JP2023512983A - イットリウムドープ触媒担体 - Google Patents
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-
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-
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-
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-
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-
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Abstract
第1の白金族金属(PGM)成分と、マンガン(Mn)成分と、第1の耐火性金属酸化物担体材料と、イットリウム、ランタン、スズ、マグネシウム、セリウム、チタン、または前述のいずれかの組み合わせを含む金属成分と、を含み、第1のPGM成分、Mn成分、および金属成分の各々が、第1の耐火性金属酸化物担体材料上に担持されている、酸化触媒組成物、少なくとも1つのそのような触媒組成物でコーティングされた触媒物品、ならびに少なくとも1つのそのような触媒物品を含む排出処理システムが、本明細書に開示される。【選択図】図1
Description
本出願は、2020年1月27日に出願された米国仮出願第62/966,167号に対する優先権を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に、排気ガス処理触媒、特に白金族金属、マンガン成分、および金属成分がドープされた担体材料を含むディーゼル酸化触媒組成物、そのような触媒組成物を採用する触媒物品およびシステム、ならびにそのような触媒組成物、物品、およびシステムの使用のための方法の分野に関する。
内燃エンジンの排出に関する環境規制は、世界中でますます厳しくなっている。リーンバーンエンジン、例えば、ディーゼルエンジンなどの動作は、燃料希薄条件下での高い空燃比での動作によって、ユーザに、優れた燃料経済性を提供する。しかしながら、ディーゼルエンジンはまた、粒子状物質(PM)、未燃炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、および窒素酸化物(NOx)を含有する排気ガス排出物も放出し、NOxとは、とりわけ、酸化窒素(NO)および二酸化窒素(NO2)を含む窒素酸化物の種々の化学種を表す。排気微粒子状物質の2つの主要な構成成分は、可溶性有機画分(SOF)および煤画分である。SOFは、煤の上に層状に凝縮し、一般に未燃ディーゼル燃料および潤滑油に由来する。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。
耐火性金属酸化物担体上に分散された白金族金属(PGM)などの貴金属を含む酸化触媒は、炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)ガス状汚染物質から二酸化炭素および水への酸化を触媒することによって、ディーゼルエンジンの排気を処理するために使用されてきた。そのような触媒は、排気ガス流を処理するために、ディーゼル動力エンジンからの排気流路内に配置される、ディーゼル酸化触媒(DOC)に含有され得る。典型的には、ディーゼル酸化触媒は、その上に1つ以上の触媒コーティング組成物が堆積される、セラミックまたは金属担体基材上に調製される。
ディーゼル煤の除去は、煤フィルタの能動的または受動的再生のいずれかを介して達成される。能動的再生は、DOC入口において付加的なディーゼル燃料を注入することによって実行され、燃料燃焼によって放出される発熱は、下流の触媒化煤フィルタ(CSF)において温度を有意に上昇させ、式(C+O2→CO/CO2)に従って、O2による煤燃焼を開始する。この反応は、典型的には、600℃を超える温度が必要である。受動的な煤の再生は、式(C+NO2→CO/CO2+NO)に従って煤を酸化するために、O2ではなくNO2を利用する。この反応は、300℃を超える温度で極めて効率的であり、多くの場合、燃費の不利益をもたらす燃料噴射を要求することなく、通常の運転中に達成されることができる。
気体のHC、COおよび微粒子状物質の可溶性有機画分の変換に加えて、白金を含有する酸化触媒は、NOからNO2への酸化を促進する。白金(Pt)は、NOをNO2に酸化するための最も有効なPGMのままである。ただし、少なくとも部分的にはPt粒子の凝集が原因で、従来のPtベースのDOCのエージング時に、NO酸化活性の大幅な(多くの場合最大50%)損失が観察される。したがって、表面積損失の影響を受けにくいPtを含む、触媒組成物を提供することが有利であり、したがって、高温使用条件下で継続的な高い触媒効率を可能にする。さらに、金属(例えば、PGM)を効率的に利用し、特に高温条件下で、長期間にわたってHC、NOx、およびCO変換の規制を満たすために有効なままである、触媒組成物を提供する継続的な必要性が存在する。
車両排出物に関する規制が厳しくなるにつれて、コールドスタート期間中の排出物の管理がますます重要になっている。内燃機関の排気を処理するために使用される触媒は、エンジン排気が、排気中の有毒成分の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、比較的低温の動作期間中には効果が低下する。例えば、SCR触媒成分のような触媒成分は、200℃超の温度でNOxをN2に変換する際に非常に効果的であるが、コールドスタートまたは長期にわたる低速市街地運転中に見られるようなより低い温度(<200℃)では十分な動作を呈しない。これらの低温(すなわち、200℃未満)では、排気ガス処理システムは、一般に、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、および/または一酸化炭素(CO)排出物を効果的に処理するのに十分な触媒活性を示さない。
現在、コールドスタート中のDOC性能とSCR性能(つまり、SCRが機能する前のNOx変換性能)との間には、ずれが存在する。DOC+SCRシステム性能を向上させる1つの方法は、250℃未満の温度でDOCのNO2/NOx性能を強化し、DOCの性能(つまり、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間の一貫したNO2/NOx性能)をさらに安定させることによって低温でのSCR性能を促進することである。供給ガス中のNO2/NOxとSCR触媒との適切な比率がある場合、性能向上が観察され得る。
ディーゼルエンジン排出物を制御するには、200℃での安定したNO2/NOx性能が、軽負荷(LDD)と重負荷(HDD)の両方のアプリケーションで望ましい。実例として、Ptを安定化するためにMnドープアルミナを使用すると、良好なNO2/NOx性能が得られる可能性がある。例えば、参照により本明細書に組み込まれる、BASFに対する米国特許出願第2015/0165422号および同第2015/0165423号を参照されたい。しかしながら、以前に開示されたMnドープアルミナ/Pt触媒は安定化されたNO2/NOx性能を提供したが、これらの触媒は低温NO2/NOx性能を向上させなかった。したがって、当技術分野では、エージングに対する安定性が向上し、低温のNO2/NOx性能が向上した酸化触媒組成物が依然として必要とされている。
本開示は、一般に、酸化性能に関して向上したエージング安定性、および向上した低温NO2/NOx性能を示す、触媒組成物、触媒物品、およびそのような触媒物品を含む触媒システムを提供する。驚くべきことに、白金族金属(PGM)ならびにマンガンおよび金属成分がドープされた耐火性金属酸化物を含む、本開示による酸化触媒組成物は、優れた低温NO2/NOx酸化性能、およびNO2/NOx比に関して向上したエージング安定性を有する触媒を提供することが見出された。具体的には、すべて高表面積アルミナに担持された白金、マンガン成分、およびイットリウム成分を含む酸化触媒は、白金を焼結に対して安定化させ、熱水エージング後に、NO2形成を保持した。
したがって、一態様では、本開示は、第1の白金族金属(PGM)成分と、マンガン(Mn)成分と、第1の耐火性金属酸化物担体材料と、イットリウム、ランタン、スズ、マグネシウム、セリウム、チタン、または前述のいずれかの組み合わせを含む金属成分と、を含み、第1のPGM成分、マンガン成分、および金属成分が、第1の耐火性金属酸化物担体材料上に担持されている、酸化触媒組成物を提供する。
いくつかの実施形態では、金属成分は、イットリウムまたはその酸化物である。
いくつかの実施形態では、Mn成分は、組成物の総重量に基づき、かつ酸化物として計算される場合、約0.1重量%~約10重量%の範囲の量で存在する。いくつかの実施形態では、Mn成分は、組成物の総重量に基づき、かつ酸化物として計算される場合、約3重量%~約10重量%の範囲の量で存在する。いくつかの実施形態では、Mn成分は、MnO、Mn2O3、MnO2、および前述のいずれかの組み合わせからなる群から選択される。
いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、組成物の重量に基づいて、約0.1重量%~約20重量%の範囲の量で存在する。いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、組成物の重量に基づいて、約1重量%~約4重量%の範囲の量で存在する。
いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、白金、または白金とパラジウムとの組み合わせである。いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、白金である。いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、白金とパラジウムとの組み合わせであり、白金のパラジウムに対する重量比は、約20~約0.1である。
いくつかの実施形態では、イットリウムは、組成物の総重量に基づき、かつ酸化物として計算される場合、約0.5重量%~約10重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、イットリウムのマンガンに対するモル比は、約0.1~約10である。いくつかの実施形態では、イットリウムのマンガンに対するモル比は、約0.5~約3である。
いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、または前述のいずれかの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体は、ガンマアルミナ、シリカドープアルミナ、セリアドープアルミナ、ジルコニアドープアルミナ、およびチタニアドープアルミナからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体は、ガンマアルミナ、および約1重量%~約20重量%(例えば、約1重量%~約10重量%)のSiO2がドープされたアルミナからなる群から選択される。
いくつかの実施形態では、酸化触媒組成物は、第1のゼオライトをさらに含む。いくつかの実施形態では、第1のゼオライトは、AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET、および前述のいずれかの混合物または連晶からなる群から選択される骨格タイプを有する。いくつかの実施形態では、第1のゼオライトは、ZSM-5、ベータ、モルデナイト、Yゼオライト、チャバザイト、フェリエライト、または前述のいずれかの組み合わせである。
別の態様では、本開示は、全長を画定する入口端部および出口端部を有する基材と、その少なくとも一部分上に配置された1つ以上のウォッシュコートを含む触媒コーティングであって、当該ウォッシュコートのうちの少なくとも1つは、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む、触媒コーティングと、を含む、触媒性物品を提供する。いくつかの実施形態では、触媒コーティングは、触媒基材の全長の少なくとも一部分上に配置された、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む第1のウォッシュコートと、触媒基材の全長の少なくとも一部分上に配置された第2のウォッシュコートであって、第2の耐火性金属酸化物担体材料上に担持された第2のPGM成分と、第2のゼオライトと、を含む、第2のウォッシュコートと、を含む。いくつかの実施形態では、第2のゼオライトは、AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET、および前述のいずれかの混合物または連晶から選択される骨格タイプを有する。いくつかの実施形態では、第2のゼオライトは、ZSM-5、ベータ、モルデナイト、Yゼオライト、チャバザイト、フェリエライト、または前述のいずれかの組み合わせである。いくつかの実施形態では、第2のゼオライトは、ベータゼオライトであり、ベータゼオライトは、酸化物として計算される場合、約0.5重量%~約10重量%の量の鉄で促進される。
いくつかの実施形態では、第2のPGM成分は、白金、または白金とパラジウムとの組み合わせである。いくつかの実施形態では、第2のPGM成分は、白金である。いくつかの実施形態では、第2のPGM成分は、白金とパラジウムとの組み合わせであり、白金のパラジウムに対する重量比は、約0.1~約20である。
いくつかの実施形態では、第2の耐火性金属酸化物担体は、ガンマアルミナ、および約1重量%~約20重量%(例えば、約1重量%~約10重量%など)のSiO2がドープされたアルミナからなる群から選択される。
いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、マンガン成分を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、示される組成物全体の重量に基づいて、2重量%未満、1.5重量%未満、1.0重量%未満、0.5重量%未満、0.25重量%、0.01重量%未満、0.001重量%未満、またはさらには0重量%のマンガン成分を含有する。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、いかなるマンガン成分も実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、示される組成物全体の重量に基づいて、2重量%未満、1.5重量%未満、1.0重量%未満、0.5重量%未満、0.25重量%未満、0.01重量%未満、0.001重量%未満、またはさらには0重量%のいかなるマンガン成分も含有する。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、いかなるイットリウム成分も実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、示される組成物全体の重量に基づいて、2重量%未満、1.5重量%未満、1.0重量%未満、0.5重量%未満、0.25重量%、0.01重量%未満、0.001重量%未満、またはさらには0重量%のいかなるイットリウム成分も含有する。
いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、触媒基材上に直接配置され、第1のウォッシュコートは、第2のウォッシュコートの少なくとも一部分上にある。
いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコートは、触媒基材上に直接配置され、第2のウォッシュコートは、第1のウォッシュコートの少なくとも一部分上にある。
いくつかの実施形態では、触媒物品は、第1のウォッシュコートが、出口端部から、全長の約10%~約80%の長さまで、触媒基材上に配置されており、第2のウォッシュコートが、入口端部から、全長の約30%~約90%の長さまで、触媒基材上に配置されている、ゾーン化された構成を有する。
いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートをさらに含む触媒物品は、白金、または白金とパラジウムとの組み合わせを含む第3のPGM成分が含浸された第3の耐火性金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、第3のPGM成分は、白金である。いくつかの実施形態では、第3のPGM成分は、白金とパラジウムとの組み合わせである。いくつかの実施形態では、第3のPGM成分は、白金およびパラジウムを含む。いくつかの実施形態では、第3の耐火性金属酸化物は、ガンマアルミナ、または約1重量%~約20重量%のSiO2(例えば、約1重量%~約10重量%のSiO2など)がドープされたアルミナである。
いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、触媒基材上に直接配置されており、第1および第2のウォッシュコートは、第3のウォッシュコートの少なくとも一部分上に配置されている。
いくつかの実施形態では、触媒性物品は、第3のウォッシュコートが、基材上に直接配置されており、第1のウォッシュコートが、出口端部から、全長の約10%~約80%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されており、第2のウォッシュコートが、入口端部から、全長の約30%~約90%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されている、ゾーン化された構成を有する。
さらなる態様では、本開示は、本明細書に開示されるような触媒物品を含む排気ガス処理システムを提供し、触媒物品は、内燃エンジンの下流にあり、かつ内燃エンジンと流体連通している。
さらに別の態様では、本開示は、炭化水素、一酸化炭素、NOxから選択される少なくとも1つの排気ガス成分を含む排気ガス流を処理するための方法であって、排気ガス流を、各々、本明細書に開示される、触媒性物品、または排気ガス処理システムに通過させることを含む、方法を提供する。
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であろう。本開示は、上記の実施形態のうちの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される任意の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具体的な実施形態の説明で明示的に組み合わされているか否かにかかわらず、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、本開示のいずれか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。本開示の他の態様および利点は、以下で明らかになるであろう。
実施形態:
本開示の非限定的な実施形態には、以下が含まれる。
本開示の非限定的な実施形態には、以下が含まれる。
1.酸化触媒組成物であって、
第1の白金族金属(PGM)成分と、
マンガン(Mn)成分と、
第1の耐火性金属酸化物担体材料と、
イットリウム、ランタン、スズ、マグネシウム、セリウム、チタン、またはそれらの組み合わせを含む金属成分と、を含み、
第1のPGM成分、マンガン成分、および金属成分が、第1の耐火性金属酸化物担体材料上に担持されている、酸化触媒組成物。
第1の白金族金属(PGM)成分と、
マンガン(Mn)成分と、
第1の耐火性金属酸化物担体材料と、
イットリウム、ランタン、スズ、マグネシウム、セリウム、チタン、またはそれらの組み合わせを含む金属成分と、を含み、
第1のPGM成分、マンガン成分、および金属成分が、第1の耐火性金属酸化物担体材料上に担持されている、酸化触媒組成物。
2.金属成分が、イットリウムまたはその酸化物である、実施形態1に記載の酸化触媒組成物。
3.Mn成分が、組成物の総重量に基づき、かつ酸化物として計算される場合、約0.1重量%~約10重量%の範囲で存在する、実施形態1または2に記載の酸化触媒組成物。
4.Mn成分が、組成物の総重量に基づき、かつ酸化物として計算される場合、約3重量%~約10重量%の量で存在する、実施形態1~3のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
5.Mn成分が、MnO、Mn2O3、MnO2、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、実施形態1~4のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
6.第1のPGM成分が、組成物の重量に基づいて、約0.1重量%~約20重量%の量で存在する、実施形態1~5のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
7.第1のPGM成分が、組成物の重量に基づいて、約1重量%~約4重量%の量で存在する、実施形態1~6のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
8.第1のPGM成分が、白金、または白金とパラジウムとの組み合わせである、実施形態1~7のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
9.第1のPGM成分が、白金とパラジウムとの組み合わせであり、白金のパラジウムに対する重量比が、約20~約0.1である、実施形態1~8のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
10.イットリウムが、組成物の総重量に基づき、かつ酸化物として計算される場合、約0.5%~約10%の重量で存在する、実施形態2~9のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
11.イットリウムのマンガンに対するモル比が、約0.1~約10である、実施形態8に記載の酸化触媒組成物。
12.イットリウムのマンガンに対するモル比が、約0.5~約3である、実施形態8に記載の酸化触媒組成物。
13.第1の耐火性金属酸化物担体が、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態1~12のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
14.第1の耐火性金属酸化物担体が、ガンマアルミナ、シリカドープアルミナ、セリアドープアルミナ、およびチタニアドープアルミナからなる群から選択される、実施形態1~13のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
15.第1の耐火性金属酸化物担体が、ガンマアルミナ、および約1重量%~約10重量%のSiO2がドープされたアルミナからなる群から選択される、実施形態1~14のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
16.第1のゼオライトをさらに含む、実施形態1~15のいずれかに記載の酸化触媒組成物。
17.第1のゼオライトが、AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET、およびそれらの混合物または連晶からなる群から選択される骨格タイプを有する、実施形態16に記載の酸化触媒組成物。
18.第1のゼオライトが、ZSM-5、ベータ、モルデナイト、Yゼオライト、チャバザイト、フェリエライト、またはそれらの組み合わせである、実施形態16または17に記載の酸化触媒組成物。
19.全長を画定する入口端部および出口端部を有する基材と、その少なくとも一部分上に配置された1つ以上のウォッシュコートを含む触媒コーティングであって、当該ウォッシュコートのうちの少なくとも1つは、実施形態1~18のいずれかに記載の酸化触媒組成物を含む、触媒コーティングと、を含む、触媒性物品。
20.触媒コーティングが、
触媒基材の全長の少なくとも一部分上に配置された、実施形態1~18のいずれかに記載の酸化触媒組成物を含む第1のウォッシュコートと、
基材の全長の少なくとも一部分上に配置された第2のウォッシュコートであって、
第2の耐火性金属酸化物担体材料上に担持された第2のPGM成分と、
第2のゼオライトと、を含む、第2のウォッシュコートと、を含む、実施形態19に記載の触媒性物品。
触媒基材の全長の少なくとも一部分上に配置された、実施形態1~18のいずれかに記載の酸化触媒組成物を含む第1のウォッシュコートと、
基材の全長の少なくとも一部分上に配置された第2のウォッシュコートであって、
第2の耐火性金属酸化物担体材料上に担持された第2のPGM成分と、
第2のゼオライトと、を含む、第2のウォッシュコートと、を含む、実施形態19に記載の触媒性物品。
21.第2のゼオライトが、AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET、およびそれらの混合物または連晶からなる群から選択される骨格タイプを有する、実施形態20に記載の触媒性物品。
22.第2のゼオライトが、ZSM-5、ベータ、モルデナイト、Yゼオライト、チャバザイト、フェリエライト、またはそれらの組み合わせである、実施形態20または21に記載の触媒性物品。
23.第2のゼオライトが、ベータゼオライトであり、ベータゼオライトが、酸化物として計算される場合、約0.5重量%~約10重量%の範囲の量の鉄で促進される、実施形態20~22のいずれか1つに記載の触媒性物品。
24.第2のPGM成分が、白金とパラジウムとの組み合わせであり、白金のパラジウムに対する重量比が、約0.1~約20である、実施形態20~23のいずれか1つに記載の触媒性物品。
25.第2の耐火性金属酸化物担体が、ガンマアルミナ、および約1重量%~約10重量%のSiO2がドープされたアルミナからなる群から選択される、実施形態20~24のいずれか1つに記載の触媒性物品。
26.第2のウォッシュコートが、マンガン成分を実質的に含まない、実施形態20~25のいずれか1つに記載の触媒性物品。
27.第2のウォッシュコートが、いかなるイットリウム成分も実質的に含まない、実施形態23~26のいずれか1つに記載の触媒性物品。
28.第2のウォッシュコートが、基材上に直接配置されており、第1のウォッシュコートが、第2のウォッシュコートの少なくとも一部分上にある、実施形態20~27のいずれか1つに記載の触媒性物品。
29.第1のウォッシュコートが、基材上に直接配置されており、第2のウォッシュコートが、第1のウォッシュコートの少なくとも一部分上にある、実施形態20~27のいずれか1つに記載の触媒性物品。
30.ゾーン化された構成を有し、第1のウォッシュコートが、出口端部から、全長の約10%~約80%の長さまで、触媒基材上に配置されており、第2のウォッシュコートが、入口端部から、全長の約30%~約90%の長さまで、触媒基材上に配置されている、実施形態20~27のいずれか1つに記載の触媒性物品。
31.白金およびパラジウムを含む第3のPGM成分が含浸された第3の耐火性金属酸化物を含む第3のウォッシュコートをさらに含む、実施形態20~30のいずれか1つに記載の触媒性物品。
32.第3の耐火性金属酸化物が、ガンマアルミナ、または約1%~約10%の量のSiO2がドープされたアルミナである、実施形態31に記載の触媒性物品。
33.第3のウォッシュコートが、基材上に直接配置されており、第1および第2のウォッシュコートが、第3のウォッシュコートの少なくとも一部分上に配置されている、実施形態31または32に記載の触媒性物品。
34.ゾーン化された構成を有し、第3のウォッシュコートが、基材上に直接配置されており、第1のウォッシュコートが、出口端部から、全長の約10%~約80%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されており、第2のウォッシュコートが、入口端部から、全長の約30%~約90%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されている、実施形態31または32に記載の触媒性物品。
35.実施形態20~34のいずれか1つに記載の触媒性物品を含み、触媒性物品が、内燃機関の下流にあり、かつ内燃機関と流体連通している、排気ガス処理システム。
36.炭化水素、および/または一酸化炭素、および/またはNOxを含む排気ガス流を処理するための方法であって、排気ガス流を、実施形態20~34のいずれか1つに記載の触媒性物品、または実施形態35に記載の排気ガス処理システムに通過させることを含む、方法。
本開示の様々な実施形態の理解を提供するために、添付図面が参照され、参照符号は、非限定的な例示的な実施形態の構成要素を示す。図面は、単なる例示であり、いかなる方法によっても本開示を限定するものとして解釈されるべきではない。本明細書に記載されるいくつかの非限定的な実施形態は、添付の図に例示されている。図を簡潔かつ明確にするために、図に図示される特徴は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。例えば、一部の特徴の寸法は、分かりやすくするために他の特徴に対して誇張されている場合がある。さらに、適切であると考えられる場合、参照標識が、対応または類似する要素を示すために図の間で繰り返されている。
本開示は、一般に、1つ以上の排気ガス成分(例えば、CO、HC、およびNOx)の酸化に好適であり得る、触媒、触媒物品、およびそのような触媒物品を含む触媒システムを提供する。例えば、本開示は、白金族金属(PGM)成分と、マンガン成分および金属成分でドープされた耐火性金属酸化物担体材料と、を含む触媒組成物を提供する。
以下、本開示の非限定的な実施形態をより詳細に説明する。しなしながら、本開示は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分かつ完全であり、保護対象の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
定義:
本明細書で使用される場合、冠詞「a」および「an」は、文法上の目的語の1つまたは2つ以上(例えば、少なくとも1つ)を指す。ここに記載されている範囲はすべて包括的である(つまり、範囲にはエンドポイントが含まれる)。
本明細書で使用される場合、冠詞「a」および「an」は、文法上の目的語の1つまたは2つ以上(例えば、少なくとも1つ)を指す。ここに記載されている範囲はすべて包括的である(つまり、範囲にはエンドポイントが含まれる)。
本明細書で使用される場合、「約」という用語は、小さな変動を説明し、考慮する。例えば、「約」は、数値が、±5%、±4%、±3%、±2%、±1%、±0.5%、±0.4%、±0.3%、±0.2%、±0.1%、または±0.05%修正され得ることを意味し得る。すべての数値は、明示的に示されているかどうかに関係なく、「約」という用語で修飾されている。「約」という用語によって修飾された数値には、特定の識別された値が含まれる。例えば、「約5.0」は、5.0を含む。
本明細書で使用される場合、「軽減」という用語は、任意の手段によって引き起こされる量の減少を意味する。
本明細書で使用される場合、「関連する」という用語は、すなわち、「を備えている」、「に接続されている」、または「と連通している」、例えば、「電気的に接続されている」もしくは「と流体連通している」、または機能を実行するように接続されている、ことを意味する。本明細書で使用される場合、「関連する」という用語は、直接に関連するか、または間接的に、すなわち、1つ以上の他の物品または要素を介して、関連することを意味し得る。
本明細書で使用される場合、「触媒」という用語は、化学反応を促進する材料を指す。触媒は、「触媒活性種」、および活性種を運搬するまたは担持する「担体」を含む。例えば、耐火性金属酸化物粒子は、白金族金属触媒種のための担体であり得、「触媒」という用語に含まれる。
本明細書で使用される場合、「触媒性物品」という用語は、触媒コーティング組成物を有する基材を含む物品を指す。
本明細書で使用される場合、「CSF」は、ウォールフローモノリスである触媒化煤フィルタを指す。ウォールフローフィルタは、交互に位置した入口チャネルと出口チャネルとからなり、入口チャネルは出口端部に差し込まれており、出口チャネルは入口端部に差し込まれている。入口チャネルに入る、煤煙を運搬する排気ガス流は、出口チャネルから出る前に、フィルタ壁を通過させられる。煤の濾過および再生に加えて、CSFは、下流のSCR触媒を加速させるために、またはより低い温度における煤粒子の酸化を促進するために、COおよびHCをCO2およびH2Oに酸化させるための、またはNOをNO2に酸化させるための酸化触媒を運搬し得る。SCR触媒組成物はまた、SCRoFと呼ばれるウォールフローフィルタ上に直接コーティングされ得る。
本明細書で使用される場合、「触媒システム」という句は、2つ以上の触媒の組み合わせ、例えば、第1の低温NOx吸着剤(LT-NA)触媒と、ディーゼル酸化触媒(DOC)、LNT、またはSCR触媒物品であり得る第2の触媒との組み合わせを指す。いくつかの実施形態では、触媒システムは、2つの触媒が混合されている、または別々の層でコーティングされているウォッシュコートの形態であり得る。
本明細書で使用される場合、「構成された」という用語は、「含む」または「含有する」という用語と同様に、オープンエンドな用語であることを意図している。「構成された」という用語は、他の可能な物品または要素を除外するように意図されていない。「構成された」という用語は、「適合された」と同等であり得る
本明細書で使用される場合、「DOC」は、ディーゼルエンジンの排気ガス中の炭化水素および一酸化炭素を変換し、酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)に酸化させるディーゼル酸化触媒を指す。一般に、DOCは、パラジウムおよび/または白金などの1つまたは複数の白金族金属、アルミナなどの担体材料、HC貯蔵のためのゼオライト、および選択的に、促進剤および/または安定剤を含む。
一般に、本明細書で使用される場合、「効果的」という用語は、重量またはモルにおける規定された触媒活性または貯蔵/放出活性に関して、例えば約35%~約100%効果があること、すなわち、約40%、約45%、約50%、または約55%~約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、または約95%効果があることを意味する。
本明細書で使用される場合、「排気流」または「排気ガス流」という用語は、固体または液体の微粒子状物質を含有し得る流動ガスのあらゆる組み合わせを指す。流れは、ガス状成分を含み、例えば、液滴、固体粒子などのようなある特定の非ガス状成分を含有し得るリーンバーンエンジンの排気である。燃焼機関の排気ガス流は、典型的には、燃焼生成物(CO2およびH2O)、不完全燃焼生成物(一酸化炭素(CO)および炭化水素(HC))、窒素酸化物(NOx)、可燃性および/または炭素質微粒子状物質(煤)、ならびに未反応の酸素および窒素をさらに含む。
本明細書で使用される場合、「上流」および「下流」という用語は、エンジンからテールパイプに向かうエンジン排気ガス流の流れに応じた相対的な方向を指し、エンジンが上流位置にあり、テールパイプならびにフィルタおよび触媒などの任意の汚染物軽減物品は、エンジンの下流にある。基材の入口端部は、「上流」端部または「前」端部と同義である。出口端部は、「下流」端部または「後」端部と同義である。上流ゾーンは、下流ゾーンの上流にある。上流ゾーンは、エンジンまたはマニホールドのより近くにあり得、下流ゾーンは、エンジンまたはマニホールドからさらに離れ得る。
本明細書で使用される場合、「流体連通している」という用語は、同じ排気ライン上に位置決めされた物品を指すために使用される。実例として、共通の排気流は、互いに流体連通している物品を通過する。流体連通している物品は、排気ライン内で相互に隣接し得る。代替的に、流体連通している物品は、「ウォッシュコートモノリス」とも称される、1つ以上の物品によって分離され得る。
本明細書で使用される場合、「機能物品」という用語は、機能性コーティング組成物、特に触媒および/または吸着剤コーティング組成物がその上に配置された基材を含む物品を指す。
本明細書で使用される場合、「含浸させた」または「含浸」とは、担体材料の細孔性構造に触媒材料を浸透させることを指す。
本明細書で使用される場合、「LNT」は、白金族金属、セリア、および希薄条件中にNOxを吸着するのに好適なアルカリ土類金属トラップ材料(例えば、BaOまたはMgO)を含有する触媒である、リーンNOxトラップを指す。豊富条件下では、NOxが、放出され、窒素に還元される。
本明細書で使用される場合、ゼオライトおよび他のゼオライト骨格材料(例えば、同形置換された材料)などの「モレキュラーシーブ」は、一般に四面体型の部位を含有し、かつ実質的に均一な細孔分布を有し、平均細孔径が20オングストローム(Å)以下の、広範な三次元網目構造の酸素イオンに基づく材料を指す。モレキュラーシーブは、主に、(SiO4)/AlO4四面体の頑強な網目構造によって形成される空隙の形状に従って区別することができる。空隙への入口は、入口開口部を形成する原子について、6個、8個、10個、または12個の環原子から形成される。モレキュラーシーブは、モレキュラーシーブのタイプ、ならびにモレキュラーシーブ格子に含まれるカチオンのタイプおよび量に応じて、直径が約3~約10Åの範囲である、かなり均一な細孔径を有する結晶性材料である。チャバザイト(CHA)は、八環細孔開口部および二重六環二次構造単位を有し、二重六環構造単位を4個の環接続によって接続することから生じるケージ様構造を有する、「八環」モレキュラーシーブの例である。モレキュラーシーブは、小細孔、中細孔、および大細孔のモレキュラーシーブならびに前述のいずれかの組み合わせを含む。細孔径は、最大環径によって画定される。
本明細書で使用される場合、「窒素酸化物」または「NOx」という用語は、NO、NO2またはN2Oなどの窒素酸化物を指す。
本明細書で使用される場合、コーティング層に関連する「上」および「上方」という用語は、同義語として使用することができる。「上に直接」という用語は、直接接触していることを意味する。いくつかの実施形態では、開示されている物品は、第2のコーティング層の「上」に1つのコーティング層を含むと呼ばれるが、そのような言葉遣いは、コーティング層間の直接接触が必要とされない、介在層を有する実施形態を包含することが意図されている(すなわち、「上」は「上に直接」とは同等ではない)。
本明細書で使用される場合、「促進される」という用語は、担体材料中の固有の不純物とは対照的に、例えば、担体材料に意図的に添加される構成成分を指す。
本明細書で使用される場合、「選択的触媒還元」(SCR)という用語は、窒素性還元剤を使用して、窒素酸化物を二窒素(N2)に還元する触媒プロセスを指す。
本明細書で使用される場合、[X]を「実質的に含まない」という用語は、[X]が「ほとんどまたは全くない」または[X]が「意図的に添加されていない」を意味し、[X]を微量および/または意図しない量しか含まないことを意味する。例えば、特定の実施形態では、「実質的に含まない」とは、示される組成物全体の重量に基づいて、2重量%(重量%)未満、1.5重量%未満、1.0重量%未満、0.5重量%未満、0.25重量%、0.01重量%未満、0.001重量%未満、または0重量%さえも意味する。
本明細書で使用される場合、「基材」という用語は、触媒組成物、すなわち触媒コーティングが、典型的にはウォッシュコートの形態でその上に配置されているモノリス材料を指す。いくつかの実施形態では、基材は、フロースルーモノリスおよびモノリシックウォールフローフィルタである。フロースルーおよびウォールフロー基材はまた、例えば、参照によって本明細書に組み込まれるPCT国際特許出願公開第2016/070090号に開示されている。ウォッシュコートは、液体中に特定の固形物含量(例えば、30重量%~90重量%)の触媒を含むスラリーを調製し、次いで、これを基材上にコーティングし、乾燥させてウォッシュコート層を提供することによって形成される。「モノリス基材」への言及は、入口から出口まで均質かつ連続的な単一構造を意味する。ウォッシュコートは、液体ビヒクル中にある特定の固体含量(例えば約20%~約90重量%)の粒子を含有するスラリーを調製し、次いでこれを基材上にコーティングし、乾燥させてウォッシュコート層を提供することによって形成される。
本明細書で使用される場合、「担体」という用語は、触媒金属が塗布される任意の高表面積材料、通常は耐火性金属酸化物材料を指す。
本明細書で使用される場合、「ウォッシュコート」という用語は、処理されているガス流の通過を許容するために十分に多孔質である、ハニカムタイプ基材などの基材材料に適用された触媒または他の材料の薄い付着性コーティングの技術分野におけるその通常の意味を有する。PGM粒子を含むウォッシュコートは、任意選択で、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、および前述のいずれかの組み合わせから選択される結合剤を含み得る。結合剤の充填は、一般に、ウォッシュコートの重量に基づいて、約0.1重量%~約10重量%である。本明細書において使用され、Heck,Ronald,and 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、モノリス基材または下側のウォッシュコート層の表面に配置された材料の、組成的に区別される層を含む。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、何らかの態様が異なることができ(例えば、粒径などの、ウォッシュコートの物理的特性が異なり得る)、および/またはその化学触媒機能が異なり得る。
本明細書で使用される場合、別途指示がない限り、「重量パーセント(重量%)」は、いかなる揮発性物質も含まない組成物全体に基づく、すなわち、乾燥固形物含量に基づく。別途指示されない限り、すべての部分および割合は、重量による。
本明細書で使用される場合、「ゼオライト」という用語は、ケイ素およびアルミニウム原子をさらに含む、モレキュラーシーブの特定の例を指す。一般に、ゼオライトは、角を共有するTO4四面体で構成される開口三次元骨格構造を有するアルミノシリケートとして定義され、式中、Tは、AlもしくはSiであるか、または任意選択的にPである。アニオン性骨格の電荷のバランスをとるカチオンは、骨格酸素原子と緩く会合しており、残りの細孔容積は、水分子で満たされている。非骨格カチオンは一般に交換可能であり、水分子は除去可能である。
アルミノシリケートゼオライト構造は、骨格において同形置換されたリンまたは他の金属を含まない。すなわち、「アルミノシリケートゼオライト」は、SAPO、AlPO、およびMeA1PO材料のようなアルミノホスフェート材料を除外し、一方、より広い用語「ゼオライト」は、アルミノシリケートおよびアルミノホスフェートを含む。本開示の目的については、SAPO、AlPO、およびMeAlPO材料は、非ゼオライトモレキュラーシーブであるとみなされる。
本ゼオライトは、独立して、共通の酸素原子によって連結されて三次元網目構造を形成するSiO4/AlO4四面体を含み得る。本ゼオライトのシリカ対アルミナのモル比(「SAR」)は、広範囲にわたって変動し得るが、一般に2以上である。例えば、本ゼオライトは、約5~約1000のSARを有し得る。
ゼオライトは、二次構造単位(SBU)および複合構造単位(CBU)からなり、多くの異なるフレームワーク構造で生じる。二次構造単位は、16個までの四面体原子を含み、キラルではない。複合構造単位は、アキラルである必要はなく、フレームワーク全体の構築に必ずしも使用可能であるわけではない。例えば、ゼオライトの群は、それらの骨格構造内に一重四環(s4r)複合構造単位を有し得る。四環において、「四」とは、四面体のケイ素およびアルミニウム原子の位置を示し、酸素原子は、四面体原子の間に位置している。他の複合構造単位は、例えば、一重六環(s6r)単位、二重四環(d4r)単位、および二重六環(d6r)単位を含む。d4r単位は、2つのs4r単位を結合することによって作られる。d6r単位は、2つのs6r単位を結合することによって作られる。d6r単位には、12個の四面体原子が存在する。
典型的には、ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFX、AFY、AHT、APC、APD、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOF、BOG、BOZ、BPH、BRE、BSV、CAN、CAS、CDO、CFI、CGF、CGS、CHA、CHI、CLO、CON、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、EZT、FAU、FER、GIS、GME、GON、GOO、HEU、IFR、IFY、IHW、IMF、IRN、ISV、ITE、ITG、ITH、ITW、IWR、IWS、IWV、IWW、JBW、JRY、JSR、JST、KFI、LAU、LEV、LOV、LTA、LTF、LTL、LTN、MAZ、MEI、MEL、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MOZ、MRE、MSE、MTF、MTT、MVY、MTW、MWF、MWW、NAB、NAT、NES、NPO、NPT、NSI、OBW、OFF、OKO、OSI、OSO、OWE、PAR、PAU、PCR、PHI、PON、PUN、RHO、RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RWR、RWY、SAF、SAO、SAS、SAT、SAV、SBE、SBS、SBT、SCO、SEW、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFO、SFS、SFW、SGF、SIV、SOF、SOS、SSF、SSY、STF、STI、STO、STT、STW、SVR、SZR、TER、THO、TON、TSC、TUN、UEI、UFI、UOS、USI、UTL、UWY、VET、VFI、VNI、VSV、WIE、WEN、YUG、ZON、および前述のいずれかの混合物または連晶の骨格タイプなどの、任意の骨格タイプのゼオライトを使用することができる。
ゼオライトは、ゼオライトのタイプ、ならびにゼオライト格子に含まれるカチオンのタイプおよび量に応じて、直径が約3~10オングストロームの範囲である、かなり均一な細孔径を有する結晶材料である。細孔径は環径によって画定される。本明細書で使用される場合、「小細孔」という用語は、約5オングストロームよりも小さい細孔開口部、例えば約3.8オングストロームの等級の細孔開口部を指す。
小細孔ゼオライトは、最大8個の四面体原子によって画定されるチャネルを含有する。「八環」ゼオライトという句は、八環細孔開口部および二重六環二次構造単位を有し、かつ4つの環による二重六環構造単位の接続から生じるケージ型構造を有する、ゼオライトを指す。例示的な小細孔モレキュラーシーブとしては、骨格タイプACO、AEI、AEN、AFN、AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATT、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、GIS、GOO、IHW、ITE、ITW、LEV、KFI、MER、MON、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、RTH、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、YUG、ZON、および前述のいずれかの混合物または連晶が挙げられる。
中細孔ゼオライトは、10員環によって画定されるチャネルを含有する。例示的な中細孔モレキュラーシーブとしては、骨格タイプAEL、AFO、AHT、BOF、BOZ、CGF、CGS、CHI、DAC、EUO、FER、HEU、IMF、ITH、ITR、JRY、JSR、JST、LAU、LOV、MEL、MFI、MFS、MRE、MTT、MVY、MWW、NAB、NAT、NES、OBW、PAR、PCR、PON、PUN、RRO、RSN、SFF、SFG、STF、STI、STT、STW、SVR、SZR、TER、TON、TUN、UOS、VSV、WEI、WEN、および前述のいずれかの混合物または連晶が挙げられる。
大細孔ゼオライトは、12員環によって画定されるチャネルを含有する。例示的な大細孔モレキュラーシーブとしては、骨格タイプAFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET、および前述のいずれかの混合物または連晶が挙げられる。
本明細書に記載されているすべての方法は、本明細書で別途指示がない限り、またはそうでなければ文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実施することができる。本明細書で提供されるありとあらゆる実施例または例示的文言(例えば、「など」)の使用は、材料および方法をより良好に説明することのみを意図したものであり、別途請求されない限り、範囲に限定を課さない。本明細書におけるいかなる文言も、請求されていない要素を、開示された材料および方法の実践に必須であるものとして示すものと解釈されるべきではない。実例として、本明細書で使用される「例示的」という用語は、例として役立つことを意味し、いかなる方法でも本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書において言及されるすべての米国特許出願、特許出願公開、および特許は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
酸化触媒組成物
本明細書で上記されたように、本開示は、一般に、白金族金属(PGM)成分、耐火性金属酸化物担体材料、マンガン成分、および金属成分を含む酸化触媒組成物を提供する。これらの機能の各々について、以下でさらに説明する。
本明細書で上記されたように、本開示は、一般に、白金族金属(PGM)成分、耐火性金属酸化物担体材料、マンガン成分、および金属成分を含む酸化触媒組成物を提供する。これらの機能の各々について、以下でさらに説明する。
白金族金属(PGM)成分
本明細書で使用される場合、「PGM」とは、白金族金属を指す。白金族金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、および前述のいずれかの混合物が挙げられる。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、またはイリジウムなどの、PGMを含むあらゆる成分を含む。PGM成分は、あらゆる原子価状態のPGMを含むことができる。本明細書で使用される場合、「PGM成分」という用語は、それぞれのPGMの触媒活性形態、および焼成または触媒の使用時に、分解するか、またはそうでなければ、触媒活性形態、通常は金属または金属酸化物に変換する対応するPGM化合物、錯体などの両方を指す。例えば、PGM成分は、原子価がゼロ(「PGM(0)」)の金属形態であってもよく、またはPGM成分は、酸化物形態であってもよい。PGM(0)の量は、例えば、限外濾過を使用して、続いて、誘導結合プラズマ/発光分光分析(ICP-OES)によって、またはX線光電子分光法(XPS)によって、決定することができる。
本明細書で使用される場合、「PGM」とは、白金族金属を指す。白金族金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、および前述のいずれかの混合物が挙げられる。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、またはイリジウムなどの、PGMを含むあらゆる成分を含む。PGM成分は、あらゆる原子価状態のPGMを含むことができる。本明細書で使用される場合、「PGM成分」という用語は、それぞれのPGMの触媒活性形態、および焼成または触媒の使用時に、分解するか、またはそうでなければ、触媒活性形態、通常は金属または金属酸化物に変換する対応するPGM化合物、錯体などの両方を指す。例えば、PGM成分は、原子価がゼロ(「PGM(0)」)の金属形態であってもよく、またはPGM成分は、酸化物形態であってもよい。PGM(0)の量は、例えば、限外濾過を使用して、続いて、誘導結合プラズマ/発光分光分析(ICP-OES)によって、またはX線光電子分光法(XPS)によって、決定することができる。
酸化触媒組成物中に存在するPGM成分は、PGM粒子、例えば、白金金属、パラジウム金属、またはその両方の粒子として説明することができる。本明細書に開示される触媒組成物中のPGM粒子のサイズは変動し得る。本明細書で使用される場合、「粒径」とは、粒子を完全に囲む最小直径の球体を指し、この測定は、2つ以上の粒子の凝集とは対照的に、個々の粒子に関連する。粒径は、例えば、ASTM法D4464による、分散またはドライパウダーを用いた、レーザー光散乱技術によって測定されてもよい。粒径はまた、サブミクロンサイズの粒子については、走査型電子顕微鏡法(SEM)もしくは透過型電子顕微鏡法(TEM)によって、または担体含有粒子(ミクロンサイズ)については、粒径分析器によって、測定され得る。
TEMに加えて、一酸化炭素(CO)化学吸着を使用して、平均PGM粒径を決定することができる。この技術は、様々なPGM種(例えば、XRD、TEM、およびSEMと比較して、Pt、Pdなど)を区別せず、平均粒径のみを決定する。CO化学吸着によって平均粒径を決定するために、触媒ウォッシュコートのサンプルが、粉砕され得、少量(例えば、約100mg)が、以下のようなパルスCO注入、すなわち、前処理:ヘリウム中の約150℃における乾燥、続いて、窒素雰囲気内の約5%水素中の約400℃における加熱、CO化学吸着:ヘリウム中の10%COを用いて室温でパルス出力されたサンプルを用いて、分析された。
いくつかの実施形態では、PGMは、「コロイド状」として説明され得、これは、PGM粒子が、約4nm~約15nmの平均粒径を有することを意味する。本明細書で使用される場合、「平均粒径」という用語は、平均して粒子の直径を示す、粒子の特性を指す。いくつかの実施形態では、「平均粒径」は、D50を指し得、すなわち、粒子の個数の半分がこれより大きなサイズを有し、半分がこれより小さなサイズを有することを意味する。D90粒径分布は、粒子の(数で)90%が特定のサイズを下回るフェレット直径を有することを示す。平均粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡法(TEM)によって、TEM画像を視覚的に調べ、画像内の粒子の直径を測定し、TEM画像の倍率に基づいて、測定された粒子の平均粒径を計算することによって、測定されることができる。
本明細書での平均粒径への言及は、例えば、粒子の焼成後であるが、粒子のエージングの前に決定された、新鮮なおよび/または焼成された材料の平均粒径を反映する。「新鮮な」とは、粒子が約500℃を超える温度に曝されていないことを意味する。いくつかの実施形態では、酸化触媒組成物は、新鮮である。他の実施形態では、酸化触媒組成物は、劣化されたと称され得る。本明細書で使用される場合、「劣化された」という用語は、エンジン排気またはシミュレートされた排気ガスを用いて、一定期間(例えば、約1~約5時間)に約500~約550℃の温度に曝された触媒組成物を指す。いくつかの実施形態では、酸化触媒組成物は、エージングされた(aged)と称され得る。本明細書で使用される場合、「エージングされた」という用語は、一定期間(例えば、約5時間~約100時間)に約650℃以上(例えば、約650℃、約700℃、約800℃、約900℃、または約1000℃)の温度に曝された触媒組成物を指す。当業者によって認識されるように、PGM粒子を劣化またはエージング条件にさらすことは、本明細書で上記に記載されるように粒径の変化を誘発し得る。
いくつかの実施形態では、各PGM成分を区別するために、「第1の」PGM成分、「第2の」PGM成分、および「第3の」PGM成分について言及される。本明細書で使用される場合、「第1の」PGM成分は、「第1の」耐火性金属酸化物と関連付けられる。いくつかの実施形態では、任意選択的な「第2の」PGM成分が任意選択的な「第2の」耐火性金属酸化物に関連付けられ、任意選択的な「第3の」パラジウム成分が任意選択的な「第3の」耐火性金属酸化物に関連付けられる追加のウォッシュコートを含む触媒性物品が提供される。第1、第2、および第3のPGM成分の各々は、存在する場合、同じでも異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第1および第2のPGM成分は同じである。いくつかの実施形態では、第1、第2、および第3のPGM成分は同じである。いくつかの実施形態では、第1、第2、および第3のPGM成分は各々、異なる。いくつかの実施形態では、第2および第3のPGM成分は、同じであり、第1のPGM成分とは異なる。
いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、または前述のいずれかの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、白金、パラジウム、または両方の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、白金である。いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、白金とパラジウムとの組み合わせである。そのようなPt/Pdの組み合わせの例示的な重量比には、約20:1~約1:10のPt:Pd、例えば、約20:1、約19:1、約18:1、約17:1、約16:1、約15:1、約14:1、約13:1、約12:1、約11:1、約10:1、約9:1、約8:1、約7:1、約6:1、約5:1、約4:1、約3:1、約2:1、約1:1、約1:2、約1:3、約1:4、約1:5、約1:6、約1:7、約1:8、約1:9、または約1:10が挙げられる。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約2:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約3:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約5:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約10:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約20:1である。
第1のPGM成分は、酸化触媒組成物の総重量に基づいて、金属ベースで約0.01~約20%の範囲の量で存在し得る。酸化触媒組成物は、例えば、乾燥酸化触媒組成物の総重量に基づいて、約0.1重量%、約0.5重量%、約1.0重量%、約1.5重量%、約2.0重量%、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%でPtまたはPd/Pt成分を含み得る。いくつかの実施形態では、第1のPGM成分は、酸化触媒組成物の総重量に基づいて、金属ベースで約1%~約4%の範囲の量で存在する。
いくつかの実施形態では、第2のPGM成分は、白金である。いくつかの実施形態では、第2のPGM成分は、白金とパラジウムとの組み合わせである。そのようなPt/Pdの組み合わせの例示的な重量比としては、約10:1から約1:10のPt:Pd、例えば、約10:1、約9:1、約8:1、約7:1、約6:1、約5:1、約4:1、約3:1、約2:1、約1:1、約1:2、約1:3、約1:4、約1:5、約1:6、約1:7、約1:8、約1:9、または約1:10が挙げられる。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約2:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約3:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約5:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約10:1である。
いくつかの実施形態では、第3のPGM成分は、白金である。いくつかの実施形態では、第3のPGM成分は、白金とパラジウムとの組み合わせである。そのようなPt/Pdの組み合わせの例示的な重量比としては、約10:1から約1:10のPt:Pd、例えば、約10:1、約9:1、約8:1、約7:1、約6:1、約5:1、約4:1、約3:1、約2:1、約1:1、約1:2、約1:3、約1:4、約1:5、約1:6、約1:7、約1:8、約1:9、または約1:10が挙げられる。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約2:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約3:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約5:1である。いくつかの実施形態では、Pt/Pd重量比は約10:1である。
いくつかの実施形態では、PGM成分(例えば、第1、第2、または第3のPGM成分)は、担体材料上に担持される。「担持された」PGM成分への言及は、PGM成分が、会合、分散、含浸、または他の好適な方法によって担体材料の中または上に配置されており、表面に存在し得るか、または担体材料全体に分散され得ることを意味する。好適な担体の例には、高表面積の耐火性金属酸化物が含まれるが、これらに限定されない。このような担体材料は、本明細書で以下にさらに説明される。
耐火性金属酸化物担体
酸化触媒組成物は、少なくとも1つの耐火性金属酸化物担体材料をさらに含む。本明細書で使用される場合、「耐火性金属酸化物」とは、ディーゼルエンジン排気と関連付けられる温度などの高温で、化学的および物理的安定性を示す、多孔質金属含有酸化物材料を指す。例示的な耐火性金属酸化物としては、原子ドープされた組み合わせを含み、かつ高表面積のまたは活性化された化合物、例えばアルミナを含む、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、およびそれらの物理的混合物または化学的組み合わせが挙げられる。例示的なアルミナとしては、大細孔ベーマイト、ガンマ-アルミナ、およびデルタ/シータアルミナが挙げられる。有用な市販のアルミナとしては、高嵩密度のガンマ-アルミナ、低または中嵩密度の大細孔ガンマ-アルミナ、ならびに低嵩密度の大細孔ベーマイトおよびガンマ-アルミナなどの活性化アルミナが挙げられる。
酸化触媒組成物は、少なくとも1つの耐火性金属酸化物担体材料をさらに含む。本明細書で使用される場合、「耐火性金属酸化物」とは、ディーゼルエンジン排気と関連付けられる温度などの高温で、化学的および物理的安定性を示す、多孔質金属含有酸化物材料を指す。例示的な耐火性金属酸化物としては、原子ドープされた組み合わせを含み、かつ高表面積のまたは活性化された化合物、例えばアルミナを含む、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、およびそれらの物理的混合物または化学的組み合わせが挙げられる。例示的なアルミナとしては、大細孔ベーマイト、ガンマ-アルミナ、およびデルタ/シータアルミナが挙げられる。有用な市販のアルミナとしては、高嵩密度のガンマ-アルミナ、低または中嵩密度の大細孔ガンマ-アルミナ、ならびに低嵩密度の大細孔ベーマイトおよびガンマ-アルミナなどの活性化アルミナが挙げられる。
「ガンマアルミナ」または「活性アルミナ」とも称される、アルミナ担体材料のような、高表面積の耐火酸化物担体は、典型的には60m2/g超の、しばしば最大約200m2/g以上のBET表面積を呈する。そのような活性化アルミナは通常、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、N2吸着によって表面積を決定するためのBrunauer、Emmett、Teller(BET)の方法を参照するその通常の意味を有する。いくつかの実施形態では、耐火性金属酸化物担体材料(例えば、活性アルミナ)は、約60m2/g~約350m2/gの範囲、例えば、約90m2/g~約250m2/gの比表面積を有する。
いくつかの実施形態では、耐火性金属酸化物担体材料は、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)、セリア(CeO2)、または前述のいずれかの物理的混合物または化学的組み合わせを含む。混合金属酸化物には、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、およびシリカ-アルミナが含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される酸化触媒組成物において有用な耐火性金属酸化物担体は、Siドープアルミナ材料(約1~約10%のSiO2-Al2O3が含まれるが、これに限定されない)などのドープアルミナ材料、Siドープチタニア材料(約1%~約10%のSiO2-TiO2が含まれるが、これに限定されない)などのドープチタニア材料、またはSiドープZrO2(約5%~約30%のSiO2-ZrO2が含まれるが、これに限定されない)などのドープジルコニア材料である。したがって、いくつかの実施形態では、耐火性金属酸化物担体材料は、SiO2ドープAl2O3、SiO2ドープTiO2、またはSiO2ドープZrO2を含む。
酸化触媒組成物は、上記の名称の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、いくつかの実施形態では、触媒組成物中の耐火性金属酸化物は、例えば、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%、約35重量%、約40重量%、約45重量%、約50重量%、約55重量%、約60重量%、約65重量%、約70重量%、約75重量%、約80重量%、約85重量%、約90重量%、約95重量%、または約99重量%から含み得る。触媒組成物は、例えば、約10重量%~約99重量%のアルミナまたはSiO2ドープアルミナ、約15重量%~約95重量%のアルミナまたはSiO2ドープアルミナ、または約20重量%~約85重量%のアルミナまたはSiO2ドープアルミナを含み得る。
本明細書では、各耐火性金属酸化物担体材料を区別するために、「第1の」耐火性金属酸化物担体材料、およびいくつかの実施形態では、「第2の」耐火性金属酸化物担体材料、および「第3の」耐火性金属酸化物担体材料について言及される。上記のように、第1のPGM成分は、「第1の」耐火性金属酸化物担体材料と関連付けられる。いくつかの実施形態では、第2のPGM成分は、「第2の」耐火性金属酸化物担体材料に関連付けられ、第3のPGM成分は、任意選択的な「第3の」耐火性金属酸化物担体材料に関連付けられる。第1の、および存在する場合、第2および第3の耐火性金属酸化物担体材料の各々は、同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第1および第2の耐火性金属酸化物担体材料は同じである。いくつかの実施形態では、第1、第2、および第3の耐火性金属酸化物担体材料は同じである。いくつかの実施形態では、第1、第2、および第3の耐火性金属酸化物担体材料は各々異なる。いくつかの実施形態では、第2および第3の耐火性金属酸化物担体材料は同じであり、第1の耐火性金属酸化物担体材料とは異なる。
いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体材料は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、または前述のいずれかの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体は、ガンマアルミナ、シリカドープアルミナ、セリアドープアルミナ、ジルコニアドープアルミナ、およびチタニアドープアルミナからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体材料は、ガンマアルミナ、および約1重量%~約20重量%のSiO2(例えば、約1重量%~約10重量%のSiO2など)がドープされたアルミナからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体材料は、約1重量%~約20重量%のSiO2がドープされたアルミナである。いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体材料は、約1重量%~約10重量%のSiO2、例えば、約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、または約10重量%のSiO2がドープされたアルミナである。いくつかの実施形態では、第1の耐火性金属酸化物担体材料は、アルミナである。
いくつかの実施形態では、第2の耐火性金属酸化物担体材料は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、または前述のいずれかの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、第2の耐火性金属酸化物担体は、ガンマアルミナ、シリカドープアルミナ、セリアドープアルミナ、ジルコニアドープアルミナ、およびチタニアドープアルミナからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第2の耐火性金属酸化物担体材料は、ガンマアルミナ、および約2重量%~約20重量%のSiO2(例えば、約2重量%~約10重量%のSiO2など)がドープされたアルミナからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第2の耐火性金属酸化物担体材料は、約2重量%~約20重量%のSiO2がドープされたアルミナである。いくつかの実施形態では、第2の耐火性金属酸化物担体材料は、約2重量%~約10重量%のSiO2、例えば、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、または約10重量%のSiO2がドープされたアルミナである。
いくつかの実施形態では、第3の耐火性金属酸化物担体材料は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、または前述のいずれかの組み合わせを含む。1つ以上の実施形態では、第3の耐火性金属酸化物担体は、ガンマアルミナ、シリカドープアルミナ、セリアドープアルミナ、ジルコニアドープアルミナ、およびチタニアドープアルミナからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第3の耐火性金属酸化物担体材料は、ガンマアルミナ、および約1重量%~約20重量%のSiO2(例えば、約1重量%~約10重量%のSiO2など)がドープされたアルミナからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第3の耐火性金属酸化物担体材料は、約1重量%~約20重量%のSiO2がドープされたアルミナである。いくつかの実施形態では、第3の耐火性金属酸化物担体材料は、約1重量%~約10重量%のSiO2、例えば、約1重量%、約2重量%、約3重量%、約4重量%、約5重量%、約6重量%、約7重量%、約8重量%、約9重量%、または約10重量%のSiO2がドープされたアルミナである。
マンガン成分
いくつかの実施形態では、酸化触媒は、マンガン(Mn)成分を含み、マンガン成分は、第1の耐火性金属酸化物担体材料上に担持されている。「マンガン成分」への言及は、様々な酸化状態、塩、および例えば酸化物などの物理的形態のMnを含むことを意図している。本明細書における「担持された」マンガン成分への言及は、マンガン成分が、会合、分散、含浸、または他の好適な方法によって耐火性金属酸化物担体材料の中または上に配置され、表面に存在し得るか、または耐火性金属酸化物担持材料全体に分散され得ることを意味する。
いくつかの実施形態では、酸化触媒は、マンガン(Mn)成分を含み、マンガン成分は、第1の耐火性金属酸化物担体材料上に担持されている。「マンガン成分」への言及は、様々な酸化状態、塩、および例えば酸化物などの物理的形態のMnを含むことを意図している。本明細書における「担持された」マンガン成分への言及は、マンガン成分が、会合、分散、含浸、または他の好適な方法によって耐火性金属酸化物担体材料の中または上に配置され、表面に存在し得るか、または耐火性金属酸化物担持材料全体に分散され得ることを意味する。
マンガン成分は、バルク形態もしくは表面形態のいずれかで、または個別の酸化マンガン形態として、耐火性金属酸化物担体材料に組み込むことができる。いくつかの実施形態では、マンガン成分は、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、または前述のいずれかの組み合わせなどのMn塩を含むがこれらに限定されない、可溶性Mn種に由来する。当業者は、焼成すると、Mn種(例えば、Mn塩)が1つ以上の形態の酸化マンガン(MnxOy、式中、xは1または2、およびyは1、2、または3)になることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、マンガン成分は、MnO、Mn2O3、MnO2、および前述のいずれかの組み合わせなどのバルクMn酸化物から得られる。
いくつかの実施形態では、耐火性金属酸化物担体にはMn塩が含浸されている。本明細書で使用される場合、「含浸された」という用語は、耐火性金属酸化物担体のような材料の細孔にMn種含有溶液が入れられることを意味する。いくつかの実施形態では、Mnの含浸は、初期の湿式によって達成され、Mn種を含有する希釈溶液の体積は、担持体の細孔体積にほぼ等しい。初期湿式含浸は、一般に、材料の細孔系全体に前駆体(例えば、硝酸塩/酢酸塩、またはMnに関連する有機配位子など)の溶液を実質的に均一に分布させる。Mnなどの金属を添加する他の方法は当技術分野で知られており、使用することもできる。
したがって、いくつかの実施形態では、耐火性金属酸化物担体は、プラネタリーミキサーにおいて、Mnの源(例えば、Mn塩の溶液)で滴下処理されて、担体にMn成分を含浸させる。他の実施形態では、Mn成分を含有する耐火性金属酸化物担体は、商業的供給源から入手することができる。
いくつかの実施形態では、マンガン成分は、Mn種(例えば、Mn塩)および耐火性金属酸化物担体前駆体を共沈させて共沈物質を生成し、次いで耐火性酸化物担体材料とマンガン成分が一緒に固体溶液になるように共沈材料を焼成することによって、耐火性酸化物担体上に担持され得る。したがって、いくつかの実施形態では、マンガン、アルミニウム、セリウム、ケイ素、ジルコニウム、およびチタンの酸化物を含有する混合酸化物を形成することができる。
いくつかの実施形態では、マンガン成分は、個別の酸化マンガン粒子(例えば、バルクマンガン酸化物)として耐火性金属酸化物担体の表面に分散させることができる。
マンガン成分は、ある範囲の濃度にわたって第1の耐火性金属酸化物担体材料に存在し得る。いくつかの実施形態では、Mn含有量は、第1の耐火性金属酸化物担体の重量に基づき、かつ金属として計算される場合、約0.1重量%~約20重量%の範囲(約0.1重量%、約0.5重量%、約1.0重量%、約1.5重量%、約2.0重量%、または約2.5重量%、約3.0重量%、約4.0重量%、約5.0重量%、約6.0重量%、約7.0重量%、約8.0重量%、約9.0重量%、約10.0重量%、約15.0重量%、および約20.0重量%を含む)にある。いくつかの実施形態では、Mn含有量は、第1の耐火性金属酸化物担体の重量に基づいて、約3重量%~約10重量%、または約4重量%~約6重量%の範囲にある。
いくつかの実施形態では、第2の耐火性金属酸化物担体材料、第3の耐火性金属酸化物担体材料、またはその両方は、マンガンを実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第2または第3のウォッシュコートに存在し得る少量のマンガンは、本開示の特定の層状またはゾーン化された物品の実施形態で起こり得るように、第1の酸化触媒組成物ウォッシュコートから移動した。
金属成分
本明細書に開示される酸化触媒組成物は、イットリウム、ランタン、スズ、マグネシウム、セリウム、チタン、または前述のいずれかの組み合わせを含む金属成分を含む。理論によって拘束されることを意図しないが、マンガンは、白金と有益に相互作用すると考えられている。以前に、白金がマンガン含有アルミナ担体に担持されている、マンガンと白金との組み合わせが、相乗効果をもたらし、NO酸化を改善することが報告された(BASFに対する米国特許第10,335,776号)。そこに報告されているように、マンガンが白金触媒活性を促進し、白金のみに基づく触媒よりも効果的な酸化触媒を提供するという予想外の相乗効果が見出された。Mnドープアルミナは、Ptを安定化するのに役立ち、良好なNO2/NOx性能を有する触媒組成物をもたらしたが、最適な安定化されたNO2/NOx性能も、下流のSCR触媒に望まれる向上した低温NO2/NOx性能も提供しなかった。驚くべきことに、本開示によれば、白金を含有するマンガンドープ耐火性金属酸化物担体に特定の金属成分(例えば、イットリウム)を添加することにより、得られる触媒組成物は、Pt/Mn/Al2O3のみを含有する参照触媒と比較して、優れた低温NO2/NOx性能を可能にすることが発見された。イットリウムをさらに含むPt/Mn/Al2O3酸化触媒組成物はまた、NO2/NOx比の向上した安定性を提供した。理論によって拘束されることを望まないが、金属成分は、Mn/Pt錯体と相互作用し、焼結から保護しながらゼロ価形態のPtを安定化させ、したがってPt粒子成長を防ぐと考えられている。
本明細書に開示される酸化触媒組成物は、イットリウム、ランタン、スズ、マグネシウム、セリウム、チタン、または前述のいずれかの組み合わせを含む金属成分を含む。理論によって拘束されることを意図しないが、マンガンは、白金と有益に相互作用すると考えられている。以前に、白金がマンガン含有アルミナ担体に担持されている、マンガンと白金との組み合わせが、相乗効果をもたらし、NO酸化を改善することが報告された(BASFに対する米国特許第10,335,776号)。そこに報告されているように、マンガンが白金触媒活性を促進し、白金のみに基づく触媒よりも効果的な酸化触媒を提供するという予想外の相乗効果が見出された。Mnドープアルミナは、Ptを安定化するのに役立ち、良好なNO2/NOx性能を有する触媒組成物をもたらしたが、最適な安定化されたNO2/NOx性能も、下流のSCR触媒に望まれる向上した低温NO2/NOx性能も提供しなかった。驚くべきことに、本開示によれば、白金を含有するマンガンドープ耐火性金属酸化物担体に特定の金属成分(例えば、イットリウム)を添加することにより、得られる触媒組成物は、Pt/Mn/Al2O3のみを含有する参照触媒と比較して、優れた低温NO2/NOx性能を可能にすることが発見された。イットリウムをさらに含むPt/Mn/Al2O3酸化触媒組成物はまた、NO2/NOx比の向上した安定性を提供した。理論によって拘束されることを望まないが、金属成分は、Mn/Pt錯体と相互作用し、焼結から保護しながらゼロ価形態のPtを安定化させ、したがってPt粒子成長を防ぐと考えられている。
酸化触媒組成物中の金属成分の量は、変動し得る。いくつかの実施形態では、金属成分は、組成物の総重量に基づき、かつ金属酸化物として計算される場合、約0.5%~約10%の重量で存在する。いくつかの実施形態では、金属成分は、組成物の重量に基づき、かつ金属酸化物として計算される場合、約0.5%、約0.6%、約0.7%、約0.8%、約0.9%、1.0%、約1.5%、約2.0%、約2.5%、約3.0%、約3.5%、約4.0%、約4.5%、約5.0%、約5.5%、約6%、約6.5%、約7.0%、約7.5%、約8.0%、約8.5%、約9%、約9.5%、または約10.0%の重量で存在する。
いくつかの実施形態では、金属成分は、イットリウム、ランタン、スズ、チタン、または前述のいずれかの組み合わせを含む。本明細書で使用される「金属成分」という用語は、焼成または触媒の使用時に、分解し得るか、またはそうでなければ対応する金属または金属酸化物などの形態に変換し得る金属、塩、イオン、化合物などを指す。いくつかの実施形態では、金属成分の少なくとも一部分は、耐火性金属酸化物担体の上または中に配置された金属酸化物として存在する。これらの酸化物は、特定の金属の原子価に応じて、一酸化物、二酸化物、三酸化物、四酸化物などのような金属の様々な酸化状態を含み得る。いくつかの実施形態では、金属成分は、イットリウムを含む。いくつかの実施形態では、金属成分は、ゼロ価状態のイットリウムなどのイットリウム(すなわち、イットリウム金属)、イットリウムイオン、またはそれらの化合物、例えば、その酸化物(例えば、Y2O3)である。いくつかの実施形態では、金属成分は、Y2O3である。
いくつかの実施形態では、イットリウムは、組成物の総重量に基づき、かつ金属酸化物として計算される場合、約0.5%~約10%の重量で存在する。いくつかの実施形態では、イットリウムは、組成物の総重量に基づき、かつ酸化物として計算される場合、約3%~約6%の重量で存在する。
いくつかの実施形態では、イットリウム濃度は、酸化触媒組成物の別の成分、例えばマンガン成分に対するモル比として表すことができる。いくつかの実施形態では、イットリウムのシリコンに対するモル比は、約0.1~約10、例えば、約0.1、約0.2、約0.3、約0.4、約0.5、約0.6、約0.7、約0.8、約0.9、約1、約2、約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、または約10である。いくつかの実施形態では、イットリウムのマンガンに対するモル比は、約0.5~約3である。
ゼオライト
いくつかの実施形態では、ゼオライトであり得る吸着剤材料は、炭化水素などのガス状汚染物質を吸着し、それらを初期のコールドスタート期間中に保持するために、酸化触媒組成物の一部として含まれ得る。排気温度が上昇すると、吸着された炭化水素は、吸着剤から排出され、より高い温度で触媒処理される。したがって、いくつかの実施形態では、酸化触媒組成物は、ゼオライトを含む。
いくつかの実施形態では、ゼオライトであり得る吸着剤材料は、炭化水素などのガス状汚染物質を吸着し、それらを初期のコールドスタート期間中に保持するために、酸化触媒組成物の一部として含まれ得る。排気温度が上昇すると、吸着された炭化水素は、吸着剤から排出され、より高い温度で触媒処理される。したがって、いくつかの実施形態では、酸化触媒組成物は、ゼオライトを含む。
いくつかの実施形態では、ゼオライトは、ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFX、AFY、AHT、APC、APD、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOF、BOG、BOZ、BPH、BRE、BSV、CAN、CAS、CDO、CFI、CGF、CGS、CHA、CHI、CLO、CON、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、EZT、FAU、FER、GIS、GME、GON、GOO、HEU、IFR、IFY、IHW、IMF、IRN、ISV、ITE、ITG、ITH、ITW、IWR、IWS、IWV、IWW、JBW、JRY、JSR、JST、KFI、LAU、LEV、LOV、LTA、LTF、LTL、LTN、MAZ、MEI、MEL、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MOZ、MRE、MSE、MTF、MTT、MVY、MTW、MWF、MWW、NAB、NAT、NES、NPO、NPT、NSI、OBW、OFF、OKO、OSI、OSO、OWE、PAR、PAU、PCR、PHI、PON、PUN、RHO、RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RWR、RWY、SAF、SAO、SAS、SAT、SAV、SBE、SBS、SBT、SCO、SEW、SFE、SFF、SFG、SFH、SFN、SFO、SFS、SFW、SGF、SIV、SOF、SOS、SSF、SSY、STF、STI、STO、STT、STW、SVR、SZR、TER、THO、TON、TSC、TUN、UEI、UFI、UOS、USI、UTL、UWY、VET、VFI、VNI、VSV、WIE、WEN、YUG、ZON、および前述のいずれかの混合物または連晶からなる群から選択される骨格タイプを有する。
いくつかの実施形態では、ゼオライトは、骨格タイプACO、AEI、AEN、AFN、AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATT、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、GIS、GOO、IHW、ITE、ITW、LEV、KFI、MER、MON、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、RTH、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、YUG、ZON、および前述のいずれかの混合物または連晶から選択される骨格タイプを有する小細孔ゼオライトである。例えば、いくつかの実施形態では、小細孔ゼオライトは、CHA、LEV、AEI、AFX、ERI、SFW、KFI、DDR、およびITE、からなる群から選択される骨格タイプを有する。
いくつかの実施形態では、ゼオライトは、AEL、AFO、AHT、BOF、BOZ、CGF、CGS、CHI、DAC、EUO、FER、HEU、IMF、ITH、ITR、JRY、JSR、JST、LAU、LOV、MEL、MFI、MFS、MRE、MTT、MVY、MWW、NAB、NAT、NES、OBW、PAR、PCR、PON、PUN、RRO、RSN、SFF、SFG、STF、STI、STT、STW、SVR、SZR、TER、TON、TUN、UOS、VSV、WEI、WEN、および前述のいずれかの混合物または連晶からなる群から選択される骨格タイプを有する中細孔ゼオライトである。例えば、いくつかの実施形態では、中細孔ゼオライトは、FER、MEL、MFI、およびSTTからなる群から選択される骨格タイプを有する。
いくつかの実施形態では、ゼオライトは、AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET、および前述のいずれかの組み合わせまたは連晶からなる群から選択される骨格タイプを有する大細孔ゼオライトである。例えば、いくつかの実施形態では、大細孔ゼオライトは、AFI、BEA、MAZ、MOR、およびOFFからなる群から選択される骨格タイプを有する。
ゼオライトのシリカ対アルミナのモル比(「SAR」)は、広範囲にわたって変動し得るが、一般に2以上である。いくつかの実施形態では、ゼオライトは、例えば、約5~約250、約5~約200、約5~約100、および約5~約50など、約2~約300のSARを有する。いくつかの実施形態では、第ゼオライトは、約10~約200、約10~約100、約10~約75、約10~約60、および約10~約50、約15~約100、約15~約75、約15~約60、および約15~約50、約20~約100、約20~約75、約20~約60、および約20~約50の範囲のSARを有する。いくつかの実施形態では、ゼオライトは、約5~約100のSARを有する。いくつかの実施形態では、SARは約2~約50である。いくつかの実施形態では、SARは約25である。
ゼオライトは、卑金属をさらに含み得る。このようなゼオライトは、卑金属で「促進された」と表すことができる。存在する場合、卑金属は、鉄(Fe)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、および前述のいずれかの混合物からなる群から選択され得る。いくつかの実施形態では、卑金属は、鉄である。ゼオライト中に存在する卑金属の量は、変動し得る。例えば、いくつかの実施形態では、ゼオライトは、酸化物として決定される、約0.1重量%~約20重量%の卑金属で促進され得る。例えば、いくつかの実施形態では、ゼオライトは、約0.1%、約0.5%、約1%、約5%、約10%、または約20%の卑金属で促進され得る。いくつかの実施形態では、ゼオライトは、酸化物として決定される、約0.1重量%~約5重量%の卑金属で促進され得る。
代替的に、ゼオライトは、卑金属を実質的に含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、ゼオライトは、卑金属を実質的に含まない。
本明細書で使用される場合、「第1のゼオライト」への言及は、いくつかの実施形態では存在し得る追加のゼオライト(例えば、「第2のゼオライト」)を区別するために行われる。第2のゼオライトは、存在する場合、第1のゼオライトと同じであっても異なっていてもよい。
いくつかの実施形態では、第1のゼオライトは、AEI、BEA(ベータゼオライト)、CHA(チャバザイト)、FAU(ゼオライトY)、FER(フェリエライト)、MFI(ZSM-5)、およびMOR(モルデナイト)からなる群から選択される骨格タイプを含む。これらの構造を有するゼオライトの非限定的な例としては、チャバザイト、フォージャサイト、ゼオライトY、超安定ゼオライトY、ベータゼオライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトX、およびZSM-5が挙げられる。いくつかの実施形態では、第1のゼオライトは、ZSM-5、ベータゼオライト、モルデナイト、Yゼオライト、チャバザイト、フェリエライト、または前述のいずれかの組み合わせである。いくつかの実施形態では、第1のゼオライトは、ベータゼオライトである。いくつかの実施形態では、第1のゼオライトは、卑金属を実質的に含まない。
いくつかの実施形態では、第2のゼオライトは、ZSM-5、ベータゼオライト、モルデナイト、Yゼオライト、チャバザイト、フェリエライト、または前述のいずれかの組み合わせである。いくつかの実施形態では、第2のゼオライトは、ベータゼオライトである。いくつかの実施形態では、第2のゼオライト(例えば、ベータゼオライト)は、酸化物として計算される場合、約0.5重量%~約5重量%の量の鉄で促進される。
いくつかの実施形態では、第1または第2のゼオライトは、約1~約1000のSARを有し得る。1つ以上の実施形態では、第1のゼオライトは、約1、約2、約5、約8、約10、約15、約20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約60、約70、約80、約90、約100、約150、約200、約260、約300、約400、約500、約750、または約1000のSARを有する。
いくつかの実施形態では、第1のゼオライトは、約10~約40のSARを有する。
酸化触媒組成物の調製
いくつかの実施形態では、本開示の酸化触媒組成物は、初期湿式含浸法によって調製され得る。毛細管含浸または乾式含浸とも称される初期湿式含浸技術は、一般的に、不均一系の材料、すなわち、触媒の合成に使用される。典型的には、金属前駆体(例えば、PGM、マンガン、または金属成分)は、水溶液または有機溶液に溶解され、次いで、金属含有溶液は、添加された溶液の体積と同じ細孔体積を含有する触媒担体(例えば、ゼオライトまたは耐火性金属酸化物)に添加される。毛細管現象により、溶液が担体の細孔に引き込まれる。担体の細孔容積を超えて添加された溶液によって、溶液輸送が、毛細管作用プロセスから、はるかに遅い拡散プロセスに変わる。次いで、触媒を乾燥および焼成して、溶液中の揮発性成分を除去し、触媒担体の表面に金属を堆積させることができる。最大充填量は、溶液における前駆体の溶解度によって制限される。含浸された材料の濃度プロファイルは、含浸および乾燥中の細孔内の物質移動条件に依存する。当業者であれば、様々な成分(例えば、PGM、マンガン、または金属成分)を本組成物の担体に充填するための他の方法、例えば、吸着、イオン交換、沈殿などを認識するであろう。
いくつかの実施形態では、本開示の酸化触媒組成物は、初期湿式含浸法によって調製され得る。毛細管含浸または乾式含浸とも称される初期湿式含浸技術は、一般的に、不均一系の材料、すなわち、触媒の合成に使用される。典型的には、金属前駆体(例えば、PGM、マンガン、または金属成分)は、水溶液または有機溶液に溶解され、次いで、金属含有溶液は、添加された溶液の体積と同じ細孔体積を含有する触媒担体(例えば、ゼオライトまたは耐火性金属酸化物)に添加される。毛細管現象により、溶液が担体の細孔に引き込まれる。担体の細孔容積を超えて添加された溶液によって、溶液輸送が、毛細管作用プロセスから、はるかに遅い拡散プロセスに変わる。次いで、触媒を乾燥および焼成して、溶液中の揮発性成分を除去し、触媒担体の表面に金属を堆積させることができる。最大充填量は、溶液における前駆体の溶解度によって制限される。含浸された材料の濃度プロファイルは、含浸および乾燥中の細孔内の物質移動条件に依存する。当業者であれば、様々な成分(例えば、PGM、マンガン、または金属成分)を本組成物の担体に充填するための他の方法、例えば、吸着、イオン交換、沈殿などを認識するであろう。
本明細書に開示される酸化触媒組成物は、一般に、1つ以上の担体材料、例えば、耐火性金属酸化物担体に関連付けられた粒子の形態のPGM成分を含む。耐火性金属酸化物担体上にPGM粒子を分散させるための方法は、例えば、PGM粒子のサイズ範囲に応じて、変動し得る。本開示によれば、酸化触媒組成物は、一般に、PGM粒子のコロイド状分散液を耐火性金属酸化物担体と会合させることによって調製される。分散は、PGM粒子の生産中に達成されることができ(直接分散)および/またはPGM粒子の生産後に達成されることができる(後続の分散)。
いくつかの実施形態では、PGM粒子は、PGM粒子の生産中に耐火性金属酸化物担体材料上に分散されることができる。(例えば、約4~約15nmの)所望のサイズ範囲のPGM粒子を生産するための1つの例示的な方法は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるPCT国際出願公開第2016/057692号に記載されている。簡潔に言えば、本明細書に開示されるように、PGM前駆体(例えば、PGMの塩)は、分散媒およびポリマー懸濁安定剤と組み合わせられ、結果として生じる溶液は、PGM粒子コロイド状分散液を提供するように、還元剤と組み合わせられる。耐火性金属酸化物担体上にPGM粒子を分散させるために、耐火性金属酸化物担体材料は、PGM粒子がプロセスの任意の段階で(例えば、PGM前駆体とともに、または還元剤とともに)形成される、分散液に添加され、耐火性金属酸化物担体材料上に粒子を分散させることができる。この添加の前に、PGM粒子の分散液は、任意選択的に、濃縮または希釈されることができる。コロイド状PGM材料を担体に含浸させる方法は、Xu等のUS2017/0304805およびWei等のUS2019/0015781に記載されており、これらは両方とも、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
いくつかの実施形態では、PGM粒子は、単離され、その後、耐火性金属酸化物担体材料上に分散される。分散液から粒子を単離するための方法は、一般に公知であり、いくつかの実施形態では、単離されたPGM粒子は、粒子を含有する分散液を加熱すること、および/もしくはそれに真空を印加すること、またはそうでなければ分散液を処理して、そこからの溶媒の少なくとも大部分の除去を確実にすることによって、取得されることができる。PGM粒子の単離に続いて、PGM粒子および耐火性金属酸化物担体は、(例えば、水と)混合され、PGM粒子が耐火性金属酸化物担体材料上に分散され得る、分散液を形成することができる。PGM粒子が形成された後に耐火性金属酸化物担体材料上に分散液を提供するそのような方法は、一般的に、初期湿式技術として説明される。このプロセスは、担体上で標的PGM濃度を達成するために数回繰り返され得る。
いずれの場合も、コロイド状PGM(例えば、白金、パラジウム、またはその両方)は、上記のように還元によってPGM前駆体から調製される。PGM前駆体は、いくつかの実施形態では、アンミン錯体塩、ヒドロキシル塩、硝酸塩、カルボン酸塩、アンモニウム塩、および酸化物からなる群から選択され得る。いくつかの実施形態では、PGM前駆体は、Pt(NH3)4(OH)2、Pt硝酸塩、Pd硝酸塩、Ptクエン酸塩、テトラアンミンパラジウム硝酸塩、テトラアンミン白金アセテートなどから選択される。
還元剤は、PGMを金属(PGM(0))形態に還元するために有効な任意の試薬であり得、分散媒に有利に可溶性(例えば、水溶性)である。それに限定されないが、いくつかの実施形態では、還元剤は、有機還元剤であり得る。非限定的な好適な還元剤は、例えば、水素、ヒドラジン、尿素、ホルムアルデヒド、ギ酸、アスコルビン酸、クエン酸、グルコース、スクロース、キシリトール、メソエリスリトール、ソルビトール、グリセロール、マルチトール、およびシュウ酸である。さらに、メタノール、エタノール、1-プロパノール、イソ-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-プロパン-1-オール、アリルアルコールおよびジアセトンアルコール、ならびにそれらの混合物および組み合わせの群からの一価アルコールなどの液体還元剤が、採用され得る。さらに好適な液体還元剤は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、テトラエチレングリコール、およびジプロピレングリコールなどの二価アルコールを含む。還元剤の他の非限定的な例は、ギ酸ヒドラジドおよびヒドロキシエチルヒドラジンなどのヒドラジンベースの還元剤、ならびにタンニン酸およびニンニク酸などの天然の植物ベースのポリフェノール酸を含む。いくつかの実施形態では、還元剤は、アスコルビン酸である。還元剤は、通常、分散液中に約1重量%~約10重量%の範囲の量で存在する。
分散媒は、水、アルコール(ポリオールを含む)、ジメチルホルムアミド(DMF)、および前述のいずれかの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの極性溶媒であり得るが、これらに限定されない。アルコールは、いくつかの実施形態では、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソ-ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、および前述のいずれかの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの実施形態では、アルコールは、ポリオールから選択される。ポリオールは、いくつかの実施形態では、グリセロール、グリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ブタンジオール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,2-ペンタジオール、1,2-ヘキサジオール、および前述のいずれかの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの実施形態では、分散媒は、水を含み、したがって、本明細書に開示される特定の分散液は、水性コロイド状分散液として説明することができる。
安定剤は、典型的には、分散媒に可溶性であり、PGM粒子の分散を改善するために使用される、ポリマー懸濁安定剤である(例えば、分散媒が水を含む場合、安定剤は、水溶性ポリマー懸濁安定剤である)。ポリマーの組成およびサイズ(例えば、重量平均分子量、Mw)は、変動し得る。いくつかの実施形態では、ポリマーは、例えば、約10,000~約60,000Daの範囲のMwなど、約2,000~約2,000,000Daの範囲のMw(ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を使用して測定)を有する。好適なポリマーには、ポリビニルピロリドン(PVP)、第1の重合単位としてビニルピロリドンを含むコポリマー、および脂肪酸置換または非置換ポリオキシエチレンが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、ポリビニルピロリドンは、ポリマー懸濁液安定剤として特に有用である。ポリマー懸濁安定剤は、一般に、分散媒の100重量部に基づいて、約5~10重量部などの約0.1~約20重量部の量で存在する。
次いで、上記のいずれかの方法に従って調製された、PGM粒子が分散された耐火性金属酸化物担体材料は、典型的には高温(例えば、約100℃~約150℃)で、一定期間(例えば、約1時間~約3時間)乾燥される。任意選択的に、PGM粒子が分散された耐火性金属酸化物担体材料は、揮発性成分を飛ばすために焼成される。例示的な焼成プロセスは、約400~約550℃の範囲の温度で、約1時間~約3時間の、空気中での熱処理を含む。上記のプロセスは、所望のレベルの含浸に達するために、必要に応じて繰り返されることができる。
他の実施形態では、PGM成分は、例えば、湿式含浸法を使用して、好適なPGM前駆体の溶液として導入される。後続の焼成ステップ中に、または少なくとも組成物の使用の初期段階中に、そのような化合物は、金属またはその化合物の触媒活性形態に変換される。好適な化合物の非限定的な例としては、硝酸パラジウム、テトラアンミン硝酸パラジウム、テトラアンミン酢酸白金、および硝酸白金が挙げられる。酸化触媒組成物を調製する非限定的な好適な方法は、所望のPGM化合物(例えば、白金族化合物および/またはパラジウム化合物)の溶液と、細かく分割された高表面積の耐火性金属酸化物担体などの少なくとも1つの担体(これは、実質的に溶液のすべてを吸収するように十分に乾燥しており、それによって、後に水と組み合わされる湿式固体が形成され、コーティング可能なスラリーが形成される)、例えばシリカドープアルミナとの混合物を調製することである。いくつかの実施形態では、スラリーは酸性であり、例えば、約2~約7未満の範囲のpHを有する。スラリーのpHは、スラリーに適量の無機酸または有機酸を添加することによって低下させ得る。酸と原材料との相溶性を考慮すると、両者の組み合わせを使用することができる。無機酸としては、硝酸が挙げられるが、これに限定されない。有機酸には、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタミン酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、酒石酸、クエン酸などが含まれるが、これらに限定されない。次いで、含浸された耐火性金属酸化物担体材料は、上記のように乾燥および焼成される。
上記の湿式含浸法は、マンガン成分、金属成分(例えば、イットリウム、ランタン、スズ、マグネシウム、セリウム、チタン、または前述のいずれかの組み合わせ)、またはその両方を、耐火性金属担体材料に導入するために同様に使用することができる。含浸は、段階的に、または様々な組み合わせで行うことができる。例えば、いくつかの実施形態では、イットリウムは、市販のマンガンドープアルミナ担体材料に含浸され、その後、PGM成分の含浸または堆積が続く。他の実施形態では、マンガン成分およびイットリウム成分は、PGM成分の含浸または堆積の前に同時含浸され得る。
コーティング組成物
本明細書に開示されている酸化触媒組成物を含むコーティング組成物は、バインダー、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任意の他の好適なジルコニウム前駆体から誘導されたZrO2バインダーを使用して調製され得る。酢酸ジルコニルバインダーは、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%以上のより高い水蒸気環境に曝されたとき、熱エージング後も均質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。アルミナバインダーには、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、オキシ水酸化アルミニウムが含まれる。アルミニウム塩、およびアルミナのコロイド状形態が使用され得る。シリカバインダーは、シリケートおよびコロイダルシリカを含む、SiO2の様々な形態を含むが、それらに限定されない。結合剤組成物は、ジルコニア、アルミナ、およびシリカの任意の組み合わせを含み得るが、それらに限定されない。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、約1重量%~約5重量%の範囲の量のウォッシュコート総充填量で使用される。代替的に、結合剤は、ジルコニアベースまたはシリカベース、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り得る。存在する場合、アルミナ結合剤は、典型的には、約0.05g/in3~約1g/in3の範囲の量で使用される。
本明細書に開示されている酸化触媒組成物を含むコーティング組成物は、バインダー、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任意の他の好適なジルコニウム前駆体から誘導されたZrO2バインダーを使用して調製され得る。酢酸ジルコニルバインダーは、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%以上のより高い水蒸気環境に曝されたとき、熱エージング後も均質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。アルミナバインダーには、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、オキシ水酸化アルミニウムが含まれる。アルミニウム塩、およびアルミナのコロイド状形態が使用され得る。シリカバインダーは、シリケートおよびコロイダルシリカを含む、SiO2の様々な形態を含むが、それらに限定されない。結合剤組成物は、ジルコニア、アルミナ、およびシリカの任意の組み合わせを含み得るが、それらに限定されない。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、約1重量%~約5重量%の範囲の量のウォッシュコート総充填量で使用される。代替的に、結合剤は、ジルコニアベースまたはシリカベース、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り得る。存在する場合、アルミナ結合剤は、典型的には、約0.05g/in3~約1g/in3の範囲の量で使用される。
触媒性物品
別の態様では、本開示は、全長を画定する入口端部および出口端部を有する基材と、その少なくとも一部分上に配置された1つ以上のウォッシュコートを含む触媒コーティングと、を含み、当該ウォッシュコートのうちの少なくとも1つは、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む、酸化触媒物品を提供する。物品の構成要素の各々は、本明細書で以下にさらに説明される。
別の態様では、本開示は、全長を画定する入口端部および出口端部を有する基材と、その少なくとも一部分上に配置された1つ以上のウォッシュコートを含む触媒コーティングと、を含み、当該ウォッシュコートのうちの少なくとも1つは、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む、酸化触媒物品を提供する。物品の構成要素の各々は、本明細書で以下にさらに説明される。
基材
いくつかの実施形態では、酸化触媒組成物は、触媒性物品を形成するために、ウォッシュコートの形態で基材上に配置されている。そのような基材を含む触媒性物品は、一般に、排気ガス処理システムの一部として用いられる(触媒物品としては、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む物品が挙げられるが、それらに限定されない)。有用な基材は、三次元であり、円柱と同様の長さ、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、入口端部および出口端部によって画定される軸方向長さである。
いくつかの実施形態では、酸化触媒組成物は、触媒性物品を形成するために、ウォッシュコートの形態で基材上に配置されている。そのような基材を含む触媒性物品は、一般に、排気ガス処理システムの一部として用いられる(触媒物品としては、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む物品が挙げられるが、それらに限定されない)。有用な基材は、三次元であり、円柱と同様の長さ、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、入口端部および出口端部によって画定される軸方向長さである。
いくつか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有する。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、コージライト、コージライト-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、珪線石、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、葉長石、α-アルミナ、アルミノケイ酸塩、および同等物から作製され得る。
基材はまた、1つ以上の金属または金属合金を含む、金属であり得る。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。金属性基材は、ペレット、圧縮金属性繊維、波形シート、またはモノリス形態などの様々な形状で用いられ得る。金属基材の非限定的な例としては、耐熱性の卑金属合金、特に、鉄が実質的なまたは主要な構成成分であるものが挙げられる。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%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、および約0~約20重量%のニッケルを含み得る。金属基材の非限定的な例としては、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輸送を可能にする、チャネル間のガス輸送を向上させるための穴も有するものが挙げられる。
例えば、通流する流体流に対して通路が開放するように、基材の入口または出口の端面から貫通して延在する微細な平行ガス流路を有するタイプのモノリス基材(「フロースルー基材」)のような、本明細書に開示されている触媒物品のための任意の好適な基材が用いられ得る。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、各通路が、基材本体の一方の端部において遮断されており、交互に位置する通路が、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また、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PCT国際特許出願公開第2016/070090号に開示されている。
いくつかの実施形態では、触媒基材は、ウォールフローフィルタまたはフロースルー基材の形態のハニカム基材を含む。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る。いくつかの実施形態では、基材は、フロースルー基材である。フロースルー基材およびウォールフローフィルタが、本明細書で以下にさらに議論される。
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シック基材を含むモノリシック基材)である。フロースルー基材は、通路が流体流に対して開いているように、基材の入口端部から出口端部まで延在している微細で平行なガス流路を有する。流体の入口から流体の出口までの本質的に直線の経路である通路は、壁によって画定されており、壁の上または壁の中において、触媒コーティングは、通路を通って流れるガスが触媒性材料と接触するように、配置されている。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。
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シック基材を含むモノリシック基材)である。フロースルー基材は、通路が流体流に対して開いているように、基材の入口端部から出口端部まで延在している微細で平行なガス流路を有する。流体の入口から流体の出口までの本質的に直線の経路である通路は、壁によって画定されており、壁の上または壁の中において、触媒コーティングは、通路を通って流れるガスが触媒性材料と接触するように、配置されている。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50in3~約1200in3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。
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、基材本体の一端で遮断され、1つおきに通路は、反対の端面で遮断される。そのようなモノリスウォールフローフィルタ基材は、断面の平方インチ当たり最大約900以上の流路(または「セル」)を含んでもよいが、はるかに少ない数が用いられてもよい。例えば、基材は、平方インチ当たり約7~600、より一般には約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、または他の多角形である断面を有することができる。ウォールフローフィルタ基材は、上記に説明されるようにセラミックまたは金属であり得る。
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、基材本体の一端で遮断され、1つおきに通路は、反対の端面で遮断される。そのようなモノリスウォールフローフィルタ基材は、断面の平方インチ当たり最大約900以上の流路(または「セル」)を含んでもよいが、はるかに少ない数が用いられてもよい。例えば、基材は、平方インチ当たり約7~600、より一般には約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、または他の多角形である断面を有することができる。ウォールフローフィルタ基材は、上記に説明されるようにセラミックまたは金属であり得る。
図1を参照すると、例示的なウォールフローフィルタ基材は、円筒形と、直径Dおよび軸方向長さLを有する円筒形の外面とを有する。モノリシックウォールフローフィルタ基材の断面図が、交互になっている閉塞通路および開放通路(セル)を示す、図2に図示される。遮断または閉塞端部100は、開放流路101と交互になっていて、各対向端はそれぞれ開放および遮断されている。フィルタは、入口端部102および出口端部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、開放したセル端部に入り、多孔質セル壁104を通って拡散し、開放した出口セル端部から出ることを表す。閉塞端部100は、ガス流を妨げ、セル壁を通して拡散を促進する。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物品基材は、すなわち、約50cm3、約100in3、約200in3、約300in3、約400in3、約500in3、約600in3、約700in3、約800in3、約900in3、または約1000in3~約1500in3、約2000in3、約2500in3、約3000in3、約3500in3、約4000in3、約4500in3、または約5000in3の体積を有し得る。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置する前に、少なくとも約40%または少なくとも約50%の壁多孔度を有し、平均細孔径は少なくとも約10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、≧40%、≧50%、≧60%、≧65%、または≧70%の多孔度を有する。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置する前に、約50%、約60%、約65%、または約70%、または約75%の壁多孔度、および約10ミクロン、約20ミクロン、約30ミクロン、または約40ミクロンの平均細孔径を有するであろう。「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、空隙容量(または細孔容積)を基材材料の総体積で割った比率である。細孔径および細孔径分布は、典型的には、Hgポロシメトリー測定によって決定される。
基材コーティングプロセス
本開示の酸化触媒物品を生成するために、本明細書に記載の基材は、本明細書に開示の酸化触媒組成物でコーティングされる。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」は、同義語である。
本開示の酸化触媒物品を生成するために、本明細書に記載の基材は、本明細書に開示の酸化触媒組成物でコーティングされる。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」は、同義語である。
一般に、酸化触媒組成物は、本明細書に記載されるように調製され、基材上にコーティングされる。この方法は、本明細書に一般に開示される触媒組成物(または触媒組成物の1つ以上の成分)を溶媒(例えば、水)と混合して、触媒基材をコーティングするためのスラリーを形成することを含むことができる。触媒組成物に加えて、スラリーは、任意選択で、様々な追加の成分を含有し得る。典型的な非限定的な追加の成分としては、本明細書で上記された結合剤、例えば、スラリーのpHおよび粘度を制御するための添加剤が挙げられるが、それらに限定されない。追加の成分としては、炭化水素(HC)貯蔵成分(例えば、ゼオライト)、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)を挙げることができる。スラリーの典型的なpH範囲は、約3~約6である。酸性または塩基性の種をスラリーに添加してpHを調整してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、スラリーのpHは、含水酢酸の添加によって調整される。
スラリーは、粒径を縮小し、粒子の混合および均質材料の形成を向上させるために粉砕されることができる。粉砕は、ボールミル、連続ミル、または他の同様の装置で達成することができ、スラリーの固体含有量は、例えば、約20重量%~約60重量%、例えば、約20重量%~40重量%であり得る。いくつかの実施形態では、粉砕後のスラリーは、例えば、約2~約20ミクロン、または例えば、約4~約15ミクロンなど、約1~約40ミクロンの範囲のD90粒径を有する。
ウォッシュコート
本開示の酸化触媒組成物は、本明細書に開示されるような酸化触媒組成物を含有する1つ以上のウォッシュコートの形態で適用され得る。ウォッシュコートは、液体ビヒクル中の触媒組成物(または触媒組成物の1つ以上の成分)の特定の固形分(例えば、約10重量%~約60重量%)を含有するスラリーを調製することによって形成され、次いで、それを、当技術分野で知られている任意のウォッシュコート技法を使用して基材に適用し、乾燥および焼成してコーティング層を提供する。複数のコーティングが適用される場合、各ウォッシュコートが適用された後に、および/または所望の数の複数のウォッシュコートが適用された後に、基材は乾燥および/または焼成される。いくつかの実施形態では、1つ以上の触媒材料は、ウォッシュコートとして基材に適用される。
本開示の酸化触媒組成物は、本明細書に開示されるような酸化触媒組成物を含有する1つ以上のウォッシュコートの形態で適用され得る。ウォッシュコートは、液体ビヒクル中の触媒組成物(または触媒組成物の1つ以上の成分)の特定の固形分(例えば、約10重量%~約60重量%)を含有するスラリーを調製することによって形成され、次いで、それを、当技術分野で知られている任意のウォッシュコート技法を使用して基材に適用し、乾燥および焼成してコーティング層を提供する。複数のコーティングが適用される場合、各ウォッシュコートが適用された後に、および/または所望の数の複数のウォッシュコートが適用された後に、基材は乾燥および/または焼成される。いくつかの実施形態では、1つ以上の触媒材料は、ウォッシュコートとして基材に適用される。
ウォッシュコートは、一般に、液体ビヒクル中に触媒材料(ここでは、耐火性金属酸化物担体上に担持され、ゼオライトを任意選択的に有する、PGM、マンガン、および金属成分)の特定の固形分(例えば、約30重量%~約90重量%)を含有するスラリーを調製することによって形成され、次いで、基材(複数可)上にコーティングされ、乾燥されてウォッシュコート層が提供される。ウォールフロー基材を本明細書に開示の触媒材料でコーティングするために、基材のトップがスラリーの表面のすぐ上に位置するように、基材を触媒スラリーの一部分に垂直に浸漬することができる。このようにして、スラリーは、各ハニカム壁の入口面に接触するが、各壁の出口面に接触することを妨げられる。サンプルは、約30秒間スラリー中に残される。基材はスラリーから取り除かれ、過剰なスラリーは、最初にチャネルから排出させるようにし、次いで圧縮空気を吹き付け(スラリーの浸透方向に対して)、次いでスラリーの浸透方向から真空を引くことによって、ウォールフロー基材から取り除かれる。この技術を使用することにより、触媒スラリーは、基材の壁に浸透するが、完成した基材に過度の背圧が発生するほど細孔が塞がれることはない。本明細書で使用される場合、「浸透する」という用語は、基材上の触媒スラリーの分散を説明するために使用されるとき、触媒組成物が基材の壁全体に分散していることを意味する。
コーティングされた基材は、その後、高温(例えば約100℃~約150℃)で一定期間(例えば約1時間~約3時間)乾燥され、次いで、例えば約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される。乾燥およびか焼の後に、最終的なウォッシュコートコーティング層は、溶媒を実質的に含まないと考えることができる。焼成の後に、触媒負荷は、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。加えて、コーティング/乾燥/焼成プロセスは、コーティングを所望の充填量レベルまたは厚さに構築するために、必要に応じて繰り返されることができる。
焼成後に、上記に説明されるウォッシュコート技法によって取得される触媒充填量は、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の計算を通して決定されることができる。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って修正することができる。加えて、ウォッシュコート層(コーティング層)を生成するためのコーティング/乾燥/か焼プロセスは、コーティングを所望の充填量レベルまたは厚さに構築するために、必要に応じて繰り返されることができ、1つより多いウォッシュコートが適用され得ることを意味する。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される触媒性物品は、いくつかの実施形態に存在し得るさらなるウォッシュコート(例えば、第2または第3のウォッシュコート)と区別するために、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む「第1のウォッシュコート」を含むと説明され得る。いくつかの実施形態におけるそのような追加のウォッシュコートは、互いにおよび/または第1のウォッシュコートとは異なる組成物を含む。
第2のウォッシュコート
いくつかの実施形態では、触媒性物品は、基材の全長の少なくとも一部分上に配置された第2のウォッシュコートをさらに含み、第2のウォッシュコートは、各々本明細書に上記された、第2の耐火性金属酸化物担体材料上に担持された第2のPGM成分、および第2のゼオライトを含む。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、マンガン成分を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、いかなるマンガン成分も実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、いかなるイットリウム成分も実質的に含まない。本明細書で使用される場合、マンガンおよびイットリウム成分に関して「実質的に含まない」とは、マンガン成分、イットリウム成分、もしくはどちらもない、または両方が意図的に第2のウォッシュコート層に添加されていることを意味する。特定の実施形態では、マンガン成分、イットリウム成分、またはその両方のいくらかの移動が、例えば、層状またはゾーン化された実施形態で起こり得、第2のウォッシュコート層、または存在する場合は第3のウォッシュコート層のいずれかまたは両方の成分のいくらかの微量(例えば、0.1重量%、約0.01重量%、約0.001重量%、またはさらに約0重量%など、約0.5重量%未満)の存在をもたらす。
いくつかの実施形態では、触媒性物品は、基材の全長の少なくとも一部分上に配置された第2のウォッシュコートをさらに含み、第2のウォッシュコートは、各々本明細書に上記された、第2の耐火性金属酸化物担体材料上に担持された第2のPGM成分、および第2のゼオライトを含む。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、マンガン成分を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、いかなるマンガン成分も実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、いかなるイットリウム成分も実質的に含まない。本明細書で使用される場合、マンガンおよびイットリウム成分に関して「実質的に含まない」とは、マンガン成分、イットリウム成分、もしくはどちらもない、または両方が意図的に第2のウォッシュコート層に添加されていることを意味する。特定の実施形態では、マンガン成分、イットリウム成分、またはその両方のいくらかの移動が、例えば、層状またはゾーン化された実施形態で起こり得、第2のウォッシュコート層、または存在する場合は第3のウォッシュコート層のいずれかまたは両方の成分のいくらかの微量(例えば、0.1重量%、約0.01重量%、約0.001重量%、またはさらに約0重量%など、約0.5重量%未満)の存在をもたらす。
第3のウォッシュコート
いくつかの実施形態では、触媒性物品は、基材の全長の少なくとも一部分上に配置された第3のウォッシュコートをさらに含み、第3のウォッシュコートは、各々上記された、第3の耐火性金属酸化物担体材料上に担持された第3のPGM成分を含む。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、マンガン成分を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、いかなるマンガン成分も実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、いかなるイットリウム成分も実質的に含まない。
いくつかの実施形態では、触媒性物品は、基材の全長の少なくとも一部分上に配置された第3のウォッシュコートをさらに含み、第3のウォッシュコートは、各々上記された、第3の耐火性金属酸化物担体材料上に担持された第3のPGM成分を含む。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、マンガン成分を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、いかなるマンガン成分も実質的に含まない。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、いかなるイットリウム成分も実質的に含まない。
触媒層およびゾーン
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される酸化触媒物品は、1つ以上のウォッシュコート層と1つ以上のウォッシュコート層との組み合わせの使用を含み得、少なくとも1つのウォッシュコート層は、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む。酸化触媒物品は、基材の少なくとも一部分上に配置され、かつ粘着した状態の、1つ以上の薄い粘着コーティング層(ウォッシュコート)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。触媒性材料は、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、または壁自体は、全体的もしくは部分的に触媒性材料で構成され得る。触媒性材料は、ウォッシュコートの形態で、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、本明細書で使用される場合、「基材上に配置されたウォッシュコート」という句は、任意の表面上、例えば、壁面上および/または細孔表面上を意味している。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される酸化触媒物品は、1つ以上のウォッシュコート層と1つ以上のウォッシュコート層との組み合わせの使用を含み得、少なくとも1つのウォッシュコート層は、本明細書に開示される酸化触媒組成物を含む。酸化触媒物品は、基材の少なくとも一部分上に配置され、かつ粘着した状態の、1つ以上の薄い粘着コーティング層(ウォッシュコート)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。触媒性材料は、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、または壁自体は、全体的もしくは部分的に触媒性材料で構成され得る。触媒性材料は、ウォッシュコートの形態で、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、本明細書で使用される場合、「基材上に配置されたウォッシュコート」という句は、任意の表面上、例えば、壁面上および/または細孔表面上を意味している。
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し得るように適用されることができる。代替的に、1つ以上の「アンダーコート」が存在していてもよく、それによって、触媒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は、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)。コーティング層の少なくとも一部がガス流または雰囲気に直接曝されないように(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」が存在してもよい。
ウォッシュコートは、多くの層状の配置で、例えば、ボトムコーティング層上のトップコーティング層に、またはボトム層に(例えば、基材と直接接触して)存在し得る。任意の1つの層は、基材の軸方向長さ全体に延在し得、すなわち、ボトム層は、基材の軸方向長さ全体に延在し得、トップ層はまた、ボトム層の上方で基材の軸方向長さ全体に延在し得る。トップ層およびボトム層は各々、入口端部または出口端部のいずれかから延在し得る。
例えば、ボトムおよびトップコーティング層は両方とも、同じ基材端から延在し得、トップ層は、部分的または完全にボトム層にオーバーレイし、ボトム層は、基材の部分長または全長に延在し、トップ層は、基材の部分長または全長に延在する。代替的に、トップ層が、ボトム層の一部をオーバーレイしていてもよい。例えば、ボトム層は、基材の全長に延在し得、トップ層は、入口端または出口端のいずれかから、基材の長さの約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、または約90%に延在し得る。
代替的に、ボトム層は、入口端部または出口端部のいずれかから、基材の長さの約10%、約15%、約25%、約30%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、または約95%まで延在し得、トップ層は、入口端部または出口端部のいずれかから、基材の長さの約10%、約15%、約25%、約30%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、または約95%まで延在し得、トップ層の少なくとも一部は、ボトム層をオーバーレイしている。この「オーバーレイ」ゾーンは、例えば、基材の長さの約5%~約80%、例えば、基材の長さの約5%、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60、または約70%にわたって延在し得る。
いくつかの実施形態では、触媒コーティングは、「ゾーン化」させることができ、ゾーン化された触媒性層を含む、すなわち、触媒コーティングは、基材の軸方向の長さにわたって様々な組成物を含有する。これは、「横方向にゾーン化された」と表され得る。例えば、層は、基材の長さの約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、または約90%に延在して、入口端から出口端に向かって延在し得る。別の層が、基材の長さの約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、または約90%に延在して、出口端から入口端に向かって延在し得る。異なるコーティング層は、互いに隣接し、互いに重なっていなくてもよい。代替的に、異なる層が、互いの一部にオーバーレイして、第3の「中間」ゾーンを提供してもよい。中間ゾーンは、例えば、基材の長さの約5%~約80%、例えば、基材の長さの約5%、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、または約70%にわたって延在し得る。
本開示のゾーンは、コーティング層の関係によって定義される。異なるコーティング層に関しては、いくつかの可能なゾーニング構成がある。例えば、上流ゾーンおよび下流ゾーンが存在し得る、上流ゾーン、中間ゾーン、および下流ゾーンが存在し得る、4つの異なるゾーンが存在し得るなどである。2つの層が隣接し、重複しない場合、上流ゾーンおよび下流ゾーンが存在する。2つの層がある特定の程度重なっている場合、上流、下流、および中間のゾーンが存在する。例えば、コーティング層が基材の全長に延在し、異なるコーティング層が出口端からある長さに延在し、第1のコーティング層の一部にオーバーレイする場合、上流および下流ゾーンが存在する。
図3A、3B、および3Cは、2つのコーティング層を有するいくつかの可能な非限定的なコーティング層構成を示す。コーティング層201および202がその上に配置されている基材壁200が示されている。これは簡略化された図であり、多孔質ウォールフロー基材の場合、細孔および細孔壁に付着したコーティングは示されていない。閉塞端部も示されていない。図3Aでは、コーティング層201および202はそれぞれ、基材の全長に延在し、トップ層201は、ボトム層202にオーバーレイしている。図3Aの基材は、ゾーン化されたコーティング構成を含まない。図3Bは、出口端部103から基材の長さの約50%延在して、下流ゾーン204を形成するコーティング層202と、入口端部102から基材の長さの約50%延在して、上流ゾーン203を提供するコーティング層201と、を有するゾーン化された構成を例示している。図3Cでは、ボトムコーティング層202は、出口から基材の長さの約50%に延在し、トップコーティング層201は、入口から長さの50%を超えて延在し、層202の一部をオーバーレイし、上流ゾーン203、中間オーバーレイゾーン205、および下流ゾーン204を提供する。図3A、3B、および3Cは、ウォールスルー基材またはフロースルー基材上の酸化触媒組成物コーティングの非限定的例を図示するのに有用であり得る。
図4A、4B、4C、および4Dは、3つのコーティング層を有するいくつかの可能な非限定的なコーティング層構成を示す。コーティング層301、302、および303がその上に配置されている基材壁200または300が示されている。これは簡略化された図であり、多孔質ウォールフロー基材の場合、細孔および細孔壁に付着したコーティングは示されていない。閉塞端部も示されていない。図4Aでは、コーティング層301、302、および303は各々、基材の全長に延在し、トップ層303は、ミドル層302およびボトム層301にオーバーレイしている。図4Aの基材は、ゾーン化されたコーティング構成を含まない。図4Bは、出口端部103から基材の長さの約33%延在して、下流ゾーン306を形成するコーティング層303と、下流ゾーンから基材の長さの約33%延在して、ミドルゾーン305を形成するコーティング層302と、入口端部102から基材の長さの約33%延在して、上流ゾーン304を提供するコーティング層301と、を有するゾーン化された構成を例示している。図4Cでは、第1のボトムコーティング層302は、出口から基材の長さの約50%延在し、第2のボトムコーティング層301は、入口から基材の長さの約50%延在し、トップコーティング層303は、基材300の全長に延在し、トップ層303は、ボトム層301および302にオーバーレイしている。図4Dでは、ボトムコーティング層301は、基材300の全長に延在し、第1のトップコーティング層303は、出口から基材の長さの約50%延在し、第2のトップコーティング層302は、入口から基材の長さの50%延在し、ボトム層301にオーバーレイしている。図4A、4B、4C、および4Dは、ウォールスルー基材またはフロースルー基材上の酸化触媒組成物コーティングの非限定的な例を図示するのに有用であり得る。
上記のゾーン化された配置のいずれかにおいて、ウォッシュコートゾーンは、隣接している場合、接触している(隣接している)か、またはギャップによって分離されている(図示せず)ことができることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、触媒物品は、本明細書で上記された第2のウォッシュコートを含む。いくつかの実施形態では、上記され、図3A~Cに図示されているコーティング層は、第1および第2のウォッシュコートに対応する。例えば、いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコートは、基材上に直接配置されており、第2のウォッシュコートは、第1のウォッシュコートの少なくとも一部分上にある。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコートは、基材上に直接配置されており、第1のウォッシュコートは、第2のウォッシュコートの少なくとも一部分上にある。
いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコートは、出口端部から、全長の約10%~約80%の長さまで、触媒基材上に配置されており、第2のウォッシュコートは、入口端部から、全長の約20%~約90%の長さまで、触媒基材上に配置されている。いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコートは、出口端から、全長の約10%~約50%の長さまで、触媒基材上に配置され、第2のウォッシュコートは、入口端から、全長の約50%~約90%の長さまで、触媒基材上に配置されている。いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコートは、出口端部から、全長の約50%の長さまで、触媒基材上に配置され、第2のウォッシュコートは、入口端部から、全長の約50%の長さまで、触媒基材上に配置されている。
いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコートは、入口端部から、全長の約10%~約80%の長さまで、触媒基材上に配置され、第2のウォッシュコートは、第2の耐火性金属酸化物担体材料状に担持された第2のPGM成分を含み、第2のゼオライトは、出口端部から、全長の約20%~約90%の長さまで、触媒基材上に配置されている。
いくつかの実施形態では、触媒物品は、本明細書で上記された第3のウォッシュコートを含む。いくつかの実施形態では、第1、第2、および第3のウォッシュコート層は、上記のように図4A~4Dのいずれかに従って配置されている。例えば、第1、第2、および第3のウォッシュコートは、図4A~Dのいずれかにおいて、301、302、または303のいずれかに対応し得る。いくつかの実施形態では、第1、第2、および第3のウォッシュコートは、ゾーン化された構成で存在する。いくつかの実施形態では、第1、第2、および第3のウォッシュコートは、ゾーン化された構成で存在する。いくつかの実施形態では、第1、第2、および第3のウォッシュコートは、層状のゾーン化された構成で存在する。
層状のゾーン化された構成のいくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、基材上に直接配置されており、第1および第2のウォッシュコートは、第1のウォッシュコートの少なくとも一部分上に配置されている。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、基材上に直接配置されており、第1のウォッシュコートは、出口端部から、全長の約10%~約80%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されており、第2のウォッシュコートは、入口端部から、全長の約20%~約90%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されている。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、基材上に直接配置されており、第1のウォッシュコートは、出口端部から、全長の約50%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されており、第2のウォッシュコートは、入口端部から、全長の約50%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されている。
いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、基材上に直接配置されており、第1のウォッシュコートは、入口端部から、全長の約10%~約80%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されており、第2のウォッシュコートは、出口端部から、全長の約20%~約90%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されている。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコートは、基材上に直接配置されており、第1のウォッシュコートは、入口端部から、全長の約50%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されており、第2のウォッシュコートは、出口端部から、全長の約50%の長さまで、第3のウォッシュコート上に配置されている。
触媒充填量
基材への本触媒コーティングの充填量は、多孔度および壁厚のような基材特性に依存する。典型的には、ウォールフローフィルタ触媒充填量は、フロースルー基材上の触媒充填量よりも低くなるであろう。触媒ウォールフローフィルタは、すなわち、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第7,229,597号に開示されている。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当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、立方インチ当たりのグラム(「g/in3」)、および立方フィート当たりのグラム(「g/ft3」)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当たりの構成要素重量を意味すべく使用される。g/Lなどの体積当たりの重量の他の単位もまた、使用されることがある。基材上の触媒組成物またはあらゆる他の成分の濃度とは、いずれか1つの三次元断面またはゾーン、すなわち、基材または基材全体のいずれかの断面当たりの濃度を指す。モノリシックフロースルー基材などの触媒基材への総PGM充填量は、典型的には、約10g/ft3~100g/ft3など、約0.5~約200g/ft3である。
基材への本触媒コーティングの充填量は、多孔度および壁厚のような基材特性に依存する。典型的には、ウォールフローフィルタ触媒充填量は、フロースルー基材上の触媒充填量よりも低くなるであろう。触媒ウォールフローフィルタは、すなわち、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第7,229,597号に開示されている。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当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、立方インチ当たりのグラム(「g/in3」)、および立方フィート当たりのグラム(「g/ft3」)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当たりの構成要素重量を意味すべく使用される。g/Lなどの体積当たりの重量の他の単位もまた、使用されることがある。基材上の触媒組成物またはあらゆる他の成分の濃度とは、いずれか1つの三次元断面またはゾーン、すなわち、基材または基材全体のいずれかの断面当たりの濃度を指す。モノリシックフロースルー基材などの触媒基材への総PGM充填量は、典型的には、約10g/ft3~100g/ft3など、約0.5~約200g/ft3である。
各個々のウォッシュコート層のPGM充填量は、変動し得る。いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコート層は、約10~約100g/ft3の総量の第1のPGM成分を含む。いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコート層は、約10~約100g/ft3の総量の第2のPGM成分を含む。いくつかの実施形態では、第3のウォッシュコート層は、約10~約100g/ft3の総量の第3のPGM成分を含む。
存在する場合、各個々のウォッシュコート層のゼオライトの量は、変動し得る。いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコート層は、約0.1~約1g/in3、例えば、約0.3~約0.8g/in3の総量の第1のゼオライトを含む。いくつかの実施形態では、第1のウォッシュコート層は、約0.5g/in3の総量の第1のゼオライトを含む。
いくつかの実施形態では、第2のウォッシュコート層は、約0.1~約1g/in3、例えば、約0.3~約0.8g/in3の総量の第2のゼオライトを含む。特定の実施形態では、第2のウォッシュコート層は、約0.5g/in3の総量のゼオライトを含む。
単位体積当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すべ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。
触媒活性
いくつかの実施形態では、排気ガス流中に存在する炭化水素、例えば、メタン、またはCOのレベルは、触媒物品と接触する前の排気ガス流中に存在する炭化水素またはCOのレベルと比較して減少する。いくつかの実施形態では、HCおよび/またはCOレベルの減少の効率は、変換効率の観点から測定される。いくつかの実施形態では、変換効率は、ライトオフ温度(すなわち、T50またはT70)の関数として測定される。T50またはT70のライトオフ温度は、触媒組成物が炭化水素または一酸化炭素の50%または70%を、それぞれ二酸化炭素および水に変換することができる温度である。典型的には、任意の所与の触媒組成物について測定されたライトオフ温度が低いほど、触媒組成物は、触媒反応、例えば炭化水素変換を実施するのにより効率的である。いくつかの実施形態では、酸化触媒物品は、約590℃で硬化した後、第1のCO T50を有し、約800℃で約16時間エージングした後、第2のCO T50を有し、第1および第2のT50値の差は、約19℃以下である。いくつかの実施形態では、酸化触媒物品は、約590℃で硬化した後、第1のHC T70を有し、約800℃で約16時間エージングした後、第2のHC T70を有し、第1および第2のT70値の差は、約10℃以下である。
いくつかの実施形態では、排気ガス流中に存在する炭化水素、例えば、メタン、またはCOのレベルは、触媒物品と接触する前の排気ガス流中に存在する炭化水素またはCOのレベルと比較して減少する。いくつかの実施形態では、HCおよび/またはCOレベルの減少の効率は、変換効率の観点から測定される。いくつかの実施形態では、変換効率は、ライトオフ温度(すなわち、T50またはT70)の関数として測定される。T50またはT70のライトオフ温度は、触媒組成物が炭化水素または一酸化炭素の50%または70%を、それぞれ二酸化炭素および水に変換することができる温度である。典型的には、任意の所与の触媒組成物について測定されたライトオフ温度が低いほど、触媒組成物は、触媒反応、例えば炭化水素変換を実施するのにより効率的である。いくつかの実施形態では、酸化触媒物品は、約590℃で硬化した後、第1のCO T50を有し、約800℃で約16時間エージングした後、第2のCO T50を有し、第1および第2のT50値の差は、約19℃以下である。いくつかの実施形態では、酸化触媒物品は、約590℃で硬化した後、第1のHC T70を有し、約800℃で約16時間エージングした後、第2のHC T70を有し、第1および第2のT70値の差は、約10℃以下である。
いくつかの実施形態では、酸化触媒物品は、約590℃で硬化した後、第1のNO2収率を有し、約800℃で約16時間エージングした後、第2のNO2収率を有し、第1および第2のNO2収率の差は、約20%未満である。
排気ガス処理システム
さらなる態様では、本開示は、本明細書に開示されるような酸化触媒物品を含む排気ガス処理システムを提供し、酸化触媒物品は、内燃エンジンの下流にあり、かつ内燃エンジンと流体連通している。エンジンは、例えば、化学量論的燃焼に必要とされる空気よりも多くの空気を用いる燃焼条件、すなわち希薄条件で動作する、ディーゼルエンジンであり得る。いくつかの実施形態では、エンジンは、ガソリンエンジン(例えば、リーンバーンガソリンエンジン)、または固定電源(例えば、発電機またはポンプ場)と関連のあるエンジンであることができる。排気ガス処理システムは、一般に、排気ガス流と流体連通するようにエンジンの下流に位置決めされた2つ以上の触媒性物品を含有する。システムは、すなわち、本明細書に開示されるような酸化触媒物品(例えば、DOC)、選択的触媒還元触媒(SCR)、および還元剤注入器、煤フィルタ、アンモニア酸化触媒(AMOx)、またはリーンNOxトラップ(LNT)を含む1つ以上の物品を含有し得る。還元剤インジェクターを含む物品は還元物品である。還元システムは、還元剤注入器および/またはポンプおよび/またはリザーバなどを含む。本処理システムは、煤フィルタおよび/またはアンモニア酸化触媒をさらに含み得る。本明細書に開示されるようなCSFなどの、煤フィルタは、無触媒化または触媒化され得る。例えば、処理システムは、上流から下流まで、DOCを含有する物品、CSF、尿素インジェクター、SCR物品、およびAMOxを含有する物品を含み得る。リーンNOxトラップ(LNT)もまた、含まれ得る。
さらなる態様では、本開示は、本明細書に開示されるような酸化触媒物品を含む排気ガス処理システムを提供し、酸化触媒物品は、内燃エンジンの下流にあり、かつ内燃エンジンと流体連通している。エンジンは、例えば、化学量論的燃焼に必要とされる空気よりも多くの空気を用いる燃焼条件、すなわち希薄条件で動作する、ディーゼルエンジンであり得る。いくつかの実施形態では、エンジンは、ガソリンエンジン(例えば、リーンバーンガソリンエンジン)、または固定電源(例えば、発電機またはポンプ場)と関連のあるエンジンであることができる。排気ガス処理システムは、一般に、排気ガス流と流体連通するようにエンジンの下流に位置決めされた2つ以上の触媒性物品を含有する。システムは、すなわち、本明細書に開示されるような酸化触媒物品(例えば、DOC)、選択的触媒還元触媒(SCR)、および還元剤注入器、煤フィルタ、アンモニア酸化触媒(AMOx)、またはリーンNOxトラップ(LNT)を含む1つ以上の物品を含有し得る。還元剤インジェクターを含む物品は還元物品である。還元システムは、還元剤注入器および/またはポンプおよび/またはリザーバなどを含む。本処理システムは、煤フィルタおよび/またはアンモニア酸化触媒をさらに含み得る。本明細書に開示されるようなCSFなどの、煤フィルタは、無触媒化または触媒化され得る。例えば、処理システムは、上流から下流まで、DOCを含有する物品、CSF、尿素インジェクター、SCR物品、およびAMOxを含有する物品を含み得る。リーンNOxトラップ(LNT)もまた、含まれ得る。
排出処理システム内に存在する様々な触媒成分の相対的配置は、変動し得る。本排気ガス処理システムおよび方法では、排気ガス流は、上流端部に入って下流端部を出ることによって、物品または処理システムに受け取られる。基材または物品の入口端部は、「上流」端部または「前」端部と同義である。出口端部は、「下流」端部または「後」端部と同義である。処理システムは、一般に、内燃エンジンの下流にあり、かつ内燃エンジンと流体連通している。
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20の概略図を図示する図5に例示されている。図5に示されるように、排出物処理システムは、リーンバーンエンジンなどのエンジン22の下流にある直列の複数の触媒成分を含み得る。触媒成分の少なくとも1つは、本明細書に記載の開示の酸化触媒組成物(例えば、DOC、CSF、またはその両方)を含むであろう。本開示の酸化触媒組成物は、多数の追加の触媒材料と組み合わせることができ、追加の触媒材料と比較して様々な位置に置くことができる。図4は、直列に5つの触媒成分24、26、28、30、32を図示するが、触媒成分の総数は、変動し得、5つの構成要素は、単なる一例である。
限定されないが、表1は、1つ以上の実施形態の様々な排気ガス処理システム構成を提示する。各触媒は、エンジンが触媒Aの上流にあり、それが触媒Bの上流にあり、それが触媒Cの上流にあり、それが触媒Dの上流にあり、それが触媒Eの上流にある(存在する場合)ように排気導管を介して次の触媒に接続されることに留意されたい。表1の構成要素A~Eへの言及は、図5の同じ記号を用いて相互参照することができる。
表1に記載されるLNT触媒は、NOxトラップとして従来から使用されている任意の触媒であり得、典型的には、卑金属酸化物(例えば、BaO、MgO、CeO2など)ならびに触媒によるNOの酸化および還元のための白金族金属(例えば、PtおよびRh)を含むNOx吸着剤組成物を含む。
表1に記載されているLT-NA触媒は、低温(約250℃未満)でNOx(例えば、NOまたはNO2)を吸着し、高温(約250℃を超える)でそれをガス流に放出することができる任意の触媒であり得る。放出されたNOxは、一般に、下流SCRまたはSCRoF触媒上でN2およびH2Oに変換される。典型的には、LT-NA触媒は、Pd促進ゼオライトまたはPd促進耐火性金属酸化物を含む。
表中のSCRへの言及は、SCR触媒を指す。SCRoF(またはフィルタ上のSCR)への言及は、SCR触媒組成物を含み得る、粒子または煤フィルタ(例えば、ウォールフローフィルタ)を指す。
表中のAMOxへの言及は、本開示の1つ以上の実施形態の触媒の下流に提供されて、漏れた一切のアンモニアを排気ガス処理システムから除去することができるアンモニア酸化触媒を指す。いくつかの実施形態では、AMOx触媒は、PGM成分を含み得る。いくつかの実施形態では、AMOx触媒は、PGM成分を有するボトムコートと、SCR機能を有するトップコートとを含み得る。
当業者によって認識されるように、表1に列挙された構成では、構成要素A、B、C、D、またはEのうちのいずれか1つ以上は、ウォールフローフィルタなどの粒子フィルタ上に、またはフロースルーハニカム基材上に配置されることができる。いくつかの実施形態では、エンジン排気システムは、車体の下の位置に(床下位置、UFに)付加的な触媒組成物を伴って、エンジンの近くの位置に(直結位置、CCに)搭載された1つ以上の触媒組成物を含む。いくつかの実施形態では、排気ガス処理システムは、尿素注入構成要素をさらに含み得る。
排気ガス流を処理する方法
本開示のいくつか態様は、炭化水素および/または一酸化炭素および/またはNOxを含むエンジン排気ガス流を処理するための方法であって、排気ガス流を、本開示の触媒性物品または本開示の排出物処理システムと接触させることを含む、方法を対象とする。
本開示のいくつか態様は、炭化水素および/または一酸化炭素および/またはNOxを含むエンジン排気ガス流を処理するための方法であって、排気ガス流を、本開示の触媒性物品または本開示の排出物処理システムと接触させることを含む、方法を対象とする。
一般に、任意のエンジンの排気ガス流中に存在する炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)は、二酸化炭素および水に変換させることができる。高級炭化水素(C6超)も検出することができるが、典型的には、エンジン排気ガス流中に存在する炭化水素は、メタンのようなC1~C6炭化水素(すなわち、低級炭化水素)を含む。いくつかの実施形態では、この方法は、排気ガス流中のCOおよび/またはHCのレベルを減少させるのに十分な時間および温度で、排気ガス流を、本開示の触媒性物品または排気ガス処理システムと接触させることを含む。
一般に、任意のエンジンの排気ガス流中に存在するNOなどのNOx種は、NO2に変換(酸化)されることができる。いくつかの実施形態では、この方法は、ガス流中に存在するNOの少なくとも一部分をNO2に酸化させるのに十分な時間および温度で、ガス流を、本開示の触媒性物品または排気ガス処理システムと接触させることを含む。
本発明の物品、システム、および方法は、トラックや自動車などの移動排気源からの排気ガス流の処理に好適である。本物品、システム、および方法はまた、発電所のような固定源からの排気流の処理にも好適である。
本明細書に記載されている組成物、方法、および用途に対する好適な修正および適合が、任意の実施形態またはそれらの態様の範囲から逸脱することなく行われ得ることは、関連技術の当業者には容易に明らかであろう。提供される組成物および方法は、例示的なものであり、請求される保護対象の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書に開示されている様々な実施形態、態様、および選択肢のすべては、すべての変更で組み合わされ得る。本明細書に記載されている組成物、配合物、方法、およびプロセスの範囲には、本明細書の実施形態、態様、選択肢、例、および選好のすべての実際のまたは潜在的な組み合わせが含まれる。本明細書で引用されるすべての特許および刊行物は、組み込まれた他の特定の記述が具体的に提供されない限り、記載されるように、それらの特定の教示について参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、特定の例示的な実施形態を例示するために示され、かつ本発明を限定するものと解釈されるべきではない以下の実施例によってより詳しく例示される。別段の定めがない限り、すべての部分およびパーセンテージは重量によるものであり、すべての重量パーセントは乾燥ベースで表され、すなわち、別途指示がない限り、含水量は除外される。
実施例1:Mn含有アルミナ担体上の2%Pt(参照)
Mn含浸アルミナ上にPtを含有する参照組成物を調製した。約5重量%のMnを含有するアルミナ担体を、Pt化合物溶液(US2017/0304805に開示されるように調製された)に添加して、約30%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。次いで、このスラリーを、10分間粉砕した。粉砕した粉末を乾燥し、約590℃で焼成した。得られた乾燥粉末をつぶして、約10ミクロン未満の粒径D90にふるいにかけた。ふるいにかけた粉末を2つの部分に分けた。第1の部分は、そのまま使用された(「新鮮」)。第2の部分は、約10%の蒸気を含有する空気中で約800℃でエージングされた。
Mn含浸アルミナ上にPtを含有する参照組成物を調製した。約5重量%のMnを含有するアルミナ担体を、Pt化合物溶液(US2017/0304805に開示されるように調製された)に添加して、約30%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。次いで、このスラリーを、10分間粉砕した。粉砕した粉末を乾燥し、約590℃で焼成した。得られた乾燥粉末をつぶして、約10ミクロン未満の粒径D90にふるいにかけた。ふるいにかけた粉末を2つの部分に分けた。第1の部分は、そのまま使用された(「新鮮」)。第2の部分は、約10%の蒸気を含有する空気中で約800℃でエージングされた。
実施例2:Y/Mn含有アルミナ担体上の2%Pt(発明)
イットリウムおよびMnを含浸させたアルミナ上にPtを含有する本発明の組成物を調製した。約5重量%のMnを含有するアルミナ担体に硝酸イットリウムを含浸させ、次いで乾燥させ、約500℃で約2時間焼成させた。得られたY/Mn-アルミナは、約2重量%のYおよび約5重量%のMnを含有した。次いで、Y/Mn-Al担体をPt化合物溶液(US2017/0304805に開示されるように調製された)に添加して、約30%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。粉砕した粉末を乾燥し、約590℃で焼成した。得られた乾燥粉末をつぶして、約10ミクロン未満の粒径D90にふるいにかけた。ふるいにかけた粉末を2つの部分に分けた。第1の部分は、そのまま使用された(「新鮮」)。第2の部分は、約10%の蒸気を含有する空気中で約800℃でエージングされた。
イットリウムおよびMnを含浸させたアルミナ上にPtを含有する本発明の組成物を調製した。約5重量%のMnを含有するアルミナ担体に硝酸イットリウムを含浸させ、次いで乾燥させ、約500℃で約2時間焼成させた。得られたY/Mn-アルミナは、約2重量%のYおよび約5重量%のMnを含有した。次いで、Y/Mn-Al担体をPt化合物溶液(US2017/0304805に開示されるように調製された)に添加して、約30%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。粉砕した粉末を乾燥し、約590℃で焼成した。得られた乾燥粉末をつぶして、約10ミクロン未満の粒径D90にふるいにかけた。ふるいにかけた粉末を2つの部分に分けた。第1の部分は、そのまま使用された(「新鮮」)。第2の部分は、約10%の蒸気を含有する空気中で約800℃でエージングされた。
実施例3:粉末サンプルの反応器試験
実施例1および2の含浸された担体材料のサンプルは、供給ガス中に重質炭化水素(HC)を含む定常状態条件下で評価された。約100mgの、上記のふるいにかけた粉末およびエージングされた粉末をコランダムで希釈し、それぞれ反応器試験ホルダー(約1ミリメートル)に充填した。これらの粉末に対して、標準の定常状態のライトオフ(L/O)試験を、次のような供給ガス濃度で実施した:約700ppmCO、約80ppm-C1、C3H6約340ppm-C1デカン/トルエン(C1ベースで約2/1の比率)、約80ppmNO、約10%O2、約10%CO2、および約5%H2O。これらの研究の結果は、以下の表2~5に提供される。表2に、COおよびHCライトオフ結果を示す。表3は、約225℃および約250℃でのNO2収率結果を示す。表4は、約225℃および約250℃での、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間のNO2収率安定性を示す。表5は、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間のCO/HC L/O安定性を示す。
実施例1および2の含浸された担体材料のサンプルは、供給ガス中に重質炭化水素(HC)を含む定常状態条件下で評価された。約100mgの、上記のふるいにかけた粉末およびエージングされた粉末をコランダムで希釈し、それぞれ反応器試験ホルダー(約1ミリメートル)に充填した。これらの粉末に対して、標準の定常状態のライトオフ(L/O)試験を、次のような供給ガス濃度で実施した:約700ppmCO、約80ppm-C1、C3H6約340ppm-C1デカン/トルエン(C1ベースで約2/1の比率)、約80ppmNO、約10%O2、約10%CO2、および約5%H2O。これらの研究の結果は、以下の表2~5に提供される。表2に、COおよびHCライトオフ結果を示す。表3は、約225℃および約250℃でのNO2収率結果を示す。表4は、約225℃および約250℃での、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間のNO2収率安定性を示す。表5は、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間のCO/HC L/O安定性を示す。
表2~5のデータは、Mn含有アルミナ担体へのイットリウム添加により、エージングに対する触媒の安定性が向上したことを例示する(つまり、CO/HC L/OまたはNO2収率について、新鮮なサンプルとエージングされたサンプルとの間で同様の性能が得られた。)。また、イットリウム添加により、CO/HCライトオフでのエージング性能が向上した。さらに、イットリウム添加により、低温でのエージングされたNO2収量が向上したが、これは、(例えば、下流のSCR NOx削減性能を向上させることにより)コールドスタートNOx排出量を削減する上で重要な機能である。
実施例4:粉末サンプルの反応器試験
Y/Mn含有担体上のPtについて観察された安定性をさらに確認するために、実施例1および2の含浸担体材料のサンプルを、重質(>C6)HCを供給ガス中に含まないが、より高いNO濃度が存在する、定常状態条件下で評価した。実施例3で評価された同じ粉末は、約700ppm CO、約240ppm-C1 C3H6、約210ppm NO、約10%O2、約10%CO2、および約5%H2Oを含有したこの新しい供給ガス組成物で再度試験された。
Y/Mn含有担体上のPtについて観察された安定性をさらに確認するために、実施例1および2の含浸担体材料のサンプルを、重質(>C6)HCを供給ガス中に含まないが、より高いNO濃度が存在する、定常状態条件下で評価した。実施例3で評価された同じ粉末は、約700ppm CO、約240ppm-C1 C3H6、約210ppm NO、約10%O2、約10%CO2、および約5%H2Oを含有したこの新しい供給ガス組成物で再度試験された。
これらの研究の結果は、以下の表6~9に提供される。表6のデータは、COおよびHCライトオフ結果を示す。表7は、約225℃および約250℃でのNO2収率結果を提供する。表8は、約225℃および約250℃での、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間のNO2収率安定性のデータを提供する。表9のデータは、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間のCO/HC L/O安定性を示す。
表6~9に提供されたデータは、Mn含有アルミナ担体へのイットリウム添加が、特に低温でのCO/HC L/OまたはNO2収率のいずれかで、エージングに対する触媒性能の安定性を高めたことをさらに示す。本発明の実施例2の低温でのエージングされたNO2収率は、Yを含有しない参照組成物(実施例1)と比較して著しく良好であり、低温でのNO2収率の安定性は、本発明の実施例について大幅に改善された。
実施例5~7:Pt/アルミナおよびPt/Y/アルミナの比較例およびデータ
本発明のPt/Mn/Y/アルミナ実施例2における活性および安定性の向上のための独特のY-Mn相乗作用を実証するために、参照例を調製し、Mnを含まないPt担持アルミナおよびY含浸アルミナ担体(すなわち、Mnを実質的に含まない担体)を用いて評価した。
本発明のPt/Mn/Y/アルミナ実施例2における活性および安定性の向上のための独特のY-Mn相乗作用を実証するために、参照例を調製し、Mnを含まないPt担持アルミナおよびY含浸アルミナ担体(すなわち、Mnを実質的に含まない担体)を用いて評価した。
実施例5:アルミナ担体上の2%Pt(参照)
アルミナ上にPtを含有する参照組成物を調製した。アルミナ担体をPt化合物溶液(US2017/0304805に開示されるように調製された)に添加して、約30%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。次いで、このスラリーを、10分間粉砕した。粉砕した粉末を乾燥し、約590℃で焼成した。得られた乾燥粉末をつぶして、約10ミクロン未満の粒径D90にふるいにかけた。ふるいにかけた粉末を2つの部分に分けた。第1の部分は、そのまま使用された(「新鮮」)。第2の部分は、約10%の蒸気を含有する空気中で約800℃でエージングされた。
アルミナ上にPtを含有する参照組成物を調製した。アルミナ担体をPt化合物溶液(US2017/0304805に開示されるように調製された)に添加して、約30%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。次いで、このスラリーを、10分間粉砕した。粉砕した粉末を乾燥し、約590℃で焼成した。得られた乾燥粉末をつぶして、約10ミクロン未満の粒径D90にふるいにかけた。ふるいにかけた粉末を2つの部分に分けた。第1の部分は、そのまま使用された(「新鮮」)。第2の部分は、約10%の蒸気を含有する空気中で約800℃でエージングされた。
実施例6:Y-アルミナ担体上の2%Pt(参照)
Y含浸アルミナ上にPtを含有する参照組成物を調製した。アルミナ担体に硝酸イットリウムを含浸させ、次いで乾燥させ、約500℃で約2時間焼成させた。得られたY/アルミナは、約2重量%のYを含有した。次いで、Y/アルミナ担体をPt化合物溶液(US2017/0304805に開示されるように調製された)に添加して、約30%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。粉砕した粉末を乾燥し、約590℃で焼成した。得られた乾燥粉末をつぶして、約10ミクロン未満の粒径D90にふるいにかけた。ふるいにかけた粉末を2つの部分に分けた。第1の部分は、そのまま使用された(「新鮮」)。第2の部分は、約10%の蒸気を含有する空気中で約800℃でエージングされた。
Y含浸アルミナ上にPtを含有する参照組成物を調製した。アルミナ担体に硝酸イットリウムを含浸させ、次いで乾燥させ、約500℃で約2時間焼成させた。得られたY/アルミナは、約2重量%のYを含有した。次いで、Y/アルミナ担体をPt化合物溶液(US2017/0304805に開示されるように調製された)に添加して、約30%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。粉砕した粉末を乾燥し、約590℃で焼成した。得られた乾燥粉末をつぶして、約10ミクロン未満の粒径D90にふるいにかけた。ふるいにかけた粉末を2つの部分に分けた。第1の部分は、そのまま使用された(「新鮮」)。第2の部分は、約10%の蒸気を含有する空気中で約800℃でエージングされた。
実施例7:粉末サンプルの反応器試験
Y/Mn含有担体上のPtについて観察された安定性をさらに確認するために、実施例5および6の含浸担体材料のサンプルを、実施例4と同じ供給ガス組成物を使用して定常状態条件下で評価した。これらの研究の結果は、以下の表10~12に提供される。表10のデータは、COおよびHCライトオフ結果を示す。表11は、約225℃および約250℃でのNO2収率結果を提供する。表12は、約225℃および約250℃での、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間のNO2収率安定性のデータを提供する。
Y/Mn含有担体上のPtについて観察された安定性をさらに確認するために、実施例5および6の含浸担体材料のサンプルを、実施例4と同じ供給ガス組成物を使用して定常状態条件下で評価した。これらの研究の結果は、以下の表10~12に提供される。表10のデータは、COおよびHCライトオフ結果を示す。表11は、約225℃および約250℃でのNO2収率結果を提供する。表12は、約225℃および約250℃での、新鮮な触媒とエージングされた触媒との間のNO2収率安定性のデータを提供する。
比較例5および6の表10~12のデータは、アルミナ担体にYのみを添加しても、新鮮なサンプルとエージングされたサンプルとの間に必要なNO2収率安定性が得られない(Yを含有する参照例6は、Yがない参照例5よりも性能が劣った)ことを示した。この結果は、NO2収率性能を安定させるためのアルミナ担体上のPt、Y、およびMn間の予期しない相乗作用を確認した。
実施例8:酸化触媒物品(フルサイズの参照物品)
フルサイズの参照酸化触媒物品を調製した。この物品は、全長にわたってボトムコートスラリーでコーティングされた体積1.65Lのセラミック担体、長さの50%を超えてコーティングされた入口ゾーントップコートスラリー、および長さの50%を超えてコーティングされた出口ゾーントップコートスラリーから構成された。
フルサイズの参照酸化触媒物品を調製した。この物品は、全長にわたってボトムコートスラリーでコーティングされた体積1.65Lのセラミック担体、長さの50%を超えてコーティングされた入口ゾーントップコートスラリー、および長さの50%を超えてコーティングされた出口ゾーントップコートスラリーから構成された。
ボトムコート(アルミナ上で1.3%Pt/0.65%Pd)
ボトムコートスラリーの場合、PtおよびPd化合物溶液を、アルミナ担体(約5%Siがドープされた)に含浸させ、約35%の固形分濃度をもたらした。このスラリーを、約18~約21ミクロンの粒径D90に粉砕した。
ボトムコートスラリーの場合、PtおよびPd化合物溶液を、アルミナ担体(約5%Siがドープされた)に含浸させ、約35%の固形分濃度をもたらした。このスラリーを、約18~約21ミクロンの粒径D90に粉砕した。
トップ入口ゾーンコート(アルミナ上で1.4%Pt/1.4%Pd)
入口ゾーントップコートスラリーは、約38%の固形分濃度を有するスラリーをもたらす、アルミナ担体(約5%のSiがドープされた)の、PtおよびPdの化合物溶液への含浸、続いてベータゼオライト(総ウォッシュコート充填量の約50重量%)の添加、および約15~約21ミクロンのD90目標値を有する粉砕ステップによって調製した。
入口ゾーントップコートスラリーは、約38%の固形分濃度を有するスラリーをもたらす、アルミナ担体(約5%のSiがドープされた)の、PtおよびPdの化合物溶液への含浸、続いてベータゼオライト(総ウォッシュコート充填量の約50重量%)の添加、および約15~約21ミクロンのD90目標値を有する粉砕ステップによって調製した。
トップ出口ゾーンコート(Mn-アルミナ上の5.6%Pt、ゼオライト)
出口ゾーンのトップコートスラリーを調製するために、Mn含有アルミナ担体(約5重量%のMn)をPt化合物溶液に添加し、続いてベータゼオライト(全ウォッシュコート充填量の約20重量%)を添加して、約25%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。最終的なスラリーは、約13~約18ミクロンのD90粒径を有していた。
出口ゾーンのトップコートスラリーを調製するために、Mn含有アルミナ担体(約5重量%のMn)をPt化合物溶液に添加し、続いてベータゼオライト(全ウォッシュコート充填量の約20重量%)を添加して、約25%の固形分濃度を有するスラリーを調製した。最終的なスラリーは、約13~約18ミクロンのD90粒径を有していた。
実施例9:酸化触媒物品(フルサイズの本発明の物品)
フルサイズの本発明の酸化触媒物品は、出口ゾーントップコートスラリーアルミナ担体が、Mn(約5重量%)およびイットリウム(約3重量%)の両方を含有することを除いて、実施例8に従って調製した。
フルサイズの本発明の酸化触媒物品は、出口ゾーントップコートスラリーアルミナ担体が、Mn(約5重量%)およびイットリウム(約3重量%)の両方を含有することを除いて、実施例8に従って調製した。
実施例10:フルサイズの物品のエンジンダイナモメータライトオフ試験
フルサイズの物品は、缶詰にされ、熱電対が装備され、次いで、エンジンベンチダイナモメータで試験された。標準的な定常状態のライトオフ試験は、約590℃の最大プレ触媒温度で約10分の、希薄条件下での前処理段階の後、約100℃~約380℃のプレ触媒温度で実施された。ライトオフ試験の供給ガス濃度は、CO:約120~約540ppm、THC:約50~約100ppm、NO:約50~約520ppm、NO2:約5~約30ppm、およびO2:約8%から約20%であった。実施例8および9の変換結果は、以下の表13に提供されていない。表13のデータは、本発明のY含有物品が、向上したNO2/NOx性能を提供し、粉末サンプル試験結果を確認したこと(すなわち、Ptが含浸されたMn-Al担体にYを添加すると、NO2/NOx収率が向上したこと)を示す。
フルサイズの物品は、缶詰にされ、熱電対が装備され、次いで、エンジンベンチダイナモメータで試験された。標準的な定常状態のライトオフ試験は、約590℃の最大プレ触媒温度で約10分の、希薄条件下での前処理段階の後、約100℃~約380℃のプレ触媒温度で実施された。ライトオフ試験の供給ガス濃度は、CO:約120~約540ppm、THC:約50~約100ppm、NO:約50~約520ppm、NO2:約5~約30ppm、およびO2:約8%から約20%であった。実施例8および9の変換結果は、以下の表13に提供されていない。表13のデータは、本発明のY含有物品が、向上したNO2/NOx性能を提供し、粉末サンプル試験結果を確認したこと(すなわち、Ptが含浸されたMn-Al担体にYを添加すると、NO2/NOx収率が向上したこと)を示す。
Claims (36)
- 酸化触媒組成物であって、
第1の白金族金属(PGM)成分と、
マンガン(Mn)成分と、
第1の耐火性金属酸化物担体材料と、
イットリウム、ランタン、スズ、マグネシウム、セリウム、チタン、または前述のいずれかの組み合わせを含む金属成分と、を含み、
前記第1のPGM成分、前記マンガン成分、および前記金属成分が、前記第1の耐火性金属酸化物担体材料上に担持されている、酸化触媒組成物。 - 前記金属成分が、イットリウムまたはその酸化物である、請求項1に記載の酸化触媒組成物。
- 前記Mn成分が、前記組成物の総重量に基づき、かつ前記酸化物として計算される場合、約0.1重量%~約10重量%の範囲の量で存在する、請求項1または2に記載の酸化触媒組成物。
- 前記Mn成分が、前記組成物の総重量に基づき、かつ前記酸化物として計算される場合、約3重量%~約10重量%の範囲の量で存在する、請求項1~3のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 前記Mn成分が、MnO、Mn2O3、MnO2、および前述のいずれかの組み合わせから選択される、請求項1~4のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1のPGM成分が、前記組成物の重量に基づいて、約0.1重量%~約20重量%の範囲の量で存在する、請求項1~5のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1のPGM成分が、前記組成物の重量に基づいて、約1重量%~約4重量%の範囲の量で存在する、請求項1~6のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1のPGM成分が、白金、または白金とパラジウムとの組み合わせである、請求項1~7のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1のPGM成分が、白金とパラジウムとの組み合わせであり、
白金のパラジウムに対する重量比が、約20~約0.1である、請求項1~8のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。 - 前記イットリウムが、前記組成物の総重量に基づき、かつ前記酸化物として計算される場合、約0.5%~約10%の範囲の重量で存在する、請求項2~9のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- イットリウムのマンガンに対するモル比が、約0.1~約10である、請求項8に記載の酸化触媒組成物。
- イットリウムのマンガンに対するモル比が、約0.5~約3である、請求項8に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1の耐火性金属酸化物担体が、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、または前述のいずれかの組み合わせを含む、請求項1~12のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1の耐火性金属酸化物担体が、ガンマアルミナ、シリカドープアルミナ、セリアドープアルミナ、ジルコニアドープアルミナ、およびチタニアドープアルミナから選択される、請求項1~13のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1の耐火性金属酸化物担体が、ガンマアルミナ、および約1重量%~約20重量%の範囲の量のSiO2がドープされたアルミナから選択される、請求項1~14のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 第1のゼオライトをさらに含む、請求項1~15のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1のゼオライトが、AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET、および前述のいずれかの混合物または連晶から選択される骨格タイプを有する、請求項16に記載の酸化触媒組成物。
- 前記第1のゼオライトが、ZSM-5、ベータゼオライト、モルデナイト、Yゼオライト、チャバザイト、フェリエライト、または前述のいずれかの組み合わせである、請求項16または17に記載の酸化触媒組成物。
- 触媒性物品であって、
全長を画定する入口端部および出口端部を有する基材と、
前記基材の前記全長の少なくとも一部分上に配置された1つ以上のウォッシュコートを含む触媒コーティングであって、前記ウォッシュコートのうちの少なくとも1つが、請求項1~18のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物を含む、触媒コーティングと、を含む、触媒性物品。 - 前記触媒コーティングが、
前記触媒基材の前記全長の少なくとも一部分上に配置された、請求項1~18のいずれか一項に記載の酸化触媒組成物を含む第1のウォッシュコートと、
前記基材の前記全長の少なくとも一部分上に配置された第2のウォッシュコートであって、
第2の耐火性金属酸化物担体材料上に担持された第2のPGM成分と、
第2のゼオライトと、を含む、第2のウォッシュコートと、を含む、請求項19に記載の触媒性物品。 - 前記第2のゼオライトが、AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、BSV、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、ITG、IWR、IWS、IWV、IWW、JSR、LTF、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OKO、OSI、RON、RWY、SAF、SAO、SBE、SBS、SBT、SEW、SFE、SFO、SFS、SFV、SOF、SOS、STO、SSF、SSY、USI、UWY、VET、および前述のいずれかの混合物または連晶から選択される骨格タイプを有する、請求項20に記載の触媒性物品。
- 前記第2のゼオライトが、ZSM-5、ベータゼオライト、モルデナイト、Yゼオライト、チャバザイト、フェリエライト、または前述のいずれかの組み合わせである、請求項20または21に記載の触媒性物品。
- 前記第2のゼオライトが、ベータゼオライトであり、前記ベータゼオライトが、前記酸化物として計算される場合、約0.5重量%~約10重量%の範囲の量の鉄で促進される、請求項20~22のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 前記第2のPGM成分が、白金、または白金とパラジウムとの組み合わせであり、白金のパラジウムに対する重量比が、約0.1~約20である、請求項20~23のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 前記第2の耐火性金属酸化物担体が、ガンマアルミナ、および約1重量%~約20重量%のSiO2がドープされたアルミナから選択される、請求項20~24のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 前記第2のウォッシュコートが、マンガン成分を実質的に含まない、請求項20~25のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 前記第2のウォッシュコートが、いかなるイットリウム成分も実質的に含まない、請求項20~26のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 前記第2のウォッシュコートが、前記基材上に直接配置されており、前記第1のウォッシュコートが、前記第2のウォッシュコートの少なくとも一部分上にある、請求項20~27のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 前記第1のウォッシュコートが、前記基材上に直接配置されており、前記第2のウォッシュコートが、前記第1のウォッシュコートの少なくとも一部分上にある、請求項20~27のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 前記触媒性物品が、ゾーン化された構成を有し、前記第1のウォッシュコートが、前記出口端部から、前記全長の約10%~約80%の長さまで、前記触媒基材上に配置されており、前記第2のウォッシュコートが、前記入口端部から、前記全長の約30%~約90%の長さまで、前記触媒基材上に配置されている、請求項20~27のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 白金およびパラジウムを含む第3のPGM成分が含浸された第3の耐火性金属酸化物を含む第3のウォッシュコートをさらに含む、請求項20~30のいずれか一項に記載の触媒性物品。
- 前記第3の耐火性金属酸化物が、ガンマアルミナ、または約1%~約20%の範囲の量のSiO2がドープされたアルミナである、請求項31に記載の触媒性物品。
- 前記第3のウォッシュコートが、前記基材上に直接配置されており、前記第1および第2のウォッシュコートが、前記第3のウォッシュコートの少なくとも一部分上に配置されている、請求項31または32に記載の触媒性物品。
- 前記触媒性物品が、ゾーン化された構成を有し、前記第3のウォッシュコートが、前記基材上に直接配置されており、前記第1のウォッシュコートが、前記出口端部から、前記全長の約10%~約80%の長さまで、前記第3のウォッシュコート上に配置されており、前記第2のウォッシュコートが、前記入口端部から、前記全長の約30%~約90%の長さまで、前記第3のウォッシュコート上に配置されている、請求項31または32に記載の触媒性物品。
- 請求項20~34のいずれか一項に記載の触媒性物品を含み、前記触媒性物品が、内燃機関の下流にあり、かつ内燃機関と流体連通している、排気ガス処理システム。
- 炭化水素、および/または一酸化炭素、および/またはNOx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20~34のいずれか一項に記載の触媒性物品、または請求項35に記載の排気ガス処理システムに通過させることを含む、方法。
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