JP2023083819A - 排ガス浄化触媒装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＮＯｘの浄化効率が十分に高く、かつ、Ｎ２Ｏの生成量が少ない、排ガス浄化触媒を提供すること。【解決手段】基材、及び前記基材上の１又は２以上の触媒コート層を有する排ガス浄化触媒装置であって、前記１又は２以上の触媒コート層は、銅イオン交換ゼオライト、及びアルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、アルカリ含有ゼオライトを含み、下記の条件（Ａ）及び（Ｂ）のいずれか一方を満足する、排ガス浄化触媒装置：（Ａ）前記触媒コート層のうちの１つの触媒コート層に、前記銅イオン交換ゼオライト及び前記アルカリ含有ゼオライトの双方が含まれていること、並びに（Ｂ）前記触媒コート層が、前記銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層、及び前記アルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層を含み、前記第１の触媒コート層と第２の触媒コート層とが直接接するように積層されていること。【選択図】なし
Description
本発明は、排ガス浄化触媒装置に関する。
ディーゼルエンジンから排出される排ガス中のＮＯｘを、大気に放出される前に、還元浄化する技術として、選択的接触還元（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。ＳＣＲシステムは、還元剤、例えばアンモニア（又は尿素等のアンモニア源）を用いて、排ガス中のＮＯｘをＮ２に還元する技術である。
このＳＣＲシステムでは、ゼオライトを銅（Ｃｕ）でイオン交換した、銅イオン交換ゼオライトが、ＮＯｘ浄化能に優れるものとして知られている。
例えば、特許文献１には、アルカリ土類金属等から選択される金属を含む、シリカアルミナ比（ＳＡＲ）３～１０の銅イオン交換ゼオライトが、ＮＯｘの選択還元触媒活性を有し、高度の水熱安定特性を有すると説明されている。
ＳＣＲシステムにおいて、銅イオン交換ゼオライト、特にＳＡＲが低い銅イオン交換ゼオライトは、特に低温領域におけるＮＯｘ浄化能に優れるが、副生成物としてＮ２Ｏが生成することが知られている。Ｎ２Ｏは、地球温暖化に影響する温室効果ガスであるため、その排出量は抑制されるべきである。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘの浄化効率が十分に高く、かつ、Ｎ２Ｏの生成量が少ない、排ガス浄化触媒を提供することである。
上記課題を解決する本発明は、以下のとおりである。
《態様１》基材、及び前記基材上の１又は２以上の触媒コート層を有する排ガス浄化触媒装置であって、
前記１又は２以上の触媒コート層は、
銅イオン交換ゼオライト、及び
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、アルカリ含有ゼオライト
を含み、
下記の条件（Ａ）及び（Ｂ）のいずれか一方を満足する、排ガス浄化触媒装置：
（Ａ）前記触媒コート層のうちの１つの触媒コート層に、前記銅イオン交換ゼオライト及び前記アルカリ含有ゼオライトの双方が含まれていること、並びに
（Ｂ）前記触媒コート層が、前記銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層、及び前記アルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層を含み、前記第１の触媒コート層と第２の触媒コート層とが直接接するように積層されていること。
《態様２》前記条件（Ａ）を満足する、態様１に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様３》前記条件（Ｂ）を満足する、態様１に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様４》前記銅イオン交換ゼオライトのＳＡＲが１５．０以下である、態様１～３のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様５》前記銅イオン交換ゼオライト中のＣｕ量が、前記銅イオン交換ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．１０ｍｏｌ以上０．５０ｍｏｌ以下である、態様１～４のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様６》前記銅イオン交換ゼオライトが、Ｃｕ－ＣＨＡ型ゼオライトである、態様１～５のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様７》前記アルカリ含有ゼオライトが、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、ＬＴＡ型、ＦＥＲ型、ＭＷＷ型、ＭＦＩ型、ＭＯＲ型、ＬＴＬ型、ＦＡＵ型、ＢＥＡ型、ＡＥＩ型、ＡＦＸ型、又はＣＨＡ型のゼオライトである、態様１～６のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様８》前記アルカリ含有ゼオライト中の、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上の合計含有量が、前記アルカリ含有ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．０５ｍｏｌ以上１．５０ｍｏｌ以下である、態様１～７のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様９》前記銅イオン交換ゼオライトの骨格構造と、前記アルカリ含有ゼオライトの骨格構造とが同じである、態様１～８のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様１０》前記銅イオン交換ゼオライト１００質量部に対する前記アルカリ含有ゼオライトの量が、２０質量部以上である、態様１～９のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様１１》前記基材容量１Ｌ当たりの前記銅イオン交換ゼオライトの量が、５０ｇ／Ｌ以上である、態様１～１０のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様１２》アンモニア又はアンモニア源を用いる窒素酸化物の選択還元用である、態様１～１１のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様１３》窒素酸化物を含む排ガスに、アンモニア又はアンモニア源を添加すること、及び
前記排ガスを、態様１～１２のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置と接触させて、前記窒素酸化物を窒素に還元すること
を含む、排ガス浄化方法。
前記１又は２以上の触媒コート層は、
銅イオン交換ゼオライト、及び
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、アルカリ含有ゼオライト
を含み、
下記の条件（Ａ）及び（Ｂ）のいずれか一方を満足する、排ガス浄化触媒装置：
（Ａ）前記触媒コート層のうちの１つの触媒コート層に、前記銅イオン交換ゼオライト及び前記アルカリ含有ゼオライトの双方が含まれていること、並びに
（Ｂ）前記触媒コート層が、前記銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層、及び前記アルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層を含み、前記第１の触媒コート層と第２の触媒コート層とが直接接するように積層されていること。
《態様２》前記条件（Ａ）を満足する、態様１に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様３》前記条件（Ｂ）を満足する、態様１に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様４》前記銅イオン交換ゼオライトのＳＡＲが１５．０以下である、態様１～３のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様５》前記銅イオン交換ゼオライト中のＣｕ量が、前記銅イオン交換ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．１０ｍｏｌ以上０．５０ｍｏｌ以下である、態様１～４のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様６》前記銅イオン交換ゼオライトが、Ｃｕ－ＣＨＡ型ゼオライトである、態様１～５のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様７》前記アルカリ含有ゼオライトが、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、ＬＴＡ型、ＦＥＲ型、ＭＷＷ型、ＭＦＩ型、ＭＯＲ型、ＬＴＬ型、ＦＡＵ型、ＢＥＡ型、ＡＥＩ型、ＡＦＸ型、又はＣＨＡ型のゼオライトである、態様１～６のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様８》前記アルカリ含有ゼオライト中の、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上の合計含有量が、前記アルカリ含有ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．０５ｍｏｌ以上１．５０ｍｏｌ以下である、態様１～７のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様９》前記銅イオン交換ゼオライトの骨格構造と、前記アルカリ含有ゼオライトの骨格構造とが同じである、態様１～８のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様１０》前記銅イオン交換ゼオライト１００質量部に対する前記アルカリ含有ゼオライトの量が、２０質量部以上である、態様１～９のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様１１》前記基材容量１Ｌ当たりの前記銅イオン交換ゼオライトの量が、５０ｇ／Ｌ以上である、態様１～１０のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様１２》アンモニア又はアンモニア源を用いる窒素酸化物の選択還元用である、態様１～１１のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
《態様１３》窒素酸化物を含む排ガスに、アンモニア又はアンモニア源を添加すること、及び
前記排ガスを、態様１～１２のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置と接触させて、前記窒素酸化物を窒素に還元すること
を含む、排ガス浄化方法。
本発明によると、ＮＯｘの浄化効率が十分に高く、かつ、Ｎ２Ｏの生成量が少ない、排ガス浄化触媒が提供される。
《排ガス浄化触媒装置》
本発明の排ガス浄化触媒装置は、
基材、及び前記基材上の１又は２以上の触媒コート層を有する排ガス浄化触媒装置であって、
上記の１又は２以上の触媒コート層は、
銅イオン交換ゼオライト、及び
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、アルカリ含有ゼオライト
を含み、
下記の条件（Ａ）及び（Ｂ）のいずれか一方を満足する、排ガス浄化触媒装置である：
（Ａ）触媒コート層のうちの１つの触媒コート層に、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライトの双方が含まれていること、並びに
（Ｂ）触媒コート層が、銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層、及びアルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層を含み、これら第１の触媒コート層と第２の触媒コート層とが直接接するように積層されていること。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、
基材、及び前記基材上の１又は２以上の触媒コート層を有する排ガス浄化触媒装置であって、
上記の１又は２以上の触媒コート層は、
銅イオン交換ゼオライト、及び
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、アルカリ含有ゼオライト
を含み、
下記の条件（Ａ）及び（Ｂ）のいずれか一方を満足する、排ガス浄化触媒装置である：
（Ａ）触媒コート層のうちの１つの触媒コート層に、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライトの双方が含まれていること、並びに
（Ｂ）触媒コート層が、銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層、及びアルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層を含み、これら第１の触媒コート層と第２の触媒コート層とが直接接するように積層されていること。
本発明の排ガス浄化触媒装置では、条件（Ａ）及び（Ｂ）のいずれか一方を満足すると、銅イオン交換ゼオライトとアルカリ含有ゼオライトとが、近接して配置されることになる。本発明の排ガス浄化触媒装置は、このような構成を有することにより、ＮＯｘの浄化効率と、Ｎ２Ｏの生成量の抑制とが両立されるのである。
その理由につき、本発明者らは、以下のように推察している。
銅イオン交換ゼオライトによるＳＣＲ反応において、ＮＯｘが浄化される機構は、以下の反応（１）及び（２）によると考えられている。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （１）
２ＮＯ２＋２ＮＯ＋４ＮＨ３→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （２）
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （１）
２ＮＯ２＋２ＮＯ＋４ＮＨ３→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （２）
しかしながら、このＳＣＲ反応中に、以下の副反応（３）及び（４）が起こり、Ｎ２Ｏが生成すると考えられる。
２ＮＯ２＋２ＮＨ３→ＮＨ４ＮＯ３＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ （３）
ＮＨ４ＮＯ３→Ｎ２Ｏ＋２Ｈ２Ｏ （４）
２ＮＯ２＋２ＮＨ３→ＮＨ４ＮＯ３＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ （３）
ＮＨ４ＮＯ３→Ｎ２Ｏ＋２Ｈ２Ｏ （４）
上記の副反応（３）は、反応の中間段階でＮＯ３
－イオンを生成した後に、ＮＨ４ＮＯ３を生ずると考えられる。そして、アルカリ含有ゼオライトは、ＮＯ３
－イオンの吸着能を有すると考えられる。そこで、銅イオン交換ゼオライトとアルカリ含有ゼオライトとを近接して配置して、銅イオン交換ゼオライトによる副反応（３）の中間体ＮＯ３
－イオンを、アルカリ含有ゼオライトで捕捉させることにした。アルカリ含有ゼオライトに捕捉されたＮＯ３
－イオンは、アルカリ成分と硝酸塩を形成した後、排ガス中の還元成分との反応によって還元されて、Ｎ２として放出されると考えられる。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、このような機構によって、副反応（３）及び（４）の進行を抑制し、銅イオン交換ゼオライトによるＳＣＲ反応の優先的な進行を図ったものである。ただし、本発明は、特定の理論に拘束されない。
なお、後述の実施例（比較例）に示したように、銅イオン交換ゼオライト自体にアルカリ成分を含有させると、Ｎ２Ｏの生成量は減ずるものの、ＳＣＲ反応の活性が低下して、ＮＯｘの浄化能が損なわれる。
また、銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層と、アルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層とを、直接接するように積層させずに、例えば、基材の上流側と下流側とに分けて配置すると、Ｎ２Ｏ生成量の抑制効果は少ない。これは、銅イオン交換ゼオライトとアルカリ含有ゼオライトとが近接配置の程度が不十分のため、アルカリ含有ゼオライトが、銅イオン交換ゼオライトの副反応（３）によって生じた中間体ＮＯ３
－イオンを捕捉し難いことによると考えられる。
以下、本発明の排ガス浄化触媒装置の要素について、順に説明する。
〈基材〉
本発明の排ガス浄化触媒装置における基材は、隔壁によって区画された複数の排ガス流路を有するハニカム基材である。基材の隔壁は、隣接する排ガス流路間を流体的に連通する細孔を有していてよい。
本発明の排ガス浄化触媒装置における基材は、隔壁によって区画された複数の排ガス流路を有するハニカム基材である。基材の隔壁は、隣接する排ガス流路間を流体的に連通する細孔を有していてよい。
基材の構成材料は、例えば、コージェライト等の耐火性無機酸化物であってよい。基材は、ストレートフロー型であっても、ウォールフロー型であってもよい。
本発明の排ガス浄化触媒装置における基材は、典型的には、例えば、コージェライト製のストレートフロー型又はウォールフロー型のモノリスハニカム基材であってよい。
〈触媒コート層〉
本発明の排ガス浄化触媒装置は、上記のような基材上に、１又は２以上の触媒コート層を有する。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、上記のような基材上に、１又は２以上の触媒コート層を有する。
この１又は２以上の触媒コート層は、
銅イオン交換ゼオライト、及び
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、アルカリ含有ゼオライト
を含む。
銅イオン交換ゼオライト、及び
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、アルカリ含有ゼオライト
を含む。
そして、本発明の排ガス浄化触媒装置は、後述の条件（Ａ）及び（Ｂ）のいずれか一方を満足する。
以下、銅イオン交換ゼオライト、及びアルカリ含有ゼオライトについて、順に説明した後、条件（Ａ）及び（Ｂ）について説明する。
〈銅イオン交換ゼオライト〉
本発明の排ガス浄化触媒装置における銅イオン交換ゼオライトとは、銅イオンでイオン交換されたゼオライトである。
本発明の排ガス浄化触媒装置における銅イオン交換ゼオライトとは、銅イオンでイオン交換されたゼオライトである。
銅イオン交換ゼオライトのシリカアルミナ比（ＳＡＲ）は、ＮＯｘ浄化能、特に低温領域におけるＮＯｘ浄化能を高くする観点から、２０．０以下、１８．０以下、１５．０以下、１４．０以下、１３．０以下、１２．０以下、１１．０以下、１０．０以下、９．０以下、又は８．０以下であってよい。一方で、ＳＡＲが低すぎると、ゼオライトの合成が困難となり、触媒コストの過度の上昇を招く場合がある。このような事態を回避するため、銅イオン交換ゼオライトのＳＡＲは、４．０以上、５．０以上、６．０以上、又は７．０以上であってよい。
本明細書において、ＳＡＲの値は、ゼオライト中のシリカ（ＳｉＯ２）のモル量と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のモル量との比（ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３）として示される。ＳＡＲの値が比ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３の値であることは、後述のアルカリ含有ゼオライトについても同様である。
銅イオン交換ゼオライトのＣｕ量は、本発明の排ガス浄化触媒装置のＳＣＲ活性を高くする観点から、ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．０８ｍｏｌ以上、０．１０ｍｏｌ／ｍｏｌ以上、０．１５ｍｏｌ／ｍｏｌ以上、又は０．２０ｍｏｌ／ｍｏｌ以上であってよい。
銅イオン交換ゼオライトのＣｕ量の上限については、ＳＣＲ活性の観点らの制限はない。しかしながら、銅イオン交換ゼオライト中のＣｕ量には製造上の限界があり、排ガス浄化触媒装置の製造コストを適正に維持する観点から、銅イオン交換ゼオライトにおけるＣｕ量は、ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．８０ｍｏｌ／ｍｏｌ以下、０．５０ｍｏｌ／ｍｏｌ以下、０．４５ｍｏｌ／ｍｏｌ以下、０．４０ｍｏｌ／ｍｏｌ以下、０．３５ｍｏｌ／ｍｏｌ以下、又は０．３０ｍｏｌ／ｍｏｌ以下であってよい。
銅イオン交換ゼオライトのＣｕ量は、典型的には、ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．１０ｍｏｌ以上０．５０ｍｏｌ以下であってよい。
銅イオン交換ゼオライトの結晶構造は任意である。本発明に適用可能な銅イオン交換ゼオライトの結晶構造を、それぞれの構造コード（カッコ内に記載）とともに示せば、例えば、Ａ型（ＬＴＡ）、フェリエライト（ＦＥＲ）、ＭＣＭ－２２（ＭＷＷ）、ＺＳＭ－５（ＭＦＩ）、モルデナイト（ＭＯＲ）、Ｌ型（ＬＴＬ）、Ｘ型又はＹ型（ＦＡＵ）、ベータ型（ＢＥＡ）、ＡＥＩ型、ＡＦＸ型、チャバサイト（ＣＨＡ）等であってよい。
銅イオン交換ゼオライトは、特に、チャバサイト（ＣＨＡ）型のゼオライトがＣｕでイオン交換された、Ｃｕ－ＣＨＡ型ゼオライトであってよい。
本発明の排ガス浄化触媒装置における銅イオン交換ゼオライトは、粒子状であってよい。粒子状の銅イオン交換ゼオライトの粒径（二次粒径）は、例えば、０．５μｍ以上、１μｍ以上、３μｍ以上、又は５μｍ以上であってよく、４０μｍ以下、２０μｍ以下、又は１０μｍ以下であってよい。この担体粒子の粒径は、担体粒子を適当な液状媒体（例えば水）中に分散した懸濁液について、動的光散乱法によって得られたメジアン径（Ｄ５０）であってよい。
銅イオン交換ゼオライトは、例えば、所望のＳＡＲ及び結晶形態を有する原料ゼオライトを、銅イオンでイオン交換することにより、製造されてよい。原料ゼオライトは、プロトンでイオン交換されたゼオライトであってもよい。
銅イオン交換ゼオライトを製造するためのイオン交換は、原料ゼオライトと、銅イオン源とを、適当な溶媒中（例えば水中）で接触させることにより、行われてよい。または、原料ゼオライトと、銅イオン源とを、乳鉢中で混合させることにより行われてよい。銅イオン源は、例えば、酢酸銅、硫酸銅等の、溶媒可能な塩であってよい。
〈アルカリ含有ゼオライト〉
本発明の排ガス浄化触媒装置におけるアルカリ含有ゼオライトは、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上のアルカリ成分を含むゼオライトである。
本発明の排ガス浄化触媒装置におけるアルカリ含有ゼオライトは、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上のアルカリ成分を含むゼオライトである。
アルカリ含有ゼオライトのシリカアルミナ比（ＳＡＲ）は、任意での値であってよく、例えば、３０．０以下、２５．０以下、２０．０以下、１８．０以下、又は１５．０以下であってよい。一方で、ＳＡＲが低すぎると、ゼオライトの合成が困難となり、触媒コストの過度の上昇を招く場合がある。このような事態を回避するため、銅イオン交換ゼオライトのＳＡＲは、４．０以上、６．０以上、８．０以上、１０．０以上、又は１２．０以上であってよい。
アルカリ含有ゼオライトに含まれるアルカリ成分は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上である。アルカリ金属及びアルカリ土類金属としては、ＮＯ３
－イオンの吸着能が高いとの観点から、塩基性が高いこと、及びイオン半径が大きいことのうちの、少なくとも一方（好ましくは双方）を満たすことが望ましい。このような観点から、アルカリ金属は、例えば、カリウム、ルビジウム、セシウム等であってよく、アルカリ土類金属は、例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等であってよい。
これらのうち、セシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムから選択される１種又は２種以上であってよく、ＮＯ３
－イオンの吸着能が高いとの観点から、特にバリウムであってよい。
アルカリ含有ゼオライトにおけるアルカリ成分の量は、ＮＯ３
－イオンの吸着能を効果的に発揮させる観点から、アルカリ含有ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対する、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の合計のモル量として、０．０５ｍｏｌ以上、０．１０ｍｏｌ以上、０．２０ｍｏｌ以上、０．３０ｍｏｌ以上、０．４０ｍｏｌ以上、又は０．５０ｍｏｌ以上であってよい。
一方で、排ガス浄化触媒の製造コストを適正に維持するとの観点から、アルカリ含有ゼオライトにおけるアルカリ成分の量は、アルカリ含有ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対する、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の合計のモル量として、２．００ｍｏｌ以下、１．８０ｍｏｌ以下、１．５０ｍｏｌ以下、１．２０ｍｏｌ以下、１．００ｍｏｌ以下、０．８０ｍｏｌ／ｍｏｌ－Ａｌ以下、又は０．７０ｍｏｌ下であってよい。
アルカリ含有ゼオライトにおけるアルカリ成分の量は、典型的には、アルカリ含有ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対する、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の合計のモル量として、０．０５ｍｏｌ以上、０．０７５ｍｏｌ以上、又は０．１０ｍｏｌ以上であってよく、１．５０ｍｏｌ以下又は１．２５ｍｏｌ以下であってよい。
アルカリ含有ゼオライト中のアルカリ成分は、ＮＯ３
－の吸着能が高いとの観点から、イオンの状態でアルカリ含有ゼオライト中に含まれていてよい。
アルカリ含有ゼオライトの結晶構造は任意である。本発明に適用可能なアルカリ含有ゼオライトの結晶構造を、それぞれの構造コード（カッコ内に記載）とともに示せば、例えば、Ａ型（ＬＴＡ）、フェリエライト（ＦＥＲ）、ＭＣＭ－２２（ＭＷＷ）、ＺＳＭ－５（ＭＦＩ）、モルデナイト（ＭＯＲ）、Ｌ型（ＬＴＬ）、Ｘ型又はＹ型（ＦＡＵ）、ベータ型（ＢＥＡ）、ＡＥＩ型、ＡＦＸ型、チャバサイト（ＣＨＡ）等であってよい。
アルカリ含有ゼオライトの結晶構造は、銅イオン交換ゼオライトの骨格構造と同じであってもよいし、異なっていてもよい。本発明のある態様では、銅イオン交換ゼオライトの骨格構造と、アルカリ含有ゼオライトの骨格構造とが同じである。
アルカリ含有ゼオライトは、例えば、
所望のＳＡＲ及び結晶形態を有する原料ゼオライトと、アルカリ源とを混合して混合汚物を得ること、及び
得られた混合物を焼成すること
を含む、方法によって製造されてよい。
所望のＳＡＲ及び結晶形態を有する原料ゼオライトと、アルカリ源とを混合して混合汚物を得ること、及び
得られた混合物を焼成すること
を含む、方法によって製造されてよい。
アルカリ源は、例えば、所望のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物等であってよい。これらのアルカリ源を使用すると、アルカリ成分をイオン状態で含むアルカリ含有ゼオライトが得られ、ＮＯ３
－イオンの吸着能が高くなる点で、好ましい。一方、アルカリ源として炭酸塩を用いて得られたアルカリ含有ゼオライトでは、これに含まれるアルカリ成分は、イオン状態にはないと考えられる。
〈条件（Ａ）〉
本発明の排ガス浄化触媒装置における条件（Ａ）は、基材上の１又は２以上の触媒コート層のうちの１つの触媒コート層に、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライトの双方が含まれていること、である。
本発明の排ガス浄化触媒装置における条件（Ａ）は、基材上の１又は２以上の触媒コート層のうちの１つの触媒コート層に、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライトの双方が含まれていること、である。
本発明の排ガス浄化触媒装置が条件（Ａ）を満たすと、銅イオン交換ゼオライトとアルカリ含有ゼオライトとが近接して配置されて、銅イオン交換ゼオライトによる副反応（３）の中間体ＮＯ３
－イオンが、アルカリ含有ゼオライトによって効果的に捕捉される。
銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライトの双方を含む触媒コート層を、以下、「特定触媒コート層」として参照する。
特定触媒コート層における、銅イオン交換ゼオライトの量は、ＳＣＲ性能を確保するとの観点から、基材容量１Ｌ当たりの銅イオン交換ゼオライトの質量として、５０ｇ／Ｌ以上、６０ｇ／Ｌ以上、７０ｇ／Ｌ以上、８０ｇ／Ｌ以上、９０ｇ／Ｌ以上、又は１００ｇ／Ｌ以上であってよい。
一方で、過度の圧力損失を避けて、効率的に排ガス浄化を行うとの観点から、銅イオン交換ゼオライトの量は、基材容量１Ｌ当たりの銅イオン交換ゼオライトの質量として、２００ｇ／Ｌ以下、１８０ｇ／Ｌ以下、１６０ｇ／Ｌ以下、又は１４０ｇ／Ｌ以下であってよい。
特定触媒コート層における、アルカリ含有ゼオライトの量は、銅イオン交換ゼオライトによる副反応（３）の中間体ＮＯ３
－イオンの吸着能を確保するとの観点から、銅イオン交換ゼオライト１００質量部に対するアルカリ含有ゼオライトの質量として、２０質量部以上、２５質量部以上、３０質量％以上、３５質量％以上、又は４０質量％以上であってよい。
一方、銅イオン交換ゼオライトのＳＣＲ活性を十分に発揮させる観点から、銅イオン交換ゼオライト１００質量部に対するアルカリ含有ゼオライトの量は、２００質量部以下、１５０質量部以下、１２０質量部以下、１００質量部以下、８０質量部以下、６０質量部以下、又は５０質量部以下であってよい。
特定触媒コート層は、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライト以外の任意成分を含んでいてよい。この任意成分は、例えば、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライト以外の無機酸化物、バインダー等であってよい。
特定触媒コート層は、排ガス浄化触媒装置に通常用いられる触媒貴金属を、含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。触媒貴金属は、典型的には、白金、ロジウム、及びパラジウムから選択される１種又は２種以上である。
本発明のある実施態様では、特定触媒コート層は、触媒貴金属を実質的に含まない。「特定触媒コート層が触媒貴金属を実質的に含まない」とは、特定触媒コート層の触媒貴金属量が、基材容量１Ｌ当たりの触媒貴金属の質量として、０．１ｇ／Ｌ以下、０．０５ｇ／Ｌ以下、０．０１ｇ／Ｌ以下、０．００５ｇ／Ｌ以下、若しくは０．００１ｇ／Ｌ以下であるか、又は０ｇ／Ｌであることを意味する。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、特定触媒コート層を１層だけ有していてもよいし、２層以上の特定触媒コート層を有していてもよい。本発明のある実施態様では、排ガス浄化触媒装置は、特定触媒コート層を１層だけ有している。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、特定触媒コート層以外の触媒コート層を有していてもよいし、有していなくてもよい。
本発明の排ガス浄化触媒装置が、特定触媒コート層以外の触媒コート層を有している場合、この触媒コート層は、無機酸化物、触媒貴金属、バインダー等から選択される１種又は２種以上を含んでいてよい。
本発明のある実施態様において、排ガス浄化触媒装置は、特定触媒コート層以外の触媒コート層を有していない。
〈条件（Ｂ）〉
本発明の排ガス浄化触媒装置における条件（Ｂ）は、触媒コート層が、銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層、及びアルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層を含み、これら第１の触媒コート層と第２の触媒コート層とが直接接するように積層されていること、である。
本発明の排ガス浄化触媒装置における条件（Ｂ）は、触媒コート層が、銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層、及びアルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層を含み、これら第１の触媒コート層と第２の触媒コート層とが直接接するように積層されていること、である。
本発明の排ガス浄化触媒装置が条件（Ｂ）を満たすことによっても、銅イオン交換ゼオライトとアルカリ含有ゼオライトとが近接して配置されて、銅イオン交換ゼオライトによる副反応（３）の中間体ＮＯ３
－イオンが、アルカリ含有ゼオライトによって効果的に捕捉される。
第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層は、これらが直接接するように積層されていれば、どちらが上（排ガス流路側）であっても下（基材側）であってもよい。
第１の触媒コート層のコート量は、ＳＣＲ性能を確保するとの観点から、基材容量１Ｌ当たりの銅イオン交換ゼオライトの質量が、５０ｇ／Ｌ以上、６０ｇ／Ｌ以上、７０ｇ／Ｌ以上、８０ｇ／Ｌ以上、９０ｇ／Ｌ以上、又は１００ｇ／Ｌ以上となるコート量であってよい。
一方で、過度の圧力損失を避けて、効率的に排ガス浄化を行うとの観点から第１の触媒コート層のコート量は、基材容量１Ｌ当たりの銅イオン交換ゼオライトの質量が、２００ｇ／Ｌ以下、１８０ｇ／Ｌ以下、１６０ｇ／Ｌ以下、又は１４０ｇ／Ｌ以下となるコート量であってよい。
第２の触媒コート層のコート量は、銅イオン交換ゼオライトによる副反応（３）の中間体ＮＯ３
－イオンの吸着能を確保するとの観点から、第１の触媒コート層中の銅イオン交換ゼオライト１００質量部に対するアルカリ含有ゼオライトの質量が、２０質量部以上、２５質量部以上、３０質量％以上、３５質量％以上、又は４０質量％以上となるコート量であってよい。
一方、銅イオン交換ゼオライトのＳＣＲ活性を十分に発揮させる観点から、第２の触媒コート層のコート量は、第１の触媒コート層中の銅イオン交換ゼオライト１００質量部に対するアルカリ含有ゼオライトの質量が、２００質量部以下、１５０質量部以下、１２０質量部以下、１００質量部以下、８０質量部以下、６０質量部以下、又は５０質量部以下となるコート量であってよい。
第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層は、それぞれ、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライト以外の任意成分を含んでいてよい。この任意成分は、例えば、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライト以外の無機酸化物、バインダー等であってよい。
第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層は、それぞれ、排ガス浄化触媒装置に通常用いられる触媒貴金属を、含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。触媒貴金属は、典型的には、白金、ロジウム、及びパラジウムから選択される１種又は２種以上である。
本発明のある実施態様では、第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層は、いずれも、触媒貴金属を実質的に含まない。「第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層が触媒貴金属を実質的に含まない」とは、第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層それぞれの触媒貴金属量が、基材容量１Ｌ当たりの触媒貴金属の質量として、０．１ｇ／Ｌ以下、０．０５ｇ／Ｌ以下、０．０１ｇ／Ｌ以下、０．００５ｇ／Ｌ以下、若しくは０．００１ｇ／Ｌ以下であるか、又は０ｇ／Ｌであることを意味する。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層以外の触媒コート層を有していてもよいし、有していなくてもよい。
本発明の排ガス浄化触媒装置が、第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層以外の触媒コート層を有している場合、この触媒コート層は、無機酸化物、触媒貴金属、バインダー等から選択される１種又は２種以上を含んでいてよい。
本発明のある実施態様において、排ガス浄化触媒装置は、基材上に、第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層がこの順に積層されており、これら以外の触媒コート層を有していない。本発明の他の実施態様において、排ガス浄化触媒装置は、基材上に、第２の触媒コート層及び第１の触媒コート層がこの順に積層されており、これら以外の触媒コート層を有していない。
《排ガス浄化触媒装置の製造方法》
本発明の排ガス浄化触媒装置は、任意の方法で製造されてよい。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、任意の方法で製造されてよい。
しかしながら、本発明の排ガス浄化触媒装置は、例えば、
基材上に、特定触媒コート層を形成することを含む方法、又は
基材上に、第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層を所望の順で形成することを含む方法
によって製造されてよい。
基材上に、特定触媒コート層を形成することを含む方法、又は
基材上に、第１の触媒コート層及び第２の触媒コート層を所望の順で形成することを含む方法
によって製造されてよい。
基材は、所望の排ガス浄化触媒装置における基材に応じて、適宜に選択されてよい。例えば、コージェライト製の、ストレートフロー型又はウォールフロー型のモノリスハニカム基材であってよい。
基材上に、特定触媒コート層、又は第１の触媒コート層若しくは第２の触媒コート層を形成するには、所望の触媒コート層の原料成分を含む塗工液をコートしてコート層を形成し、得られたコート層を焼成する方法によってよい。このことによって、基材上に特定触媒コート層が形成される。コート後、焼成前に、必要に応じて、コート層の乾燥を行ってもよい。
特定触媒コート層を形成するための塗工液は、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライト、並びに必要に応じて任意成分又はその前駆体を含んでいてよい。第１の触媒コート層を形成するための塗工液は、銅イオン交換ゼオライト、及び必要に応じて任意成分又はその前駆体を含んでいてよい。第２の触媒コート層を形成するための塗工液は、アルカリ含有ゼオライト、及び必要に応じて任意成分又はその前駆体を含んでいてよい。
上記の塗工液の溶媒は、いずれも、水、若しくは水性有機溶媒、又はこれらの混合物であってよく、典型的には水である。
塗工液のコート、並びにコート後の乾燥及び焼成は、それぞれ、公知の方法に準じて行われてよい。
《排ガス浄化方法》
本発明の排ガス浄化触媒装置は、アンモニア又はアンモニア源を用いる窒素酸化物の選択還元用の触媒装置として好適である。
本発明の排ガス浄化触媒装置は、アンモニア又はアンモニア源を用いる窒素酸化物の選択還元用の触媒装置として好適である。
したがって、本発明は、別の観点において、
窒素酸化物を含む排ガスに、アンモニア又はアンモニア源を添加すること、及び
排ガスを、本発明の排ガス浄化触媒装置と接触させて、窒素酸化物を窒素に還元すること
を含む、排ガス浄化方法が提供される。
窒素酸化物を含む排ガスに、アンモニア又はアンモニア源を添加すること、及び
排ガスを、本発明の排ガス浄化触媒装置と接触させて、窒素酸化物を窒素に還元すること
を含む、排ガス浄化方法が提供される。
アンモニア源としては、例えば、アンモニア水、尿素、アンモニア塩（例えば、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム等）等が挙げられる。また、塩化マグネシウム、塩化ストロンチウム等のアンモニア吸蔵材を用い、アンモニア源として、これに吸蔵されたアンモニアを用いることも、本発明の実施態様に包含される。
１．アルカリ含有ゼオライトの合成
（１）Ｂａ－ＣＨＡ型ゼオライトの合成
プロトンでイオン交換されている、シリカアルミナ比（ＳＡＲ）１５のＣＨＡ型ゼオライト（Ｈ－ＣＨＡ）、及びバリウム源としての酢酸バリウムを、乳鉢中で３０分間混合した。得られた混合物を、空気中、５００℃にて３時間焼成して、バリウムでイオン交換されているＣＨＡ型ゼオライト（Ｂａ－ＣＨＡ）を得た。酢酸バリウムの使用量は、ＣＨＡ型ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対するバリウム原子の量が、Ｂａ－Ａｌ＝０．５（ｍｏｌ／ｍｏｌ）となる量とした。
（１）Ｂａ－ＣＨＡ型ゼオライトの合成
プロトンでイオン交換されている、シリカアルミナ比（ＳＡＲ）１５のＣＨＡ型ゼオライト（Ｈ－ＣＨＡ）、及びバリウム源としての酢酸バリウムを、乳鉢中で３０分間混合した。得られた混合物を、空気中、５００℃にて３時間焼成して、バリウムでイオン交換されているＣＨＡ型ゼオライト（Ｂａ－ＣＨＡ）を得た。酢酸バリウムの使用量は、ＣＨＡ型ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対するバリウム原子の量が、Ｂａ－Ａｌ＝０．５（ｍｏｌ／ｍｏｌ）となる量とした。
（２）その他のアルカリ含有ゼオライトの合成
ゼオライトの種類、並びにアルカリ源の種類及び使用量（ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対する、アルカリ金属又はアルカリ土類金属原子（Ｍ）の量、Ｍ／Ａｌ比（ｍｏｌ／ｍｏｌ））を、それぞれ、表１のとおりに変更した他は、Ｂａ－ＣＨＡの合成と同様にして、各種のアルカリ含有ゼオライトを合成した。
ゼオライトの種類、並びにアルカリ源の種類及び使用量（ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対する、アルカリ金属又はアルカリ土類金属原子（Ｍ）の量、Ｍ／Ａｌ比（ｍｏｌ／ｍｏｌ））を、それぞれ、表１のとおりに変更した他は、Ｂａ－ＣＨＡの合成と同様にして、各種のアルカリ含有ゼオライトを合成した。
表１における「原料ゼオライト」欄の略称は、それぞれ、以下の意味である。
Ｈ－ＣＨＡ：プロトンでイオン交換されているＣＨＡ型ゼオライト、ＳＡＲ１５
Ｈ－ＭＦＩ：プロトンでイオン交換されているＭＦＩ型ゼオライト、ＳＡＲ２０
Ｈ－ＢＥＡ：プロトンでイオン交換されているＢＥＡ型ゼオライト、ＳＡＲ２０
Ｃｕ－ＣＨＡ：銅イオンでイオン交換されているＣＨＡ型ゼオライト、Ｃｕ／Ａｌ＝０．２２ｍｏｌ／ｍｏｌ、ＳＡＲ７．５
Ｈ－ＣＨＡ：プロトンでイオン交換されているＣＨＡ型ゼオライト、ＳＡＲ１５
Ｈ－ＭＦＩ：プロトンでイオン交換されているＭＦＩ型ゼオライト、ＳＡＲ２０
Ｈ－ＢＥＡ：プロトンでイオン交換されているＢＥＡ型ゼオライト、ＳＡＲ２０
Ｃｕ－ＣＨＡ：銅イオンでイオン交換されているＣＨＡ型ゼオライト、Ｃｕ／Ａｌ＝０．２２ｍｏｌ／ｍｏｌ、ＳＡＲ７．５
２．排ガス浄化触媒装置の製造
《比較例１：Ｃｕ－ＣＨＡ単層（基準）》
ＳＡＲ７．５、Ａｌ原子当たりのＣｕ量（Ｃｕ／Ａｌ）０．２２ｍｏｌ／ｍｏｌのＣｕ－ＣＨＡ、シリコーン系バインダー、及び水を混合して、Ｃｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを得た。
《比較例１：Ｃｕ－ＣＨＡ単層（基準）》
ＳＡＲ７．５、Ａｌ原子当たりのＣｕ量（Ｃｕ／Ａｌ）０．２２ｍｏｌ／ｍｏｌのＣｕ－ＣＨＡ、シリコーン系バインダー、及び水を混合して、Ｃｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを得た。
焼成後のコート量が１２０ｇ／Ｌとなるように、見かけ容積約１Ｌのストレートフロー型のコージェライト製ハニカム基材に上記のＣｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを塗工し、空気中、５００℃において１時間焼成することにより、基材上に、単層構成のＣｕ－ＣＨＡコート層を有する排ガス浄化触媒装置を製造した。
《実施例１：下層Ｃｕ－ＣＨＡ、上層Ｂａ－ＣＨＡ》
比較例１と同様にして、Ｃｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを調製した。また、上記で得られたＢａ－ＣＨＡ、シリコーン系バインダー、及び水を混合して、Ｂａ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを得た。
比較例１と同様にして、Ｃｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを調製した。また、上記で得られたＢａ－ＣＨＡ、シリコーン系バインダー、及び水を混合して、Ｂａ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを得た。
焼成後のコート量が１２０ｇ／Ｌとなるように、見かけ容積約１Ｌのストレートフロー型のコージェライト製ハニカム基材にＣｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを塗工し、空気中、５００℃において１時間焼成して、基材上にＣｕ－ＣＨＡコート層を形成した。続いて、焼成後のコート量が５０ｇ／Ｌとなるように、このＣｕ－ＣＨＡコート層上に上記で得られたＢａ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを塗工して、空気中、５００℃において１時間焼成することにより、基材上に、Ｃｕ－ＣＨＡコート層及びＢａ－ＣＨＡコート層を、この順に有する排ガス浄化触媒装置を製造した。
《実施例２：下層Ｂａ－ＣＨＡ、上層Ｃｕ－ＣＨＡ》
Ｃｕ－ＣＨＡコート層及びＢａ－ＣＨＡコート層を、逆の順序で形成した他は、実施例１と同様にして、基材上に、Ｂａ－ＣＨＡコート層及びＣｕ－ＣＨＡコート層を、この順に有する排ガス浄化触媒装置を製造した。
Ｃｕ－ＣＨＡコート層及びＢａ－ＣＨＡコート層を、逆の順序で形成した他は、実施例１と同様にして、基材上に、Ｂａ－ＣＨＡコート層及びＣｕ－ＣＨＡコート層を、この順に有する排ガス浄化触媒装置を製造した。
《実施例３：Ｃｕ－ＣＨＡ＋Ｂａ－ＣＨＡ混合単層》
ＳＡＲ７．５、Ａｌ原子当たりのＣｕ量（Ｃｕ／Ａｌ）０．２２ｍｏｌ／ｍｏｌのＣｕ－ＣＨＡ、上記で得られたＢａ－ＣＨＡ、シリコーン系バインダー、及び水を混合して、Ｃｕ－ＣＨＡ＋Ｂａ－ＣＨＡ混合コート層塗工用スラリーを得た。ここで、Ｃｕ－ＣＨＡとＢａ－ＣＨＡとの質量割合は、Ｃｕ－ＣＨＡ：Ｂａ－ＣＨＡ＝７：３とした。
ＳＡＲ７．５、Ａｌ原子当たりのＣｕ量（Ｃｕ／Ａｌ）０．２２ｍｏｌ／ｍｏｌのＣｕ－ＣＨＡ、上記で得られたＢａ－ＣＨＡ、シリコーン系バインダー、及び水を混合して、Ｃｕ－ＣＨＡ＋Ｂａ－ＣＨＡ混合コート層塗工用スラリーを得た。ここで、Ｃｕ－ＣＨＡとＢａ－ＣＨＡとの質量割合は、Ｃｕ－ＣＨＡ：Ｂａ－ＣＨＡ＝７：３とした。
焼成後のコート量が１７０ｇ／Ｌとなるように、見かけ容積約１Ｌのストレートフロー型のコージェライト製ハニカム基材に上記で得られたＣｕ－ＣＨＡ＋Ｂａ－ＣＨＡ混合コート層塗工用スラリーを塗工し、空気中、５００℃において１時間焼成することにより、基材上に、Ｃｕ－ＣＨＡ及びＢａ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
《実施例４～８：Ｃｕ－ＣＨＡ＋各種アルカリ含有ゼオライト混合単層》
Ｂａ－ＣＨＡに代えて、上記で得られたＢａ－ＭＦＩ（実施例４）、Ｂａ－ＢＥＡ（実施例５）、Ｓｒ－ＣＨＡ（実施例６）、Ｃａ－ＣＨＡ（実施例７）、又はＣｓ－ＣＨＡ（実施例８）を用いた他は、実施例３と同様にして、基材上に、Ｃｕ－ＣＨＡ及び各種アルカリ含有ゼオライトを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置をそれぞれ製造した。
Ｂａ－ＣＨＡに代えて、上記で得られたＢａ－ＭＦＩ（実施例４）、Ｂａ－ＢＥＡ（実施例５）、Ｓｒ－ＣＨＡ（実施例６）、Ｃａ－ＣＨＡ（実施例７）、又はＣｓ－ＣＨＡ（実施例８）を用いた他は、実施例３と同様にして、基材上に、Ｃｕ－ＣＨＡ及び各種アルカリ含有ゼオライトを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置をそれぞれ製造した。
《比較例２：Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡ単層》
Ｃｕ－ＣＨＡの代わりに、上記で得られたＢａ－Ｃｕ－ＣＨＡを用いた他は、比較例１と同様にして、基材上に、Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
Ｃｕ－ＣＨＡの代わりに、上記で得られたＢａ－Ｃｕ－ＣＨＡを用いた他は、比較例１と同様にして、基材上に、Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
《比較例３：上流側Ｂａ－ＣＨＡ、下流側Ｃｕ－ＣＨＡ》
実施例１と同様にして、Ｂａ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを調製した。また、比較例１と同様にして、Ｃｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを調製した。
実施例１と同様にして、Ｂａ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを調製した。また、比較例１と同様にして、Ｃｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを調製した。
コート幅が基材の長さの５０％、焼成後のコート量が１７０ｇ／Ｌとなるように、見かけ容積約１Ｌのストレートフロー型のコージェライト製ハニカム基材の上流側端部から、Ｂａ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを塗工し、空気中、５００℃において１時間焼成して、基材の上流側にＢａ－ＣＨＡコート層を形成した。続いて、コート幅が基材の長さの５０％、焼成後のコート量が１７０ｇ／Ｌとなるように、Ｂａ－ＣＨＡコート層を形成した基材の下流側端部から、Ｃｕ－ＣＨＡコート層塗工用スラリーを塗工し、空気中、５００℃において１時間焼成することにより、基材の上流側にＢａ－ＣＨＡを含む単層のコート層、下流側にＣｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
《比較例４：上流側Ｃｕ－ＣＨＡ、下流側Ｂａ－ＣＨＡ》
Ｃｕ－ＣＨＡコート層の形成位置を上流側とし、Ｂａ－ＣＨＡコート層の形成位置を下流側とした他は、比較例３と同様にして、基材の上流側にＣｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層、下流側にＢａ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
Ｃｕ－ＣＨＡコート層の形成位置を上流側とし、Ｂａ－ＣＨＡコート層の形成位置を下流側とした他は、比較例３と同様にして、基材の上流側にＣｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層、下流側にＢａ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
《比較例５：炭酸Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡ単層》
Ｃｕ－ＣＨＡの代わりに、上記で得られた炭酸Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡを用いた他は、比較例１と同様にして、基材上に、炭酸Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
した。
Ｃｕ－ＣＨＡの代わりに、上記で得られた炭酸Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡを用いた他は、比較例１と同様にして、基材上に、炭酸Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
した。
《比較例６：Ｃｕ－ＣＨＡ＋ＮＨ４－ＣＨＡ混合単層》
Ｂａ－ＣＨＡに代えて、ＳＡＲ１５のＮＨ４－ＣＨＡを用いた他は、実施例３と同様にして、基材上に、Ｃｕ－ＣＨＡ及びＮＨ４－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
Ｂａ－ＣＨＡに代えて、ＳＡＲ１５のＮＨ４－ＣＨＡを用いた他は、実施例３と同様にして、基材上に、Ｃｕ－ＣＨＡ及びＮＨ４－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
《比較例７～９：Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡ単層》
Ｃｕ－ＣＨＡの代わりに、上記で得られたＳｒ－Ｃｕ－ＣＨＡ（比較例７）、Ｃａ－Ｃｕ－ＣＨＡ（比較例８）、又はＣｓ－Ｃｕ－ＣＨＡ（比較例９）を用いた他は、比較例１と同様にして、基材上に、Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
Ｃｕ－ＣＨＡの代わりに、上記で得られたＳｒ－Ｃｕ－ＣＨＡ（比較例７）、Ｃａ－Ｃｕ－ＣＨＡ（比較例８）、又はＣｓ－Ｃｕ－ＣＨＡ（比較例９）を用いた他は、比較例１と同様にして、基材上に、Ｂａ－Ｃｕ－ＣＨＡを含む単層のコート層を有する、排ガス浄化触媒装置を製造した。
３．排ガス浄化触媒装置の評価
上述の各実施例及び比較例で得られた排ガス浄化触媒装置に、水蒸気１０質量％を含む空気を流通させながら、触媒層温度６５０℃にて、５０時間の水熱耐久を行った。
上述の各実施例及び比較例で得られた排ガス浄化触媒装置に、水蒸気１０質量％を含む空気を流通させながら、触媒層温度６５０℃にて、５０時間の水熱耐久を行った。
水熱耐久後の排ガス浄化触媒装置に、下記組成のモデルガスを、空間速度８０，０００ｈ－１にて供給して、流通させながら、触媒層温度２００℃におけるＮＯｘ浄化率、及び触媒層温度３００℃におけるＮ２Ｏ排出量を測定した。これらの量の評価は、組成が安定した後の排出ガスの組成に基づいて、以下の基準により行った。
Ｎ２Ｏ排出量：組成が安定した後の排出ガス中のＮ２Ｏ濃度（ｐｐｍ）
ＮＯｘ浄化率（％）：｛１－（排出ガス中のＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）／供給ガス中のＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）｝×１００
Ｎ２Ｏ排出量：組成が安定した後の排出ガス中のＮ２Ｏ濃度（ｐｐｍ）
ＮＯｘ浄化率（％）：｛１－（排出ガス中のＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）／供給ガス中のＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）｝×１００
上記における濃度単位「ｐｐｍ」は、モル基準の百万分率である。
モデルガスの組成を、表２に示す。
評価結果を、表３に示す。
比較例２、５、及び７～９の排ガス浄化触媒装置は、銅イオン交換ゼオライト（Ｃｕ－ＣＨＡ）にアルカリ成分が添加された、アルカリ含有銅イオン交換ゼオライトを含む、単層構成の触媒コート層を有する。これらの排ガス浄化触媒装置では、銅イオン交換ゼオライトを含む、単層構成のコート層を有する比較例１の排ガス浄化触媒装置と比較して、Ｎ２Ｏ排出量は低減されたものの、ＮＯｘ浄化率が損なわれた。
一方、比較例３及び４の排ガス浄化触媒装置では、銅イオン交換ゼオライトを含むコート層と、アルカリ含有ゼオライトを含むコート層とが、上流側と下流側とにゾーンコート配置されている。また、比較例６の排ガス浄化触媒装置は、銅イオン交換ゼオライト及びＮＨ４でイオン交換されたゼオライト（ＮＨ４－ＣＨＡ）双方を含む、単層構成の触媒コート層を有する。これらの排ガス浄化触媒装置では、比較例１の排ガス浄化触媒装置と比較して、ＮＯｘ浄化率及びＮ２Ｏ排出量に有意差が見られなかった。
これらに対して、実施例１及び２の排ガス浄化触媒装置では、銅イオン交換ゼオライトを含むコート層と、アルカリ含有ゼオライトを含むコート層とが、直接接するように積層して配置されている。また、実施例３～８の排ガス浄化触媒装置は、銅イオン交換ゼオライト及びアルカリ含有ゼオライト双方を含む、単層構成の触媒コート層を有する。
これらの実施例の排ガス浄化触媒装置では、比較例１の排ガス浄化触媒装置と比較して、ＮＯｘ浄化率が向上し、かつ、Ｎ２Ｏ排出量が低減していた。特に、アルカリ成分としてバリウムを含む実施例１～５の排ガス浄化触媒装置において、Ｎ２Ｏ排出量が効果的に抑制されていた。
Claims (13)
- 基材、及び前記基材上の１又は２以上の触媒コート層を有する排ガス浄化触媒装置であって、
前記１又は２以上の触媒コート層は、
銅イオン交換ゼオライト、及び
アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、アルカリ含有ゼオライト
を含み、
下記の条件（Ａ）及び（Ｂ）のいずれか一方を満足する、排ガス浄化触媒装置：
（Ａ）前記触媒コート層のうちの１つの触媒コート層に、前記銅イオン交換ゼオライト及び前記アルカリ含有ゼオライトの双方が含まれていること、並びに
（Ｂ）前記触媒コート層が、前記銅イオン交換ゼオライトを含む第１の触媒コート層、及び前記アルカリ含有ゼオライトを含む第２の触媒コート層を含み、前記第１の触媒コート層と第２の触媒コート層とが直接接するように積層されていること。 - 前記条件（Ａ）を満足する、請求項１に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記条件（Ｂ）を満足する、請求項１に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記銅イオン交換ゼオライトのＳＡＲが１５．０以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記銅イオン交換ゼオライト中のＣｕ量が、前記銅イオン交換ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．１０ｍｏｌ以上０．５０ｍｏｌ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記銅イオン交換ゼオライトが、Ｃｕ－ＣＨＡ型ゼオライトである、請求項１～５のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記アルカリ含有ゼオライトが、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上を含む、ＬＴＡ型、ＦＥＲ型、ＭＷＷ型、ＭＦＩ型、ＭＯＲ型、ＬＴＬ型、ＦＡＵ型、ＢＥＡ型、ＡＥＩ型、ＡＦＸ型、又はＣＨＡ型のゼオライトである、請求項１～６のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記アルカリ含有ゼオライト中の、アルカリ金属及びアルカリ土類金属から選択される１種又は２種以上の合計含有量が、前記アルカリ含有ゼオライト中のＡｌ原子１モルに対して、０．０５ｍｏｌ以上１．５０ｍｏｌ以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記銅イオン交換ゼオライトの骨格構造と、前記アルカリ含有ゼオライトの骨格構造とが同じである、請求項１～８のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記銅イオン交換ゼオライト１００質量部に対する前記アルカリ含有ゼオライトの量が、２０質量部以上である、請求項１～９のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 前記基材容量１Ｌ当たりの前記銅イオン交換ゼオライトの量が、５０ｇ／Ｌ以上である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- アンモニア又はアンモニア源を用いる窒素酸化物の選択還元用である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置。
- 窒素酸化物を含む排ガスに、アンモニア又はアンモニア源を添加すること、及び
前記排ガスを、請求項１～１２のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒装置と接触させて、前記窒素酸化物を窒素に還元すること
を含む、排ガス浄化方法。
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