JP2022539875A - 放射状にゾーニングされたコーティングを含む触媒基材 - Google Patents

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Abstract

複数の通路を含む基材を含み、さらに、当該複数の通路の第1および第2のサブセットを含む第1および第2の酸化領域を含む、触媒物品を提供する。第1の触媒組成物は、第1の酸化領域の各通路の少なくとも一部をコーティングし、かつ、第1の酸化領域において、唯一のPGM含有触媒層もしくはそのゾーニングされた部分として、または最上部PGM含有触媒層もしくはそのゾーニングされた部分として、配置されている。第2の触媒組成物は、第2の酸化領域の各通路の少なくとも一部をコーティングし、かつ、第2の酸化領域において、唯一のPGM含有触媒層もしくはそのゾーニングされた部分として、または最上部PGM含有触媒層もしくはそのゾーニングされた部分として、配置されている。Pt:Pdの重量比は、第2の触媒組成物よりも第1の触媒組成物の方が大きい。【選択図】図3A

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2019年7月12日に出願された米国仮出願第62/873,600号の全体に対する優先権の利益を主張する。
本発明は、内燃機関、例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス流を処理するのに好適な触媒組成物(catalyst composition)と、そのような組成物を組み込んだ触媒物品(catalytic article)およびシステム(系)と、それを作製および使用する方法と、に関する。
ディーゼルエンジンの排出物には、微粒子状物質(PM)、窒素酸化物(NO)、未燃炭化水素(HC)、および一酸化炭素(CO)が含まれる。NOは、とりわけ一酸化窒素(NO)および二酸化窒素(NO)を含む、様々な化学種の窒素酸化物を説明するために使用される用語である。排気微粒子状物質の2つの主要な成分は、可溶性有機成分(SOF)および煤成分である。SOFは、排気ガスの温度に応じて、蒸気またはエアロゾル(すなわち、液体凝縮物の細かい液滴)としてディーゼル排気中に存在し得る。煤は、主に炭素の粒子で構成されている。排気のHC含有量は、エンジンタイプおよび動作パラメーターに応じて異なり得るが、典型的には、メタン、エテン、エチン、プロペンなどの様々な短鎖炭化水素が含まれる。
白金族金属(PGM)を含有する触媒は、ディーゼルエンジンの排気を処理して、二酸化炭素および水へのこれらの汚染物質の酸化を触媒することによって、炭化水素および一酸化炭素を変換する際に有用である。加えて、白金を含有する酸化触媒は、NOへのNOの酸化を促進する。ヘビーデューティーディーゼルシステムの場合、そのような触媒は、一般に、ディーゼル酸化触媒(DOC)システム、触媒煤フィルタ(CSF)システム、または複合DOC-CSFシステム内に含有される。これらの触媒系は、ディーゼル発電システムからの排気流路に置かれ、結果として生じる排気を大気に排出する前に処理する。典型的には、ディーゼル酸化触媒はセラミックまたは金属の基材上に堆積される。NOx種をさらに還元するために、そのようなシステムは、典型的には、DOC触媒の下流に少なくとも1つの選択的接触還元(SCR)触媒を含む。ライトデューティおよびミィディアムデューティーの用途では、システムは、NOを貯蔵および低減するのに役立つ、ならびに、排気流から一酸化炭素および未燃焼炭化水素を除去するのに役立つリーンNOトラップ(LNT)を含有し得る。
内燃機関の排気を処理するために使用される触媒は、エンジンの排気が、効率的な触媒変換が起こるには十分に高い温度ではないため、エンジン動作の初期コールドスタート期間などの比較的低温の動作期間中には効果が低下する。これは、好適な動作温度に達するまでに数分かかる可能性があるSCR触媒などの下流の触媒成分に特に当てはまる。
DOC触媒の下流に配置されているSCR触媒は、DOC触媒を出る排気ガスのNO/NOx比にかなり敏感であることができる。したがって、当技術分野では、ある範囲の入口温度にわたってDOC触媒を出る排気ガスにおいて比較的一定のNO/NOx比を生成することができるDOC触媒物品(catalyst article)を提供することが絶えず必要とされている。
本開示は、排気ガスを処理するために使用することができる触媒物品に向けられており、触媒物品は、少なくとも2つの酸化領域を含む。第1の酸化領域は、高い酸化活性を提供するように設計されており、第2の酸化領域は、第1の酸化領域と比較して、低減された酸化活性を提供するように設計されている。以下でより詳細に説明されるように、触媒物品中の少なくとも2つの酸化領域を組み合わせると、広い温度範囲にわたって触媒物品を出る排気ガスにおいてより均一なNO/NOx比を提供することが見出された。本明細書に記載のように、第1の触媒組成物および第2の触媒組成物の配列は、触媒物品にPGM放射状ゾーニングプロファイルを提供する。
様々な実施形態では、入口側と、出口側と、入口側から出口側へ延在している複数の通路と、を含む基材を含む触媒物品が提供され、排気ガスは、基材の入口側に入ることができ、基材の出口側から出ることができるようになっており、触媒物品は、当該複数の通路の第1のサブセットを含む第1の酸化領域と、当該複数の通路の第2のサブセットを含む第2の酸化領域と、を含む。第1の酸化領域の通路の数と第2の酸化領域の通路の数との比は、約10:90~約90:10の範囲である。
第1の触媒組成物は、第1の酸化領域の各通路の少なくとも一部をコーティングし、第1の触媒組成物は、少なくとも1つの白金族金属(PGM)成分と、少なくとも1つのPGM成分が担持されている第1の担体材料とを含む。例えば、第1の触媒組成物は、第1の酸化領域において、唯一のPGM含有触媒層もしくはそのゾーニングされた部分として、または最上部PGM含有触媒層もしくはそのゾーニングされた部分として配置され、その結果として、第1の酸化領域における基材の入口側に流入する排気ガスは、第1の触媒組成物と接触する。第2の触媒組成物は、第2の酸化領域の各通路の少なくとも一部をコーティングし、第2の触媒組成物は、少なくとも1つの白金族金属(PGM)成分と、少なくとも1つのPGM成分が担持されている担体材料とを含む。例えば、第2の触媒組成物は、第2の酸化領域において、唯一のPGM含有触媒層もしくはそのゾーニングされた部分として、または最上部PGM含有触媒層もしくはそのゾーニングされた部分として配置され、その結果として、第2の酸化領域における基材の入口側に流入する排気ガスは、第2の触媒組成物と接触する。第1の触媒組成物は白金を含み、第1の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比は、第2の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比よりも大きい。
いくつかの実施形態では、第1の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比は、約1:0~約1:1である。第1の触媒組成物は、例えば、約0.5~約200g/ftの総PGM充填量を含むことができる。いくつかの実施形態では、第2の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比は、約0:1~約1:1である。第2の触媒組成物は、例えば、約0.5~約200g/ftの総PGM充填量を含むことができる。
様々な実施形態では、第1の触媒組成物および第2の触媒組成物のうちの一方または両方の担体材料は、耐火性金属酸化物を含む。例えば、耐火性金属酸化物は、アルミナ、チタニア、ジルコニア、アルミナとチタニア、ジルコニアおよびセリアのうちの1つ以上との混合物、アルミナ上にコーティングされたセリア、アルミナ上にコーティングされたチタニア、シリカ-アルミナ、アルミノシリケート、アルミナ-ジルコニア、アルミナ-クロミア、アルミナ-セリア、およびこれらの組み合わせからなる群から選択することができる。いくつかの実施形態では、第1の触媒組成物および第2の触媒組成物のうちの一方または両方は、セリウム(Ce)、ジスプロシウム(Dy)、エルビウム(Er)、ユーロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、ホルミウム(Ho)、ランタナム(La)、ルテチウム(Lu)、ネオジミウム(Nd)、プラセオジミウム(Pr)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、スカンジウム(Sc)、テルビウム(Tb)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、イットリウム(Y)、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される希土類金属酸化物を含む。
いくつかの実施形態では、第1の触媒組成物および第2の触媒組成物のうちの一方または両方は、ゼオライトなどの炭化水素貯蔵材料を含む。例えば、ゼオライトは、フォージャサイト、チャバサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトX、ゼオライトY、超安定ゼオライトY、ZSM-5ゼオライト、オフレタイト、またはベータゼオライトからなる群から選択することができる。
基材は、例えば、流体の流れに対して開放された複数の平行な通路を有するモノリシックフロースルー基材であることができる。基材は、例えば、複数の通路が多孔質壁部分を含むようなウォールフロー基材であることができる。いくつかの実施形態では、基材は、コーディエライト、ムライト、コーディエライト-αアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ-シリカマグネシア、ジルコンシリケート、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、αアルミナ、アルミノシリケート、またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるセラミック材料を含む。様々な実施形態では、基材は金属材料を含む。
様々な実施形態では、基材を入口端から見ると、第1の酸化領域および第2の酸化領域のうちの一方は、中央に位置する領域であり、第1の酸化領域および第2の酸化領域のうちの他方は環状領域である。いくつかの実施形態では、基材を入口端から見ると、第1の酸化領域および第2の酸化領域のうちの一方は、パイくさび形領域であり、第1の酸化領域および第2の酸化領域のうちの他方は基材の残りの領域である。
ある特定の実施形態では、第1の触媒組成物および第2の触媒組成物は、第1の酸化領域および第2の酸化領域のうちの一方または両方において層構成になっている。例えば、第1の触媒組成物は、第1の酸化領域において第2の触媒組成物上に層状にすることができる。いくつかの実施形態では、第2の触媒組成物は、第2の酸化領域において第1の触媒組成物上に層状にすることができる。様々な実施形態では、第2の触媒組成物は、第1の酸化領域および第2の酸化領域の両方において基材上にコーティングされ、第1の触媒組成物は、第1の酸化領域においてのみ基材上にコーティングされる。様々な実施形態では、第1の触媒組成物および第2の触媒組成物のうちの少なくとも1つは、それぞれの酸化領域において第3の触媒組成物で横方向にゾーンコーティングされる。
内燃機関のための排気ガス処理システムも本明細書で提供され、排気ガス処理システムは、本明細書に記載の触媒物品を含み、触媒物品は、内燃機関の下流にあり、内燃機関と流体連通している。排気ガス処理システムは、選択的触媒還元(SCR)触媒、煤フィルタ、アンモニア酸化(AMO)触媒、およびリーンNOトラップ(LNT)からなる群から選択される1つ以上の触媒物品をさらに含むことができる。
炭化水素、粒子状物質一酸化炭素、およびNOを含む排気ガス流を処理するための方法もまた、本明細書で提供され、方法は、排気ガス流を本開示による触媒物品に通すことを含む。様々な実施形態では、PGMゾーニング戦略が、広い温度領域にわたるNOへのNOの酸化の平坦な分布を提供する、排気ガス流を処理するための方法が本明細書で提供される。
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下に簡潔に説明される添付の図面とともに以下の詳細な説明を読むことで明らかになるだろう。本発明は、上記の実施形態の2つ、3つ、4つ、またはそれ以上の任意の組み合わせ、ならびに本開示に記載の任意の2つ、3つ、4つ、またはそれ以上の特徴または要素の組み合わせを、そのような特徴または要素が本明細書の特定の実施形態の説明において明示的に組み合わされているかどうかに関わらず含む。本開示では、文脈が明らかに他のことを示さない限り、開示されている発明の分けることが可能な特徴または要素が、その様々な態様および実施形態のいずれかにおいて、組み合わせ可能であると考えられるべきであると、全体として読み取られることが意図される。本発明の他の態様および利点は、以下で明らかになるだろう。
本発明の実施形態の理解を提供するために、添付図面が参照され、これらは、必ずしも縮尺どおりに描かれておらず、参照番号は、本発明の例示的な実施形態の成分を指す。図面は、単なる例であり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
本開示による基材であり得るハニカムタイプ基材の斜視図である。 図1Aに対して拡大され、かつ図1Aのキャリアの端面に平行な平面に沿って切り取られた部分断面図であり、図1Aに示される複数のガス流路の拡大図を示す。 図1Aにおけるハニカムタイプ基材がウォールフローフィルタに相当する、図1Aに対して拡大された断面の切断図である。 図3Aおよび3Bは、例示的な基材の入口端の概略断面図を示す。 本明細書に記載の触媒物品の基材内の単一通路の概略正面図を示す。 図5A~5Hは、第1の酸化領域を画定する通路の第1のサブセットにおける各通路での触媒配置に関する例示的なボックス図を示す。 図6A~6Hは、第2の酸化領域を画定する通路の第2のサブセットにおける各通路での触媒配置に関する例示的なボックス図を示す。 本明細書で開示される触媒物品を含む排出物処理システムに関する様々な実施形態の概略図を示す。 ある温度範囲での触媒物品を出る排気ガスのNO/NOx比を示しているグラフである。 ある温度範囲でのDOCを出る排気ガスのNO/NOx比を示しているグラフである。
これより、以下で本発明をより十分に説明する。本明細書の発明は、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、本発明の原理および用途の単なる例示であることを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に対して様々な修正および変更を行うことができることは、当業者には明らかであるだろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある修正および変更を含むことが意図される。本発明は、以下の説明に記載される構成またはプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行することができる。同じ数字は、全体を通して同じ要素を指す。本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、単数形「1つの(a、an)」および「その(the)」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の指示物を含む。
本発明は、基材をガス入口端から見ると、少なくとも2つの酸化領域を含む基材を備える触媒物品を提供する。本開示の目的のために、2つの酸化領域を、以下に記載する実施形態で考察するが、本発明は、2つの酸化領域のみを有する触媒物品に限定されない(例えば、3つ以上の酸化領域、4つ以上の酸化領域など)。驚くべきことに、各酸化領域が異なるレベルの酸化活性によって特徴付けられる、DOC触媒物品における少なくとも2つの酸化領域の組み合わせが、広い温度範囲にわたって、触媒物品を出る排気ガスにおいてより均一なNO/NOx比を提供する、ことを見出した。これは、特に、排気ガスのNO/NOx比にかなり敏感であり得るSCR触媒が、DOC触媒物品の下流に配置されている場合、エンジン排気システムにおいて有利であることができる。
第1の酸化領域は、比較的高い酸化活性を提供する第1の触媒組成物を含む。第2の酸化領域は、第1の触媒組成物と比較して、より低い酸化活性を提供する第2の触媒組成物を含む。第1の酸化触媒組成物および第2の酸化触媒組成物の各々は、少なくとも1つの白金族金属(PGM)成分を含む。当技術分野で知られているように、白金は高いNO酸化活性を提供する。したがって、高酸化活性触媒である第1の酸化触媒は、触媒組成物の総重量に基づいて、第2の酸化触媒よりも高い重量パーセントの白金を含む。
第1の触媒組成物は、第1の酸化領域における唯一のPGM含有触媒層として、もしくはそのゾーニング部分として、第1の酸化領域中に配置することができるか、または、第1の酸化触媒組成物は、第1の酸化領域における最上部PGM含有層として、もしくはそのゾーニング部分として、配置することができる。本明細書で使用されるとき、最上部層は、触媒物品の基材上にすでにコーティングされている少なくとも1つの追加のコーティング層上にコーティングされた層を指す。したがって、最上部層は、最上部層がコーティングされている底部層よりも基材から離れている。本開示による触媒物品の異なる実施形態は、以下でより詳細に考察する。第1の触媒組成物は、第1の酸化領域において基材の入口側に流入する排気ガスが第1の触媒組成物と接触するように配置されている。基材は、例えば、従来のハニカムフロースルー基材またはウォールフローフィルタであり得ることに留意されたい。本明細書で提供される触媒物品に有用な基材の異なる実施形態を、以下でより詳細に記載する。
第2の触媒組成物は、第2の酸化領域における唯一のPGM含有触媒層として、もしくはそのゾーニング部分として、第2の酸化領域中に配置することができるか、または、第2の触媒組成物は、第2の酸化領域における最上部PGM含有層として、もしくはそのゾーニング部分として、配置することができる。第2の触媒組成物は、第2の酸化領域において基材の入口側に流入する排気ガスが第2の触媒組成物と接触するように配置されている。
触媒物品
基材
1つ以上の実施形態では、本触媒組成物は、触媒物品を形成するために基材上に配設される。基材を含む触媒物品は、排気ガス処理システムの一部である(例えば、触媒物品としては、本明細書で開示されるDOC組成物を含む物品が挙げられるが、これらに限定されない)。有用な基材は、三次元であり、円柱に似た長さ、直径および体積を有する。形状は、必ずしも円柱に一致する必要はない。長さは、入口端および出口端によって画定される軸方向長さである。
1つ以上の実施形態によれば、開示される組成物のための基材は、自動車触媒を調製するために典型的に使用されるあらゆる材料から構成され得、典型的には、金属またはセラミックのハニカム構造を含む。基材は、典型的には、ウォッシュコート組成物が塗布されかつ付着している複数の壁面を提供し、それによって触媒組成物の基材として機能する。
セラミック基材は、任意の好適な耐火性材料、例えば、コーディエライト、コーディエライト-α-アルミナ、チタン酸アルミニウム、チタン酸ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコンムライト、リシア輝石、アルミナ-シリカ-マグネシア、ケイ酸ジルコン、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、α-アルミナ、アルミノシリケートなどから作製され得る。
基材はまた、金属であり得、1つ以上の金属または金属合金を含む。金属基材は、チャネル壁に開口部または「パンチアウト」を有するような任意の金属基材を含み得る。金属基材は、ペレット、波形シート、またはモノリスフォームのような様々な形状で用いられ得る。金属基材の具体例としては、耐熱性の卑金属合金、特に、鉄が実質的なまたは主要な成分である合金が挙げられる。そのような合金は、ニッケル、クロム、およびアルミニウムのうちの1つ以上を含有し得、これらの金属の合計は、有利には、いずれの場合も、基材の重量に基づいて、少なくとも約15重量%(重量パーセント)の合金、例えば、約10~約25重量%のクロム、約1~約8重量%のアルミニウム、および0~約20重量%のニッケルを含み得る。金属基材の例としては、直線的なチャネルを有するもの、ガス流を妨害し、チャネル間のガス流の連通を開くために軸方向チャネルに沿って突出したブレードを有するもの、ならびにブレードおよびモノリス全体にわたる半径方向のガス搬送を可能にする、チャネル間のガス搬送を向上させるための穴も有するもの、が挙げられる。特に、金属基材は、有利には、ある特定の実施形態で、密に結合された位置において用いられ、それによって、基材の迅速な加熱、および対応して、その中にコーティングされている触媒組成物の迅速な加熱が可能になる。
通路がそこを流れる流体の流れに対して開放されているように、基材の入口または出口面から貫通して延在する微細で平行なガス流路を有するタイプのモノリシック基材(「フロースルー基材」)などの、本明細書に開示された触媒物品のためのあらゆる好適な基材が用いられてよい。別の好適な基材は、基材の長手方向軸線に沿って延在する複数の微細な実質的に平行なガス流路を有するタイプのものであり、典型的には、各通路は、基材本体の一方の端部において遮断されており、1つおきの通路が、反対側の端面において遮断されている(「ウォールフローフィルタ」)。フロースルーおよびウォールフロー基材は、例えば、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる国際出願第2016/070090号にも開示されている。フロースルー基材およびウォールフローフィルタについては、本明細書で以下にさらに考察される。
フロースルー基材
いくつかの実施形態では、基材は、フロースルー基材(例えば、フロースルーハニカムモノリス基材を含むモノリス基材)である。フロースルー基材は、通路が流体の流れに対して開放されているように、基材の入口端から出口端まで延在する微細で平行なガス流路を有する。流体入口から流体出口まで本質的に直線的な経路である通路は、通路を通って流れるガスが触媒材料と接触するように触媒コーティングが配設されている壁によって画定されている。フロースルー基材の流路は、薄い壁のチャネルであり、台形、長方形、正方形、正弦波、六角形、楕円形、円形などのあらゆる好適な断面形状およびサイズであり得る。フロースルー基材は、上記のようにセラミックまたは金属であり得る。
フロースルー基材は、例えば、約50in~約1200inの体積と、約60セル毎平方インチ(cpsi)~約500cpsiまたは最大で900cpsi、例えば、約200~約400cpsiのセル密度(入口開口部)と、約50~約200ミクロンまたは約400ミクロンの壁厚とを有する。
触媒物品は、ウォッシュコートとして基材に触媒コーティング(例えば、本明細書に開示される)を塗布することによって提供することができる。図1Aおよび1Bは、本明細書に記載されるような触媒組成物でコーティングされたフロースルー基材の形態の例示的な基材2を例示する。図1Aを参照すると、例示的な基材2は、円筒形状および円筒外表面4、上流端面6、および端面6と同一である対応する下流端面8を有する。基材2は、内部に形成された複数の微細で平行なガス流路10を有する。図1Bに見られるように、流路10は、壁12によって形成され、上流端面6から下流端面8までキャリア2を通って延在し、通路10は、流体、例えば、ガス流がキャリア2を、そのガス流路10を介して長手方向に流れることを許容するように閉塞されていない。図1Bでより容易に見られるように、壁12は、そのように、ガス流路10が実質的に規則的な多角形形状を有するように寸法決めされ、構成されている。示されるように、触媒組成物は、必要に応じて、複数の別個の層内で塗布され得る。例示される実施形態では、触媒組成物は、キャリア部材の壁12に付着された別個の底部層14、および底部層14上にコーティングされた第2の別個の最上部層16の両方で構成される。本発明は、1つ以上(例えば、2、3、または4つ以上)の触媒組成物層を備えるように実施することができ、図1Bに例示された2層の実施形態に限定されない。さらなるコーティング構成は、本明細書で以下に開示される。
ウォールフローフィルタ基材
いくつかの実施形態では、基材はウォールフローフィルタであり、これは一般に、基材の長手方向軸線に沿って延在する複数の微細で実質的に平行なガス流路を有する。典型的には、各通路は、基材本体の一端でブロックされ、代替の通路は、反対の端面で遮断される。このようなモノリシックウォールフローフィルタ基材は、断面の平方インチあたり最大約900以上の流路(または「セル」)を含有してもよいが、はるかに少ない数が用いられてもよい。例えば、基材は、平方インチあたり約7~600、より一般的には約100~400のセル(「cpsi」)を有し得る。セルは、長方形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、または他の多角形の断面を有し得る。
図2は、例示的なウォールフローフィルタの斜視図である。モノリシックウォールフローフィルタ基材部分の断面図が図2に示され、閉塞された通路(セル)と開放された通路(セル)とが交互になっていることを示す。遮断されたまたは閉塞された端部100と、開放された通路101とは交互に位置し、それぞれの反対側の端部が、それぞれ開放および遮断されている。フィルタは、入口端102および出口端103を有する。多孔質セル壁104を横切る矢印は、排気ガス流が、開放されたセル端部に入り、多孔質セル壁104を通って拡散し、開放された出口セル端部を出ることを表す。閉塞された端部100は、ガス流を妨げ、セル壁を通した拡散を促進する。各セル壁は、入口側104aおよび出口側104bを有する。通路は、セル壁によって包囲されている。
ウォールフローフィルタ基材は、典型的には、約50ミクロン~約2000ミクロン、例えば、約50ミクロン~約450ミクロン、または約150ミクロン~約400ミクロンの壁厚を有する。ウォールフローフィルタの壁は多孔質であり、一般に、機能性コーティングを配設する前に、少なくとも約50%または少なくとも約60%の壁多孔度を有し、平均細孔径は少なくとも約5ミクロンである。例えば、いくつかの実施形態におけるウォールフローフィルタ物品基材は、≧50%、≧60%、≧65%、または≧70%の多孔度を有するであろう。例えば、ウォールフローフィルタ物品基材は、触媒コーティングを配設する前に、約50%、約60%、約65%または約70%から、約75%、約80%または約85%の壁多孔度、および約5ミクロン、約10、約20、約30、約40または約50ミクロンから、約60ミクロン、約70、約80、約90または約100ミクロンの平均細孔径を有する。「壁多孔度」および「基材多孔度」という用語は、同じ意味であり、置き換え可能である。多孔度は、空所体積を、基材の総体積で割った比率である。細孔径は、窒素細孔径分析のためのISO15901-2(静的体積)手順に従って決定されてもよい。窒素細孔径は、Micromeritics TRISTAR 3000シリーズの機器において決定されてもよい。窒素細孔径は、BJH(Barrett-Joyner-Halenda)計算および33の脱着点を使用して決定され得る。有用なウォールフローフィルタは、高い多孔度を有し、動作中に過度の背圧をかけることなく触媒組成物の高充填量を可能にする。
基材コーティング
触媒物品(catalytic composition)を製造するために、本明細書に開示されている基材を触媒組成物でコーティングする。コーティングは、「触媒コーティング組成物」または「触媒コーティング」である。「触媒組成物」および「触媒コーティング組成物」という用語は同義である。
触媒コーティングは、基材の少なくとも一部の上に配設されかつこれに付着している1つ以上の薄い付着性コーティング層を含み得る。いくつかの実施形態では、本触媒物品は、1つ以上の触媒層の使用、および1つ以上の触媒層の組み合わせを含み得る。触媒材料は、基材壁の入口側のみ、出口側のみ、入口側および出口側の両方に存在し得るか、または壁自体がすべてもしくは部分的に触媒性材料で構成され得る。触媒コーティングは、基材壁表面上および/または基材壁の細孔内、すなわち、基材壁の「中」および/または「上」にあってもよい。したがって、「基材上に配設された触媒コーティング」という語句は、あらゆる表面上、例えば、壁表面上および/または細孔表面上を意味する。触媒コーティング層は、以下でより詳細に記載するように、個々の機能性成分、例えば、第1の触媒組成物および第2の触媒組成物を含み得る。
触媒組成物は、典型的には、その上に触媒活性種を有する担体材料を含有する、ウォッシュコートの形態で適用され得る。触媒組成物を水(乾燥形態の場合)と混合して、触媒基材をコーティングする目的でスラリーを形成することができる。触媒粒子に加えて、スラリーは、任意選択で、結合剤としてアルミナ、会合性増粘剤、および/または界面活性剤(アニオン性、カチオン性、非イオン性、または両性界面活性剤を含む)含有することができる。いくつかの実施形態では、スラリーのpHは、例えば、約3~約5の酸性pHに調整することができる。
存在する場合、アルミナ結合剤は、典型的には、約0.02g/in~約0.5g/inの量で使用される。アルミナ結合剤は、例えば、ベーマイト、ガンマ-アルミナ、またはデルタ/シータアルミナであり得る。
スラリーを粉砕して、粒子の混合および均質な材料の形成を向上することができる。粉砕は、ボールミル、連続ミル、または他の同様の機器で達成することができ、スラリーの固形分は、例えば、約20~60重量%、より具体的には約30~40重量%であってもよい。一実施形態では、粉砕後のスラリーは、約10~約50ミクロン(例えば、約10~約20ミクロン)のD90粒径によって特徴付けられる。D90は、粒子の約90%がより細かい粒径を有する粒径として定義される。
次いで、当該技術分野で既知のウォッシュコート技術を使用して、スラリーを触媒基材上にコーティングする。本明細書で使用されるとき、「ウォッシュコート」という用語は、基材、例えば、処理されるガス流の通過を可能にするのに十分に多孔性である、ハニカムフロースルーモノリス基材またはフィルタ基材に適用される材料の薄くて付着性のあるコーティングの技術における通常の意味を有する。本明細書で使用される場合およびHeck,RonaldおよびFarrauto,Robert,Catalytic Air Pollution Control,New York:Wiley-Interscience,2002,pp.18-19に記載されているように、ウォッシュコート層は、モノリシック基材または下にあるウォッシュコート層の表面上に配設された材料の組成的に異なる層を含む。基材は、1つ以上のウォッシュコート層を含有することができ、各ウォッシュコート層は、固有の化学的触媒機能を有することができる。
一実施形態では、基材は、スラリーに1回以上浸漬されるか、そうでなければスラリーでコーティングされる。その後、コーティングされた基材を高温(例えば、100~150℃)で一定期間(例えば、1~3時間)乾燥し、次いで、例えば、400~600℃で典型的には約10分~約3時間加熱することによって、焼成する。乾燥および焼成の後に、最終的なウォッシュコートコーティング層は、溶媒を本質的に含まないと考えることができる。
焼成の後に、触媒充填量は、基材のコーティングされた重量およびコーティングされていない重量の差を計算することによって決定することができる。当業者に明らかであるように、触媒充填量は、スラリーのレオロジーを変えることにより修正することが可能である。さらに、コーティング/乾燥/焼成プロセスを、必要に応じて繰り返して、コーティングを所望の負荷レベルまたは厚さに構築することができる。
触媒組成物は、単層として、または多層で塗布することができる。充填量レベルを高めるために同じ触媒材料を繰り返しウォッシュコーティングすることによって生じる触媒層は、典型的には、触媒の単層とみなされる。別の実施形態では、触媒組成物は、多層で適用され、各層は、異なる組成を有する。さらに、触媒組成物はゾーンコーティングすることができ、これは、以下で説明するように、単一の基材を、ガス流出流路に沿った異なる領域で異なる触媒組成物でコーティングし得ることを意味する。
ウォッシュコートは、異なるコーティング層が基材と直接接触するように塗布することができる。あるいは、触媒または吸着剤コーティング層またはコーティング層の少なくとも一部が基材と直接接触しない(むしろ、アンダーコートと接触する)ように、1つ以上の「アンダーコート」が存在する場合がある。コーティング層の少なくとも一部がガス流または大気に直接曝されない(むしろ、オーバーコートと接触する)ように、1つ以上の「オーバーコート」が存在する場合がある。
異なるコーティング層は、「中間」の重なり合うゾーンなしに、互いに直接接触している場合がある。あるいは、異なるコーティング層は、2つのゾーン間に「ギャップ」を有し、直接接触していない場合がある。「アンダーコート」または「オーバーコート」の場合、異なる層間のギャップは、「中間層」と称される。アンダーコートはコーティング層の「下」の層であり、オーバーコートはコーティング層の「上」の層であり、中間層は2つのコーティング層の「間」の層である。中間層、アンダーコート、およびオーバーコートは、1つ以上の機能性組成物を含有してもよいか、または機能性組成物を含まなくてもよい。
触媒コーティングは、2つ以上の薄い付着性層、すなわち、互いに付着している層、および基材に付着しているコーティングを含み得る。コーティング全体は、個々の「コーティング層」を含む。触媒コーティングは、有利には、「ゾーニング」され、ゾーニングされた触媒層を含み得る。これはまた、「横方向にゾーニングされた」と記載され得る。例えば、層は、入口端から出口端に向かって延在し、基材長さの約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、または約90%にわたって延在し得る。別の層は、出口端から入口端に向かって延在していてもよく、基材長さの約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、または約90%にわたって延在していてもよい。異なるコーティング層は、互いに隣接し、かつ互いにオーバーレイしていない場合がある。あるいは、異なる層は、互いの一部にオーバーレイし、第3の「中間」ゾーンを提供し得る。中間ゾーンは、例えば、基材長さの約5%~約80%、例えば、基材長さの約5%、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、または約70%にわたって延在していてもよい。
異なる層は、各々が基材の全長にわたって延在し得るか、または各々が基材の長さの一部にわたって延在し得、部分的にまたは全体的にのいずれかで、互いにオーバーレイまたはアンダーレイし得る。異なる層の各々は、入口端または出口端のいずれかから延在し得る。
この組成物のウォッシュコートまたは触媒金属成分または他の成分の量を説明する際に、触媒基材の単位体積あたりの成分重量の単位を使用することが好都合である。したがって、単位、1立方インチあたりのグラム(「g/in」)、および1立方フィートあたりのグラム(「g/ft」)は、本明細書において、基材の空隙の体積を含む基材の体積あたりの構成要素重量を意味するように使用される。g/Lなどの体積あたりの重量の他の単位もまた、使用されることがある。モノリシックフロースルー基材などの触媒基材上の触媒組成物(触媒金属および担体材料を含む)の総充填量は、典型的には、約0.5~約6g/in、およびより典型的には約1~約5g/inである。担体材料を含まないPGMまたは卑金属成分の総充填量は、典型的には、約0.5~約200g/ft(例えば、10~約100g/ft)の範囲である。単位体積あたりのこれらの重量は、典型的には、触媒ウォッシュコート組成物での処理の前後に触媒基材を秤量することによって計算され、処理プロセスは、高温での触媒基材の乾燥および焼成を伴うため、これらの重量は、ウォッシュコートスラリーの水の本質的に全てが除去されていることから、本質的に溶媒を含まない触媒コーティングを表すことが留意される。
放射状にゾーニングされた酸化領域
本明細書で使用されるとき、「放射状にゾーニングされた酸化領域」という語句は、基材をガス入口側から見ると、触媒物品の基材の少なくとも2つの異なる領域に異なる触媒組成物を適用することを指しており、その結果として、2つ以上の酸化領域の各々が、異なるレベルの酸化活性を提供する。上記のように、基材は、入口側および出口側、ならびに入口側から出口側へと延在している複数の通路を含むことができる。第1の領域は、当該複数の通路の第1のサブセットを含む。第2の領域は、当該複数の通路の第2のサブセットを含む。この場合も、本開示の実施形態は2つの領域に限定されないことに留意されたい。例えば、本開示による基材は、3、4、またはそれ以上の領域を含むことができ、各領域は、基材の複数の通路のサブセットを含む。しかしながら、考察し易くするために、以下の図および説明では、2つの領域のみについて言及する。
例えば、図3Aは、例示的な基材30の入口端の概略断面図を示している。図3Aに示したように、基材は、第1の領域32および第2の領域34を含むことができる。第1の酸化領域32における各通路の少なくとも一部は、第1の酸化触媒でコーティングされている。第2の酸化領域34における各通路の少なくとも一部は、第2の酸化触媒でコーティングされている。第1の領域32は、第2の領域34と比較して、高レベルの酸化活性を提供する。言い換えれば、第1の酸化領域においてコーティングされた触媒組成物は、ディーゼルエンジンの排気を処理して、二酸化炭素および水へのこれらの汚染物質の酸化を触媒することによって、炭化水素および一酸化炭素を変換する際に有用である。例えば、以下でより詳細に説明するように、第1の酸化触媒組成物は、比較的多量の白金を含み、これは、PGM触媒組成物において高い酸化活性を提供することが当技術分野で知られているPGMである。
酸化領域の各々は、任意の形状またはサイズであることができ、図3Aに示したような、円形または第1の同心中心領域および外側の環状第2の領域に限定されない。例えば、図3Bに示したように、第1の領域32は、パイくさび形形状であることができる。領域を画定する通路のサブセットがとる形状または構成は、限定することを意味していない。例えば、領域は、弦、半円形、および当技術分野で知られている他の形状として構成することができる。所与の領域の酸化活性のレベルおよび第2の領域と比較した第1の領域内の通路の数は、触媒物品の全体的な酸化活性に影響を与えるファクターである。
様々な実施形態では、第1の領域は、基材中に、複数の通路の約10~70、または約30~60、または約25~40パーセントを含むことができる。いくつかの実施形態では、第2の領域は、基材中に、複数の通路の約30~90、または約40~70、または約60~75パーセントを含むことができる。第1の基材領域の通路の数と、第2の領域の通路の数との比は、約10:90~約90:10、または約20:80~約80:20、または約30:70~約70:30の範囲であることができる。様々な実施形態では、第1の領域において触媒組成物によってコーティングされた基材の表面積と、第2の領域において触媒組成物によってコーティングされた基材の表面積との比は、約10:90~約90:10、または約20:80~約80:20の範囲であることができる。以下の実施例1に記載するように、異なる酸化領域の各々によって画定される基材の比率は、触媒物品を出るガスのNO/NOx比に影響を及ぼすことができる。
各領域を画定する通路のサブセットの各通路の少なくとも一部は、触媒組成物でコーティングすることができる。異なる触媒組成物を使用して、基材の各領域をコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、同じ触媒組成物を、触媒コーティング層として、基材の2つ以上の領域に適用することができる。各通路の軸方向の長さ全体、すなわち、基材の入口端から出口端までは、触媒組成物でコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、各通路の軸方向の長さの一部のみを触媒組成物でコーティングすることができる。ある特定の実施形態では、各通路の軸方向の長さは、2つ以上の触媒組成物で横方向にゾーンコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、1つ以上の領域は、触媒コーティングがなく、かつ/またはPGM系触媒コーティングがない場合がある。
例えば、図4は、ガス入口端42およびガス出口端44を有する単一の通路40の概略正面図を示している。通路40は長さLを有する。触媒組成物は、特定の領域において、各通路40の全長Lに沿ってコーティングすることができる。横方向にゾーニングされた構成を有する酸化領域では、触媒組成物は、長さL1などの各通路の部分長に沿ってのみコーティングされ得る。そのような実施形態では、通路40の他の部分、すなわち長さL2は、触媒組成物を含まないか、または異なる触媒組成物でコーティングすることができる。あるいは、触媒組成物は、特定の領域において各通路40の全長Lに沿ってコーティングすることができ、異なる触媒組成物は、各通路の部分長(例えば、L1またはL2)に沿ってコーティングすることができる。横方向にゾーニングされたコーティング構成では、任意の数のゾーンを使用することができる。さらに、各通路または各通路の各部分は、単一の触媒組成物の1つ以上の層、および/または異なる触媒組成物の1つ以上の層でコーティングすることができる。
本開示の実施形態によれば、第1の触媒組成物は、基材の第1の領域の各通路の少なくとも一部をコーティングする。第1の触媒組成物は、高酸化触媒組成物であり、これは、第1の触媒組成物と接触する排気ガスが、入口ガス流中に存在する炭化水素および一酸化炭素が高レベルの酸化を受けることを意味している。第1の触媒組成物は、第1の酸化領域またはそのゾーニングされた部分を画定する第1のサブセットの各通路において、唯一のPGM含有触媒層として配置することができる。第1の触媒組成物は、第1の酸化領域またはそのゾーン部分を画定する第1のサブセットの通路のそれぞれにおいて、最上部、底部、または中間部PGM含有触媒層として配置することができる。第1の触媒組成物は、第1の酸化領域において基材の入口側に流入する排気ガスが第1の触媒組成物と接触するように配置されている。
図5A~5Hは、第1の酸化領域(すなわち、高酸化領域)を画定する第1のサブセットにおける各通路での触媒配置の例示的なボックス図を示している。図5Aに示したように、第1の酸化触媒組成物は、第1の酸化領域の通路の全長に、または図5Bに示したように、通路の部分長に沿ってコーティングされた唯一の触媒組成物であることができる。図5Cおよび5Dに示したように、例えば、第1の触媒組成物は、第3の触媒組成物とともに、横方向にゾーンコーティングすることができる。第3の触媒組成物は、PGM成分を含まない触媒組成物、ならびに/または本明細書に記載の第1の触媒組成物および第2の触媒組成物とは異なる第3の酸化触媒組成物であることができる。図5Eおよび5Fに示したように、例えば、第1の触媒組成物および第2の触媒組成物は、第1の酸化領域において層構成であることができる。そのような実施形態では、第1の触媒組成物は、第1の酸化領域において第2の触媒組成物上に層状になっている。第1の酸化触媒は、各通路の全長の最上層として、または各通路のゾーンの最上層として、配置される。いくつかの実施形態では、第1の触媒組成物は、第2の触媒組成物の下に層状化することができる(すなわち、各通路の少なくとも一部に関して、第1の触媒組成物は、基材と第2の(および/または第3の)触媒組成物との間に層状にされる)。図5Gおよび5Hに示したように、例えば、第1の酸化領域の通路の各々は、層状および/または横方向にゾーニングされた構成で、第1の酸化触媒、第2の酸化触媒、および第3の触媒組成物を含むことができる。図に示されていない様々な触媒組成物および/または追加の触媒組成物の代替の配列が本明細書で考えられる。
第2の触媒組成物は、基材の第2の領域の各通路の少なくとも一部をコーティングする。第2の触媒組成物は、酸化活性の点で、第1の酸化触媒組成物と比較して、低酸化触媒組成物である。第2の触媒組成物は、第2の酸化領域における唯一のPGM含有触媒層として、もしくはそのゾーニング部分として、第2の酸化領域中に配置することができるか、または、第2の触媒組成物は、第2の酸化領域における最上部、底部、または中間部PGM含有触媒層として、もしくはそのゾーニング部分として、配置することができる。第2の触媒組成物は、第2の酸化領域において基材の入口側に流入する排気ガスが第2の触媒組成物と接触するように配置されている。
図6A~6Hは、第2の酸化領域(すなわち、低酸化領域)を画定する通路の第2のサブセットにおける各通路での触媒配置に関する例示的なボックス図を示している。図6Aに示したように、第2の酸化触媒組成物は、第2の酸化領域の通路の全長に、または図6Bに示したように、通路の部分長に沿ってコーティングされた唯一の触媒組成物であることができる。図6Cおよび6Dに示したように、例えば、第2の触媒組成物は、第2の酸化領域において第3の触媒組成物とともに、横方向にゾーンコーティングすることができる。上記したように、第3の触媒組成物は、PGM成分を含まない触媒組成物、ならびに/または本明細書に記載の第1の触媒組成物および第2の触媒組成物とは異なる第3の酸化触媒組成物であることができる。図6Eおよび6Fに示したように、例えば、第2の触媒組成物および第1の触媒組成物は、第2の酸化領域において層構成であることができる。第2の触媒組成物は、第2の酸化領域において第1の触媒組成物上に層状にすることができる。いくつかの実施形態では、第2の触媒組成物は、第1の触媒組成物の下に層状化することができる(すなわち、各通路の少なくとも一部に関して、第2の触媒組成物は、基材と第1の(および/または第3の)触媒組成物との間に層状になっている)。図6Gおよび6Hに示したように、例えば、第2の酸化領域の通路の各々は、層状および/または横方向にゾーニングされた構成で、第1の酸化触媒、第2の酸化触媒、および第3の触媒組成物を含むことができる。図に示されていない様々な触媒組成物および/または追加の触媒組成物の代替の配列が本明細書で考えられる。
本発明の様々な実施形態では、第1の酸化領域(すなわち、高酸化領域)におけるPt:Pdの総重量比は、約1:0~約0:1、または約1:0~約1:400であることができる。第1の酸化領域におけるPGMの総量は、約0.5~約200g/ft、約5~150g/ft、または約10~100g/ftであることができる。第2の酸化領域(すなわち、低酸化領域)におけるPt:Pdの総重量比は、約0:1~約1:0、または約0:1~約4:1であることができる。第2の酸化領域におけるPGMの総量は、約0.5~約200g/ft、約5~150g/ft、または約10~100g/ftであることができる。総重量比および総量は、単一の触媒組成物または複数の触媒組成物が各領域の通路に適用されているかどうかに関係なく、各領域におけるPGMの総乾燥重量に基づいている。
本明細書に記載の放射状にゾーニングされた触媒物品を製造するために、特有の触媒組成物でコーティングされない領域をマスクする必要があり、それによって、コーティングされる領域における通路のみを開放したままにして、触媒コーティング層を受け入れる準備をする。通路を遮断または塞ぐのに有用であると当技術分野で知られている任意の材料または装置を使用して、特有の触媒コーティングを受け入れることが意図されていない領域の通路をマスクすることができる。例えば、マスキング材料としては、ダクトテープ、パラフィンワックス、ホットメルト接着剤などを挙げることができるが、これらに限定されない。使用されるマスキング/ブロッキング材料または装置のタイプを限定することを意図するものではない。
ある特定の好ましい実施形態では、第2の触媒組成物は、第1の酸化領域および第2の酸化領域の両方において基材上にコーティングされ、第1の触媒組成物は、第1の酸化領域において基材上にのみコーティングされる(例えば、第1の酸化領域に関する図5Eおよび第2の酸化領域に関する図6A)。したがって、触媒基材全体を、従来の触媒ウォッシュコートコーティング方法(例えば、上記のように基材を浸漬、乾燥、および焼成する)に従って、第2の触媒組成物で最初にコーティングすることができる。次いで、第2の酸化領域(すなわち、低酸化活性を有し、かつ第2の酸化触媒のみでコーティングされることが意図されている領域)の通路を、マスキング材料でマスクすることができる。次いで、部分的にマスクされた基材は、従来の触媒ウォッシュコートコーティング方法に従って、第1の触媒組成物でコーティングすることができる。第2の酸化領域の通路はマスクされているため、基材が第1の酸化触媒スラリーに浸漬されると、第1の酸化領域の通路(すなわち、マスクされていない通路)のみが第1の酸化触媒の層を受け入れる。
様々な実施形態では、第2の酸化触媒を第2の酸化領域に適用するとき、第1の酸化領域の通路をマスクすることができる。したがって、第1の酸化触媒の1つ以上のウォッシュコートコーティングのみを第1の酸化領域の通路に適用することができ、第2の酸化触媒の1つ以上のコーティングのみを第2の酸化領域の通路に適用することができる。上で考察したように、基材の1つ以上の領域に1つ以上の追加の触媒組成物および/または横方向ゾーンコーティング(lateral zone coating)の混在(inclusion)を含む、多くの異なる構成が考えられる。
触媒組成
本明細書に記載の触媒および/または吸着剤組成物は、機能的に活性な種をさらに含む高融点無機固体酸化物多孔質粉末などの1つまたは複数の担体または「キャリア」を含んでもよい。
触媒および/または吸着剤組成物は、結合剤、例えば、酢酸ジルコニルなどの好適な前駆体または硝酸ジルコニルなどのあらゆる他の好適なジルコニウム前駆体から誘導されたZrO結合剤を使用して調製してもよい。例えば、触媒が、少なくとも約600℃、例えば、約800℃以上の高温および約5%以上の高水蒸気環境に対して曝されると、酢酸ジルコニル結合剤は、熱エージング後に均一かつ無傷なままのコーティングを提供する。他の潜在的に好適な結合剤としては、アルミナおよびシリカが挙げられるが、これらに限定されない。アルミナ結合剤としては、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、およびオキシ水酸化アルミニウムが挙げられる。アルミニウム塩、およびアルミナのコロイド形態が使用されてもよい。シリカ結合剤は、シリケートおよびコロイダルシリカを含む、SiOの様々な形態を含む。結合剤組成物は、ジルコニア、アルミナ、およびシリカのあらゆる組み合わせを含み得る。他の例示的な結合剤は、ベーマイト、ガンマ-アルミナ、またはデルタ/シータアルミナ、ならびにシリカゾルを含む。存在する場合、結合剤は、典型的には、ウォッシュコートの総充填量の約1~5重量%の量で使用される。あるいは、結合剤は、ジルコニア系またはシリカ系、例えば、酢酸ジルコニウム、ジルコニアゾル、またはシリカゾルであることができる。存在する場合、アルミナ結合剤は、典型的には、約0.05g/in~約1g/inの量で使用される。
様々な実施形態では、本明細書に記載される触媒物品は、第1の酸化触媒組成物および第2の酸化触媒組成物を含む。一般に、ディーゼル酸化触媒(DOC)組成物は、基材上に、例えば、耐火性金属担体上に分散された1つ以上の白金族金属(PGM)成分を含む。炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)の両方の気体汚染物質を、これらの汚染物質の酸化を触媒することによって二酸化炭素および水に変換するために、ディーゼルエンジンの排気を処理する際に使用するための様々なそのようなDOC組成物が知られている。
本発明のDOC組成物(本明細書では「酸化触媒組成物」とも称する)は、触媒的に活性なPGM成分と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される金属とを含む。開示されたDOC組成物において有用なPGM成分は、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム、および/または金(Pt、Pd、Ru、Rh、Os、Ir、および/またはAu)などの、PGMを含むあらゆる成分を含む。例えば、PGMは、原子価がゼロの金属形態であってもよく、またはPGMは、酸化物形態であってもよい。PGM成分は、あらゆる原子価状態のPGMを含むことができる。「白金(Pt)成分」、「ロジウム(Rh)成分」、「パラジウム(Pd)成分」、「イリジウム(Ir)成分」、「ルテニウム(Ru)成分」などの用語は、触媒のか焼または使用時に分解するか、さもなければ触媒活性形態、通常は金属または金属酸化物に変換する、それぞれの白金族金属化合物、錯体などを指す。いくつかの実施形態では、PGM成分は、金属またはその酸化物(例えば、白金またはその酸化物が挙げられるが、これらに限定されない)である。
開示されている酸化触媒組成物のPGM成分は、組成物の重量に基づいて、典型的には、約0.1重量%(重量パーセント)、約0.5重量%、約1.0重量%、約1.5重量%、または約2.0重量%から、約3重量%、約5重量%、約7重量%、約9重量%、約10重量%、約12重量%、約15重量%、約16重量%、約17重量%、約18重量%、約19重量%、または約20重量%までの量で存在する。
開示されている酸化触媒組成物の金属成分は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される金属成分を含む。いくつかの実施形態では、アルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、またはセシウムのうちの1つ以上から選択され得る。いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、またはバリウムのうちの1つ以上から選択され得る。いくつかの実施形態では、アルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、またはこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、アルカリ金属はナトリウムである。いくつかの実施形態では、アルカリ金属はリチウムである。いくつかの実施形態では、アルカリ金属はカリウムである。いくつかの実施形態では、アルカリ金属はルビジウムである。いくつかの実施形態では、アルカリ金属はセシウムである。いくつかの実施形態では、アルカリ金属は、ナトリウムと、リチウム、カリウム、ルビジウム、またはセシウムのうちの少なくとも1つとの組み合わせである。
いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、またはこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属はマグネシウムである。いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属はカルシウムである。いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属はストロンチウムである。いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属はバリウムである。
開示されている酸化触媒組成物のアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、組成物の重量に基づいて、典型的には、約0.1重量%、約0.3重量%、約0.5重量%、または約1.0重量%から、約1.5重量%、約2.0重量%、約2.5重量%、約3.0重量%、約3.5重量%、または約4.0重量%までの量で存在する。
開示されている酸化触媒組成物は、任意選択で、銅、鉄、クロム、マンガン、コバルト、およびニッケルからなる群から選択される1つ以上の追加の触媒活性金属をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、追加の触媒活性金属はマンガンである。
典型的には、開示されている酸化触媒組成物のPGM成分は、担体材料上に担持されている。PGM成分は、例えば、耐火性金属酸化物上および/またはモレキュラーシーブ上に担持することができる。
いくつかの実施形態では、触媒的に活性なPGM成分が堆積される担体材料は、ガソリンまたはディーゼルエンジンの排気に関連する温度などの高温で化学的および物理的安定性を示す耐火性金属酸化物を含む。例示的な耐火性金属酸化物としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、プラセオジム、スズ酸化物など、ならびにそれらの物理的混合物または化学的組み合わせ、例えば、原子的にドープされた組み合わせ、および例えば活性化アルミナなどの高表面積または活性化合物が挙げられる。
PGM成分を担持するために使用するのに好適であり得る高表面積の耐火性金属酸化物としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア;アルミナと、チタニア、ジルコニア、およびセリアのうちの1つ以上との混合物;アルミナ上にコーティングされたセリアまたはアルミナ上にコーティングされたチタニアが挙げられる。耐火性金属酸化物は、酸化物または混合酸化物、例えば、シリカ-アルミナ、アモルファスまたは結晶性であり得るアルミノシリケート、アルミナ-ジルコニア、アルミナ-クロミア、アルミナ-セリアなどを含有し得る。耐火性金属酸化物は、特に、ガンマアルミナ、シリカアルミナ、アルミナ上にコーティングされたセリア、アルミナ上にコーティングされたチタニア、またはアルミナ上にコーティングされたジルコニアである。シリカ-アルミナ、セリア-ジルコニア、プラセオジミア-セリア、アルミナ-ジルコニア、アルミナ-セリア-ジルコニア、ランタナ-アルミナ、ランタナ-ジルコニア-アルミナ、バリア-アルミナ、バリア-ランタナ-アルミナ、バリア-ランタナ-ネオジミアアルミナ、およびアルミナ-セリアなどの金属酸化物の組み合わせが含まれる。例示的なアルミナは、大きい細孔のベーマイト、ガンマ-アルミナ、およびデルタ/シータアルミナを含む。典型的なプロセスにおいて出発材料として使用される有用な市販のアルミナとしては、高仮比重ガンマ-アルミナ、低または中仮比重大細孔ガンマ-アルミナ、および低仮比重大細孔ベーマイトなどの、活性化アルミナが挙げられる。
高表面積の金属酸化物担体、例えば、「ガンマアルミナ」または「活性化アルミナ」とも称されるアルミナ担体材料は、典型的には、60m/gを超える、多くの場合、最大約200m/g以上のBET表面積を示す。例示的な耐火性金属酸化物は、約50~約300m/gの比表面積を有する高表面積のγ-アルミナを含む。そのような活性アルミナは、通常、アルミナのガンマ相とデルタ相との混合物であるが、相当量のエータ、カッパ、およびシータアルミナ相も含有し得る。「BET表面積」は、N吸着測定によって表面積を決定するためのBrunauer-Emmett-Teller法を指す通常の意味を有する。別段明記しない限り、「表面積」は、BET表面積を指す。望ましくは、活性アルミナは、約60~約350m/g、例えば、約90~約250m/gの比表面積を有する。
ある特定の実施形態では、本明細書に開示されている触媒組成物において有用な金属酸化物担体は、Siドープトアルミナ材料(1~10%のSiO-Alが挙げられるが、これに限定されない)などのドープトアルミナ材料、Siドープトチタニア材料(1~10%のSiO-TiOが挙げられるが、これに限定されない)などのドープトチタニア材料、またはSiドープトZrO(5~30%のSiO-ZrOが挙げられるが、これに限定されない)などのドープトジルコニア材料である。
有利には、耐火性金属酸化物は、ランタナム、バリウム、プラセオジミウム、ネオジミウム、サマリウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、ニオブ、ハフニウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、エルビウム、イッテルビウム、スズ、または亜鉛などの1つ以上の追加の塩基性金属酸化物材料でドープされ得る。いくつかの実施形態では、金属酸化物ドーパントは、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、またはこれらの組み合わせから選択され得る。金属酸化物ドーパントは、存在する場合、典型的には、触媒組成物の重量に基づいて、約1~約20重量%の量で存在する。ドーパント酸化物材料は、理論に拘束されることを望まないが、耐火性金属酸化物担体の高温安定性を改善するのに役立ち得る、またはNO、SO、もしくはSOなどの酸性ガスのための吸着剤として機能し得る。
ドーパント金属酸化物は、初期湿潤含浸技術を使用して、またはコロイダル混合酸化物粒子の使用を通じて導入することができる。好ましいドーパント金属酸化物としては、コロイダルバリア-アルミナ、バリア-ジルコニア、バリア-チタニア、ジルコニア-アルミナ、バリア-ジルコニア-アルミナ、ランタナ-ジルコニアなどが挙げられる。したがって、開示されている触媒組成物における耐火性金属酸化物または耐火性混合金属酸化物は、最も典型的には、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、セリア、例えば、バルクセリア、酸化マンガン、ジルコニア-アルミナ、セリア-ジルコニア、セリア-アルミナ、ランタナ-アルミナ、バリア-アルミナ、シリカ、シリカ-アルミナ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。これらの耐火性金属酸化物は、バリア-アルミナ、バリア-ジルコニア、バリア-チタニア、ジルコニア-アルミナ、バリア-ジルコニア-アルミナ、ランタナ-ジルコニアなどの卑金属酸化物でさらにドープされ得る。有利には、酸化触媒組成物は、セリア、アルミナ、およびジルコニア、またはこれらのドープト組成物を含み得る。
酸化触媒組成物は、上で命名した耐火性金属酸化物のいずれかを任意の量で含み得る。例えば、酸化触媒組成物中の耐火性金属酸化物は、触媒組成物の総乾燥重量に基づいて、約15重量%、約20重量%、約25重量%、約30重量%、または約35重量%から、約50重量%、約55重量%、約60重量%、約65重量%、または約70重量%まで含み得る。酸化触媒組成物は、例えば、約10~約99重量%のアルミナ、約15~約95重量%のアルミナ、または約20~約85重量%のアルミナを含み得る。
PGM成分は、例えば、可溶性前駆体(例えば、硝酸パラジウム)を、その上に分散させることによって、耐火性金属酸化物担体上に分散させ得る。あるいは、PGMは、担体上に分散されるのとは対照的に、直径1~15ナノメートル以下程度の微粒子などの粒子状形態で組成物中に提供する。
任意選択的で、酸化触媒組成物は、炭化水素を吸着するための1つ以上の炭化水素(HC)貯蔵成分を含有し得る。任意の既知のHC貯蔵材料、例えば、ゼオライトまたはゼオライト様材料などの多孔質マイクロポーラス材料を使用することができる。好ましくは、炭化水素貯蔵材料はゼオライトである。ゼオライトは、フォージャサイト、チャバサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトX、ゼオライトY、超安定ゼオライトY、ZSM-5ゼオライト、オフレタイト、またはベータゼオライトのような、天然または合成ゼオライトであり得る。好ましいゼオライト吸着剤材料は、高いシリカ対アルミナ比を有する。ゼオライトは、少なくとも約25:1、好ましくは少なくとも約50:1のシリカ/アルミナモル比を有し得、有用な範囲は、約25:1~1000:1、50:1~500:1、および約25:1~300:1である。好ましいゼオライトとしては、ZSM-5、Y、およびベータゼオライトが挙げられる。特に好ましい吸着剤は、米国特許第6,171,556号に開示されているタイプのベータゼオライトを含み得、これは、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。存在する場合、ゼオライトまたは他のHC貯蔵成分は、典型的には、約0.05g/in~約1g/inの量で使用される。
本明細書に記載の触媒物品は、基材の第1の酸化領域の各通路の少なくとも一部をコーティングしている第1の酸化触媒組成物を含む。第1の酸化触媒組成物は、比較的高い酸化活性を提供するように構成される。第1の触媒組成物は、少なくとも1つの白金族金属(PGM)成分と、少なくとも1つのPGM成分が担持されている第1の担体材料とを含むことができる。第1の触媒組成物は白金を含むことができる。いくつかの実施形態では、第1の触媒組成物は、白金およびパラジウムを含むことができる。第1の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比は、約1:0~約1:1、または約4:1~約2:1であることができる。第1の酸化触媒組成物におけるPGMの総量は、約0.5~約200g/ft、約5~150g/ft、または約10~100g/ftであることができる。
本明細書に記載の触媒物品は、基材の第2の酸化領域の各通路の少なくとも一部をコーティングしている第2の酸化触媒組成物をさらに含む。第2の酸化触媒組成物は、1の触媒組成物よりも低い酸化活性を提供するように構成され、その結果、基材の第2の酸化領域は、基材の第1の酸化領域よりも低い酸化活性を提供する。第2の触媒組成物は、少なくとも1つの白金族金属(PGM)成分と、少なくとも1つのPGM成分が担持されている第2の担体材料とを含むことができる。第2の酸化触媒は、白金およびパラジウムを含むことができる。ある特定の実施形態では、第2の酸化触媒組成物は、白金を実質的に含まない。第2の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比は、約0:1~約4:1、または約0:1~約1:1、または約0:1~約1:4であることができる。第2の酸化触媒組成物におけるPGMの総量は、約0.5~約200g/ft、約5~150g/ft、または約10~60g/ftであることができる。様々な実施形態では、g/ftで測定された第1の触媒組成物中の白金の量は、第2の触媒組成物中の白金の量よりも多い場合がある。いくつかの実施形態では、第1の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比は、第2の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比よりも大きい場合がある。
触媒組成物の作製方法
PGMまたは卑金属成分を有する多孔質担体の調製は、典型的には、多孔質担体(例えば、粒子状アルミナなどの粒子状形態の耐火性酸化物担体材料)にPGMまたは卑金属溶液を含浸させることを含む。複数の金属成分(例えば、白金およびパラジウム)は、同時または別々に含浸させることができ、また初期湿潤技術を使用して、同じ担体粒子または別々の担体粒子に含浸させることができる。担体粒子は、典型的には、溶液の実質的にすべてを吸収して、湿潤固体を形成するのに十分に乾燥している。水溶性化合物の水溶液または金属成分の複合体の水溶液、例えば、硝酸パラジウムまたは硝酸白金、硝酸テトラアンミンパラジウムまたは硝酸白金、酢酸テトラアンミンパラジウムまたは酢酸白金、硝酸銅(II)、硝酸マンガン(II)、および硝酸セリウムアンモニウムが、典型的には、利用される。ある特定の実施形態では、コロイダル白金を、本明細書に記載の触媒組成物の実施形態で使用することができる。金属溶液で担体粒子を処理した後、粒子を、例えば、高温(例えば、100~150℃)で一定時間(例えば、1~3時間)熱処理し、次いで、焼成することによって乾燥させ、金属成分をより触媒的に活性な形態に変換する。例示的な焼成プロセスは、約400~550℃の温度で1~3時間にわたって空気中で熱処理することを含む。上記のプロセスは、所望のレベルの金属含浸に達するために、必要に応じて繰り返してもよい。得られた材料は、乾燥粉末として、またはスラリー形態で貯蔵することができる。
排出物処理システム
本開示はまた、本明細書に記載の触媒物品を組み込む排出物処理システムを提供する。典型的には、一体型の排出物処理システムは、排気ガス排出物、例えば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1種以上の触媒物品/構成要素を備える。例えば、排出物処理システムは、本明細書に記載されているディーゼル酸化(DOC)触媒物品に加えて、触媒化煤フィルタ(CSF)、選択的触媒還元(SCR)触媒、および選択的触媒還元/アンモニア酸化(SCR/AMOx)触媒のうちの1つ以上を含み得る。いくつかの排出物処理システムは、リーンNOトラップ(LNT)、CSF触媒、SCR触媒、および/またはSCR/AMOx触媒を含む。CO/HC変換もしくはNO酸化用のPGM含有触媒、またはSCR反応(SCRoF)用のSCR触媒のいずれかを充填されているCSFは、典型的にはDOCまたはLNT触媒の下流に位置するが、排出物処理システムの様々な構成要素の相対的な位置は変動させることができる。
上記のように、放射状にゾーニングされたDOC触媒物品は、未燃のガス状および不揮発性の炭化水素(すなわち、SOF)および一酸化炭素を燃焼させて二酸化炭素および水を形成する際に有用であり得る少なくとも2つの酸化触媒組成物を含む。SCR触媒は、エンジン排気中に存在するNOを軽減するために従来使用されている任意の触媒であり得、典型的には、混合金属酸化物組成物(例えば、バナジア/チタニア)、または金属イオン交換モレキュラーシーブ組成物(例えば、Cuおよび/またはFe促進モレキュラーシーブ)を含む。触媒化煤フィルタ(CSF)は、煤をトラップし燃焼させるように設計されており、トラップした煤を燃焼させ、排気ガス流排出物を酸化するための1種以上の触媒(例えば、白金、パラジウム、および/またはロジウムなどの1種以上の貴金属触媒)を含有するウォッシュコート層でコーティングされている。SCR/AMOx触媒は、SCR触媒と組み合わせた、排気ガス処理システムからスリップしたアンモニアを除去するために使用されるアンモニア酸化触媒(例えば、PGMを含む底部コートがSCR機能を有する触媒のトップコートと層状になっているAMOx触媒)を指す。排出物処理システムは、アンモニア前駆体用の還元剤注入器、ディーゼル燃料用の炭化水素注入器、さらなる微粒子濾過構成要素、ならびに/またはNO貯蔵および/もしくは捕捉構成要素などの構成要素をさらに含んでいてもよい。前述の構成要素の列挙は、単なる例であり、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
1つの例示的な排出物処理システムが、排出物処理システム100の概略図である図7に示されている。示したように、ガス状汚染物質および粒子状物質を含有する排気ガス流は、排気管101を介してエンジンから触媒成分Aに運ばれる。排気管102は、触媒成分Aを出る処理された排気ガス流を触媒成分Bに向ける。次に、排気管103は、触媒成分Bを出る処理された排気ガスを、触媒成分Dの上流に位置する触媒成分Cに向ける。限定するものではないが、表1は、1つ以上の実施形態の様々な排気ガス構成を提示している。
Figure 2022539875000002
実験
本開示の態様は、以下の実施例によってより完全に示され、これらは、本開示のある特定の態様を示すために記載され、態様を限定するものとして解釈されるべきではない。
実施例1
放射状にゾーニングされた構成で2つの酸化触媒組成物を有する、本開示による触媒物品を調製した。
第1の酸化触媒組成物は、約5:1のPt:Pd重量比で白金とパラジウムの両方を含んでいた。第1の触媒組成物における白金およびパラジウムを一緒にした総PGM充填量は、約40g/ftであった。第1の触媒組成物における総白金充填量は、約33.33g/ftであった。第1の触媒組成物における総パラジウム充填量は、約6.67g/ftであった。
第2の触媒組成物は、約1:2のPt:Pd重量比で白金およびパラジウムの両方を含んでいた。第2の触媒組成物における白金およびパラジウムを一緒にした総PGM充填量は、約45g/ftであった。第2の触媒組成物における総白金充填量は、約15g/ftであった。第2の触媒組成物における総パラジウム充填量は、約30g/ftであった。
第1の酸化触媒は、第2の酸化触媒組成物と比較して高いPtレベルを有していた。NOxガスの酸化においてPtはPdよりも活性であるため、第1の酸化触媒組成物は、高い酸化活性を提供するように構成した。第2の酸化触媒組成物は、第1の触媒組成物よりも低い酸化活性を提供した。
基材の2つの領域が確認された。第1の酸化領域は、使用される円形基材の同心コアとして配置された基材の複数の通路の第1のサブセットを含んでいた。第2の酸化領域は、コアを取り囲む環状の外側領域(すなわち、第1の酸化領域)として配置された基材の複数の通路の第2のサブセットを含んでいた。例えば、図3Aに示した実施形態を参照されたい。第1の酸化領域における通路の数と、第2の酸化領域の通路の数との比は、約1:1であった。
第2の触媒組成物は、第1の酸化領域および第2の酸化領域の両方の基材上にコーティングし、第1の触媒組成物は、第1の酸化領域の基材上にのみコーティングした(例えば、第1の酸化領域に関する図5Eおよび第2の酸化領域に関する図6A)。したがって、触媒基材全体を、従来の触媒ウォッシュコートコーティング方法に従って、最初に第2の触媒組成物でコーティングした(すなわち、基材を第2の触媒組成物のスラリーに浸漬し、乾燥させ、次いで一晩焼成した)。第2の酸化領域および第1の酸化領域の各通路の軸方向の全長は、第2の酸化触媒でコーティングした。
次いで、第2の酸化領域(すなわち、酸化活性が低く、第2の酸化触媒のみでコーティングされることが意図されている領域)の通路をテープでマスクした。
次いで、マスクされた基材は、従来の触媒ウォッシュコートコーティング方法に従って、第1の触媒組成物でコーティングした。第2の酸化領域の通路はマスクされているため、基材を第1の酸化触媒スラリーに浸漬すると、第1の酸化領域の通路(すなわち、マスクされていない通路)のみが第1の酸化触媒の層を受け入れた。
マスクされた基材は、最初の触媒組成物スラリー中に、入口端を先頭にして、基材の出口端から約1/2インチ以内まで浸漬させた。次いで、基材をひっくり返して、第1の触媒組成物のスラリーを排出させて浸漬円筒型容器に戻した。次いで、高圧空気で余分なウォッシュコートを基材から取り除いた。次いで、環状の第2の酸化領域を覆っているテープを取り除き、基材を水平乾燥機に入れて乾燥させた。次いで、基材を焼成した。
実施例2
実施例1に従って調製された触媒物品を出る排気ガスのNO/NOx比は、異なる排気ガス入口温度で測定した。実施例1に従って調製した触媒物品を出る排気ガスのNO/NOx比を、従来のDOC触媒物品(すなわち、放射状コーティングなし)を出る排気ガスのNO/NOx比と比較した。従来のDOCは、1:2のPt:Pd比を有し、30g/ftのPGM充填量で、アルミナ担体上にPGMを備えた入口ゾーンからなっていた。従来のDOCの出口ゾーンは、5:1のPt:Pd比を有し、10g/ftのPGM充填量で、アルミナ担体上にPGMがコーティングされていた。
実施例1に従って調製された触媒物品を出る排気ガスのNO/NOx比を、3つの異なる排気質量流量:(i)30k/h空間速度(SV)、(ii)45k/h SV、および(iii)90k/h SVで測定した。従来のDOC触媒物品(放射状にゾーニングされたコーティングなし)を出る排気ガスのNO/NOx比を、90k/h SVの排気質量流量で測定した。
本出願の図8に示したグラフは、触媒物品を出る排気ガスのNO/NOx比対DOC入口温度を示している。モデリングソフトウェアを使用して、放射状にゾーニングされた触媒物品および従来のDOC触媒物品に関するグラフを生成させた。より曲線のラインは、従来のDOC触媒物品に関する結果を示している。3つのより平坦なラインは、異なる排気質量流量での本開示の放射状にゾーニングされた触媒物品に関する結果を示している。
実施例1による放射状にゾーニングされた触媒物品のNO/NOx比の比較的より直線的な性質によって証明されるように、酸化作用が比較的高い触媒組成物および酸化作用が比較的低い触媒組成物の独特の配置は、従来のDOC触媒物品を出る排気ガスのNO/NOx比と比較して、放射状にゾーニングされた触媒物品を出る排気ガスでは比較的安定なNO/NOx比が提供される(すなわち、NO/NOx比はDOC入口温度によって大きく変動しない)。
実施例3
放射状にコーティングされたDOCは、部品の中央部分に5:1のPt:Pd比でPGMをコーティングして製造した。Pdのみのコーティングを、部品の環状領域に適用した。参照部品は、部品の軸線(axial axis)に沿ってゾーニングして製造した。入口ゾーンのPt:Pd比は1:2であり、出口ゾーンのPt:Pd比は5:1であった。
サンプルは、ガス空間速度が100K/時になるように動作された6.7Lエンジンについて試験した。エンジンは、様々なトルクで動作し、DOCの入口温度は175℃~400℃の温度範囲となった。ガスのサンプルをDOCの出口側から連続的に抽出し、FTIRアナライザーを使用してNO、NO、およびNOx濃度を分析した。
結果を図9に示す。放射状にコーティングされたDOCは、試験温度範囲全体にわたってNO/NOx比の変動が少ないことを示している。
多くの修正および他の実施形態は、前述の説明で提示した教示の利益を有する本開示と関係がある当業者には想起されるであろう。したがって、本開示は、開示される特定の実施形態に限定されるものではないこと、ならびに修正および他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。本明細書では特定の用語が用いられるが、それらは、一般的かつ説明的な意味で使用されているにすぎず、限定を目的とするものではない。

Claims (23)

  1. 触媒物品であって、
    入口側と、出口側と、前記入口側から前記出口側へ延在している複数の通路と、を含む基材であって、排気ガスが、前記基材の前記入口側に入ることができ、前記基材の前記出口側から出ることができるようになっており、前記触媒物品が、前記複数の通路の第1のサブセットを含む第1の酸化領域と、前記複数の通路の第2のサブセットを含む第2の酸化領域とを含む、基材と、
    前記第1の酸化領域の各通路の少なくとも一部をコーティングしている第1の触媒組成物であって、前記第1の触媒組成物が、少なくとも1つの白金族金属(PGM)成分と、前記少なくとも1つのPGM成分が担持されている第1の担体材料とを含む、第1の触媒組成物と、
    前記第2の酸化領域の各通路の少なくとも一部をコーティングしている第2の触媒組成物であって、前記第2の触媒組成物が、少なくとも1つの白金族金属(PGM)成分と、前記少なくとも1つのPGM成分が担持されている担体材料とを含む、第2の触媒組成物と、を含み、
    前記第1の酸化領域の通路の数と、前記第2の酸化領域の通路の数との比が、約10:90~約90:10の範囲であり、
    前記第1の触媒組成物が、白金を含み、前記第1の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比が、前記第2の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比よりも大きい、触媒物品。
  2. 前記第1の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比が、約1:0~約1:1である、請求項1に記載の触媒物品。
  3. 前記第1の触媒組成物が、約0.5~約200g/ftの総PGM充填量を含む、請求項1に記載の触媒物品。
  4. 前記第2の触媒組成物におけるPt:Pdの重量比が、約0:1~約1:1である、請求項1に記載の触媒物品。
  5. 前記第2の触媒組成物が、約0.5~約200g/ftの総PGM充填量を含む、請求項1に記載の触媒物品。
  6. 前記第1の触媒組成物および前記第2の触媒組成物のうちの一方または両方の前記担体材料が、耐火性金属酸化物を含む、請求項1に記載の触媒物品。
  7. 前記耐火性金属酸化物が、アルミナ、チタニア、ジルコニア、アルミナとチタニア、ジルコニアおよびセリアのうちの1つ以上との混合物、アルミナ上にコーティングされたセリア、アルミナ上にコーティングされたチタニア、シリカ-アルミナ、アルミノシリケート、アルミナ-ジルコニア、およびアルミナ-セリアからなる群から選択される、請求項6に記載の触媒物品。
  8. 前記第1の触媒組成物および前記第2の触媒組成物のうちの一方または両方が、ゼオライトを含む、請求項1に記載の触媒物品。
  9. 前記ゼオライトが、フォージャサイト、チャバサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトX、ゼオライトY、ZSM-5ゼオライト、オフレタイト、およびベータゼオライトからなる群から選択される、請求項8に記載の触媒物品。
  10. 前記基材が、コーディエライト、ムライト、コーディエライト-αアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ-シリカマグネシア、ジルコンシリケート、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、αアルミナ、アルミノシリケート、またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるセラミック材料を含む、請求項1に記載の触媒物品。
  11. 前記基材が、金属材料を含む、請求項1に記載の触媒物品。
  12. 前記基材を前記入口端から見ると、前記第1の酸化領域および前記第2の酸化領域のうちの一方が、中央に位置する領域であり、前記第1の酸化領域および前記第2の酸化領域のうちの他方が、環状領域である、請求項1に記載の触媒物品。
  13. 前記基材を前記入口端から見ると、前記第1の酸化領域および前記第2の酸化領域のうちの一方が、パイくさび形領域であり、前記第1の酸化領域および前記第2の酸化領域のうちの他方が、前記基材の残りの領域である、請求項1に記載の触媒物品。
  14. 前記第1の触媒組成物および前記第2の触媒組成物が、前記第1の酸化領域および前記第2の酸化領域のうちの一方または両方において層構成になっている、請求項1に記載の触媒物品。
  15. 前記第1の触媒組成物が、前記第1の酸化領域において前記第2の触媒組成物上に層状になっている、請求項14に記載の触媒物品。
  16. 前記第2の触媒組成物が、前記第2の酸化領域において前記第1の触媒組成物上に層状になっている、請求項14に記載の触媒物品。
  17. 前記第2の触媒組成物が、前記第1の酸化領域および前記第2の酸化領域の両方において前記基材上にコーティングされ、前記第1の触媒組成物が、第1の酸化領域においてのみ前記基材上にコーティングされている、請求項14に記載の触媒物品。
  18. 前記第1の触媒組成物および前記第2の触媒組成物のうちの少なくとも1つが、第3の触媒組成物で横方向にゾーンコーティングされている、請求項1に記載の触媒物品。
  19. 前記基材が、流体の流れに対して開放された複数の平行な通路を有するモノリシックフロースルー基材である、請求項1~18のいずれか一項に記載の触媒物品。
  20. 前記基材が、複数の通路が多孔質壁部分を含むようなウォールフロー基材である、請求項1~18のいずれか一項に記載の触媒物品。
  21. 請求項1~18のいずれか一項に記載の触媒物品を含む、内燃機関のための排気ガス処理システムであって、前記触媒物品が、前記内燃機関の下流にあり、かつ前記内燃機関と流体連通している排気ガス処理システム。
  22. 選択的触媒還元(SCR)触媒、煤フィルタ、アンモニア酸化(AMO)触媒、およびリーンNOトラップ(LNT)からなる群から選択される1つ以上の触媒物品をさらに含む、請求項21に記載の排気ガス処理システム。
  23. 炭化水素、一酸化炭素、およびNOを含む排気ガス流を処理するための方法であって、前記排気ガス流を請求項1~18のいずれか一項に記載の触媒物品に通すことを含む、方法。
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