒が前記触媒煤煙フィルタ上に充填される、請求項１４に記載のシステム。

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