JP2022500240A - ガソリン・天然ガス用途の三元変換触媒 - Google Patents

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Abstract

本発明は、NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、この触媒が、(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、(ii)第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む第1のコーティング、(iii)非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含む第2のコーティングであって、非ゼオライト酸化物材料がマンガンおよび第2の酸化物成分を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、第2のコーティング、を含み、第1のコーティングが、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に配置されており、第2のコーティングが、入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって延在し、かつ第1のコーティング上に配置されている、三元変換触媒に関する。

Description

本出願は、NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒および該触媒を調製するためのプロセスに関する。本発明はさらに、該プロセスによって得られるかまたは入手可能である三元変換触媒、本発明の三元変換触媒を含む排気ガス処理システム、および該三元変換触媒の使用に関する。
WO2015/09058A1には、炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)を低減し、かつ一酸化窒素(NO)を酸化するのに効果的な、ディーゼルエンジンからの排気ガス排出物を処理するための酸化触媒複合材が開示されている。該複合材は、基材上に様々なウォッシュコート層を含み、各層は、白金族金属、好ましくは白金、担体材料、および/またはゼオライト材料を含む。また、US2015/202572A1には、炭化水素および一酸化炭素を低減し、かつ一酸化窒素を酸化するのに効果的な、ディーゼルエンジンからの排気ガス排出物を処理するための酸化触媒であって、基材上に様々なウォッシュコート層を含む、すなわち、白金族金属、好ましくは白金、担体材料、および/またはゼオライト材料を含む、触媒が記載されている。さらに、US2015/202600A1およびUS2015/202611A1には、ディーゼルエンジンからの排気ガス排出物を処理するための同じ種類の酸化触媒が開示されている。
ディーゼル燃焼エンジンの将来に関する現在の議論において、ガソリンモードと圧縮天然ガスモードとを1台の車で組み合わせたもの(ガソリン・天然ガスハイブリッド車)が、特に関心を集めている。圧縮天然ガスエンジンの炭化水素排出物は、従来の触媒によっては燃焼が困難なメタンから主に構成されており、そのような場合、高充填量(100〜200g/ft)の貴金属、特にパラジウムが必要になる。世界の貴金属供給が無制限ではないかもしれないことを考慮すると、自動車事業では、より低い白金族金属充填量で競争力のある性能を有し、特に持続可能な白金族金属供給にとって、また一般に環境にとって良好な、三元変換触媒または酸化触媒などの新しい触媒を開発する必要がある。
したがって、本発明の対象は、ガソリンエンジンおよび/またはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、改善されたHC変換率、CO変換率、およびNOx変換率などの改善された触媒活性を呈する、三元変換触媒を提供することであった。驚くべきことに、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための本発明による三元変換触媒は、改善されたHC変換率、CO変換率、およびNOx変換率などの改善された触媒活性を達成することを可能にすることが見出された。
したがって、本発明は、NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、触媒が、
(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
(ii)第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む第1のコーティング、
(iii)非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含む第2のコーティングであって、非ゼオライト酸化物材料がマンガンおよび第2の酸化物成分を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、第2のコーティング、を含み、
第1のコーティングが、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に配置されており、
第2のコーティングが、入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって延在し、かつ第1のコーティング上に配置されている、三元変換触媒に関する。
xに関しては、これが、90〜100の範囲、より好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にあることが好ましい。
yに関しては、これが、30〜80の範囲、より好ましくは40〜60の範囲、より好ましくは45〜55の範囲にあることが好ましい。xが99〜100の範囲にあり、yが45〜55の範囲にあることがより好ましい。
あるいは、yが、70〜xの範囲、より好ましくは80〜xの範囲、より好ましくは90〜xの範囲にあることが好ましく、より好ましくはyがxである。xが99〜100の範囲にあり、yがxであることがより好ましい。
第1のコーティングに含まれるロジウムの充填量に関しては、特別な制限はない。第1のコーティングが、ロジウムを、元素のロジウムとして計算して、2〜100g/ftの範囲、より好ましくは3〜70g/ftの範囲、より好ましくは4〜30g/ftの範囲で含むことが好ましい。
好ましくは、第1のコーティングに含まれる第1の酸化物成分は、アルミナ、セリア、シリカ、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、チタニア、ジルコニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択される。第1のコーティングに含まれる第1の酸化物成分は、より好ましくはアルミナである。
第1のコーティングの組成に関しては、特別な制限はないが、ただし、これは、第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む。第1のコーティングが、ロジウム以外の白金族金属をさらに含むことが好ましく、ロジウム以外の白金族金属は、より好ましくは、白金、オスミウム、パラジウム、イリジウム、およびこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択され、より好ましくは、白金、オスミウム、パラジウム、およびこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択され、より好ましくは、白金、パラジウム、およびこれらの2つの混合物からなる群から選択され、より好ましくはパラジウムである。
第1のコーティングが、ロジウム以外の白金族金属、より好ましくはパラジウムを、元素の白金族金属として計算して、2〜100g/ftの範囲、より好ましくは30〜80g/ftの範囲、より好ましくは40〜60g/ftの範囲、より好ましくは45〜55g/ftの範囲の充填量で含むことがより好ましい。
第1のコーティングが、ロジウム以外の白金族金属を、元素の白金族金属として計算して充填量(l1)で含み、かつロジウムを、元素のロジウムとして計算して充填量(l2)で含むことがより好ましく、(l1):(l2)の充填量比は、1:1〜10:1の範囲、より好ましくは2:1〜8:1の範囲、より好ましくは4:1〜7:1の範囲、より好ましくは5:1〜6:1の範囲にある。
したがって、本発明は、好ましくは、NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、触媒が、
(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
(ii)第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む第1のコーティングであって、第1の酸化物成分が、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、第1のコーティング、
(iii)非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含む第2のコーティングであって、非ゼオライト酸化物材料がマンガンおよび第2の酸化物成分を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、第2のコーティング、を含み、
第1のコーティングがパラジウムをさらに含み、第1のコーティングが、パラジウムを、元素のパラジウムとして計算して充填量(l1)で含み、かつロジウムを、元素のロジウムとして計算して充填量(l2)で含み、(l1):(l2)の充填量比が、1:1〜10:1の範囲、より好ましくは2:1〜8:1の範囲、より好ましくは4:1〜7:1の範囲、より好ましくは5:1〜6:1の範囲にあり、
第1のコーティングが、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲、より好ましくは90〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に配置されており、
第2のコーティングが、入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲、より好ましくは80〜xの範囲にある)にわたって延在し、かつ第1のコーティング上に配置されている、三元変換触媒に関する。
本発明の文脈では、ロジウム以外の白金族金属が第3の酸化物成分上に担持されていることが好ましい。第3の酸化物成分は、より好ましくは、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択される。第1のコーティングに含まれるロジウム以外の白金族金属を担持する第3の酸化物成分は、より好ましくはアルミナである。
ロジウム以外の白金族金属に関しては、これが、第1の酸素貯蔵化合物上にさらに担持されていることがより好ましい。第1の酸素貯蔵化合物は、より好ましくは、セリウムを含み、より好ましくは、酸化セリウム、酸化セリウムを含む酸化物の混合物、およびセリウムを含む混合酸化物のうちの1つ以上を含み、セリウムを含む混合酸化物は、より好ましくは、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、ハフニウム、サマリウム、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、およびプラセオジムのうちの1つ以上をさらに含む。ロジウム以外の白金族金属が、セリウムと、さらにジルコニウム、イットリウム、およびランタンのうちの1つ以上と、を含む混合酸化物を含む、好ましくはこれからなる第1の酸素貯蔵化合物上にさらに担持されていることがより好ましい。
第1の酸素化合物が、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、およびランタンを含む混合酸化物を含むことがより好ましく、第1の酸素貯蔵化合物のより好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%は、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、およびランタンを含む混合酸化物からなり、第1の酸素貯蔵化合物のより好ましくは10〜70重量%、より好ましくは20〜50重量%、より好ましくは25〜40重量%は、CeOとして計算されるセリウムからなり、第1の酸素貯蔵化合物のより好ましくは20〜80重量%、より好ましくは30〜75重量%、より好ましくは50〜70重量%は、ZrOとして計算されるジルコニウムからなる。
第1の酸素貯蔵化合物に関しては、第1のコーティングが、該第1の酸素貯蔵化合物を、0.3〜5g/inの範囲、より好ましくは0.4〜2g/inの範囲、より好ましくは0.5〜1.5g/inの範囲、より好ましくは0.5〜1.0g/inの範囲の充填量で含むことが好ましい。
第1のコーティングに含まれるロジウム以外の白金族金属の好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%は、第3の酸化物成分および第1の酸素貯蔵化合物上に担持されており、第1のコーティングに含まれるロジウム以外の白金族金属のより好ましくは5〜70重量%、より好ましくは10〜50重量%、より好ましくは20〜40重量%は、第3の酸化物上に担持されており、第1のコーティングに含まれるロジウム以外の白金族金属のより好ましくは30〜95重量%、より好ましくは50〜90重量%、より好ましくは60〜80重量%は、第1の酸素貯蔵化合物上に担持されている。
したがって、本発明は、好ましくは、NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、触媒が、
(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
(ii)第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む第1のコーティングであって、第1の酸化物成分が、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、第1のコーティング、
(iii)非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含む第2のコーティングであって、非ゼオライト酸化物材料がマンガンおよび第2の酸化物成分を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、第2のコーティング、を含み、
第1のコーティングがパラジウムをさらに含み、パラジウムが、第3の酸化物成分上に担持されており、かつ第1の酸素貯蔵化合物上に担持されており、
第1のコーティングが、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲、より好ましくは90〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に配置されており、
第2のコーティングが、入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲、より好ましくは80〜xの範囲にある)にわたって延在し、かつ第1のコーティング上に配置されている、三元変換触媒に関する。
本発明の文脈では、第1のコーティングが、第1の酸化物成分およびより好ましくは先に定義された第3の酸化物成分を、0.3〜8g/inの範囲、より好ましくは0.5〜4g/inの範囲、より好ましくは0.7〜1.5g/inの範囲の充填量で含むことが好ましい。
第1のコーティングが促進剤をさらに含むことが好ましく、促進剤は、酸化バリウム、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、および酸化ランタンのうちの1つ以上、より好ましくは酸化バリウムおよび酸化ジルコニウムのうちの1つ以上を含む。促進剤は、より好ましくは、酸化バリウムおよび酸化ジルコニウムを含み、より好ましくは、これらからなる。触媒が、より好ましくは、促進剤を、0.02〜0.2g/inの範囲、より好ましくは0.05〜0.12g/inの範囲の充填量で含むことがより好ましい。
三元変換触媒が、第1のコーティングを、0.5〜10g/inの範囲、より好ましくは0.75〜5g/inの範囲、より好ましくは1〜3g/inの範囲、より好ましくは1.25〜2.5g/inの範囲の充填量で含むことが好ましい。
第1のコーティングの好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%は、第1の酸化物成分上にある、より好ましくはアルミナ上にあるロジウムと、第3の酸化物成分上に担持された、より好ましくはアルミナ上に担持されたロジウム以外の白金族金属と、第1の酸素貯蔵化合物上に担持されたロジウム以外の白金族金属と、より好ましくは先に定義された促進剤と、からなる。第1のコーティングが、第1の酸化物成分上にある、より好ましくはアルミナ上にあるロジウムと、第3の酸化物成分上に担持された、より好ましくはアルミナ上に担持されたロジウム以外の白金族金属と、第1の酸素貯蔵化合物上に担持されたロジウム以外の白金族金属と、より好ましくは先に定義された促進剤と、からなることがより好ましい。
第1のコーティングの好ましくは0〜0.001重量%、より好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0.00001重量%は、マンガンからなる。
第1のコーティングの好ましくは0〜0.001重量%、より好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0.00001重量%は、ゼオライト材料およびバナジウム含有化合物のうちの1つ以上、より好ましくはゼオライト材料およびバナジウム含有化合物からなる。
第2のコーティングに関しては、第2のコーティングの非ゼオライト酸化物材料に含まれるマンガンが、マンガンの酸化物として、より好ましくは二酸化マンガン(MnO)として存在することが好ましく、二酸化マンガンは、より好ましくは、第2の酸化物成分上に担持されている。
第2のコーティングが、MnOとして計算した場合に、非ゼオライト酸化物材料の重量を基準として、1〜10重量%の範囲、より好ましくは2〜9重量%の範囲、より好ましくは4〜9重量%の範囲のマンガンを含むことが好ましい。
第2のコーティングの非ゼオライト酸化物材料に含まれる第2の酸化物成分が、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、セリア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、セリア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択されることが好ましい。第2のコーティングの非ゼオライト酸化物材料に含まれる第2の酸化物成分がアルミナであることがより好ましい。
非ゼオライト酸化物材料の好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%は、MnOとして計算されるマンガン、および第2の酸化物成分からなる。
したがって、本発明は、好ましくは、NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、触媒が、
(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
(ii)第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む第1のコーティングであって、第1の酸化物成分が、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、第1のコーティング、
(iii)非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含む第2のコーティングであって、非ゼオライト酸化物材料がマンガンおよび第2の酸化物成分を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、第2のコーティング、を含み、
第1のコーティングがパラジウムをさらに含み、パラジウムが、第3の酸化物成分上に担持されており、かつ第1の酸素貯蔵化合物上に担持されており、
第2のコーティングが、MnOとして計算した場合に、非ゼオライト酸化物材料の重量を基準として、1〜10重量%の範囲、より好ましくは2〜9重量%の範囲、より好ましくは4〜9重量%の範囲のマンガンを含み、
第2の酸化物成分が、アルミナ、セリア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナであり、
非ゼオライト酸化物材料のより好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%が、MnOとして計算されるマンガン、および第2の酸化物成分からなり、
第1のコーティングが、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲、より好ましくは90〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に配置されており、
第2のコーティングが、入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲、より好ましくは80〜xの範囲にある)にわたって延在し、かつ第1のコーティング上に配置されている、三元変換触媒に関する。
本発明の文脈では、第2のコーティングが、非ゼオライト酸化物材料を、0.3〜5g/inの範囲、より好ましくは0.4〜2g/inの範囲、より好ましくは0.4〜1.5g/inの範囲、より好ましくは0.4〜1.0g/inの範囲の充填量で含むことが好ましい。
第2のコーティングが、パラジウムを、元素のパラジウムとして計算して、20〜200g/ftの範囲、より好ましくは30〜150g/ftの範囲、より好ましくは50〜120g/ftの範囲、より好ましくは50〜80g/ftの範囲の充填量で含むことが好ましい。
第2のコーティングに関しては、これが、第2の酸素貯蔵化合物をさらに含むことが好ましく、第2の酸素貯蔵化合物は、より好ましくは、セリウムを含み、より好ましくは、酸化セリウム、酸化セリウムを含む酸化物の混合物、およびセリウムを含む混合酸化物のうちの1つ以上を含み、セリウムを含む混合酸化物は、より好ましくは、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、ハフニウム、サマリウム、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、およびプラセオジムのうちの1つ以上をさらに含む。第2のコーティングが、セリウムと、さらにジルコニウム、イットリウム、およびランタンのうちの1つ以上と、を含む混合酸化物を含む、より好ましくはこれからなる、第2の酸素貯蔵化合物をさらに含むことがより好ましい。
第2の酸素貯蔵化合物に関しては、これが、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、およびランタンを含む混合酸化物を含むことが好ましく、第2の酸素貯蔵化合物のより好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%は、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、およびランタンを含む混合酸化物からなる。第2の酸素貯蔵化合物に関しては、第2の酸素貯蔵化合物の10〜70重量%、より好ましくは20〜50重量%、より好ましくは25〜40重量%が、CeOとして計算されるセリウムからなること、および第2の酸素貯蔵化合物の20〜80重量%、より好ましくは30〜75重量%、より好ましくは50〜70重量%が、ZrOとして計算されるジルコニウムからなることがより好ましい。
第2のコーティングが、第2の酸素貯蔵化合物を、0.3〜5g/inの範囲、より好ましくは0.4〜3g/inの範囲、より好ましくは0.6〜1.75g/inの範囲の充填量で含むことが好ましい。
第2のコーティングに含まれるパラジウムの好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%は、非ゼオライト酸化物材料および第2の酸素貯蔵化合物上に担持されている。第2のコーティングに含まれるパラジウムの30〜70重量%、より好ましくは40〜60重量%、より好ましくは45〜55重量%が、非ゼオライト酸化物材料上に担持されていること、および第2のコーティングに含まれるパラジウムの30〜70重量%、より好ましくは40〜60重量%、より好ましくは45〜55重量%が、第2の酸素貯蔵化合物上に担持されていることがより好ましい。
第2のコーティングに関しては、これが、促進剤をさらに含むことが好ましく、促進剤は、酸化バリウム、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、および酸化ランタンのうちの1つ以上、より好ましくは酸化バリウムおよび酸化ジルコニウムのうちの1つ以上を含み、促進剤は、より好ましくは、酸化バリウムを含み、より好ましくは、これからなる。第2のコーティングが、促進剤を、0.02〜0.2g/inの範囲、より好ましくは0.05〜0.18g/inの範囲の充填量で含むことがより好ましい。
第2のコーティングの好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%は、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムと、第2の酸素貯蔵化合物上に担持されたパラジウムと、より好ましくは先に定義された促進剤と、からなる。第2のコーティングが、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムと、第2の酸素貯蔵化合物上に担持されたパラジウムと、より好ましくは先に定義された促進剤と、からなることがより好ましい。
したがって、本発明は、好ましくは、NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、触媒が、
(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
(ii)第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む第1のコーティングであって、第1の酸化物成分が、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、第1のコーティング、
(iii)非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含む第2のコーティングであって、非ゼオライト酸化物材料がマンガンおよび第2の酸化物成分を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、第2のコーティング、を含み、
第1のコーティングがパラジウムをさらに含み、パラジウムが、第3の酸化物成分上に担持されており、かつ第1の酸素貯蔵化合物上に担持されており、
第2のコーティングが、MnOとして計算した場合に、非ゼオライト酸化物材料の重量を基準として、1〜10重量%の範囲、より好ましくは2〜9重量%の範囲、より好ましくは4〜9重量%の範囲のマンガンを含み、
第2の酸化物成分が、アルミナ、セリア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナであり、第2のコーティングが、第2の酸素貯蔵化合物をさらに含み、第2のコーティングに含まれるパラジウムが、非ゼオライト酸化物材料および第2の酸素貯蔵材料上に担持されており、
第1のコーティングが、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲、より好ましくは90〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に配置されており、
第2のコーティングが、入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲、より好ましくは80〜xの範囲にある)にわたって延在し、かつ第1のコーティング上に配置されている、三元変換触媒に関する。
本発明の文脈では、第2のコーティングの0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%が白金からなることが好ましい。
第2のコーティングの好ましくは0〜0.001重量%、より好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%は、ロジウム、より好ましくはロジウム、イリジウム、およびオスミウムからなる。
第2のコーティングの好ましくは0〜0.001重量%、より好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%は、モレキュラーシーブからなる。
第1のコーティングおよび第2のコーティングに関しては、第1のコーティングが、第1の酸化物成分上にある、より好ましくはアルミナ上にあるロジウム、第3の酸化物成分上に担持された、より好ましくはさらに第1の酸素貯蔵化合物上に担持されたロジウム以外の白金族金属、より好ましくはパラジウムを含むこと、および第2のコーティングが、非ゼオライト酸化物材料上に担持されたかつ第2の酸素貯蔵材料上に担持されたパラジウムを含み、非ゼオライト酸化物材料が、マンガンおよび第2の酸化物成分を含み、第2の酸化物成分が、より好ましくはアルミナであり、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなることが好ましい。第2のコーティングが、MnOとして計算した場合に、非ゼオライト酸化物材料の重量を基準として、1〜10重量%の範囲、より好ましくは2〜9重量%の範囲、より好ましくは4〜9重量%の範囲のマンガンを含むことがより好ましい。第1のコーティングが、先に定義された促進剤を含むことがより好ましい。第2のコーティングが、先に定義された促進剤、より好ましくは酸化バリウムを含むことがより好ましい。
触媒が、基材と、第1のコーティングと、第2のコーティングと、からなることが好ましい。
触媒が、第1のコーティングを第1の充填量(L1)で含み、かつ第2のコーティングを第2の充填量(L2)で含むことが好ましく、(L1):(L2)の充填量比は、4:1〜1:4の範囲、より好ましくは3:1〜1:3の範囲、より好ましくは2:1〜1:2の範囲、より好ましくは1.5:1〜1:1.5の範囲にある。(L1):(L2)の充填量比が、1.2:1〜1:1.2の範囲にあることがより好ましい。
触媒の基材に関しては、これが、セラミックまたは金属材料を含むことが好ましい。
触媒の基材が、セラミック材料を含み、より好ましくは、これからなることがより好ましく、セラミック材料は、より好ましくは、アルミナ、シリカ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、より好ましくはコーディエライトまたはムライト、アルミノチタン酸塩、炭化ケイ素、ジルコニア、マグネシア、より好ましくはスピネル、およびチタニアのうちの1つ以上、より好ましくは炭化ケイ素およびコーディエライトのうちの1つ以上を含み、より好ましくは、これらからなる。触媒の基材が、コーディエライトを含み、より好ましくは、これからなることがより好ましい。
あるいは、触媒の基材が、金属材料を含み、より好ましくは、これからなることがより好ましく、金属材料は、より好ましくは、酸素と、鉄、クロム、およびアルミニウムのうちの1つ以上と、を含み、より好ましくは、これらからなる。
本発明の文脈では、(i)に記載の基材が、フロースルー基材、より好ましくはコーディエライトフロースルー基材であることが好ましい。
あるいは、(i)に記載の基材が、ウォールフローフィルタ基材、より好ましくはコーディエライトウォールフローフィルタ基材であることが好ましい。
本発明の三元変換触媒が、ガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上からの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であることが好ましい。
本発明はさらに、三元変換触媒、好ましくは本発明による三元変換触媒を調製するためのプロセスであって、
(a)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材を提供することと、
(b)ロジウムと、第1の酸化物成分と、水と、を含むスラリーを調製し、基材の入口端部から出口端部へと、または基材の出口端部から入口端部へと、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上にスラリーを配置し、得られたスラリー処理後の基材を焼成し、第1のコーティングでコーティングされた基材を得ることと、
(c)水と、パラジウムと、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料と、を含むスラリーを調製し、基材の入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって、(b)で得られたコーティングされた基材の第1のコーティング上にスラリーを配置し、得られたスラリー処理後の基材を焼成し、第1のコーティングおよび第2のコーティングでコーティングされた基材を得ることと、を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、プロセスに関する。
(b)に関しては、これが、以下のことを含むことが好ましい:
(b.1)ロジウムを第1の酸化物成分上に含浸させ、第1の酸化物成分上にあるロジウムを、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(b.2)より好ましくは、先に定義されたロジウム以外の白金族金属を、先に定義された第3の酸化物成分上に含浸させ、第3の酸化物成分上にあるロジウム以外の白金族金属を、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(b.3)より好ましくは、(b.2)に記載のロジウム以外の白金族金属を、先に定義された第1の酸素貯蔵化合物上に含浸させ、第1の酸素貯蔵化合物上にあるロジウム以外の白金族金属を、より好ましくは、300〜800℃の範囲の温度、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成し、得られた第1の酸素貯蔵化合物上にあるロジウム以外の焼成された白金族金属と、水と、より好ましくはアルコールおよび先に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、より好ましくは、スラリーの粒子が、1〜20マイクロメートルの範囲、より好ましくは3〜10マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.4)(b.1)で得られた第1の酸化物成分上にある焼成されたロジウムと、水と、より好ましくは(b.2)で得られた第3の酸化物成分上にあるロジウム以外の焼成された白金族金属と、より好ましくはアルコールおよび先に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を混合してスラリーを得て、より好ましくは、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.5)より好ましくは、(b.3)で得られたスラリーと、(b.4)で得られたスラリーと、を混合し、より好ましくは、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜15マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.6)基材の入口端部から出口端部へと、または基材の出口端部から入口端部へと、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に、(b.4)で得られたスラリー、より好ましくは(b.5)で得られたスラリーを配置すること、
(b.7)任意選択的に、(b.6)で得られたスラリー処理後の基材を乾燥させること、
(b.8)(b.6)で得られたスラリー処理後の基材または(b.7)で得られた乾燥されたスラリー処理後の基材を焼成すること。
(b)に関しては、これが、以下のことを含むことがより好ましい:
(b.1)ロジウムを第1の酸化物成分上に含浸させ、第1の酸化物成分上にあるロジウムを、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(b.2)先に定義されたロジウム以外の白金族金属を、先に定義された第3の酸化物成分上に含浸させ、第3の酸化物成分上にあるロジウム以外の白金族金属を、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(b.3)(b.2)に記載のロジウム以外の白金族金属を、先に定義された第1の酸素貯蔵化合物上に含浸させ、第1の酸素貯蔵化合物上にあるロジウム以外の白金族金属を、より好ましくは、300〜800℃の範囲の温度、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成し、得られた第1の酸素貯蔵化合物上にあるロジウム以外の焼成された白金族金属と、水と、より好ましくはアルコールおよび先に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、より好ましくは、スラリーの粒子が、1〜20マイクロメートルの範囲、より好ましくは3〜10マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.4)(b.1)で得られた第1の酸化物成分上にある焼成されたロジウムと、水と、(b.2)で得られた第3の酸化物成分上にあるロジウム以外の焼成された白金族金属と、より好ましくはアルコールおよび先に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を混合してスラリーを得て、より好ましくは、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.5)(b.3)で得られたスラリーと、(b.4)で得られたスラリーと、を混合し、より好ましくは、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜15マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.6)基材の入口端部から出口端部へと、または基材の出口端部から入口端部へと、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に、(b.5)で得られたスラリーを配置すること、
(b.7)任意選択的に、(b.6)で得られたスラリー処理後の基材を乾燥させること、
(b.8)(b.6)で得られたスラリー処理後の基材または(b.7)で得られた乾燥されたスラリー処理後の基材を焼成すること。
このプロセスが、(b.3)、(b.4)、および(b.5)のうちの1つ以上、より好ましくは(b.3)、(b.4)、および(b.5)において得られるスラリーの水相のpHを、より好ましくは、酸、より好ましくは硝酸を添加することによって、2〜7の範囲、より好ましくは3〜5の範囲の値に調整することを含むことが好ましい。
(b.3)および(b.4)のうちの1つ以上において使用されるアルコールがn−オクタノールであることが好ましい。(b.3)および(b.4)において使用されるアルコールがn−オクタノールであることがより好ましい。
(b.7)に関しては、乾燥を、より好ましくは酸素を含む、90〜200℃の範囲、より好ましくは130〜150℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施することが好ましい。
(b.7)に関しては、乾燥を、より好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、10分〜3時間の範囲、より好ましくは20〜40分の範囲の期間にわたって実施することが好ましい。
(b.8)に関しては、焼成を、より好ましくは酸素を含む、300〜900℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施することが好ましい。
(b.8)に関しては、焼成を、より好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、1〜8時間の範囲、より好ましくは1.5〜3時間の範囲の期間にわたって実施することが好ましい。
(c)に関しては、これが、以下のことを含むことが好ましい:
(c.1)パラジウムを、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に含浸させ、非ゼオライト酸化物材料上にあるパラジウムを、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(c.2)(c.1)で得られた非ゼオライト材料上にある焼成されたパラジウムと、水と、より好ましくはアルコールおよび先に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、より好ましくは、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(c.3)より好ましくは、パラジウムを、先に定義された第2の酸素貯蔵化合物上に含浸させ、第2の酸素貯蔵化合物上にあるパラジウムを、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成し、得られた第2の酸素貯蔵化合物上にある焼成されたパラジウムと、水と、より好ましくはアルコールおよび先に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、より好ましくは、スラリーの粒子が、1〜20マイクロメートルの範囲、より好ましくは3〜10マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(c.4)より好ましくは、(c.2)で得られたスラリーと、(c.3)で得られたスラリーと、を混合すること、
(c.5)(c.2)で得られたスラリー、より好ましくは(c.4)で得られたスラリーを、スラリーの粒子が、2〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで粉砕すること、
(c.6)基材の入口端部から出口端部へと、第1のコーティングにおける基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって、(b)で得られたコーティングされた基材の第1のコーティング上に、(c.5)で得られたスラリーを配置すること、
(c.7)任意選択的に、(c.6)で得られたスラリー処理後の基材を乾燥させること、
(c.8)(c.6)で得られたスラリー処理後の基材または(c.7)で得られた乾燥されたスラリー処理後の基材を焼成すること。
(c)に関しては、これが、以下のことを含むことがより好ましい:
(c.1)パラジウムを、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に含浸させ、非ゼオライト酸化物材料上にあるパラジウムを、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(c.2)(c.1)で得られた非ゼオライト材料上にある焼成されたパラジウムと、水と、より好ましくはアルコールおよび先に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、より好ましくは、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(c.3)パラジウムを、先に定義された第2の酸素貯蔵化合物上に含浸させ、第2の酸素貯蔵化合物上にあるパラジウムを、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成し、得られた第2の酸素貯蔵化合物上にある焼成されたパラジウムと、水と、より好ましくはアルコールおよび先に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、より好ましくは、スラリーの粒子が、1〜20マイクロメートルの範囲、より好ましくは3〜10マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(c.4)(c.2)で得られたスラリーと、(c.3)で得られたスラリーと、を混合すること、
(c.5)(c.4)で得られたスラリーを、スラリーの粒子が、2〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで粉砕すること、
(c.6)基材の入口端部から出口端部へと、第1のコーティングにおける基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって、(b)で得られたコーティングされた基材の第1のコーティング上に、(c.5)で得られたスラリーを配置すること、
(c.7)任意選択的に、(c.6)で得られたスラリー処理後の基材を乾燥させること、
(c.8)(c.6)で得られたスラリー処理後の基材または(c.7)で得られた乾燥されたスラリー処理後の基材を焼成すること。
(b)および(c)のうちの1つ以上、好ましくは(b)および(c)における粉砕に関しては、該(b)および(c)におけるスラリー中の粉砕すべき粒子がすでに適切なDv90を有する場合、(b)および(c)に開示されている様々な粉砕プロセスは、任意選択的であり得ると当業者によって理解されるべきである。
このプロセスが、(c.2)、(c.3)、および(c.4)のうちの1つ以上、より好ましくは(c.2)、(c.3)、および(c.4)において得られるスラリーの水相のpHを、より好ましくは、酸、より好ましくは硝酸を添加することによって、2〜7の範囲、より好ましくは3〜5の範囲の値に調整することを含むことが好ましい。
(c.5)によると、粉砕を、スラリーの粒子が、5〜18マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜15マイクロメートルの範囲のDv90を有するまで実施することが好ましい。
(c.7)に関しては、乾燥を、より好ましくは酸素を含む、90〜200℃の範囲、より好ましくは130〜150℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施することが好ましい。
(c.7)に関しては、乾燥を、より好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、10分〜3時間の範囲、より好ましくは20〜40分の範囲の期間にわたって実施することが好ましい。
(c.8)に関しては、焼成を、より好ましくは酸素を含む、300〜900℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施することが好ましい。
(c.8)に関しては、焼成を、より好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、1〜8時間の範囲、より好ましくは1.5〜3時間の範囲の期間にわたって実施することが好ましい。
(b)に記載のスラリーを、基材を噴霧または浸漬することによって、より好ましくは基材を浸漬することによって実施することが好ましい。
(c)に記載のスラリーを、基材を噴霧または浸漬することによって、より好ましくは基材を浸漬することによって実施することが好ましい。
xが、90〜100の範囲、より好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にあることが好ましい。
yが、30〜80の範囲、より好ましくは40〜60の範囲、より好ましくは45〜55の範囲にあることが好ましい。
あるいは、yが、80〜xの範囲、より好ましくは90〜xの範囲にあることが好ましく、より好ましくはyがxである。xが99〜100の範囲にあり、yがxであることがより好ましい。
本発明のプロセスが、(a)、(b)、および(c)からなることが好ましい。
本発明はさらに、本発明によるプロセスによって得られるか、または入手可能であるか、または調製可能であるか、または調製される、三元変換触媒、好ましくは本発明による三元変換触媒に関し、より好ましくは、このプロセスは、先に定義された(a)、(b)、および(c)からなる。
本発明はさらに、エンジンの下流にあり、かつこれと流体連通している排気ガス処理システムであって、本発明による三元変換触媒を含む、システムに関する。
このエンジンが、ガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンであることが好ましい。
エンジンの排気ガス流が、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、および窒素酸化物(NO)を含むことが好ましい。
本発明はさらに、好ましくはガソリンエンジンからの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための本発明による三元変換触媒の使用に関する。
本発明はさらに、好ましくはガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上からの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための方法であって、本発明による三元変換触媒を使用することを含む、方法に関する。
(iii)に記載の第2のコーティングが、以下に定義されるコーティング(ii)であることが好ましい。
さらに、本発明の別の対象は、ガソリンエンジンおよび/またはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための触媒であって、改善されたHC変換率、CO変換率、およびNO変換率などの改善された触媒活性を呈する、触媒を提供することであった。驚くべきことに、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための本発明による触媒は、改善されたHC変換率、CO変換率、およびNO変換率などの改善された触媒活性を達成することを可能にすることが見出された。
したがって、本発明はさらに、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、触媒が、
(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
(ii)基材の内壁の表面上に配置されたコーティングであって、コーティングが、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含み、コーティングが、バリウムを含む促進剤をさらに含み、コーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、コーティング、を含む、三元変換触媒に関する。
コーティングが、基材の入口端部から出口端部へと、または基材の出口端部から基材の入口へと、基材軸長さのy1%(y1は、80〜100の範囲、より好ましくは90〜100の範囲、より好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にある)にわたって延在することが好ましい。
コーティングの非ゼオライト酸化物材料に含まれるマンガンが、マンガンの酸化物として、より好ましくは二酸化マンガン(MnO)として存在することが好ましく、二酸化マンガンは、より好ましくは、酸化物成分上に担持されている。
コーティングが、MnOとして計算した場合に、非ゼオライト酸化物材料の重量を基準として、1〜10重量%の範囲、より好ましくは2〜9重量%の範囲、より好ましくは4〜9重量%の範囲のマンガンを含むことが好ましい。
非ゼオライト酸化物材料に含まれる酸化物成分に関しては、これが、アルミナ、セリア、シリカ、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、セリア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、セリア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択されることが好ましく、より好ましくはアルミナである。
非ゼオライト酸化物材料の好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%は、MnOとして計算されるマンガン、および酸化物成分からなる。
コーティングが、パラジウムを、元素のパラジウムとして計算して、20〜200g/ftの範囲、より好ましくは30〜150g/ftの範囲、より好ましくは50〜120g/ftの範囲の充填量で含むことが好ましい。
コーティングが、非ゼオライト酸化物材料を、0.5〜4g/inの範囲、より好ましくは1〜3g/inの範囲、より好ましくは1〜1.8g/inの範囲の充填量で含むことが好ましい。
コーティングに含まれる促進剤が、酸化バリウムを含む、好ましくはこれからなることが好ましい。コーティングが、促進剤としての酸化バリウムを、BaOとして計算して(lp)の充填量で含み、かつ非ゼオライト酸化物材料を(ln)の充填量で含むことがより好ましく、(lp):(ln)の充填量比は、0.02:1〜0.2:1の範囲、より好ましくは0.04:1〜0.08:1の範囲にある。
促進剤に関しては、コーティングが、該促進剤を、0.02〜0.2g/inの範囲、より好ましくは0.05〜0.1g/inの範囲の充填量で含むことが好ましい。
コーティングの好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%は、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムと、バリウムを含む促進剤と、からなる。コーティングが、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムと、バリウムを含む促進剤と、からなることが好ましい。
コーティングの好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%は、白金からなる。
コーティングの好ましくは0〜0.001重量%、より好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%は、ロジウム、より好ましくはロジウム、イリジウム、およびオスミウムからなる。
コーティングの好ましくは0〜0.001重量%、より好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%は、モレキュラーシーブからなる。
本発明による触媒が、基材およびコーティングからなることが好ましい。
(i)に記載の基材が、フロースルー基材であることが好ましい。フロースルー基材が、より好ましくは、セラミック材料を含み、より好ましくは、これからなることが好ましく、セラミック材料は、より好ましくは、アルミナ、シリカ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、より好ましくはコーディエライトまたはムライト、アルミノチタン酸塩、炭化ケイ素、ジルコニア、マグネシア、より好ましくはスピネル、およびチタニアのうちの1つ以上、より好ましくは炭化ケイ素およびコーディエライトのうちの1つ以上、より好ましくはコーディエライトを含み、より好ましくは、これらからなる。
あるいは、(i)に記載の基材が、ウォールフローフィルタ基材であることが好ましい。ウォールフローフィルタ基材が、より好ましくは、セラミック材料を含み、より好ましくは、これからなることが好ましく、セラミック材料は、より好ましくは、アルミナ、シリカ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、より好ましくはコーディエライトまたはムライト、アルミノチタン酸塩、炭化ケイ素、ジルコニア、マグネシア、より好ましくはスピネル、およびチタニアのうちの1つ以上、より好ましくは炭化ケイ素およびコーディエライトのうちの1つ以上、より好ましくはコーディエライトを含み、より好ましくは、これらからなる。
触媒が、ガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上からの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための触媒であることが好ましい。
本発明はさらに、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための触媒、好ましくは本発明による触媒を調製するためのプロセスであって、
(A)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材を提供することと、
(B)水と、パラジウムと、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料と、バリウムを含む促進剤と、を含む触媒スラリーを調製することと、
(C)(B)で得られたスラリーを、(A)で提供された基材の内壁の表面上に配置し、得られたスラリー処理後の基材を焼成し、コーティングでコーティングされた基材を得ることと、を含み、コーティングの0〜0.01重量%が白金からなる、プロセスに関する。
(B)に関しては、これが、以下のことを含むことが好ましい:
(B.1)パラジウムを、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に含浸させること、
(B.2)(B.1)で得られた非ゼオライト酸化物材料上にあるパラジウムを、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(B.3)水と、バリウムを含む促進剤と、より好ましくはアルコール、より好ましくはn−オクタノールと、を含む混合物を調製すること、
(B.4)(B.2)で得られた非ゼオライト酸化物材料上にある焼成されたパラジウムを、(B.3)で得られた混合物に添加し、中間スラリーを得ること、
(B.5)より好ましくは、(B.4)で得られた中間スラリーの水相のpHを、2〜7の範囲、より好ましくは3〜5の範囲の値に調整すること、
(B.6)(B.4)で得られた中間スラリー、より好ましくは(B.5)で得られたスラリーを、スラリーの粒子が、2〜20マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜15マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで粉砕し、触媒スラリーを得ること。
(B.6)に関しては、(B.4)または(B.5)で得られたスラリーの粒子が、2〜20マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜15マイクロメートルの範囲のDv90をすでに有する場合、(B.6)に記載の該粉砕は、任意選択的であり得ると当業者によって理解されるべきである。
(C)に関しては、これが、
(C.1)基材の入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy1%(y1は、80〜100の範囲、より好ましくは90〜100の範囲、より好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にある)にわたって、(A)で提供された基材の内壁の表面上に、(B)で得られた触媒スラリーを配置すること、
(C.2)任意選択的に、(C.1)で得られたスラリー処理後の基材を乾燥させること、
(C.3)(C.1)で得られたスラリー処理後の基材または(C.2)で得られた乾燥されたスラリー処理後の基材を焼成すること、
を含むことが好ましく、(C.1)に記載の配置を、基材を噴霧または浸漬することによって、より好ましくは基材を浸漬することによって実施する。
(C.2)に関しては、乾燥を、より好ましくは酸素を含む、90〜200℃の範囲、より好ましくは130〜150℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施することが好ましい。
(C.2)に関しては、乾燥を、より好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、10分〜3時間の範囲、より好ましくは20〜40分の範囲の期間にわたって実施することが好ましい。
(C.3)に関しては、焼成を、より好ましくは酸素を含む、300〜900℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施することが好ましい。
(C.3)に関しては、焼成を、より好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、1〜8時間の範囲、より好ましくは1.5〜3時間の範囲の期間にわたって実施することが好ましい。
本発明はさらに、本発明によるプロセスによって入手可能であるか、または得られるか、または調製可能であるか、または調製される、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための触媒、好ましくは本発明による触媒に関する。
本発明はさらに、好ましくはガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上からの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための本発明による触媒の使用に関する。
本発明はさらに、好ましくはガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上からの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための方法であって、本発明による触媒を使用することを含む、方法に関する。
本発明は、以下の第1の一連の実施形態、ならびに示されるような従属性および後方参照から生じる実施形態の組み合わせによって説明される。特に、実施形態の範囲が述べられている各場合において、例えば、「実施形態1〜4のいずれか1つに記載の三元変換触媒」などの用語の文脈において、この範囲のあらゆる実施形態は、当業者にとって明示的に開示されることを意味し、すなわち、この用語の表現は、「実施形態1、2、3、および4のいずれか1つに記載の三元変換触媒」と同義であると当業者によって理解されるべきである。さらに、以下の一連の実施形態が、保護の範囲を決定する一連の請求項であるのではなく、本発明の一般的かつ好ましい態様を対象とした説明の適切に構成された部分を表すことに明示的に言及したい。
1.NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、触媒が、
(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
(ii)第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む第1のコーティング、
(iii)非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含む第2のコーティングであって、非ゼオライト酸化物材料がマンガンおよび第2の酸化物成分を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、第2のコーティング、を含み、
第1のコーティングが、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に配置されており、
第2のコーティングが、入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって延在し、かつ第1のコーティング上に配置されている、三元変換触媒。
2.xが、90〜100の範囲、好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にある、実施形態1に記載の三元変換触媒。
3.yが、30〜80の範囲、好ましくは40〜60の範囲、より好ましくは45〜55の範囲にある、実施形態1または2に記載の三元変換触媒。
4.yが、80〜xの範囲、好ましくは90〜xの範囲にあり、より好ましくはyがxである、実施形態1または2に記載の三元変換触媒。
5.第1のコーティングが、ロジウムを、元素のロジウムとして計算して、2〜100g/ftの範囲、好ましくは3〜70g/ftの範囲、より好ましくは4〜30g/ftの範囲で含む、実施形態1〜4のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
6.第1のコーティングに含まれる第1の酸化物成分が、アルミナ、セリア、シリカ、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、好ましくは、アルミナ、チタニア、ジルコニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、実施形態1〜5のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
7.第1のコーティングが、ロジウム以外の白金族金属をさらに含み、ロジウム以外の白金族金属が、より好ましくは、白金、オスミウム、パラジウム、イリジウム、およびこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択され、好ましくは、白金、オスミウム、パラジウム、およびこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択され、より好ましくは、白金、パラジウム、およびこれらの2つの混合物からなる群から選択され、より好ましくはパラジウムである、実施形態1〜6のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
8.第1のコーティングが、ロジウム以外の白金族金属、好ましくはパラジウムを、元素の白金族金属として計算して、2〜100g/ftの範囲、好ましくは30〜80g/ftの範囲、より好ましくは40〜60g/ftの範囲、より好ましくは45〜55g/ftの範囲の充填量で含む、実施形態7に記載の三元変換触媒。
9.第1のコーティングが、ロジウム以外の白金族金属を、元素の白金族金属として計算して充填量(l1)で含み、かつロジウムを、元素のロジウムとして計算して充填量(l2)で含み、(l1):(l2)の充填量比が、1:1〜10:1の範囲、好ましくは2:1〜8:1の範囲、より好ましくは4:1〜7:1の範囲、より好ましくは5:1〜6:1の範囲にある、実施形態7または8に記載の三元変換触媒。
10.ロジウム以外の白金族金属が、第3の酸化物成分上に担持されており、第3の酸化物成分が、好ましくは、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、実施形態7〜9のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
11.ロジウム以外の白金族金属が、第1の酸素貯蔵化合物上にさらに担持されており、第1の酸素貯蔵化合物が、好ましくは、セリウムを含み、より好ましくは、酸化セリウム、酸化セリウムを含む酸化物の混合物、およびセリウムを含む混合酸化物のうちの1つ以上を含み、セリウムを含む混合酸化物が、より好ましくは、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、ハフニウム、サマリウム、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、およびランタンのうちの1つ以上をさらに含む、実施形態10に記載の三元変換触媒。
12.第1の酸素化合物が、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、およびランタンを含む混合酸化物を含み、
第1の酸素貯蔵化合物の好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%が、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、およびランタンを含む混合酸化物からなり、
第1の酸素貯蔵化合物のより好ましくは10〜70重量%、より好ましくは20〜50重量%、より好ましくは25〜40重量%が、CeOとして計算されるセリウムからなり、第1の酸素貯蔵化合物のより好ましくは20〜80重量%、より好ましくは30〜75重量%、より好ましくは50〜70重量%が、ZrOとして計算されるジルコニウムからなる、実施形態11に記載の三元変換触媒。
13.第1のコーティングが、第1の酸素貯蔵化合物を、0.3〜5g/inの範囲、好ましくは0.4〜2g/inの範囲、より好ましくは0.5〜1.5g/inの範囲、より好ましくは0.5〜1.0g/inの範囲の充填量で含む、実施形態11または12に記載の三元変換触媒。
14.第1のコーティングに含まれるロジウム以外の白金族金属の95〜100重量%、好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%が、第3の酸化物成分および第1の酸素貯蔵化合物上に担持されており、
第1のコーティングに含まれるロジウム以外の白金族金属の好ましくは5〜70重量%、より好ましくは10〜50重量%、より好ましくは20〜40重量%が、第3の酸化物上に担持されており、第1のコーティングに含まれるロジウム以外の白金族金属の好ましくは30〜95重量%、より好ましくは50〜90重量%、より好ましくは60〜80重量%が、 第1の酸素貯蔵化合物上に担持されている、実施形態11〜13のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
15.第1のコーティングが、第1の酸化物成分および好ましくは実施形態10に定義された第3の酸化物成分を、0.3〜8g/inの範囲、好ましくは0.5〜4g/inの範囲、より好ましくは0.7〜1.5g/inの範囲の充填量で含む、実施形態1〜14のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
16.第1のコーティングが、促進剤をさらに含み、促進剤が、酸化バリウム、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、および酸化ランタンのうちの1つ以上、好ましくは酸化バリウムおよび酸化ジルコニウムのうちの1つ以上を含み、促進剤が、より好ましくは、酸化バリウムおよび酸化ジルコニウムを含み、より好ましくは、これらからなり、
触媒が、より好ましくは、促進剤を、0.02〜0.2g/inの範囲、より好ましくは0.05〜0.12g/inの範囲の充填量で含む、実施形態1〜15のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
17.触媒が、第1のコーティングを、0.5〜10g/inの範囲、好ましくは0.75〜5g/inの範囲、より好ましくは1〜3g/inの範囲、より好ましくは1.25〜2.5g/inの範囲の充填量で含む、実施形態1〜16のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
18.第1のコーティングの95〜100重量%、好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%が、第1の酸化物成分上にある、好ましくはアルミナ上にあるロジウムと、第3の酸化物成分上に担持された、好ましくはアルミナ上に担持されたロジウム以外の白金族金属と、第1の酸素貯蔵化合物上に担持されたロジウム以外の白金族金属と、好ましくは実施形態16に定義された促進剤と、からなる、実施形態11〜14のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
19.第1のコーティングの0〜0.001重量%、好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0.00001重量%がマンガンからなる、実施形態1〜18のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
20.第1のコーティングの好ましくは0〜0.001重量%、より好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0.00001重量%が、ゼオライト材料およびバナジウム含有化合物のうちの1つ以上、好ましくはゼオライト材料およびバナジウム含有化合物からなる、実施形態1〜19のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
21.第2のコーティングの非ゼオライト酸化物材料に含まれるマンガンが、マンガンの酸化物として、好ましくは二酸化マンガン(MnO)として存在し、二酸化マンガンが、より好ましくは、第2の酸化物成分上に担持されている、実施形態1〜20のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
22.第2のコーティングが、MnOとして計算した場合に、非ゼオライト酸化物材料の重量を基準として、1〜10重量%の範囲、好ましくは2〜9重量%の範囲、より好ましくは4〜9重量%の範囲のマンガンを含む、実施形態1〜21のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
23.第2のコーティングの非ゼオライト酸化物材料に含まれる第2の酸化物成分が、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、好ましくは、アルミナ、セリア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、セリア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、実施形態1〜22のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
24.非ゼオライト酸化物材料の98〜100重量%、好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%が、MnOとして計算されるマンガン、および第2の酸化物成分からなる、実施形態1〜23のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
25.第2のコーティングが、非ゼオライト酸化物材料を、0.3〜5g/inの範囲、好ましくは0.4〜2g/inの範囲、より好ましくは0.4〜1.5g/inの範囲、より好ましくは0.4〜1.0g/inの範囲の充填量で含む、実施形態1〜24のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
26.第2のコーティングが、パラジウムを、元素のパラジウムとして計算して、20〜200g/ftの範囲、好ましくは30〜150g/ftの範囲、より好ましくは50〜120g/ftの範囲、より好ましくは50〜80g/ftの範囲の充填量で含む、実施形態1〜25のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
27.第2のコーティングが、第2の酸素貯蔵化合物をさらに含み、第2の酸素貯蔵化合物が、好ましくは、セリウムを含み、より好ましくは、酸化セリウム、酸化セリウムを含む酸化物の混合物、およびセリウムを含む混合酸化物のうちの1つ以上を含み、セリウムを含む混合酸化物が、より好ましくは、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、ハフニウム、サマリウム、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、およびランタンのうちの1つ以上をさらに含む、実施形態1〜26のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
28.第2の酸素貯蔵化合物が、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、およびランタンを含む混合酸化物を含み、
第2の酸素貯蔵化合物の好ましくは95〜100重量%、より好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%が、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、およびランタンを含む混合酸化物からなり、
第2の酸素貯蔵化合物のより好ましくは10〜70重量%、より好ましくは20〜50重量%、より好ましくは25〜40重量%が、CeOとして計算されるセリウムからなり、第2の酸素貯蔵化合物のより好ましくは20〜80重量%、より好ましくは30〜75重量%、より好ましくは50〜70重量%が、ZrOとして計算されるジルコニウムからなる、実施形態27に記載の三元変換触媒。
29.第2のコーティングが、第2の酸素貯蔵化合物を、0.3〜5g/inの範囲、好ましくは0.4〜3g/inの範囲、より好ましくは0.6〜1.75g/inの範囲の充填量で含む、実施形態27または28に記載の三元変換触媒。
30.第2のコーティングに含まれるパラジウムの95〜100重量%、好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%が、非ゼオライト酸化物材料および第2の酸素貯蔵化合物上に担持されており、
第2のコーティングに含まれるパラジウムの好ましくは30〜70重量%、より好ましくは40〜60重量%、より好ましくは45〜55重量%が、非ゼオライト酸化物材料上に担持されており、第2のコーティングに含まれるパラジウムの好ましくは30〜70重量%、より好ましくは40〜60重量%、より好ましくは45〜55重量%が、第2の酸素貯蔵化合物上に担持されている、実施形態27〜29のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
31.第2のコーティングが、促進剤をさらに含み、促進剤が、酸化バリウム、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、および酸化ランタンのうちの1つ以上、好ましくは酸化バリウムおよび酸化ジルコニウムのうちの1つ以上を含み、促進剤が、より好ましくは、酸化バリウムを含み、より好ましくは、これからなる、実施形態1〜30のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
32.第2のコーティングが、促進剤を、0.02〜0.2g/inの範囲、好ましくは0.05〜0.18g/inの範囲の充填量で含む、実施形態31に記載の三元変換触媒。
33.第2のコーティングの95〜100重量%、好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%が、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムと、第2の酸素貯蔵化合物上に担持されたパラジウムと、好ましくは実施形態31または32に定義された促進剤と、からなる、実施形態27〜30のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
34.第2のコーティングの0〜0.0001重量%、好ましくは0〜0.00001重量%が白金からなる、実施形態1〜33のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
35.第2のコーティングの0〜0.001重量%、好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%が、ロジウム、好ましくはロジウム、イリジウム、およびオスミウムからなる、実施形態1〜34のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
36.第2のコーティングの0〜0.001重量%、好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%がモレキュラーシーブからなる、実施形態1〜35のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
37.触媒が、基材と、第1のコーティングと、第2のコーティングと、からなる、実施形態1〜36のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
38.触媒が、第1のコーティングを第1の充填量(L1)で含み、かつ第2のコーティングを第2の充填量(L2)で含み、(L1):(L2)の充填量比が、4:1〜1:4の範囲、好ましくは3:1〜1:3の範囲、より好ましくは2:1〜1:2の範囲、より好ましくは1.5:1〜1:1.5の範囲にある、実施形態1〜37のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
39.(L1):(L2)の充填量比が、1.2:1〜1:1.2の範囲にある、実施形態38に記載の三元変換触媒。
40.触媒の基材が、セラミックまたは金属材料を含む、実施形態1〜39のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
41.触媒の基材が、セラミック材料を含み、好ましくは、これからなり、セラミック材料が、好ましくは、アルミナ、シリカ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、好ましくはコーディエライトまたはムライト、アルミノチタン酸塩、炭化ケイ素、ジルコニア、マグネシア、好ましくはスピネル、およびチタニアのうちの1つ以上、より好ましくは炭化ケイ素およびコーディエライトのうちの1つ以上、より好ましくはコーディエライトを含み、より好ましくは、これらからなる、実施形態1〜40のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
42.触媒の基材が、金属材料を含み、好ましくは、これからなり、金属材料が、好ましくは、酸素と、鉄、クロム、およびアルミニウムのうちの1つ以上と、を含み、より好ましくは、これらからなる、実施形態1〜40のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
43.(i)に記載の基材が、フロースルー基材、好ましくはコーディエライトフロースルー基材である、実施形態1〜42のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
44.(i)に記載の基材が、ウォールフローフィルタ基材、好ましくはコーディエライトウォールフローフィルタ基材である、実施形態1〜42のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
45.三元変換触媒、好ましくは実施形態1〜44のいずれか1つに記載の三元変換触媒を調製するためのプロセスであって、
(a)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材を提供することと、
(b)ロジウムと、第1の酸化物成分と、水と、を含むスラリーを調製し、基材の入口端部から出口端部へと、または基材の出口端部から入口端部へと、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上にスラリーを配置し、得られたスラリー処理後の基材を焼成し、第1のコーティングでコーティングされた基材を得ることと、
(c)水と、パラジウムと、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料と、を含むスラリーを調製し、基材の入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって、(b)で得られたコーティングされた基材の第1のコーティング上にスラリーを配置し、得られたスラリー処理後の基材を焼成し、第1のコーティングおよび第2のコーティングでコーティングされた基材を得ることと、を含み、第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、プロセス。
46.(b)が、
(b.1)ロジウムを第1の酸化物成分上に含浸させ、第1の酸化物成分上にあるロジウムを、好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(b.2)好ましくは、実施形態7〜9のいずれか1つに定義されたロジウム以外の白金族金属を、実施形態10に定義された第3の酸化物成分上に含浸させ、第3の酸化物成分上にあるロジウム以外の白金族金属を、好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(b.3)好ましくは、(b.2)に記載のロジウム以外の白金族金属を、実施形態11または12に定義された第1の酸素貯蔵化合物上に含浸させ、第1の酸素貯蔵化合物上にあるロジウム以外の白金族金属を、より好ましくは、300〜800℃の範囲の温度、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成し、得られた第1の酸素貯蔵化合物上にあるロジウム以外の焼成された白金族金属と、水と、より好ましくはアルコールおよび実施形態16に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、スラリーの粒子が、1〜20マイクロメートルの範囲、より好ましくは3〜10マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.4)(b.1)で得られた第1の酸化物成分上にある焼成されたロジウムと、水と、好ましくは(b.2)で得られた第3の酸化物成分上にあるロジウム以外の焼成された白金族金属と、好ましくはアルコールおよび実施形態16に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を混合してスラリーを得て、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、好ましくは10〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.5)好ましくは、(b.3)で得られたスラリーと、(b.4)で得られたスラリーと、を混合し、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜15マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(b.6)基材の入口端部から出口端部へと、または基材の出口端部から入口端部へと、基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、基材の内壁の表面上に、(b.4)で得られたスラリー、より好ましくは(b.5)で得られたスラリーを配置すること、
(b.7)任意選択的に、(b.6)で得られたスラリー処理後の基材を乾燥させること、
(b.8)(b.6)で得られたスラリー処理後の基材または(b.7)で得られた乾燥されたスラリー処理後の基材を焼成すること、を含む、実施形態45に記載のプロセス。
47.(b.3)、(b.4)、および(b.5)のうちの1つ以上、好ましくは(b.3)、(b.4)、および(b.5)において得られるスラリーの水相のpHを、より好ましくは、酸、より好ましくは硝酸を添加することによって、2〜7の範囲、好ましくは3〜5の範囲の値に調整することを含む、実施形態46に記載のプロセス。
48.(b.3)および(b.4)のうちの1つ以上、好ましくは(b.3)および(b.4)において使用されるアルコールがn−オクタノールである、実施形態46または47に記載のプロセス。
49.(b.7)に記載の乾燥を、好ましくは酸素を含む、90〜200℃の範囲、好ましくは130〜150℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施する、実施形態46〜48のいずれか1つに記載のプロセス。
50.(b.7)に記載の乾燥を、好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、10分〜3時間の範囲、20〜40分の範囲の期間にわたって実施する、実施形態46〜49のいずれか1つに記載のプロセス。
51.(b.8)に記載の焼成を、好ましくは酸素を含む、300〜900℃の範囲、好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施する、実施形態46〜50のいずれか1つに記載のプロセス。
52.(b.8)に記載の焼成を、好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、1〜8時間の範囲、好ましくは1.5〜3時間の範囲の期間にわたって実施する、実施形態46〜51のいずれか1つに記載のプロセス。
53.(c)が、
(c.1)パラジウムを、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に含浸させ、非ゼオライト酸化物材料上にあるパラジウムを、好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(c.2)(c.1)で得られた非ゼオライト材料上にある焼成されたパラジウムと、水と、好ましくはアルコールおよび実施形態31または32に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、スラリーの粒子が、5〜30マイクロメートルの範囲、より好ましくは10〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(c.3)好ましくは、パラジウムを、実施形態27〜29のいずれか1つに定義された 第2の酸素貯蔵化合物上に含浸させ、第2の酸素貯蔵化合物上にあるパラジウムを、より好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成し、得られた第2の酸素貯蔵化合物上にある焼成されたパラジウムと、水と、より好ましくはアルコールおよび実施形態31または32に定義された促進剤のうちの1つ以上と、を含むスラリーを調製し、スラリーの粒子が、1〜20マイクロメートルの範囲、より好ましくは3〜10マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで、得られたスラリーを粉砕すること、
(c.4)好ましくは、(c.2)で得られたスラリーと、(c.3)で得られたスラリーと、を混合すること、
(c.5)(c.2)で得られたスラリー、好ましくは(c.4)で得られたスラリーを、スラリーの粒子が、2〜20マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで粉砕すること、
(c.6)基材の入口端部から出口端部へと、第1のコーティングにおける基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって、(b)で得られたコーティングされた基材の第1のコーティング上に、(c.5)で得られたスラリーを配置すること、
(c.7)任意選択的に、(c.6)で得られたスラリー処理後の基材を乾燥させること、
(c.8)(c.6)で得られたスラリー処理後の基材または(c.7)で得られた乾燥されたスラリー処理後の基材を焼成すること、を含む、実施形態45〜52のいずれか1つに記載のプロセス。
54.(c.2)、(c.3)、および(c.4)のうちの1つ以上、好ましくは(c.2)、(c.3)、および(c.4)において得られるスラリーの水相のpHを、より好ましくは、酸、より好ましくは硝酸を添加することによって、2〜7の範囲、好ましくは3〜5の範囲の値に調整すること、を含む、実施形態53に記載のプロセス。
55.(c.5)に記載の粉砕を、スラリーの粒子が、5〜18マイクロメートルの範囲、好ましくは10〜15マイクロメートルの範囲のDv90を有するまで実施する、実施形態53または54に記載のプロセス。
56.(c.7)に記載の乾燥を、好ましくは酸素を含む、90〜200℃の範囲、好ましくは130〜150℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施する、実施形態53〜55のいずれか1つに記載のプロセス。
57.(c.7)に記載の乾燥を、好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、10分〜3時間の範囲、20〜40分の範囲の期間にわたって実施する、実施形態53〜56のいずれか1つに記載のプロセス。
58.(c.8)に記載の焼成を、好ましくは酸素を含む、300〜900℃の範囲、好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施する、実施形態53〜57のいずれか1つに記載のプロセス。
59.(c.8)に記載の焼成を、好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、1〜8時間の範囲、好ましくは1.5〜3時間の範囲の期間にわたって実施する、実施形態53〜58のいずれか1つに記載のプロセス。
60.(b)に記載のスラリーを、基材を噴霧または浸漬することによって、好ましくは基材を浸漬することによって実施する、実施形態45〜59のいずれか1つに記載のプロセス。
61.(c)に記載のスラリーを、基材を噴霧または浸漬することによって、好ましくは基材を浸漬することによって実施する、実施形態45〜60のいずれか1つに記載のプロセス。
62.xが、90〜100の範囲、好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にある、実施形態45〜61のいずれか1つに記載のプロセス。
63.yが、30〜80の範囲、好ましくは40〜60の範囲、より好ましくは45〜55の範囲にある、実施形態45〜62のいずれか1つに記載のプロセス。
64.yが、80〜xの範囲、好ましくは90〜xの範囲にあり、より好ましくはyがxである、実施形態45〜62のいずれか1つに記載のプロセス。
65.(a)、(b)、および(c)からなる、実施形態45〜64のいずれか1つに記載のプロセス。
66.実施形態45〜65のいずれか1つ、好ましくは実施形態65に記載のプロセスによって得られるか、または入手可能であるか、または調製可能であるか、または調製される、三元変換触媒、好ましくは実施形態1〜44のいずれか1つに記載の三元変換触媒。
67.エンジンの下流にあり、かつこれと流体連通している排気ガス処理システムであって、実施形態1〜44および実施形態66のいずれか1つに記載の三元変換触媒を含む、排気ガス処理システム。
68.エンジンが、ガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上、好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンである、実施形態67に記載のガス処理システム。
69.エンジンの排気ガス流が、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、および窒素酸化物(NO)を含む、実施形態67または68に記載のガス処理システム。
70.好ましくはガソリンエンジンからの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNO/NOxを含む排気ガスを処理するための、実施形態1〜44および実施形態66のいずれか1つに記載の三元変換触媒の使用。
71.好ましくはガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上からの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNO/NOxを含む排気ガスを処理するための方法であって、実施形態1〜44および実施形態66のいずれか1つに記載の三元変換触媒を使用することを含む、方法。
72.実施形態1〜44のいずれか1つに記載の三元変換触媒であって、(iii)に記載の第2のコーティングが、実施形態1’〜17’のいずれか1つに定義されたコーティング(ii)である、三元変換触媒。
本発明は、以下の第2の一連の実施形態、ならびに示されるような従属性および後方参照から生じる実施形態の組み合わせによってさらに説明される。第2の一連の実施形態は、先の第1の一連の実施形態と組み合わせることができる。
1’.HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための触媒であって、触媒が、
(i)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
(ii)基材の内壁の表面上に配置されたコーティングであって、コーティングが、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含み、コーティングが、バリウムを含む促進剤をさらに含み、コーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、コーティング、を含む、触媒。
2’.コーティングが、基材の入口端部から出口端部へと、または基材の出口端部から基材の入口へと、基材軸長さのy1%(y1は、80〜100の範囲、好ましくは90〜100の範囲、より好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にある)にわたって延在する、実施形態1’に記載の触媒。
3’.コーティングの非ゼオライト酸化物材料に含まれるマンガンが、マンガンの酸化物として、好ましくは二酸化マンガン(MnO)として存在し、二酸化マンガンが、より好ましくは、酸化物成分上に担持されている、実施形態1’または2’に記載の触媒。
4’.コーティングが、MnOとして計算した場合に、非ゼオライト酸化物材料の重量を基準として、1〜10重量%の範囲、好ましくは2〜9重量%の範囲、より好ましくは4〜9重量%の範囲のマンガンを含む、実施形態1’〜3’のいずれか1つに記載の触媒。
5’.非ゼオライト酸化物材料に含まれる酸化物成分が、アルミナ、セリア、シリカ、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、好ましくは、アルミナ、セリア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、セリア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、実施形態1’〜4’のいずれか1つに記載の触媒。
6’.非ゼオライト酸化物材料の98〜100重量%、好ましくは99〜100重量%、より好ましくは99.5〜100重量%が、MnOとして計算されるマンガン、および酸化物成分からなる、実施形態1’〜5’のいずれか1つに記載の触媒。
7’.コーティングが、パラジウムを、元素のパラジウムとして計算して、20〜200g/ftの範囲、好ましくは30〜150g/ftの範囲、より好ましくは50〜120g/ftの範囲の充填量で含む、実施形態1’〜6’のいずれか1つに記載の触媒。
8’.コーティングが、非ゼオライト酸化物材料を、0.5〜4g/inの範囲、好ましくは1〜3g/inの範囲、より好ましくは1〜1.8g/inの範囲の充填量で含む、実施形態1’〜7’のいずれか1つに記載の触媒。
9’.コーティングに含まれる促進剤が、酸化バリウムを含む、好ましくはこれからなる、実施形態1’〜8’のいずれか1つに記載の触媒。
10’.コーティングが、促進剤を、0.02〜0.2g/inの範囲、好ましくは0.05〜0.1g/inの範囲の充填量で含む、実施形態1’〜9’のいずれか1つに記載の触媒。
11’.コーティングの95〜100重量%、好ましくは98〜100重量%、より好ましくは99〜100重量%が、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムと、バリウムを含む促進剤と、からなる、実施形態1’〜10’のいずれか1つに記載の触媒。
12’.コーティングの0〜0.0001重量%、好ましくは0〜0.00001重量%が白金からなる、実施形態1’〜11’のいずれか1つに記載の触媒。
13’.コーティングの0〜0.001重量%、好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%が、ロジウム、好ましくはロジウム、イリジウム、およびオスミウムからなる、実施形態1’〜12’のいずれか1つに記載の触媒。
14’.コーティングの0〜0.001重量%、好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0〜0.00001重量%がモレキュラーシーブからなる、実施形態1’〜13’のいずれか1つに記載の触媒。
15’.触媒が、基材およびコーティングからなる、実施形態1’〜14’のいずれか1つに記載の触媒。
16’.(i)に記載の基材がフロースルー基材であり、
フロースルー基材が、好ましくは、セラミック材料を含み、より好ましくは、これからなり、セラミック材料が、より好ましくは、アルミナ、シリカ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、好ましくはコーディエライトまたはムライト、アルミノチタン酸塩、炭化ケイ素、ジルコニア、マグネシア、好ましくはスピネル、およびチタニアのうちの1つ以上、より好ましくは炭化ケイ素およびコーディエライトのうちの1つ以上、より好ましくはコーディエライトを含み、より好ましくは、これらからなる、実施形態1’〜15’のいずれか1つに記載の触媒。
17’.(i)に記載の基材がウォールフローフィルタ基材であり、
ウォールフローフィルタ基材が、好ましくは、セラミック材料を含み、より好ましくは、これからなり、セラミック材料が、より好ましくは、アルミナ、シリカ、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、好ましくはコーディエライトまたはムライト、アルミノチタン酸塩、炭化ケイ素、ジルコニア、マグネシア、好ましくはスピネル、およびチタニアのうちの1つ以上、より好ましくは炭化ケイ素およびコーディエライトのうちの1つ以上、より好ましくはコーディエライトを含み、より好ましくは、これらからなる、実施形態1’〜15’のいずれか1つに記載の触媒。
18’.HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための触媒、好ましくは実施形態1’〜17’のいずれか1つに記載の触媒を調製するためのプロセスであって、
(A)入口端部と、出口端部と、入口端部から出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材を提供することと、
(B)水と、パラジウムと、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料と、バリウムを含む促進剤と、を含む触媒スラリーを調製することと、
(C)(B)で得られたスラリーを、(A)で提供された基材の内壁の表面上に配置し、得られたスラリー処理後の基材を焼成し、コーティングでコーティングされた基材を得ることと、を含み、コーティングの0〜0.01重量%が白金からなる、プロセス。
19’.(B)が、
(B.1)パラジウムを、マンガンおよび酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料上に含浸させること、
(B.2)(B.1)で得られた非ゼオライト酸化物材料上にあるパラジウムを、好ましくは、300〜800℃の範囲、より好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で焼成すること、
(B.3)水と、バリウムを含む促進剤と、好ましくはアルコール、より好ましくはn−オクタノールと、を含む混合物を調製すること、
(B.4)(B.2)で得られた非ゼオライト酸化物材料上にある焼成されたパラジウムを、(B.3)で得られた混合物に添加し、中間スラリーを得ること、
(B.5)好ましくは、(B.4)で得られた中間スラリーの水相のpHを、2〜7の範囲、より好ましくは3〜5の範囲の値に調整すること、
(B.6)(B.4)で得られた中間スラリー、好ましくは(B.5)で得られたスラリーを、スラリーの粒子が、2〜20マイクロメートルの範囲、好ましくは10〜15マイクロメートルの範囲のDv90(Dv90は、参照例2のように決定される)を有するまで粉砕し、触媒スラリーを得ること、を含む、実施形態18’に記載のプロセス。
20’.(C)が、
(C.1)基材の入口端部から出口端部へと、基材軸長さのy1%(y1は、80〜100の範囲、好ましくは90〜100の範囲、より好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にある)にわたって、(A)で提供された基材の内壁の表面上に、(B)で得られた触媒スラリーを配置すること、
(C.2)任意選択的に、(C.1)で得られたスラリー処理後の基材を乾燥させること、
(C.3)(c.1)で得られたスラリー処理後の基材または(c.2)で得られた乾燥されたスラリー処理後の基材を焼成すること、
を含み、(C.1)に記載の配置を、好ましくは基材を噴霧または浸漬することによって、より好ましくは基材を浸漬することによって実施する、実施形態18’または19’に記載のプロセス。
21’.(C.2)に記載の乾燥を、好ましくは酸素を含む、90〜200℃の範囲、好ましくは130〜150℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施する、実施形態20’に記載のプロセス。
22’.(C.2)に記載の乾燥を、好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、10分〜3時間の範囲、20〜40分の範囲の期間にわたって実施する、実施形態20’または21’に記載のプロセス。
23’.(C.3)に記載の焼成を、好ましくは酸素を含む、300〜900℃の範囲、好ましくは500〜700℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で実施する、実施形態20’〜22’のいずれか1つに記載のプロセス。
24’.(C.3)に記載の焼成を、好ましくは酸素を含むガス雰囲気中で、1〜8時間の範囲、好ましくは1.5〜3時間の範囲の期間にわたって実施する、実施形態20’〜23’のいずれか1つに記載のプロセス。
25’.実施形態18’〜24’のいずれか1つに記載のプロセスによって入手可能であるか、または得られるか、または調整可能であるか、または調製される、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための触媒、好ましくは実施形態1’〜17’のいずれか1つに記載の触媒。
26’.好ましくはガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上からの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための、実施形態1’〜16’および実施形態25’のいずれか1つに記載の触媒の使用。
27’.好ましくはガソリンエンジンおよびガソリン・天然ガス複合エンジンのうちの1つ以上からの、より好ましくはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための方法であって、実施形態1’〜16’および実施形態25’のいずれか1つに記載の触媒を使用することを含む、方法。
本発明の文脈では、「内壁の表面」という用語は、壁の「裸の」または「むき出しの」または「何もない」表面、すなわち、(表面を汚染し得る不可避の不純物は別として)壁の材料を構成している未処理状態の壁表面と理解されるべきである。
さらに、本発明の文脈では、「Xは、A、B、およびCのうちの1つ以上である」という用語(Xは所与の特徴であり、A、B、およびCはそれぞれ、具体的に実現された該特徴を表す)は、Xが、A、またはB、またはC、またはAとB、またはAとC、またはBとC、またはAとBとCのいずれかであることを開示するものとして理解されるべきである。この点に関して、当業者であれば、上記の抽象的な用語を具体的な例に移し替えることができること、例えば、Xが化学元素であるなら、A、B、およびCは、Li、Na、およびKなどの具体的な元素であり、またはXが温度であるなら、A、B、およびCは、10℃、20℃、および30℃などの具体的な温度であることに留意されたい。これに関して、当業者であれば、上記の用語を、より具体的には実現されていない該特徴に拡張すること、例えば、Xが、A、またはB、またはAとBであることを開示する「Xは、AまたはBのいずれかである」に拡張することができるか、あるいはより具体的に実現された該特徴に拡張すること、例えば、Xが、A、またはB、またはC、またはD、またはAとB、またはAとC、またはAとD、またはBとC、またはBとD、またはCとD、またはAとBとC、またはAとBとD、またはBとCとD、またはAとBとCとDのいずれかであることを開示する「Xは、A、B、C、およびDのうちの1つ以上である」に拡張することができることにさらに留意されたい。
さらに、本発明の文脈では、「ガソリン・天然ガス複合エンジン」という用語は、デュアルモードを有する、すなわちガソリンモードと(圧縮)天然ガスモードとを有するエンジンを表し、(圧縮)天然ガスモードからの炭化水素排出物は、主にメタンである(約80%超)。これは、ガソリン・天然ガスハイブリッドエンジンとも称することができる。
さらに、本発明の文脈では、1つ以上の成分の重量%に関する「からなる」という用語は、当該存在物の100重量%を基準とした該成分の重量%での量を示す。例えば、「第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる」という表現は、該コーティングを構成する成分の100重量%のうち、0〜0.001重量%が白金であることを示す。
本発明を、以下の参照例、比較例、および実施例によってさらに説明する。
参照例1:アルミナのBET比表面積の決定
アルミナのBET比表面積は、液体窒素を使用してDIN66131またはDIN−ISO9277に準拠して決定した。
参照例2:体積ベースの粒径分布の決定
粒径分布は、0.1〜875ミクロンをカバーする5つのモジュールを含む31チャネルの多元素検出範囲を有するレーザー(HeNe)回折センサを備えたSympatec HELOS/BR−OM&QUIXEL湿式分散装置を使用して、静的光散乱法によって決定した。
参照例3:一般的なコーティング法
フロースルー基材をスラリーでコーティングするために、フロースルー基材を、塗布すべきコーティングの目標長さをもたらす基材の特定の長さにわたって、所与のスラリーの一部に垂直に浸漬した。このようにして、ウォッシュコートは、基材の壁に接触した。サンプルを、特定の時間、通常は1〜15秒にわたって、スラリー中に残した。次いで、基材をスラリーから取り出し、その垂直軸を中心として180°回転させ、まず穏やかに、その後激しく振とうして、余分なスラリーを取り除き、続いて、(最初のスラリー取り込みの方向で)圧縮空気を吹き付けた。
比較例1:本発明によるものではない触媒の調製(56g/ftのPd−マンガンなし)
アルミナ粉末(Al:約100重量%であり、約150m/gのBET比表面積、35マイクロメートルのDv50、11nmの平均細孔半径、および0.9ml/gの総細孔容積を有する)を、初期点を超えないように、脱イオン水と硝酸パラジウムとの水性混合物に含浸させた。アルミナの量は、焼成後の触媒中のアルミナ充填量が1.40g/inになるように計算した。得られたPd−アルミナ混合物(固形分:65重量%)を590℃で2時間にわたって焼成機内で焼成した(熱固定)。
蒸留水と、n−オクタノール(焼成後のウォッシュコートの重量を基準として0.3重量%)と、硝酸バリウムと、を用いて、混合物を調製した。硝酸バリウムの量は、焼成後の触媒中の最終的なBaO充填量が0.068g/inになるように計算した。オクタノールの量は、これが最終的なウォッシュコート充填量の0.3重量%になるように計算した。該混合物を室温の容器内で約10分にわたって撹拌した。
撹拌しながら、得られた混合物に焼成されたPd−アルミナ粉末をゆっくりと添加してスラリーを得た。スラリーの固形分は、約40重量%に設定した。最初に硝酸によってpHを3.8に調整した後に、スラリーを、スラリーの粒子が12マイクロメートルのDv90(参照例2のように決定)を有するまで粉砕し、最終的にpHを3.5に調整した。得られたスラリーを、参照例3に記載のコーティング法を使用して、コーティングされていないフロースルーコージェライトハニカム基材の全長にわたって配置した(直径:2.54cm(1インチ)×長さ:10.16cm(4インチ)、400/(2.54)セル毎平方センチメートルおよび壁厚0.1ミリメートル(4ミル)を有する円筒形の基材)。その後、コーティングされた基材を、空気中にて140℃で30分にわたって乾燥させ、空気中にて590℃で2時間にわたって焼成した。焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量は、1.40g/inのアルミナと、0.068g/inのBaOと、56g/ftのPdと、を含む1.50g/inであった。
比較例2:本発明によるものではない触媒の調製(112g/ftのPd−マンガンなし)
焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量が、1.40g/inのアルミナと、0.068g/inのBaOと、112g/ftのPdと、を含む1.53g/inであったことを除いて、比較例2の触媒を比較例1の触媒のように調製した。
比較例3:本発明によるものではない触媒の調製(167g/ftのPd−マンガンなし)
焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量が、1.40g/inのアルミナと、0.068g/inのBaOと、167g/ftのPdと、を含む1.56g/inであったことを除いて、比較例3の触媒を比較例1の触媒のように調製した。
実施例1:触媒の調製(56g/ftのPd−マンガン)
アルミナ粉末をMn−アルミナ粉末(95重量%のAl、5重量%のMnOであり、約132m/gのBET比表面積、37.5マイクロメートルのDv50、11.5nmの平均細孔半径、および0.8ml/gの総細孔容積を有する)に置き換えたことを除いて、実施例1の触媒を比較例1の触媒のように調製した。焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量は、1.40g/inのMn−アルミナと、0.068g/inのBaOと、56g/ftのPdと、を含む1.50g/inであった。
実施例2:実施例1および比較例1〜3の触媒の性能評価−CO変換率、NO変換率、およびHC変換率
すべての触媒を、熱水的(10%のOおよび10%の蒸気)に、900℃の1つのオーブン内で、4時間にわたってまとめてエージングした。オーブンエージングは、制御された流動条件下で幾つかのガスを同時に供給するために幾つかのガスラインを備えたオーブン内で行った。
すべてのエージングされたサンプルを、圧縮天然ガス(CNG)モードの実車から実施されている新欧州ドライビングサイクル(NEDC)試験サイクルを使用して動作させるガソリンシステムシミュレーター(GSS)反応器を使用して、1回に1つずつ評価した。熱水エージングが様々な技術に与える影響を評価するために、オーブンエージングの前に、同じ反応器で同じサンプルを新品の状態で評価した。結果を図1に示す。
CO変換率:図1から分かるように、実施例1の触媒は、約84.5%のCO変換率(新品)および約80%のCO変換率(エージング後)を呈し、比較例1の触媒は、約76%のより低いCO変換率(新品)および約71%のより低いCO変換率(エージング後)を呈する。これは、実施例1の触媒が、同じPd充填量を有するがマンガンを含まない触媒と比較して、新品およびエージング後の状態で、改善されたCO変換率を呈することを示す。さらに、実施例1の触媒を使用することによって、エージング後のCO変換率の改善が向上する。さらに、実施例1の触媒は、新品の状態で、実施例1の2倍のパラジウム充填量を含有する比較例2の触媒と同等のCO変換率を呈する。この傾向は、オーブンエージング後も同じと思われ、マンガン含有触媒の場合、改善が伴う。最終的に、実施例1の触媒は、新品およびエージング後の状態で、実施例1の3倍のパラジウム充填量を含有する比較例3の触媒と同等のCO変換率を呈する。
NO変換率:図1から分かるように、実施例1の触媒は、約96%のNO変換率(新品)および約87%のNO変換率(エージング後)を呈し、比較例1の触媒は、約87%のより低いNO変換率(新品)および約81%のより低いNO変換率(エージング後)を呈する。これは、実施例1の触媒が、同じPd充填量を有するがマンガンを含まない触媒と比較して、新品およびエージング後の状態で、改善されたNO変換率を呈することを示す。さらに、実施例1の触媒は、新品の状態で、比較例2および3の触媒で得られるNO変換率と比較して、改善されたNO変換率を呈し、またエージング後に、比較例2および3の触媒で得られるNO変換率と比較して、同等またはわずかにより低いNO変換率を呈する。
HC変換率:図1から分かるように、実施例1の触媒は、約83%のHC変換率(新品)および約60%のHC変換率(エージング後)を呈する。実施例1の触媒で得られる新品の状態でのHC変換率は、比較例1のHC変換率と同等である。比較例2および3の触媒で得られるHC変換率は、実施例1の触媒で得られるHC変換率よりも高い。いずれの理論に縛られることを望むものではないが、これは、HC変換率が白金族金属(PGM)の量と直接関連しているという事実によって説明できる場合がある。これは、以下の実施例4に概説される結果によって確認される。
実施例2は、本発明による触媒が、新品およびエージング後の状態で拮抗するHC変換活性を維持しながら、改善されたCO変換率およびNO変換率を提供することを証明している。この例はさらに、酸化マンガン(MnO)が上に配置されたアルミナを使用することによって、触媒中の白金族金属、特にパラジウムの量を減らし、類似したまたはさらに改善された触媒活性、特にCOおよびNOxを得ることが可能なことを示す。
比較例4: 本発明によるものではない触媒の調製(112g/ftのPt−マンガン)
Mn−アルミナ粉末(95重量%のAl、5重量%のMnOであり、約132m/gのBET比表面積、37.5マイクロメートルのDv50、11.2nmの平均細孔半径、および0.8ml/gの総細孔容積を有する)を、硝酸白金と脱イオン水との水性混合物に含浸させた。Mn−アルミナの量は、焼成後の触媒中のMn−アルミナ充填量が1.40g/inになるように計算した。得られたPt−アルミナ混合物(固形分:65重量%)を590℃で2時間にわたって焼成機内で焼成した(熱固定)。
蒸留水と、n−オクタノール(焼成後のウォッシュコートの重量を基準として0.3重量%)と、硝酸バリウムと、を用いて、混合物を調製した。硝酸バリウムの量は、焼成後の触媒中の最終的なBaO充填量が0.068g/inになるように計算した。該混合物を室温の容器内で約10分にわたって撹拌した。
撹拌しながら、得られた混合物に焼成されたPt−アルミナ粉末をゆっくりと添加してスラリーを得た。スラリーの固形分は、約40重量%に設定した。最初に硝酸によってpHを3.8に調整した後に、スラリーを、スラリーの粒子が12マイクロメートルのDv90(参照例2のように決定)を有するまで粉砕し、最終的にpHを3.5に調整した。得られたスラリーを、参照例3に記載のコーティング法を使用して、コーティングされていないフロースルーコージェライトハニカム基材の全長にわたって配置した(直径:2.54cm(1インチ)×長さ:10.16cm(4インチ)、600/(2.54)セル毎平方センチメートルおよび壁厚0.1ミリメートル(4ミル)を有する円筒形の基材)。その後、コーティングされた基材を、空気中にて140℃で20分にわたって乾燥させ、空気中にて590℃で2時間にわたって焼成した。焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量は、1.40g/inのMn−アルミナと、0.068g/inのBaOと、112g/ftのPtと、を含む1.53g/inであった。
比較例5:本発明によるものではない触媒の調製(112g/ftのPt−マンガンなし)
Mn−アルミナ粉末を比較例1で使用されたアルミナ粉末と置き換えたことを除いて、比較例5の触媒を比較例4の触媒のように調製した。焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量は、1.40g/inのアルミナと、0.068g/inのBaOと、112g/ftのPtと、を含む1.53g/inであった。
比較例6:本発明によるものではない触媒の調製(112g/ftのPd−マンガンなし)
硝酸白金を硝酸パラジウムと置き換えたことを除いて、比較例6の触媒を比較例5の触媒のように調製した。焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量は、1.40g/inのアルミナと、0.068g/inのBaOと、112g/ftのPdと、を含む1.53g/inであった。
実施例3:触媒の調製(112g/ftのPd−マンガン)
硝酸白金を硝酸パラジウムと置き換えたことを除いて、実施例3の触媒を比較例4の触媒のように調製した。焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量は、1.40g/inのMn−アルミナと、0.068g/inのBaOと、112g/ftのPdと、を含む1.53g/inであった。
実施例4:実施例3、ならびに比較例4、5および6の触媒の性能評価−CO変換率、NO変換率、およびHC変換率
すべての触媒を、熱水的(10%のOおよび10%の蒸気)に、900℃の1つのオーブン内で、4時間にわたってまとめてエージングした。オーブンエージングは、制御された流動条件下で幾つかのガスを同時に供給するために幾つかのガスラインを備えたオーブン内で行った。すべてのエージングされたサンプルを、圧縮天然ガス(CNG)モードの実車から実施されている新欧州ドライビングサイクル(NEDC)試験サイクルを使用して動作させるガソリンシステムシミュレーター(GSS)反応器を使用して、1回に1つずつ評価した。結果を図2に示す。
a)実施例3対比較例4および5
図2から分かるように、実施例3の触媒は、約69.5%のHC変換率、約83%のCO変換率、および約92%のNO変換率を呈し、比較例4の触媒は、33%のより低いHC変換率、ならびに実施例3と同様のCO変換率およびNO変換率を呈する。さらに、実施例3の触媒は、比較例5の触媒と比較して、改善されたHC変換率、CO変換率、およびNO変換率を呈する。実施例4は、パラジウムおよびマンガンを含む本発明の触媒が、マンガンを有するまたは有しない白金を含む触媒と比較して、改善された触媒活性を得ることを可能にすることを証明している。これは、パラジウムがそのような触媒配合物に必須であることを示す。したがって、本発明の触媒は、エージング後の状態で大きなNO変換率およびCO変換率を呈しながら、圧縮天然ガス(CNG)用途において特に重要な改善されたHC変換率を得ることを可能にする。本質的に、本発明の触媒は、優れた三元変換触媒性能(HC、CO、NOx)を示す。
b)実施例3対比較例6
図2から分かるように、比較例6の触媒は、実施例3の触媒と比較して、より低いHC変換率、NO変換率、およびCO変換率を呈する。実施例4はさらに、パラジウムおよびマンガンを含む本発明の触媒が、パラジウムは含むがマンガンは含まない白金を含む触媒と比較して、改善された触媒活性を得ることを可能にすることを証明している。したがって、該実施例から、パラジウムおよびマンガンが、HC、CO、およびNOの酸化について、排気ガスを処理するための触媒の触媒活性に対して相乗効果を有することが示される。
比較例7:本発明によるものではない(マンガンを含まない)三元変換触媒の調製
第1のコーティング:
Ce(CeOとして計算して30重量%)およびZr(ZrOとして計算して60重量%)を含み、さらにランタンおよびイットリウム(それぞれXとして計算して5重量%)を含む酸素貯蔵化合物のPd(焼成後の第1のコーティング中のパラジウムの総重量の70重量%)の焼成された粉末を、蒸留水、n−オクタノール(焼成後の第1のコーティングの重量を基準として0.3重量%)、硝酸バリウム、および硝酸ジルコニウムがすでに充填された容器(事前に10分間撹拌)に、撹拌しながらゆっくりと添加した。得られたスラリーを10分にわたって撹拌し、続いて、pHを3.8に調整し、固形分は40重量%であった。得られたスラリーを、スラリーの粒子が7マイクロメートルのDv90(参照例2のように決定)を有するまで湿式粉砕した。
同様に、アルミナ(Al:約98.7重量%であり、約145m/gのBET比表面積、7.2マイクロメートルのDv50、および0.537ml/gの総細孔容積を有する)上にあるPd(焼成後の第1のコーティング中のパラジウムの総重量の30重量%)の第1の焼成された粉末と、アルミナ(Al:約98.7重量%であり、約145m/gのBET比表面積、7.2マイクロメートルのDv50、および0.537ml/gの総細孔容積を有する)上にあるRh(焼成後の第1のコーティング中のロジウムの総重量の100重量%)の第2の焼成された粉末とを、蒸留水、n−オクタノール(焼成後の第1のコーティングの重量を基準として0.3重量%)、硝酸バリウム、および硝酸ジルコニウムの入った容器に撹拌して入れた。得られたスラリーを、スラリーの粒子が15マイクロメートルのDv90(参照例2のように決定)を有するまで粉砕した。スラリーの水相のpHを粉砕の前後に制御し、必要に応じて硝酸を使用して3.8に調整した。各スラリー中の硝酸バリウムの量は、焼成後の触媒の第1のコーティング中の最終的なBaO充填量が0.068g/inとなるように計算し、各スラリー中の硝酸ジルコニウムの量は、触媒の第1のコーティング中の最終的なZrO充填量が0.021g/inになるように計算した。
2つのスラリーを最終的にブレンドして、最終的なスラリーにした。最終的なスラリーは、38重量%の固形分を有しており、10分にわたって撹拌された。最終的なスラリーを、スラリーの粒子が12マイクロメートルのDv90(参照例2のように決定)を有するまで粉砕した。スラリーの水相のpHを、硝酸で3.5に制御および調整した。得られたスラリーを、参照例3に記載のコーティング法を使用して、コーティングされていないフロースルーコージェライトハニカム基材の全長にわたって配置した(直径:11.84cm(4.66インチ)×長さ:11.43cm(4.5インチ)、600/(2.54)セル毎平方センチメートルおよび壁厚0.1ミリメートル(4ミル)を有する円筒形の基材)。その後、コーティングされた基材を、空気中にて140℃で30分にわたって乾燥させ、空気中にて590℃で2時間にわたって焼成した。第1のコーティングは、焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量が、0.825g/inのアルミナと、0.680g/inのセリア−ジルコニアと、0.068g/inのBaOと、0.021g/inのZrOと、54g/ftのPdと、10g/ftのRhと、を含む1.63g/inであった。
第2のコーティング:
アルミナ粉末(Al:約100重量%であり、約150m/gのBET比表面積、35マイクロメートルのDv50、11nmの平均細孔半径、および0.9ml/gの総細孔容積を有する)を、脱イオン水と硝酸パラジウムとの水性混合物に含浸させた。アルミナの量は、焼成後の触媒における(第2のコーティングにおける)アルミナ充填量が0.6g/inになるように計算した。アルミナ上にあるPd(焼成後の第2のコーティング中のパラジウムの総重量の50重量%)のフリット(固形分:65重量%)を590℃で2時間にわたって焼成機内で焼成した(熱固定)。同様に、残りのパラジウム(焼成後の第2のコーティング中のパラジウムの総重量の50重量%)を、Ce(CeOとして計算して30重量%)およびZr(ZrOとして計算して60重量%)を含み、さらにランタンおよびイットリウム(それぞれXとして計算して5重量%)を含む酸素貯蔵化合物上に含浸させ、590℃で2時間にわたって焼成した(熱固定)。
焼成されたPd/セリア−ジルコニアを、蒸留水、n−オクタノール(焼成後の第1のコーティングの重量を基準として0.3重量%)、および硝酸バリウムがすでに充填された容器(事前に10分間撹拌)に、撹拌しながらゆっくりと添加した。得られたスラリーを10分にわたって撹拌し、固形分は40重量%であった。硝酸によってpHを3.8に調整した後に、得られたスラリーを、スラリーの粒子が7マイクロメートルのDv90(参照例2のように定義)を有するまで粉砕した。
同様に、焼成されたPd−アルミナフリットを、蒸留水、n−オクタノール(焼成後の第1のコーティングの重量を基準として0.3重量%)、および硝酸バリウムがすでに充填された容器(事前に10分間撹拌)に、ゆっくりと添加した。最初に硝酸によってpHを3.8に調整した後に、得られたスラリーを、スラリーの粒子が15マイクロメートルのDv90(参照例2のように決定)を有するまで粉砕し、必要に応じて硝酸を使用して最終的に3.8のpHに調整した。各スラリー中の硝酸バリウムの量は、焼成後の触媒の第2のコーティング中の最終的なBaO充填量が0.12g/inになるように計算した。2つのスラリーを最終的にブレンドして、最終的なスラリーにした。最終的なスラリーを10分にわたって撹拌し、固形分は38重量%であった。最終的なスラリーを、スラリーの粒子が12マイクロメートルのDv90(参照例2のように決定)を有するまで粉砕した。スラリーの水相のpHを、硝酸を使用して3.5に制御および調整した。得られたスラリーを、参照例3に記載のコーティング法を使用して、第1のコーティングでコーティングされた基材の全長にわたって配置した。その後、コーティングされた基材を、空気中にて140℃で30分にわたって乾燥させ、空気中にて590℃で2時間にわたって焼成した。第2のコーティングは、焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量が、0.8g/inのセリア−ジルコニアと、0.6g/inのアルミナと、0.12g/inのBaOと、54g/ftのPdと、を含む1.55g/inであった。焼成後の得られた触媒は、108g/ftのPdと、10g/ftのRhと、を含む118g/ftの総白金族金属充填量を有していた。焼成後の触媒の総ウォッシュコート充填量は、約3.2g/inであった。
実施例5: 三元変換触媒の調製(5重量%のMnO
第1のコーティング:
このコーティングは、比較例7の第1のコーティングのように調製およびコーティングした。第1のコーティングは、焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量が、0.825g/inのアルミナと、0.680のセリア−ジルコニアと、0.068g/inのBaOと、0.021のZrOと、54g/ftのPdと、10g/ftのRhと、を含む1.63g/inであった。
第2のコーティング:
アルミナ上にあるPdからのアルミナ粉末をMn−アルミナ粉末(95重量%のAl、5重量%のMnOであり、約132m/gのBET比表面積、37.5マイクロメートルのDv50、11.2nmの平均細孔半径、および0.8ml/gの総細孔容積を有する)に置き換えたことを除いて、第2のコーティングを比較例7のコーティングのように調製した。得られたスラリーを、参照例3に記載のコーティング法を使用して、第1のコーティングでコーティングされた基材の全長にわたって配置した。その後、コーティングされた基材を、空気中にて140℃で30分にわたって乾燥させ、空気中にて590℃で2時間にわたって焼成した。第2のコーティングは、焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量が、0.8g/inのセリア−ジルコニアと、0.6g/inのMn−アルミナと、0.12g/inのBaOと、54g/ftのPdと、を含む1.55g/inであった。焼成後の得られた触媒は、108g/ftのPdと、10g/ftのRhと、を含む118g/ftの総白金族金属充填量を有していた。焼成後の触媒の総ウォッシュコート充填量は、約3.2g/inであった。
実施例6:三元変換触媒の調製(8重量%のMnO
第1のコーティング:
このコーティングは、比較例7の第1のコーティングのように調製およびコーティングした。第1のコーティングは、焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量が、0.825g/inのアルミナと、0.680g/inのセリア−ジルコニアと、0.068g/inのBaOと、0.021g/inのZrOと、54g/ftのPdと、10g/ftのRhと、を含む1.63g/inであった。
第2のコーティング:
Mn−アルミナ粉末中のMnOの含有量がMn−アルミナの総重量を基準として8重量%であったことを除いて、第2のコーティングを実施例5の第2のコーティングのように調製した。得られたスラリーを、参照例3に記載のコーティング法を使用して、第1のコーティングでコーティングされた基材の全長にわたって配置した。その後、コーティングされた基材を、空気中にて140℃で30分にわたって乾燥させ、空気中にて590℃で2時間にわたって焼成した。第2のコーティングは、焼成後の触媒におけるウォッシュコート充填量が、0.8g/inのセリア−ジルコニアと、0.6g/inのMn−アルミナと、0.12g/inのBaOと、54g/ftのPdと、を含む1.55g/inであった。焼成後の得られた触媒は、108g/ftのPdと、10g/ftのRhと、を含む118g/ftの総白金族金属充填量を有していた。焼成後の触媒の総ウォッシュコート充填量は、約3.2g/inであった。
実施例7:実施例5および6、ならびに比較例7の触媒の性能評価−CO変換率
実施例5および6、ならびに比較例7の触媒を、ZDAKWエージングサイクルに従って、850℃の入口温度で、100時間にわたって燃料カットエージングした。エージングされた触媒の性能を、CNGモードのシャシダイナモ上で、1.4lデュアルモードガソリンCNG車両において、世界軽量試験サイクル(WLTC)のもと測定した。結果を図3に示す。図3に示されるように、エージング(ZDAKW、850℃、100時間、エンジン)された触媒のWLTCの結果は、実施例5および6の触媒が、比較例7の触媒と比較して、最初の加速から始まって、サイクル全体を通じて、CO変換率の点で優れていることを示す。この観察から、それぞれ実施例5および6の触媒のライトオフがより早いことが示唆される。さらに、実施例6の触媒は、サイクルの高速高流量の部分において、実施例5の触媒に対しておそらくより受容的であり、後者は、より多くのCOをスリップさせ、このことは、より多くのマンガンが有益であることを示す。前述の触媒について、同じサイクル中のHC変換率およびNOx変換率も記録し、これらの結果は、3つの配合物すべてが同様に機能することを示す。
新品およびオーブンエージング後の実施例1および比較例1〜3の触媒で得られるHC変換率、CO変換率、およびNO変換率を示す。 オーブンエージング後の実施例3および比較例4〜6の触媒で得られるHC変換率、CO変換率、およびNO変換率を示す。 エンジンエージング後の実施例5および6、ならびに比較例7の触媒から得られるCO変換率を示す。
引用文献
−WO2015/09058A1
−US2015/202572A1
−US2015/202600A1
−US2015/202611A1

Claims (15)

  1. NO、CO、およびHCを含む排気ガスを処理するための三元変換触媒であって、前記触媒が、
    (i)入口端部と、出口端部と、前記入口端部から前記出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材、
    (ii)第1の酸化物成分上に担持されたロジウムを含む第1のコーティング、
    (iii)非ゼオライト酸化物材料上に担持されたパラジウムを含む第2のコーティングであって、前記非ゼオライト酸化物材料がマンガンおよび第2の酸化物成分を含み、前記第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、第2のコーティング、を含み、
    前記第1のコーティングが、前記基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、前記基材の前記内壁の表面上に配置されており、
    前記第2のコーティングが、前記入口端部から前記出口端部へと前記基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって延在し、かつ前記第1のコーティング上に配置されている、三元変換触媒。
  2. xが、90〜100の範囲、好ましくは95〜100の範囲、より好ましくは98〜100の範囲、より好ましくは99〜100の範囲にあり、yが、80〜xの範囲、好ましくは90〜xの範囲にあり、より好ましくはyがxである、請求項1に記載の三元変換触媒。
  3. 前記第1のコーティングに含まれる前記第1の酸化物成分が、アルミナ、セリア、シリカ、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、好ましくは、アルミナ、チタニア、ジルコニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、請求項1または2に記載の三元変換触媒。
  4. 前記第1のコーティングが、ロジウム以外の白金族金属をさらに含み、ロジウム以外の前記白金族金属が、好ましくは、白金、オスミウム、パラジウム、およびこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択され、より好ましくは、白金、パラジウム、およびこれらの2つの混合物からなる群から選択され、より好ましくはパラジウムであり、
    前記第1のコーティングが、好ましくは、ロジウム以外の前記白金族金属を、元素の白金族金属として計算して充填量(l1)で含み、かつロジウムを、元素のロジウムとして計算して充填量(l2)で含み、(l1):(l2)の充填量比が、1:1〜10:1の範囲、より好ましくは2:1〜8:1の範囲、より好ましくは4:1〜7:1の範囲、より好ましくは5:1〜6:1の範囲にある、請求項1〜3のいずれか1項に記載の三元変換触媒。
  5. ロジウム以外の前記白金族金属が、第3の酸化物成分上に担持されており、前記第3の酸化物成分が、好ましくは、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、請求項4に記載の三元変換触媒。
  6. ロジウム以外の前記白金族金属が、第1の酸素貯蔵化合物上にさらに担持されており、前記第1の酸素貯蔵化合物が、好ましくは、セリウムを含み、より好ましくは、酸化セリウム、酸化セリウムを含む酸化物の混合物、およびセリウムを含む混合酸化物のうちの1つ以上を含み、セリウムを含む前記混合酸化物が、より好ましくは、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、ハフニウム、サマリウム、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、およびランタンのうちの1つ以上をさらに含む、請求項5に記載の三元変換触媒。
  7. 前記第1のコーティングの0〜0.001重量%、好ましくは0〜0.0001重量%、より好ましくは0.00001重量%がマンガンからなる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の三元変換触媒。
  8. 前記第2のコーティングが、MnOとして計算した場合に、非ゼオライト酸化物材料の重量を基準として、1〜10重量%の範囲、好ましくは2〜9重量%の範囲、より好ましくは4〜9重量%の範囲のマンガンを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の三元変換触媒。
  9. 前記第2のコーティングの前記非ゼオライト酸化物材料に含まれる前記第2の酸化物成分が、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、好ましくは、アルミナ、セリア、チタニア、これらの2つ以上の混合物、およびこれらの2つ以上の混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくは、アルミナ、セリア、これらの2つの混合物、およびこれらの2つの混合酸化物からなる群から選択され、より好ましくはアルミナである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の三元変換触媒。
  10. 前記第2のコーティングが、パラジウムを、元素のパラジウムとして計算して、20〜200g/ftの範囲、好ましくは30〜150g/ftの範囲、より好ましくは50〜120g/ftの範囲、より好ましくは50〜80g/ftの範囲の充填量で含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の三元変換触媒。
  11. 前記第2のコーティングが、第2の酸素貯蔵化合物をさらに含み、前記第2の酸素貯蔵化合物が、好ましくは、セリウムを含み、より好ましくは、酸化セリウム、酸化セリウムを含む酸化物の混合物、およびセリウムを含む混合酸化物のうちの1つ以上を含み、セリウムを含む前記混合酸化物が、より好ましくは、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、ハフニウム、サマリウム、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、およびプラセオジムのうちの1つ以上、より好ましくはジルコニウム、イットリウム、およびランタンのうちの1つ以上をさらに含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の三元変換触媒。
  12. (i)に記載の前記基材が、フロースルー基材、好ましくはコーディエライトフロースルー基材である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の三元変換触媒。
  13. 三元変換触媒、好ましくは請求項1〜12のいずれか1項に記載の三元変換触媒を調製するためのプロセスであって、
    (a)入口端部と、出口端部と、前記入口端部から前記出口端部まで延在する基材軸長さと、内部を通って延在する基材の内壁によって画定された複数の通路と、を含む基材を提供することと、
    (b)ロジウムと、第1の酸化物成分と、水と、を含むスラリーを調製し、前記基材の前記入口端部から前記出口端部へと、または前記基材の前記出口端部から前記入口端部へと、前記基材軸長さのx%(xは、80〜100の範囲にある)にわたって、前記基材の前記内壁の表面上に前記スラリーを配置し、得られたスラリー処理後の基材を焼成し、第1のコーティングでコーティングされた基材を得ることと、
    (c)水と、パラジウムと、マンガンおよび第2の酸化物成分を含む非ゼオライト酸化物材料と、を含むスラリーを調製し、前記基材の前記入口端部から前記出口端部へと、前記基材軸長さのy%(yは、20〜xの範囲にある)にわたって、(b)で得られた前記コーティングされた基材の前記第1のコーティング上に前記スラリーを配置し、得られたスラリー処理後の基材を焼成し、第1のコーティングおよび第2のコーティングでコーティングされた基材を得ることと、を含み、前記第2のコーティングの0〜0.001重量%が白金からなる、プロセス。
  14. エンジンの下流にあり、かつこれと流体連通している排気ガス処理システムであって、請求項1〜12のいずれか1項に記載の三元変換触媒を含む、排気ガス処理システム。
  15. ガソリンエンジンまたはガソリン・天然ガス複合エンジンからの、HC、CO、およびNOを含む排気ガスを処理するための、請求項1〜12のいずれか1項に記載の三元変換触媒の使用。
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