JP7462563B2 - ｉｎ－ｓｉｔｕでのＰｔ固定によるアンモニアスリップ触媒 - Google Patents
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ディーゼルエンジン、固定ガスタービン、及び他のシステムにおける炭化水素燃焼により、ＮＯ（一酸化窒素）及びＮＯ２（二酸化窒素）を含む窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するために処理する必要のある排気ガスが生成される（形成されるＮＯｘの大部分がＮＯである）。ＮＯｘは、人々に多くの健康問題を引き起こすだけでなく、スモッグや酸性雨の形成などの多くの有害な環境影響を引き起こすことが知られている。排気ガス中のＮＯｘによる人と環境の両方の影響を軽減するために、好ましくは他の有害物質又は有毒物質を生成しないプロセスによって、これらの望ましくない成分を除去することが望ましい。
リーンバーンエンジン及びディーゼルエンジンで生成される排気ガスは、概して酸化性のものである。ＮＯｘを単体窒素（Ｎ２）及び水に変換する選択的触媒還元（ＳＣＲ）として知られるプロセスにおいて、触媒及び還元剤を用いてＮＯｘを選択的に還元する必要がある。ＳＣＲプロセスでは、ガス状還元剤、典型的には無水アンモニア、アンモニア水溶液、又は尿素を排気ガス流に添加した後、排気ガスを触媒に接触させる。還元剤は触媒上に吸収され、ＮＯｘは、ガスが触媒された基材の中又は上を通過するときに還元される。ＮＯｘの変換を最大化するためには、多くの場合、化学量論量を超えるアンモニアをガス流に加える必要がある。しかしながら、大気中へ過剰なアンモニアを放出すると、人々の健康及び環境に有害である。加えて、アンモニアは、特にその水性形態で苛性である。排気触媒下流の排気ラインの領域におけるアンモニアと水との凝縮により、排気システムに損傷を与える恐れのある腐食性混合物が生じる場合がある。したがって、排気ガス中のアンモニアの放出を無くす必要がある。従来の排気システムの多くでは、アンモニア酸化触媒（アンモニアスリップ触媒又は「ＡＳＣ」としても知られる）が、ＳＣＲ触媒の下流に設けられており、アンモニアを窒素に変換することによって排気ガスから除去する。アンモニアスリップ触媒を使用することにより、典型的なディーゼル動作サイクルにわたって９０％を超えるＮＯｘ変換を可能にすることができる。
ＳＣＲによるＮＯｘ除去、及び窒素への選択的アンモニア変換の両方を提供する触媒を有することが望ましく、アンモニア変換は、車両の動作サイクルにおいて広範囲の温度にわたって起こり、最小の窒素酸化物及び亜酸化窒素の副生成物が形成される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、触媒物品は、入口及び出口を有する基材と；（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む第１のコーティングと；第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングと；を含み得、担体は、ゼオライト又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、白金は溶液中の担体上に固定される。いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、Ｃｕ－ＳＣＲ触媒又はＦｅ－ＳＣＲ触媒である。
いくつかの実施形態では、担体は、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物を含む。いくつかの実施形態では、ＳｉＯ２は、混合酸化物の１重量％～約７０重量％、又は約４０重量％～約７０重量％の量で存在する。
いくつかの実施形態では、担体はゼオライトを含む。好適なゼオライトは、少なくとも５０ｍ２／ｇ、少なくとも７０ｍ２／ｇ、又は少なくとも１００ｍ２／ｇの外部表面積を有してもよい。いくつかの実施形態では、好適なゼオライトは、約１μｍ未満、約０．５μｍ未満、又は約０．３μｍ未満の平均結晶サイズを有する。いくつかの実施形態では、好適なゼオライトは、１００を超える、３００を超える又は１０００を超えるシリカ対アルミナ比を有する。特定の実施形態では、ゼオライトは、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、ＢＥＡ、ＭＦＩ、及びＦＥＲ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される。いくつかの実施形態では、ゼオライトは、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ、ＩＴＥ、ＢＥＡ、ＭＦＩ、及びＦＥＲからなる骨格型の群から選択される。
いくつかの実施形態では、第２のコーティングは、第１のコーティングと完全に重なり合っている。いくつかの実施形態では、第２のコーティングは、第１のコーティングと部分的に重なり合っている。いくつかの実施形態では、第２のコーティングは、入口端部から出口端部に向かって延び、基材の全長未満を被覆する。いくつかの実施形態では、第１のコーティングは、出口端部から入口端部に向かって延び、基材の全長未満を被覆する。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、担体上の白金と第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含むコーティングの入口側に位置する。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、担体上の白金と第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含むコーティングの出口側に位置する。
いくつかの実施形態では、白金は、白金の担体の重量＋白金の重量＋ブレンド中の第１のＳＣＲ触媒の重量に対して、（ａ）０．０１～０．３重量％（両端を含む）、（ｂ）０．０３～０．２重量％（両端を含む）、（ｃ）０．０５～０．１７重量％（両端を含む）、及び（ｄ）０．０７～０．１５重量％（両端を含む）ののうちの少なくとも１つの量で存在する。第１のＳＣＲ触媒と担体上の白金との重量比は、これらの成分の重量を基準として、（ａ）０：１～３００：１（両端を含む）、（ｂ）３：１～３００：１（両端を含む）、（ｃ）７：１～１００：１（両端を含む）、及び（ｄ）１０：１～５０：１（両端を含む）のうちの少なくとも１つの範囲であってもよい。
いくつかの実施形態では、ブレンドは、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、又はロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくとも１つを更に含む。
特定の実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、卑金属、卑金属の酸化物、モレキュラーシーブ、金属交換モレキュラーシーブ、混合酸化物、又はこれらの混合物である。卑金属は、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、セリウム（Ｃｅ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）、並びにこれらの混合物からなる群から選択されてもよい。このような第２のＳＣＲ触媒は、少なくとも１つの卑金属促進剤を更に含んでもよい。
第２のＳＣＲ触媒がモレキュラーシーブ又は金属交換モレキュラーシーブである場合、モレキュラーシーブ又は金属交換モレキュラーシーブは、小細孔、中細孔、大細孔、又はこれらの混合物であってもよい。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、アルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ、金属置換アルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ、アルミノリン酸塩（ＡｌＰＯ）モレキュラーシーブ、金属置換アルミノリン酸塩（ＭｅＡｌＰＯ）モレキュラーシーブ、シリコアルミノリン酸塩（ＳＡＰＯ）モレキュラーシーブ、及び金属置換シリコアルミノリン酸塩（ＭｅＡＰＳＯ）モレキュラーシーブ、並びにこれらの混合物からなる群から選択されるモレキュラーシーブを含む。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、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、及びＺＯＮ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される小細孔モレキュラーシーブを含む。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ、及びＩＴＥからなる骨格型の群から選択される小細孔モレキュラーシーブを含む。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、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、及びＷＥＮ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される中細孔モレキュラーシーブを含む。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、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、及びＶＥＴ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される大細孔モレキュラーシーブを含む。特定の実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、促進Ｃｅ－Ｚｒ又は促進ＭｎＯ２を含む。
好適な基材としては、コーディエライト、高多孔性コーディエライト、金属基材、押出ＳＣＲ、フィルタ、又はＳＣＲＦを挙げることができる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、排気システムは、本明細書に記載の触媒物品と、触媒物品の上流に還元剤を導入するための手段と、を含む。排気システムは、≦１００％のＮＯｘ変換を提供する第３のＳＣＲ触媒を更に含んでもよく、第３のＳＣＲ触媒は、ＣｕゼオライトＳＣＲ触媒であり、本明細書に記載の触媒物品の上流に排気ガス流が配置されている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、約３００℃以下の温度で排気ガスのＮＨ３変換を改善する方法は、アンモニアを含む排気ガスを、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、約３００℃以下の温度で排気ガスのＮＨ３変換を改善する方法は、アンモニアを含む排気ガスを、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含み、この触媒物品は、溶液中の担体に固定された白金を有する。いくつかの実施形態では、ＮＨ３変換は、白金を担体上に事前に固定している比較可能な配合物を含む触媒と比較して、約３０％～約１００％大きい。
本発明のいくつかの実施形態によれば、アンモニア及びＮＯｘを含む排気ガスを処理する方法は、アンモニアを含む排気ガスを、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含む。いくつかの実施形態では、排気ガス中のアンモニアのＮＯｘに対する重量比は、システムの動作時間の少なくとも一部に対して＞１．０である。
図１～図８は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む、触媒の構成の概略図である。（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む触媒の部分は、これらの図において「ブレンド」と呼ぶ。
第２のＳＣＲ触媒が、ブレンドの上の排気ガス流内に位置決めされ、第２のＳＣＲがブレンド全体を被覆する構成を示す。
第２のＳＣＲ触媒が、ブレンドの前の排気ガス流内に位置決めされ、第２のＳＣＲがブレンド全体を被覆している構成を示す。
第２のＳＣＲ触媒が、ブレンドの前の排気ガス流内に位置決めされ、第２のＳＣＲがブレンド全体ではなく一部を被覆している構成を示す。
第２のＳＣＲ触媒が、ブレンドの前の排気ガス流内に位置決めされ、ブレンドを被覆していない構成を示す。
第２のＳＣＲ触媒が、ブレンド全体を被覆し、第２のＳＣＲの一部が、ブレンドの後の排気ガス流内に位置決めされている構成を示す。
第２のＳＣＲ触媒が、ブレンド全体ではなく、一部を被覆し、第２のＳＣＲの一部が、ブレンドの後の排気ガス流内に位置決めされている構成を示す。
第３のＳＣＲ触媒が、基材上の底層であり、第２の層がブレンドを含み、第３のＳＣＲ触媒を部分的に被覆し、第３の層が第２のＳＣＲ触媒を含み、ブレンド層の上に位置決めされ、ブレンド層の全てを被覆している構成を示す。
第３のＳＣＲ触媒が、基材上の底層であり、第２の層が、ブレンドを含み、完全ではないが部分的に第３のＳＣＲ触媒を被覆し、第３の層が、第２のＳＣＲ触媒を含み、ブレンド層の上に位置決めされ、完全にではないが部分的にブレンド層を被覆している構成を示す。
様々なＡＳＣが１０００ｐｐｍＮＨ３の１分間のパルスにさらされたときのＮＨ３スリップ、Ｎ２Ｏ形成、及びＮＯｘ形成を示す。
本発明の触媒は、より低い温度で改善されたＮＨ３変換を提供することができ、より費用効果的に調製することができるアンモニアスリップ触媒に関する。本発明の実施形態の触媒物品は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを有する第１のコーティングを有する基材を含み、担体は、ゼオライト及び／又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物を含む。触媒物品はまた、ＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含む。いくつかの実施形態では、白金は、溶液中で、すなわちｉｎ－ｓｉｔｕで担体上に固定される。触媒及び特定の構成は、以下で更に詳細に記載される。
担体上の白金／アンモニア酸化触媒
本発明の実施形態は、本明細書に記載される触媒物品中のアンモニア酸化触媒として含まれ得る担体上の白金を含む。好ましくは、担体は、ゼオライト及び／又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物を含む。いくつかの実施形態では、白金は、溶液中で、すなわちｉｎ－ｓｉｔｕでＰｔを固定することによって担体上に固定されてもよい。
本発明の実施形態は、本明細書に記載される触媒物品中のアンモニア酸化触媒として含まれ得る担体上の白金を含む。好ましくは、担体は、ゼオライト及び／又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物を含む。いくつかの実施形態では、白金は、溶液中で、すなわちｉｎ－ｓｉｔｕでＰｔを固定することによって担体上に固定されてもよい。
本発明の触媒物品は、担体上に白金を含み、担体はゼオライト及び／又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物を含む。いくつかの実施形態では、白金は、白金及び担体の総重量の約０．５重量％～約１０重量％、白金及び担体の総重量の約１重量％～約６重量％、白金及び担体の総重量の約１．５重量％～約４重量％、白金及び担体の総重量の約１０重量％、白金及び担体の総重量の約０．５重量％、白金及び担体の総重量の約１重量％、白金及び担体の総重量の約２重量％、白金及び担体の総重量の約３重量％、白金及び担体の総重量の約４重量％、白金及び担体の総重量の約５重量％、白金及び担体の総重量の約６重量％、白金及び担体の総重量の約７重量％、白金及び担体の総重量の約８重量％、白金及び担体の総重量の約９重量％、又は白金及び担体の総重量の約１０重量％の量で、担体上に存在する。
白金がＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物上に担持される実施形態では、ＳｉＯ２は、混合酸化物の約１重量％～約８０重量％、混合酸化物の約１重量％～約７５重量％、混合酸化物の約１重量％～約７０重量％、混合酸化物の約５重量％～約７０重量％、混合酸化物の約１０重量％～約７０重量％、混合酸化物の約２０重量％～約７０重量％、混合酸化物の約３０重量％～約７０重量％、混合酸化物の約４０重量％～約７０重量％、混合酸化物の約５０重量％～約６０重量％、混合酸化物の約１重量％、混合酸化物の約５重量％、混合酸化物の約１０重量％、混合酸化物の約２０重量％、混合酸化物の約３０重量％、混合酸化物の約４０重量％、混合酸化物の約５０重量％、混合酸化物の約６０重量％、混合酸化物の約７０重量％、混合酸化物の約７５重量％、又は混合酸化物の約８０重量％の量で存在してもよい。
白金がゼオライト上に担持される実施形態では、好適なゼオライトは、少なくとも約３０ｍ２／ｇ、少なくとも約４０ｍ２／ｇ、少なくとも約５０ｍ２／ｇ、少なくとも約６０ｍ２／ｇ、少なくとも約７０ｍ２／ｇ、少なくとも約８０ｍ２／ｇ、少なくとも約９０ｍ２／ｇ、又は少なくとも約１００ｍ２／ｇの外部表面積を有してもよい。いくつかの実施形態では、好適なゼオライトは、約２μｍ以下、約１．５μｍ以下、約１μｍ以下、約０．５μｍ以下、約０．３μｍ以下、約２μｍ未満；約１．５μｍ未満、約１μｍ未満、約０．５μｍ未満、約０．３μｍ未満、約０．１μｍ～約２μｍ、約０．３μｍ～約１．５μｍ、又は約０．５μｍ～約１μｍの平均結晶サイズを有してもよい。特に、粒径は、粒子が多くのより小さな結晶の凝集体からなり得るため、ゼオライト結晶サイズとは著しく異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、好適なゼオライトは、少なくとも１００、少なくとも２００、少なくとも２５０、少なくとも３００、少なくとも４００、少なくとも５００、少なくとも６００、少なくとも７５０、少なくとも８００、又は少なくとも１０００のシリカ対アルミナ比を有する。ゼオライトは、以下のＳＣＲ触媒の項において更に詳細に記載される。いくつかの実施形態では、白金を担持するのに好適なゼオライトは、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、ＢＥＡ、ＭＦＩ、及びＦＥＲ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される。いくつかの実施形態では、白金を選択するための好適なゼオライトは、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ、ＩＴＥ、ＢＥＡ、ＭＦＩ、及びＦＥＲからなる骨格型の群から選択される。
本発明の触媒物品は、アンモニアスリップ触媒（「ＡＳＣ」）とも呼ばれる１つ以上のアンモニア酸化触媒を含み得る。好ましいアンモニア酸化触媒は、上述のように、担体上に白金を含むが、本発明の実施形態では、他の又は追加のアンモニア酸化触媒が含まれてもよい。１つ以上のアンモニア酸化触媒は、ＳＣＲ触媒と共に、又はＳＣＲ触媒の下流に含まれて、過剰なアンモニアを酸化し、それが大気に放出されるのを防ぐことができる。いくつかの実施形態では、アンモニア酸化触媒は、ＳＣＲ触媒と同じ基材上に含まれてもよく、又はＳＣＲ触媒とブレンドされてもよい。特定の実施形態では、アンモニア酸化触媒材料は、ＮＯｘ又はＮ２Ｏを形成する代わりにアンモニアの酸化を促進するように選択及び配合されてもよい。概して好ましい触媒材料としては、白金、パラジウム、又はこれらの組み合わせが挙げられる。アンモニア酸化触媒は、金属酸化物上に担持された白金及び／又はパラジウムを含み得る。いくつかの実施形態では、触媒は、アルミナを含むがこれに限定されない、高表面積担体上に配置されている。
いくつかの実施形態では、アンモニア酸化触媒は、ケイ質担体上に白金族金属を含む。ケイ質材料は、材料として例えば、（１）シリカ、（２）少なくとも２００のシリカ対アルミナ比を有するゼオライト、及び（３）４０％以上のＳｉＯ２含有量で非晶質シリカドープアルミナ、を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ケイ質材料は、少なくとも２００、少なくとも２５０、少なくとも３００、少なくとも４００、少なくとも５００、少なくとも６００、少なくとも７５０、少なくとも８００、又は少なくとも１０００のシリカ対アルミナ比を有するゼオライトなどの材料を含み得る。いくつかの実施形態では、白金族金属は、白金族金属及び担体の総重量の約０．５重量％～約１０重量％、白金族金属及び担体の総重量の約１重量％～約６重量％、白金族金属及び担体の総重量の約１．５重量％～約４重量％、白金族金属及び担体の総重量の約１０重量％、白金族金属及び担体の総重量の約０．５重量％、白金族金属及び担体の総重量の約１重量％、白金族金属及び担体の総重量の約２重量％、白金族金属及び担体の総重量の約３重量％、白金族金属及び担体の総重量の約４重量％、白金族金属及び担体の総重量の約５重量％、白金族金属及び担体の総重量の約６重量％、白金族金属及び担体の総重量の約７重量％、白金族金属及び担体の総重量の約８重量％、白金族金属及び担体の総重量の約９重量％、又は白金族金属及び担体の総重量の約１０重量％の量で、担体上に存在する。
いくつかの実施形態では、ケイ質担体は、ＢＥＡ、ＣＤＯ、ＣＯＮ、ＦＡＵ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、又はＭＷＷの骨格型を有する、モレキュラーシーブを含んでもよい。
ＳＣＲ触媒
本発明のシステムは、１つ以上のＳＣＲ触媒を含んでもよい。いくつかの実施形態では、触媒物品は、第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒は、互いに同じ配合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒は、互いに異なる配合物を含んでもよい。
本発明のシステムは、１つ以上のＳＣＲ触媒を含んでもよい。いくつかの実施形態では、触媒物品は、第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒は、互いに同じ配合物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒は、互いに異なる配合物を含んでもよい。
本発明の実施形態の排気システムは、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に導入するためのインジェクタの下流に位置決めされた、ＳＣＲ触媒を含んでもよい。ＳＣＲ触媒は、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を噴射するために、インジェクタのすぐ下流に位置決めされてもよい（例えば、インジェクタとＳＣＲ触媒との間に介在する触媒が存在しない）。
ＳＣＲ触媒は、基材と触媒組成物とを含む。基材は、フロースルー基材又は濾過基材であってもよい。ＳＣＲ触媒がフロースルー基材を有する場合、基材はＳＣＲ触媒組成物を含んでもよく（すなわち、ＳＣＲ触媒は押出によって得られる）、又はＳＣＲ触媒組成物は、基材上に配置又は担持されてもよい（すなわち、ＳＣＲ触媒組成物は、ウォッシュコーティング法によって基材上に適用される）。
ＳＣＲ触媒が濾過基材を有する場合、それは、本明細書で略語「ＳＣＲＦ」と称される、選択的触媒還元フィルタ触媒である。ＳＣＲＦは、濾過基材及び選択的触媒還元（ＳＣＲ）組成物を含む。本出願全体でのＳＣＲ触媒の使用への言及は、該当する場合、ＳＣＲＦ触媒の使用も含むと理解される。
選択的触媒還元組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物、卑金属系ＳＣＲ触媒配合物、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物、金属交換モレキュラーシーブ、又はこれらの混合物を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。このようなＳＣＲ触媒配合物は、当該技術分野において既知である。典型的な組成物は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，０１０，２３８号及び同第４，０８５，１９３号に記載されている。
選択的触媒還元組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、耐火性酸化物上に担持されたバナジウム若しくはタングステン又はこれらの混合物を含む。耐火性酸化物は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。
金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えば、ＴｉＯ２）、セリア（例えば、ＣｅＯ２）、並びにセリウム及びジルコニウムの混合酸化物又は複合酸化物（例えば、ＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２、式中、ｘ＝０．１～０．９、好ましくはｘ＝０．２～０．５）からなる群から選択される耐火性酸化物上に担持された、バナジウムの酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）及び／又はタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。
耐火性酸化物がチタニア（例えば、ＴｉＯ２）である場合、好ましくは、バナジウムの酸化物の濃度は、（例えば、金属酸化物系ＳＣＲ配合物の）０．５～６重量％であり、及び／又はタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）の濃度は５～２０重量％である。より好ましくは、バナジウムの酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）及びタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）は、チタニア（例えば、ＴｉＯ２）上に担持される。これらの触媒は、結合剤及び促進剤として作用するＳｉＯ２及びＺｒＯ２などの他の無機材料を含有してもよい。
耐火性酸化物がセリア（例えばＣｅＯ２）である場合、好ましくは、バナジウムの酸化物の濃度は、（例えば、金属酸化物系ＳＣＲ配合物の）０．１～９重量％であり、及び／又はタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）の濃度は０．１～９重量％である。
金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えば、ＴｉＯ２）上に担持された、バナジウムの酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）、及び所望によりタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。
選択的触媒還元組成物は、卑金属系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。好適な卑金属としては、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、セリウム（Ｃｅ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）、並びにこれらの混合物を挙げることができる。
ＳＣＲ触媒が卑金属又は混合卑金属酸化物である場合、触媒物品は、少なくとも１つの卑金属促進剤を更に含むことができる。本明細書で使用するとき、「促進剤」は、触媒中に添加されると、触媒の活性を高める物質を意味すると理解される。卑金属促進剤は、金属、金属の酸化物、又はこれらの混合物の形態であり得る。少なくとも１つの卑金属触媒促進剤は、ネオジム（Ｎｄ）、バリウム（Ｂａ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、タンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びこれらの酸化物から選択されてもよい。少なくとも１つの卑金属触媒促進剤は、好ましくは、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＣｕＯ、ＣｏＯ、ＣｅＯ２、及びこれらの混合物であり得る。少なくとも１つの卑金属触媒促進剤は、硝酸塩又は酢酸塩などの塩の形態で水溶液中の触媒に添加されてもよい。少なくとも１つの卑金属触媒促進剤及び少なくとも１つの卑金属触媒、例えば銅は、水溶液から酸化物担持材料上に含浸されてもよく、酸化物担持材料を含むウォッシュコートに添加されてもよく、又はウォッシュコートで前もってコーティングされた担体に含浸されてもよい。
選択的触媒還元組成物は、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、所望により遷移金属交換モレキュラーシーブであるモレキュラーシーブを含む。ＳＣＲ触媒配合物は、遷移金属交換モレキュラーシーブを含むことが好ましい。
概して、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、アルミノケイ酸塩骨格（例えば、ゼオライト）、アルミノリン酸塩骨格（例えば、ＡｌＰＯ）、シリコアルミノリン酸塩骨格（例えば、ＳＡＰＯ）、ヘテロ原子含有アルミノケイ酸塩骨格、ヘテロ原子含有アルミノリン酸骨格（例えば、ＭｅＡｌＰＯ、式中、Ｍｅは金属である）、若しくはヘテロ原子含有シリコアルミノリン酸塩骨格（例えば、ＭｅＡＰＳＯ、式中、Ｍｅは金属である）、又はこれらの混合を有するモレキュラーシーブを含んでもよい。ヘテロ原子（すなわち、ヘテロ原子含有骨格）は、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、及びこれらの任意の２つ以上の組み合わせからなる群から選択されてもよい。ヘテロ原子は金属であることが好ましい（例えば、上記ヘテロ原子含有骨格の各々は、金属含有骨格であってもよい）。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、アルミノケイ酸塩骨格（例えば、ゼオライト）又はシリコアルミノリン酸塩骨格（例えば、ＳＡＰＯ）を有するモレキュラーシーブを含むこと、又はこれから本質的になることが好ましい。ゼオライト系モレキュラーシーブは、国際ゼオライト協会（ＩＺＡ：International Zeolite Association）によって公開されたゼオライト構造のデータベースに列挙される骨格構造のうちのいずれか１つを有する微孔性アルミノケイ酸塩である。骨格構造としては、ＣＨＡ、ＦＡＵ、ＢＥＡ、ＭＦＩ、ＭＯＲ型のものが挙げられるが、これらに限定されない。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、フォージャサイトタイト、ゼオライトＹ、超安定ゼオライトＹ、βゼオライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトＸ、及びＺＳＭ－５が挙げられる。
モレキュラーシーブがアルミノケイ酸塩骨格（例えば、モレキュラーシーブはゼオライトである）を有する場合、典型的には、モレキュラーシーブは、５～２００（例えば１０～２００）、１０～１００（例えば１０～３０又は２０～８０）、例えば１２～４０、又は１５～３０のシリカとアルミナとのモル比（ＳＡＲ）を有する。いくつかの実施形態では、好適なモレキュラーシーブは、＞２００、＞６００、又は＞１２００のＳＡＲを有する。いくつかの実施形態では、モレキュラーシーブは、約１５００～約２１００のＳＡＲを有する。
典型的には、モレキュラーシーブは微孔性である。微孔性のモレキュラーシーブは、直径が２ｎｍ未満の細孔を有する（例えば、「微孔性」のＩＵＰＡＣ定義に従う［Ｐｕｒｅ＆Ａｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．，６６（８），（１９９４），１７３９－１７５８）を参照されたい］）。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、小細孔モレキュラーシーブ（例えば、８個の四面体原子による最大環サイズを有するモレキュラーシーブ）、中細孔モレキュラーシーブ（例えば、１０個の四面体原子による最大環サイズを有するモレキュラーシーブ）又は大細孔モレキュラーシーブ（例えば、１２個の四面体原子による最大環サイズを有するモレキュラーシーブ）、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよい。
モレキュラーシーブが小細孔モレキュラーシーブである場合、小細孔モレキュラーシーブは、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＬＴＡ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＦＷ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ及びＺＯＮ、又はこれらの２つ以上の混合物及び／若しくはインターグロースからなる群から選択される骨格型コード（ＦＴＣ）によって表される骨格構造を有し得る。好ましくは、小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＭ、ＥＲＩ、ＬＴＡ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ及びＩＴＥからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。より好ましくは、小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ及びＡＥＩからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。小細孔モレキュラーシーブは、ＦＴＣのＣＨＡによって表される骨格構造を有し得る。小細孔モレキュラーシーブは、ＦＴＣのＡＥＩによって表される骨格構造を有し得る。小細孔モレキュラーシーブがゼオライトであり、ＦＴＣのＣＨＡで表される骨格を有する場合、ゼオライトはチャバザイトであってもよい。
モレキュラーシーブが中細孔モレキュラーシーブである場合、中細孔モレキュラーシーブは、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及びＷＥＮ、又はこれらの２つ以上の混合物及び／若しくはインターグロースからなる群から選択される骨格型コード（ＦＴＣ）によって表される骨格構造を有し得る。好ましくは、中細孔モレキュラーシーブは、ＦＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、及びＳＴＴからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。より好ましくは、中細孔モレキュラーシーブは、ＦＥＲ及びＭＦＩ、特にＭＦＩからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。中細孔モレキュラーシーブがゼオライトであり、ＦＴＣのＦＥＲ又はＭＦＩによって表される骨格を有する場合、ゼオライトはフェリエライト、シリカライト、又はＺＳＭ－５であってもよい。
モレキュラーシーブが大細孔モレキュラーシーブである場合、大細孔モレキュラーシーブは、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及びＶＥＴ、又はこれらの２つ以上の混合物及び／若しくはインターグロースからなる群から選択される骨格型コード（ＦＴＣ）によって表される骨格構造を有し得る。好ましくは、大細孔モレキュラーシーブは、ＡＦＩ、ＢＥＡ、ＭＡＺ、ＭＯＲ、及びＯＦＦからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。より好ましくは、大細孔モレキュラーシーブは、ＢＥＡ、ＭＯＲ、及びＭＦＩからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。大細孔モレキュラーシーブがゼオライトであり、ＦＴＣのＢＥＡ、ＦＡＵ又はＭＯＲによって表される骨格を有する場合、ゼオライトは、βゼオライト、フォージャサイト、ゼオライトＹ、ゼオライトＸ、又はモルデナイトであってもよい。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、好ましくは遷移金属交換モレキュラーシーブを含む。金属交換モレキュラーシーブは、外表面上の骨格外部位上に、又はモレキュラーシーブのチャネル、空洞、若しくはケージ内に堆積された、周期表のＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩＢ族、ＩＢ族、又はＩＩＢ族のうちの１つから少なくとも１つの金属を有することができる。金属は、ゼロ価の金属原子若しくはクラスター、孤立したカチオン、単核若しくは多核オキシカチオン、又は拡張金属酸化物を含むがこれらに限定されない、いくつかの形態のうちの１つであってもよい。遷移金属は、コバルト、銅、鉄、マンガン、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、及びレニウムからなる群から選択されてもよい。
遷移金属は、モレキュラーシーブの外部表面上の骨格外部位に存在してもよく、又はモレキュラーシーブのチャネル、空洞、若しくはケージ内に存在してもよい。
典型的には、遷移金属交換モレキュラーシーブは、０．１０～１０重量％の量、好ましくは０．２～５重量％の量の遷移金属交換分子を含む。
金属交換モレキュラーシーブは、触媒の総重量の約０．１～約２０．０重量％の銅を有する銅（Ｃｕ）担持小細孔モレキュラーシーブであり得る。より好ましくは、銅は、触媒の総重量の約０．５重量％～約１５重量％で存在する。最も好ましくは、銅は、触媒の総重量の約１重量％～約９重量％で存在する。
概ね、選択的触媒還元触媒は、０．５～４．０ｇ ｉｎ－３、好ましくは１．０～３．０ ４．０ｇ ｉｎ－３の総濃度で選択的触媒還元組成物を含む。
ＳＣＲ触媒組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物と、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物との混合物を含んでもよい。（ａ）金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えば、ＴｉＯ２）上に担持された、バナジウムの酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）、及び所望によりタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよく、（ｂ）モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、遷移金属交換モレキュラーシーブを含んでもよい。
ＳＣＲ触媒がＳＣＲＦである場合、濾過基材は、好ましくはウォールフローフィルタ基材モノリスであってもよい。ウォールフローフィルタ基材モノリス（例えば、ＳＣＲ－ＤＰＦ）は、典型的には、６０～４００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）のセル密度を有する。ウォールフローフィルタ基材モノリスは、１００～３５０ｃｐｓｉ、より好ましくは２００～３００ｃｐｓｉのセル密度を有することが好ましい。
ウォールフローフィルタ基材モノリスは、０．２０～０．５０ｍｍ、好ましくは０．２５～０．３５ｍｍ（例えば、約０．３０ｍｍ）の壁厚（例えば、平均内部壁厚）を有し得る。
概ね、コーティングされていないウォールフローフィルタ基材モノリスは、５０～８０％、好ましくは５５～７５％、より好ましくは６０～７０％の多孔率を有する。
コーティングされていないウォールフローフィルタ基材モノリスは、典型的には、少なくとも５μｍの平均細孔径を有する。平均細孔径は、１０～４０μｍ、例えば１５～３５μｍ、より好ましくは２０～３０μｍであることが好ましい。
ウォールフローフィルタ基材は、対称セル設計又は非対称セル設計を有し得る。
ＳＣＲＦの場合、概ね、選択的触媒還元組成物は、ウォールフローフィルタ基材モノリスの壁内に配置されている。加えて、選択的触媒還元組成物は、入口チャネルの壁上に、及び／又は出口チャネルの壁上に配置されてもよい。
ブレンド
本発明の実施形態は、（１）担体上の白金と（２）ＳＣＲ触媒とのブレンドを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ブレンド内において、ＳＣＲ触媒と担体上の白金との重量比は、約３：１～約３００：１、約３：１～約２５０：１、約３：１～約２００：１、約４：１～約１５０：１、約５：１～約１００：１、約６：１～約９０：１、約７：１～約８０：１、約７：１～約１００：１、約８：１～約７０：１、約９：１～約６０：１、約１０：１～約５０：１、約３：１、約４：１、約５：１、約６：１、約７：１、約８：１、約９：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約２５：１、約３０：１、約４０：１、約５０：１、約７５：１、約１００：１、約１２５：１、約１５０：１、約１７５：１、約２００：１、約２２５：１、約２５０：１、約２７５：１、又は約３００：１である。
本発明の実施形態は、（１）担体上の白金と（２）ＳＣＲ触媒とのブレンドを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ブレンド内において、ＳＣＲ触媒と担体上の白金との重量比は、約３：１～約３００：１、約３：１～約２５０：１、約３：１～約２００：１、約４：１～約１５０：１、約５：１～約１００：１、約６：１～約９０：１、約７：１～約８０：１、約７：１～約１００：１、約８：１～約７０：１、約９：１～約６０：１、約１０：１～約５０：１、約３：１、約４：１、約５：１、約６：１、約７：１、約８：１、約９：１、約１０：１、約１５：１、約２０：１、約２５：１、約３０：１、約４０：１、約５０：１、約７５：１、約１００：１、約１２５：１、約１５０：１、約１７５：１、約２００：１、約２２５：１、約２５０：１、約２７５：１、又は約３００：１である。
用語「活性成分担持量」は、ブレンド中の白金の担体の重量＋白金の重量＋第１のＳＣＲ触媒の重量を指す。いくつかの実施形態では、白金は、約０．０１重量％～約０．２５重量％（両端を含む）、約０．０４重量％～約０．２重量％（両端を含む）、約０．０７重量％～約０．１７重量％（両端を含む）、約０．０５重量％～約０．１５重量％（両端を含む）、約０．０１重量％、約０．０２重量％、約０．０３重量％、約０．０４重量％、約０．０５重量％、約０．０６重量％、約０．０７重量％、約０．０８重量％、約０．１重量％、約０．１２重量％、約０．１５重量％、約０．１７重量％、約０．２重量％、約０．２２重量％、又は約０．２５重量％の活性成分担持量で存在する。
いくつかの実施形態では、担体上の白金とＳＣＲ触媒とを含むブレンドは、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、又はロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくとも１つを更に含む。
基材
本発明の触媒は、それぞれ、フロースルー基材又はフィルタ基材を更に含んでもよい。一実施形態では、触媒は、フロースルー基材又はフィルタ基材上にコーティングされてもよく、好ましくは、ウォッシュコート手順を用いてフロースルー基材又はフィルタ基材上に堆積されてもよい。
本発明の触媒は、それぞれ、フロースルー基材又はフィルタ基材を更に含んでもよい。一実施形態では、触媒は、フロースルー基材又はフィルタ基材上にコーティングされてもよく、好ましくは、ウォッシュコート手順を用いてフロースルー基材又はフィルタ基材上に堆積されてもよい。
ＳＣＲ触媒とフィルタとの組み合わせは、選択的触媒還元フィルタ（ＳＣＲＦ触媒）として知られている。ＳＣＲＦ触媒は、ＳＣＲ及び微粒子フィルタの機能を組み合わせた単一基材デバイスであり、所望に応じて本発明の実施形態に好適である。本出願全体にわたるＳＣＲ触媒の説明及び参照は、該当する場合、ＳＣＲＦ触媒も含むと理解される。
フロースルー基材又はフィルタ基材は、触媒／吸着剤成分を含有することができる基材である。基材は、好ましくはセラミック基材又は金属基材である。セラミック基材は、任意の好適な耐火性材料、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、マグネシア、ゼオライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸マグネシウム、アルミノケイ酸塩、メタロアルミノケイ酸塩（コーディエライト及びスポジュメン（ｓｐｕｄｏｍｅｎｅ）など）、又はこれらの任意の２つ以上の混合物若しくは混合酸化物で作製されていてもよい。コーディエライト、マグネシウムアルミノケイ酸塩、及び炭化ケイ素が、特に好ましい。
金属基材は、任意の好適な金属、特にチタン及びステンレス鋼などの耐熱性金属及び金属合金、並びにその他の微量金属に加えて鉄、ニッケル、クロム、及び／又はアルミニウムを含有するフェライト合金で作製されていてもよい。
フロースルー基材は、好ましくは、基材を通って軸方向に連続しており、かつ基材の入口又は出口から全体にわたって延びている、多くの小さな平行薄壁チャネルを有するハニカム構造を有するフロースルーモノリスである。基材のチャネル断面は、任意の形状であってもよいが、好ましくは正方形、正弦波形、三角形、矩形、六角形、台形、円形、又は楕円形である。フロースルー基材はまた、触媒が基材壁に浸透することを可能にする高多孔性のものであってもよい。
フィルタ基材は、好ましくはウォールフローモノリスフィルタである。ウォールフローフィルタのチャネルは、交互に遮断される。このことにより、排気ガス流が入口からチャネルに入り、その後、チャネル壁を通って流れ、出口につながる異なるチャネルからフィルタを出ることができる。したがって、排気ガス流中の微小粒子は、フィルタ内に捕捉される。
触媒／吸着剤は、ウォッシュコート手順などの任意の既知の手段によって、フロースルー基材又はフィルタ基材に添加されてもよい。
構成
本発明の実施形態は、第１のコーティング及び第２のコーティングを有する触媒物品に関し、第１のコーティングは、（１）担体の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンド、及び第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含む。触媒物品は、様々な構成で調製され得る。いくつかの実施形態では、コーティングは、排気ガスが第１のコーティングに接触する前に、第２のコーティングと接触するように配置されている。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、ブレンドの入口側に位置する。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒は、ブレンドの出口側に位置する。
本発明の実施形態は、第１のコーティング及び第２のコーティングを有する触媒物品に関し、第１のコーティングは、（１）担体の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンド、及び第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含む。触媒物品は、様々な構成で調製され得る。いくつかの実施形態では、コーティングは、排気ガスが第１のコーティングに接触する前に、第２のコーティングと接触するように配置されている。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、ブレンドの入口側に位置する。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒は、ブレンドの出口側に位置する。
第１の構成では、触媒は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む第１のコーティング、及び第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含むことができ、第２のコーティングは、第１のコーティングの上の層に位置し、第２のコーティングは、第１のコーティングの全てを被覆する。図１は、この構成の一例を示しており、ここでは、第２のＳＣＲが、ブレンド上の排気ガス流内に位置決めされ、第２のＳＣＲが、ブレンド全体を被覆する。
第２の構成では、触媒は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む第１のコーティング、及び第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含むことができ、第１のコーティングは、出口端部から入口端部に向かって延び、基材の全長未満を被覆し、第２のコーティングは、基材の全長にわたって延び、第１のコーティングと完全に重なり合っている。図２は、この構成の一例を示しており、ここでは、第２のＳＣＲが、ブレンドの前の排気ガス流内に位置決めされ、第２のＳＣＲが、ブレンドと完全に重なり合っている。
第３の構成では、触媒は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む第１のコーティング、及び第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含むことができ、第１のコーティングは、出口端部から入口端部に向かって延び、基材の全長未満を被覆し、第２のコーティングは、入口端部から出口端部に向かって延び、第１のコーティングと部分的に重なり合っている。第２のＳＣＲ触媒は、約１０％～約９５％（両端を含む）、好ましくは約５０％～約９５％（両端を含む）の量で第１のコーティングと重なり合うことができる。図３は、この構成の一例を示しており、ここでは、第２のＳＣＲが、ブレンドの前の排気ガス流内に位置決めされ、第２のＳＣＲが、ブレンドの全てではなく一部を被覆する。図３では、第２のＳＣＲは、ブレンドの約４０％を被覆する。
第４の構成では、触媒は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む第１のコーティング、及び第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含むことができ、第１のコーティングは、出口端部から入口端部に向かって延び、基材の全長未満を被覆し、第２のコーティングは、入口端部から出口端部に向かって延び、第１のコーティングと重なり合っていない。第１のコーティングと第２のコーティングとの間に空間が存在してもよく、第１のコーティング及び第２のコーティングは、接触しているが重なり合わなくてもよく、第１及び第２のコーティングのわずかで微量の重なりが存在してもよい。図４は、この構成の一例を示しており、ここでは、第２のＳＣＲが、ブレンドの前の排気ガス流内に位置決めされ、第２のＳＣＲが、ブレンドと接触しているが重なり合っていない。
第５の構成では、触媒は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む第１のコーティング、及び第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含むことができ、第１のコーティングは、入口端部から出口端部に向かって延び、基材の全長未満を被覆し、第２のコーティングは、基材の全長にわたって延び、第１のコーティングと完全に重なり合っている。図５は、この構成の一例を示しており、ここでは、第２のＳＣＲが、ブレンド全体を被覆し、第２のＳＣＲの一部分が、ブレンドの後の排気ガス流内に位置決めされている。
第６の構成では、触媒は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む第１のコーティング、及び第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングを含むことができ、第１のコーティングは、入口端部から出口端部に向かって延び、基材の全長未満を被覆し、第２のコーティングは、出口端部から入口端部に向かって延び、基材の全長未満を被覆し、第１のコーティングと部分的に重なり合っている。第２のＳＣＲ触媒は、約１０％～約９５％（両端を含む）、好ましくは約５０％～約９５％（両端を含む）の量でブレンドと重なり合うことができる。図６は、この構成の一例を示しており、ここでは、第２のＳＣＲが、ブレンド全体ではなく一部を被覆し、第２のＳＣＲの一部分が、ブレンドの後の排気ガス流内に位置決めされている。図６では、第２のＳＣＲは、ブレンドの約９５％を被覆する。
第７の構成では、触媒は、第３のＳＣＲ触媒を含む第１の層を含むことができる。第１の層は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含むコーティングによって、完全にではなく部分的に被覆されてもよい。ブレンドは、約１０％～約９５％（両端を含む）、好ましくは約５０％～約９５％（両端を含む）の量で第３のＳＣＲ触媒を被覆することができる。ブレンドは、第２のＳＣＲ触媒を含むコーティングによって被覆されてもよく、第２のＳＣＲ触媒コーティングは、ブレンドコーティング全体を被覆する。図７は、この構成の一例を示しており、ここでは、第３のＳＣＲ触媒が、基材上の底層であり、第２の層が、ブレンドを含み、第３のＳＣＲ触媒を部分的に被覆し、第３の層が、第２のＳＣＲを含み、第２の層の上に位置決めされ、ブレンド層の全てを被覆している。
第８の構成では、触媒は、第３のＳＣＲ触媒を含む第１の層を含むことができる。第１の層は、（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含むコーティングによって、完全にではなく部分的に被覆されてもよい。ブレンドは、約１０％～約９５％（両端を含む）、好ましくは約５０％～約９５％（両端を含む）の量で第３のＳＣＲ触媒を被覆することができる。ブレンドは、第２のＳＣＲ触媒を含むコーティングによって被覆されてもよく、第２のＳＣＲ触媒コーティングは、ブレンドコーティングを完全にではなく部分的に被覆し、第２のＳＣＲ触媒コーティングの一部もまた、ブレンドの下流に位置し、また、ブレンドコーティングの下流にある第３のＳＣＲ触媒の一部を被覆する。第２のＳＣＲ触媒は、約１０％～約９５％（両端を含む）、好ましくは約５０％～約９５％（両端を含む）の量で、第３のＳＣＲ触媒を被覆することができる。図８は、この構成の一例を示しており、ここでは、第３のＳＣＲ触媒が、基材上の底層であり、第２の層が、ブレンドを含み、第３のＳＣＲ触媒を完全にではなく部分的に被覆し、第３の層が、第２のＳＣＲ触媒を含み、第２の層の上に位置決めされ、ブレンド層を完全ではなく部分的に被覆している。図８では、ブレンド層は、第１の層の約６０％を被覆し、第２のＳＣＲ触媒を有する層は、第１の層の約２０％を被覆する。用語「被覆」は、異なる層と直接接触する層の部分を意味する。
還元剤／尿素インジェクタ
本発明のいくつかの実施形態のシステムは、アンモニアスリップ触媒の上流の排気システムに窒素系還元剤を導入するための手段を含んでもよい。窒素系還元剤を排気システムに導入するための手段は、アンモニアスリップ触媒のすぐ上流にある（例えば、窒素系還元剤を導入するための手段とアンモニアスリップ触媒との間に介在する触媒が存在しない）ことが好ましい場合がある。
本発明のいくつかの実施形態のシステムは、アンモニアスリップ触媒の上流の排気システムに窒素系還元剤を導入するための手段を含んでもよい。窒素系還元剤を排気システムに導入するための手段は、アンモニアスリップ触媒のすぐ上流にある（例えば、窒素系還元剤を導入するための手段とアンモニアスリップ触媒との間に介在する触媒が存在しない）ことが好ましい場合がある。
還元剤は、還元剤を排気ガス中に導入するための任意の好適な手段によって、流れる排気ガスに添加される。好適な手段としては、インジェクタ、噴霧器、又はフィーダーが挙げられる。このような手段は、当該技術分野において周知である。
システムで使用するための窒素系還元剤は、アンモニアそのもの、ヒドラジン、又は尿素、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、及びギ酸アンモニウムからなる群から選択されるアンモニア前駆体であってもよい。尿素は特に好ましい。
排気システムはまた、ＮＯｘを低減するために、排気ガスへの還元剤の導入を制御するための手段を備えてもよい。好ましい制御手段は、電子制御ユニット、所望によりエンジン制御ユニットを含んでもよく、また、ＮＯ還元触媒の下流に位置するＮＯｘセンサを更に含んでもよい。
製造方法
本発明のいくつかの実施形態の触媒物品は、当該技術分野において既知の任意の好適な手段によって調製することができる。担体上に白金を含む触媒物品の場合、そのような白金は、溶液中で、すなわちｉｎ－ｓｉｔｕで担体上に固定することができ、別個の事前固定プロセスを必要としない。（１）担体上の白金と（２）ＳＣＲ触媒とのブレンドを含むコーティングを調製するために、以下の工程が行われてもよい。
担持材料を水と組み合わせてバッチにして混合する。
白金に還元剤として作用し、かつ／又は後の焼成工程中に還元環境を作り出す有機酸を添加する。好適な有機酸の例としては、クエン酸、コハク酸、シュウ酸、アスコルビン酸、酢酸、ギ酸、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。
有機酸と白金とのモル比が、２０：１～１：１、１０：１～１：１、又は５：１～１：１になるような量で、バッチに硝酸白金を追加する。
白金バッチをＳＣＲバッチと組み合わせる。
組み合わされたバッチのレオロジー及び固形分％を調整し、空気中５００℃～５５０℃でコーティングし、焼成する。
本発明のいくつかの実施形態の触媒物品は、当該技術分野において既知の任意の好適な手段によって調製することができる。担体上に白金を含む触媒物品の場合、そのような白金は、溶液中で、すなわちｉｎ－ｓｉｔｕで担体上に固定することができ、別個の事前固定プロセスを必要としない。（１）担体上の白金と（２）ＳＣＲ触媒とのブレンドを含むコーティングを調製するために、以下の工程が行われてもよい。
担持材料を水と組み合わせてバッチにして混合する。
白金に還元剤として作用し、かつ／又は後の焼成工程中に還元環境を作り出す有機酸を添加する。好適な有機酸の例としては、クエン酸、コハク酸、シュウ酸、アスコルビン酸、酢酸、ギ酸、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。
有機酸と白金とのモル比が、２０：１～１：１、１０：１～１：１、又は５：１～１：１になるような量で、バッチに硝酸白金を追加する。
白金バッチをＳＣＲバッチと組み合わせる。
組み合わされたバッチのレオロジー及び固形分％を調整し、空気中５００℃～５５０℃でコーティングし、焼成する。
使用方法
排気流からの排出を低減する方法は、排気流を、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含み得る。いくつかの実施形態では、約３００℃以下の温度で排気ガスのＮＨ３変換を改善する方法は、アンモニアを含む排気ガスを、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含み得る。いくつかの実施形態では、アンモニア及びＮＯｘを含む排気ガスを処理する方法は、アンモニアを含む排気ガスを、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含み得る。いくつかの実施形態では、排気ガス中のアンモニアのＮＯｘに対する重量比（ＡＮＲ）は、システムの動作時間の少なくとも一部に対して＞１．０である。
排気流からの排出を低減する方法は、排気流を、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含み得る。いくつかの実施形態では、約３００℃以下の温度で排気ガスのＮＨ３変換を改善する方法は、アンモニアを含む排気ガスを、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含み得る。いくつかの実施形態では、アンモニア及びＮＯｘを含む排気ガスを処理する方法は、アンモニアを含む排気ガスを、本明細書に記載の触媒物品と接触させることを含み得る。いくつかの実施形態では、排気ガス中のアンモニアのＮＯｘに対する重量比（ＡＮＲ）は、システムの動作時間の少なくとも一部に対して＞１．０である。
効果
本発明の触媒物品は、触媒活性及び選択性の改善をもたらし得る。（１）担体上の白金族金属と（２）ＳＣＲ触媒とのブレンドを有する層を含むアンモニアスリップ触媒は、Ｎ２Ｏ形成及びＮＯｘ再生成の両方において改善をもたらしたが、これらの触媒の特定のものは、欠点及び／又は制限を示す場合がある。特に、このような触媒が、白金族金属を担体上に事前に固定することを必要とする場合、このような触媒は、事前固定工程に関連する追加のコストを伴い、低温（３００℃未満など）、及び困難な条件下（高いＮＨ３スリップ及び／又は高い空間速度など）で、より低いＮＨ３変換を示し得る。
本発明の触媒物品は、触媒活性及び選択性の改善をもたらし得る。（１）担体上の白金族金属と（２）ＳＣＲ触媒とのブレンドを有する層を含むアンモニアスリップ触媒は、Ｎ２Ｏ形成及びＮＯｘ再生成の両方において改善をもたらしたが、これらの触媒の特定のものは、欠点及び／又は制限を示す場合がある。特に、このような触媒が、白金族金属を担体上に事前に固定することを必要とする場合、このような触媒は、事前固定工程に関連する追加のコストを伴い、低温（３００℃未満など）、及び困難な条件下（高いＮＨ３スリップ及び／又は高い空間速度など）で、より低いＮＨ３変換を示し得る。
驚くべきことに、本発明の触媒物品は、そのような前述の欠点及び制限を最小化又は軽減し得ることが見出された。例えば、溶液中で、すなわちｉｎ－ｓｉｔｕで担体に白金族金属を固定することによって、事前固定工程に関連する追加のコストが排除される。加えて、このような触媒物品は、低温（３００℃未満など）、及び困難な条件下（高いＮＨ３スリップ及び／又は高い空間速度など）で、改善されたＮＨ３変換を示す。
いくつかの実施形態では、溶液中の担体上に固定された白金族金属を有する本発明の触媒物品は、担体上に事前に固定された白金族金属を有することを除いて同等である触媒物品と比較して、約３００℃以下の温度でのＮＨ３変換の同等又は向上した活性を提供し得る。いくつかの実施形態では、溶液中の担体上に固定された白金族金属を有する本発明の触媒物品は、担体上に事前に固定された白金族金属を有することを除いて同等である触媒物品と比較して、約３００℃以下の温度でＮＨ３変換の活性が向上し得る。本発明の触媒物品は、約３００℃以下の温度で約３０％～約１００％、約３５％～約９５％、約４０％～約９０％、約４５％～約８５％、約５０％～約８０％、約５５％～約７５％、約３０％～約５０％、約３５％～約５５％、約４０％～約６０％、約５０％～約７０％、約６０％～約８０％、約７０％～約９０％、約８０％～約１００％、３０％超、４０％超、５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は９０％超のＮＨ３変換の改善を示す。
いくつかの実施形態では、高外部表面積ゼオライト（＞５０ｍ２／ｇ）又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物を含む担体上に白金を有する本発明の触媒物品は、高外部表面積ゼオライト（＞５０ｍ２／ｇ）又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物以外の担体上に固定された白金族金属を有することを除いて同等である触媒物品と比較して、約３００℃以下の温度でのＮＨ３変換の同等又は向上した活性を提供し得る。いくつかの実施形態では、高外部表面積ゼオライト（＞５０ｍ２／ｇ）又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物を含む担体上に白金を有する本発明の触媒物品は、高外部表面積ゼオライト（＞５０ｍ２／ｇ）又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物以外の担体上に固定された白金族金属を有することを除いて同等である触媒物品と比較して、約３００℃以下の温度でのＮＨ３変換の同等又は向上した活性を提供し得る。本発明の触媒物品は、約３００Ｃ以下の温度で約３０％～約１００％、約３５％～約９５％、約４０％～約９０％、約４５％～約８５％、約５０％～約８０％、約５５％～約７５％、約３０％～約５０％、約３５％～約５５％、約４０％～約６０％、約５０％～約７０％、約６０％～約８０％、約７０％～約９０％、約８０％～約１００％、３０％超、４０％超、５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は９０％超のＮＨ３変換の改善を示す。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他を示さない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「触媒（a catalyst）」への言及には、２つ以上の触媒（catalysts）の混合物などを含む。
用語「アンモニアスリップ」は、ＳＣＲ触媒を通過する未反応のアンモニアの量を意味する。
用語「担体」は、触媒が固定されている材料を意味する。
用語「焼成する」又は「焼成」は、空気又は酸素中で材料を加熱することを意味する。この定義は、ＩＵＰＡＣによる焼成の定義と一致するものである。（ＩＵＰＡＣ．Ｃｏｍｐｅｎｄｉｕｍ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ，２ｎｄ ｅｄ．（ｔｈｅ「Ｇｏｌｄ Ｂｏｏｋ」）。Ａ．Ｄ．ＭｃＮａｕｇｈｔ ａｎｄ Ａ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎが作成。Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｏｘｆｏｒｄ（１９９７）。ＸＭＬオンライン改訂版：ｈｔｔｐ：／／ｇｏｌｄｂｏｏｋ．ｉｕｐａｃ．ｏｒｇ（２００６－）、Ｍ．Ｎｉｃ，Ｊ．Ｊｉｒａｔ，Ｂ．Ｋｏｓａｔａにより作成、Ａ．Ｊｅｎｋｉｎｓより更新版が編纂される。ＩＳＢＮ０－９６７８５５０－９－８．ｄｏｉ：１０．１３５１／ｇｏｌｄｂｏｏｋ．）。焼成は、金属塩を分解し、触媒内の金属イオンの交換を促進し、また触媒を基材に付着させるために行われる。焼成に使用される温度は、焼成される材料中の成分によって異なり、概ね約４００℃～約９００℃で約１～８時間である。場合によっては、約１２００℃の温度まで焼成を行うことができる。本明細書に記載されるプロセスを伴う用途では、焼成は、概ね、約４００℃～約７００℃の温度で約１～８時間、好ましくは約４００℃～約６５０℃の温度で約１～４時間行われる。
様々な数値要素の１つの範囲又は複数の範囲が指定されている場合、特に指定しない限り、１つの範囲又は複数の範囲に値を含めることができる。
用語「Ｎ２選択性」は、アンモニアの窒素への変換についての百分率を意味する。
用語「ディーゼル酸化触媒」（ＤＯＣ）、「ディーゼル発熱触媒」（ＤＥＣ）、「ＮＯｘ吸収剤」、「ＳＣＲ／ＰＮＡ」（選択的触媒還元／受動的ＮＯｘ吸着剤）、「コールドスタート触媒」（ＣＳＣ）、及び「三元触媒」（ＴＷＣ）は、燃焼プロセスから排気ガスを処理するために使用される様々な種類の触媒を説明するために使用される、当該技術分野において周知の用語である。
用語「白金族金属」又は「ＰＧＭ」は、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、及びイリジウムを指す。白金族金属は、好ましくは白金、パラジウム、ルテニウム、又はロジウムである。
用語「下流」及び「上流」は、排気ガスの流れが担体又は物品の入口端部から出口端部に向かう触媒又は基材の配置方向を説明する。
以下の実施例は、単に本発明を例示するものである。当業者は、本発明の趣旨及び特許請求の範囲内にある多くの変形例を認識する。
ＳＣＲ触媒とブレンドされた担体上に白金を含むｉｎ－ｓｉｔｕブレンド触媒を調製した。以下の表１に示すように、異なる担体を使用して、様々な触媒を調製した。
ｉｎ－ｓｉｔｕブレンド触媒を調製するために、ｉｎ－ｓｉｔｕで白金を固定することを用いた。すなわち、白金前駆体を溶液中で担体上に固定したため、以下に記載されるように、別個の事前固定プロセスは必要とされない。
担持材料を水と組み合わせてバッチにして混合する。
白金に還元剤として作用し、かつ／又は後の焼成工程中に還元環境を作り出す有機酸を添加する。好適な有機酸の例としては、クエン酸、コハク酸、シュウ酸、アスコルビン酸、酢酸、ギ酸、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。
有機酸と白金とのモル比が、２０：１～１：１、１０：１～１：１、又は５：１～１：１になるような量で、バッチに硝酸白金を追加する。
白金バッチをＳＣＲバッチと組み合わせる。
組み合わされたバッチのレオロジー及び固形分％を調整し、空気中５００℃～５５０℃でコーティングし、焼成する。
表１．ｉｎ－ｓｉｔｕでのＰｔ固定に使用される担持材料の特性
＊注：酸化物には総ＢＥＴ表面積が使用される；ゼオライトにはｔ－Ｐｌｏｔ外部表面積が使用される。
担持材料を水と組み合わせてバッチにして混合する。
白金に還元剤として作用し、かつ／又は後の焼成工程中に還元環境を作り出す有機酸を添加する。好適な有機酸の例としては、クエン酸、コハク酸、シュウ酸、アスコルビン酸、酢酸、ギ酸、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。
有機酸と白金とのモル比が、２０：１～１：１、１０：１～１：１、又は５：１～１：１になるような量で、バッチに硝酸白金を追加する。
白金バッチをＳＣＲバッチと組み合わせる。
組み合わされたバッチのレオロジー及び固形分％を調整し、空気中５００℃～５５０℃でコーティングし、焼成する。
＊注：酸化物には総ＢＥＴ表面積が使用される；ゼオライトにはｔ－Ｐｌｏｔ外部表面積が使用される。
以下の触媒を調製した。
参照ＡＳＣ：
参照例として、アルミナ底層及びＳＣＲ上層の上にＰｔを有する二層配合物を使用した。
参照ＡＳＣ：
参照例として、アルミナ底層及びＳＣＲ上層の上にＰｔを有する二層配合物を使用した。
アルミナと露出したゼオライトとのブレンド上に０．１７重量％のＰｔを含むウォッシュコートを使用して、セラミック基材に底層を適用した。ウォッシュコートをセラミック基材に適用した後、真空を用いてウォッシュコートを基材に引き伸ばした。物品を乾燥させ、約５００℃で約１時間焼成した。物品上のＰｔの担持量は、３ｇ／ｆｔ３であった。
Ｃｕ－ＣＨＡを含む第２のウォッシュコートを使用して、底層でコーティングされた基材に上層を適用した後、真空を用いてウォッシュコートを基材に引き伸ばした。物品を乾燥させ、約５００℃で約１時間焼成した。上層のＣｕＣＨＡの担持量は、１．８ｇ／ｉｎ３であった。
事前固定Ｐｔ－ゼオライトブレンドＡＳＣ：
ＺＳＭ－５（ＳＡＲ＝２０００を有するＭＦＩ骨格）上の４重量％ＰｔとＣｕ－ＣＨＡとのブレンドを含むウォッシュコートを使用して、セラミック基材に底層を適用した。ウォッシュコートをセラミック基材に適用した後、真空を用いてウォッシュコートを基材に引き伸ばした。物品を乾燥させ、約５００℃で約１時間焼成した。物品上のＰｔ、ゼオライト、及びＣｕＣＨＡの担持量は、それぞれ３ｇ／ｆｔ３、０．０４５ｇ／ｉｎ３、及び０．９ｇ／ｉｎ３であった。
ＺＳＭ－５（ＳＡＲ＝２０００を有するＭＦＩ骨格）上の４重量％ＰｔとＣｕ－ＣＨＡとのブレンドを含むウォッシュコートを使用して、セラミック基材に底層を適用した。ウォッシュコートをセラミック基材に適用した後、真空を用いてウォッシュコートを基材に引き伸ばした。物品を乾燥させ、約５００℃で約１時間焼成した。物品上のＰｔ、ゼオライト、及びＣｕＣＨＡの担持量は、それぞれ３ｇ／ｆｔ３、０．０４５ｇ／ｉｎ３、及び０．９ｇ／ｉｎ３であった。
Ｃｕ－ＣＨＡを含む第２のウォッシュコートを使用して、底層でコーティングされた基材に上層を適用した後、真空を用いて基材の長さの約５０％の距離まで、基材にウォッシュコートを引き伸ばした。物品を乾燥させ、約５００℃で約１時間焼成した。上層のＣｕＣＨＡの担持量は、１．８ｇ／ｉｎ３であった。
ｉｎ－ｓｉｔｕブレンドＡＳＣ：
前述の手順により、Ｃｕ－ＣＨＡ底層を有するｉｎ－ｓｉｔｕで固定されたＰｔ－担体ブレンドと、Ｐｔのための様々な担持材料を有するＳＣＲ上層とを有する二層配合物を調製した。
前述の手順により、Ｃｕ－ＣＨＡ底層を有するｉｎ－ｓｉｔｕで固定されたＰｔ－担体ブレンドと、Ｐｔのための様々な担持材料を有するＳＣＲ上層とを有する二層配合物を調製した。
底層は、表１に記載の担体上に３．５重量％のＰｔを含んでいた。物品上のＰｔ、担持材料、及びＣｕＣＨＡの担持量は、それぞれ３ｇ／ｆｔ３、０．０５ｇ／ｉｎ３、及び０．９ｇ／ｉｎ３であった。
Ｃｕ－ＣＨＡを含む第２のウォッシュコートを使用して、底層でコーティングされた基材に上層を適用した後、真空を用いてウォッシュコートを基材に引き伸ばした。物品を乾燥させ、約５００℃で約１時間焼成した。上層のＣｕＣＨＡの担持量は、１．８ｇ／ｉｎ３であった。
調製した触媒を以下の条件で試験した。
エージング条件：６５０℃、空気中１０％Ｈ２Ｏ下、５０時間
試験条件：１分間、１０００ｐｐｍＮＨ３パルス、１０％Ｏ２、４．５％Ｈ２Ｏ、４．５％ＣＯ２、残部Ｎ２；ＳＶ＝１２０，０００ｈ－１
エージング条件：６５０℃、空気中１０％Ｈ２Ｏ下、５０時間
試験条件：１分間、１０００ｐｐｍＮＨ３パルス、１０％Ｏ２、４．５％Ｈ２Ｏ、４．５％ＣＯ２、残部Ｎ２；ＳＶ＝１２０，０００ｈ－１
図９は、様々なＡＳＣが１０００ｐｐｍＮＨ３の１分間のパルスにさらされたときのＮＨ３スリップ、Ｎ２Ｏ形成、及びＮＯｘ形成の概要を示す。全ての触媒は、３ｇ／ｆｔ３で同等のＰｔ担持量、同じ担持量でＣｕＣＨＡ上層を有する。参照ＡＳＣと比較すると、全てのブレンドＡＳＣ（事前に固定されたＰｔゼオライト及びｉｎ－ｓｉｔｕのＰｔ担体の両方の配合物）は、Ｎ２Ｏ及びＮＯｘの形成が少ないという明らかな利点を示した。しかしながら、ＮＨ３変換効率は、Ｐｔ担持材料の選択に大きく依存する。事前に固定されたＰｔゼオライトブレンドＡＳＣと比較すると、Ｐｔ担体としてアルミナ、シリカ－アルミナ、又はシリカ－チタニアとのｉｎ－ｓｉｔｕブレンドＡＳＣは全て、同様の又は改善されたＮＨ３変換を示した。Ｐｔ担体として純粋なケイ質材料（ヒュームドシリカ、シリカゲル、及びケイ質ゼオライト）を有する試料は、概ね、ＮＨ３変換が最も悪い；但し、試験された全てのブレンドＡＳＣ間で最も高いＮＨ３変換活性を示したナノゼオライトだけを除く。
Claims (41)
- 入口及び出口を有する基材と；
（１）担体上の白金と（２）第１のＳＣＲ触媒とのブレンドを含む第１のコーティングと；
第２のＳＣＲ触媒を含む第２のコーティングと；を含み、
前記担体が、ゼオライト又はＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物のうちの少なくとも１つを含み、
前記白金が、前記第１のＳＣＲ触媒を含む溶液中で前記担体上に固定されている、
アンモニア及びＮＯｘを含む排気ガスの処理に使用される触媒物品。 - 前記担体が、ＳｉＯ２－Ａｌ２Ｏ３混合酸化物を含む、請求項１に記載の触媒物品。
- ＳｉＯ２が、前記混合酸化物の１重量％～約７０重量％、又は約４０重量％～約７０重量％の量で存在する、請求項２に記載の触媒物品。
- 前記担体がゼオライトを含む、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、少なくとも５０ｍ２／ｇの外部表面積を含む、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、少なくとも７０ｍ２／ｇの外部表面積を含む、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、少なくとも１００ｍ２／ｇの外部表面積を含む、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、約１μｍ未満の平均結晶サイズを有する、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、約０．５μｍ未満の平均結晶サイズを有する、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、約０．３μｍ未満の平均結晶サイズを有する、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、１００を超えるシリカ対アルミナ比を有する、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、３００を超えるシリカ対アルミナ比を有する、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、１０００を超えるシリカ対アルミナ比を有する、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、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、ＢＥＡ、ＭＦＩ、及びＦＥＲ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記ゼオライトが、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ、ＩＴＥ、ＢＥＡ、ＭＦＩ、及びＦＥＲからなる骨格型の群から選択される、請求項４に記載の触媒物品。
- 前記第２のコーティングが、前記第１のコーティングと完全に重なり合っている、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記第２のコーティングが、前記第１のコーティングと部分的に重なり合っている、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記第２のコーティングが、前記入口端部から前記出口端部に向かって延び、前記基材の全長未満を被覆している、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記第１のコーティングが、前記出口端部から前記入口端部に向かって延び、前記基材の全長未満を被覆している、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、担体上の白金と前記第１のＳＣＲ触媒との前記ブレンドを含む前記コーティングの前記入口側に位置している、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、担体上の白金と前記第１のＳＣＲ触媒との前記ブレンドを含む前記コーティングの前記出口側に位置している、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記白金が、前記ブレンド中の白金の前記担体の重量＋白金の重量＋前記第１のＳＣＲ触媒の重量に対して、（ａ）０．０１～０．３重量％（両端を含む）、（ｂ）０．０３～０．２重量％（両端を含む）、（ｃ）０．０５～０．１７重量％（両端を含む）、及び（ｄ）０．０７～０．１５重量％（両端を含む）のうちの少なくとも１つの量で存在する、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記第１のＳＣＲ触媒と前記担体上の白金との重量比が、これらの成分の重量を基準として、（ａ）０：１超かつ３００：１以下、（ｂ）３：１～３００：１（両端を含む）、（ｃ）７：１～１００：１（両端を含む）、及び（ｄ）１０：１～５０：１（両端を含む）のうちの少なくとも１つの範囲にある、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記ブレンドが、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、又はロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、卑金属、卑金属の酸化物、モレキュラーシーブ、金属交換モレキュラーシーブ、混合酸化物、又はこれらの混合物である、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記卑金属が、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、セリウム（Ｃｅ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）、並びにこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２５に記載の触媒物品。
- 少なくとも１つの卑金属促進剤を更に含む、請求項２５に記載の触媒物品。
- 前記モレキュラーシーブ又は前記金属交換モレキュラーシーブが、小細孔、中細孔、大細孔、又はこれらの混合物である、請求項２５に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、アルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ、金属置換アルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ、アルミノリン酸塩（ＡｌＰＯ）モレキュラーシーブ、金属置換アルミノリン酸塩（ＭｅＡｌＰＯ）モレキュラーシーブ、シリコアルミノリン酸塩（ＳＡＰＯ）モレキュラーシーブ、及び金属置換シリコアルミノリン酸塩（ＭｅＡＰＳＯ）モレキュラーシーブ、並びにこれらの混合物からなる群から選択されるモレキュラーシーブを含む、請求項２５に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、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、及びＺＯＮ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される小細孔モレキュラーシーブを含む、請求項２５に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ、及びＩＴＥからなる骨格型の群から選択される小細孔モレキュラーシーブを含む、請求項２５に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、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、及びＷＥＮ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される中細孔モレキュラーシーブを含む、請求項２５に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、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、及びＶＥＴ、並びにこれらの混合物及び／又はインターグロースからなる骨格型の群から選択される大細孔モレキュラーシーブを含む、請求項２５に記載の触媒物品。
- 前記第２のＳＣＲ触媒が、促進Ｃｅ－Ｚｒ又は促進ＭｎＯ２を含む、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記第１のＳＣＲ触媒が、Ｃｕ－ＳＣＲ触媒又はＦｅ－ＳＣＲ触媒である、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記基材が、コーディエライト、高多孔性コーディエライト、金属基材、押出ＳＣＲ、フィルタ、又はＳＣＲＦである、請求項１に記載の触媒物品。
- 請求項１に記載の触媒物品と、前記触媒物品の上流に還元剤を導入するための手段と、を含む、排気システム。
- ≦１００％のＮＯｘ変換を提供する第３のＳＣＲ触媒を更に含み、前記第３のＳＣＲ触媒が、ＣｕゼオライトＳＣＲ触媒であり、請求項１に記載の触媒物品の上流に排気ガス流が配置されている、請求項３７に記載の排気システム。
- 約３００℃以下の温度で排気ガスのＮＨ３変換を改善する方法であって、アンモニアを含む排気ガスを、請求項１に記載の触媒物品と接触させることを含む、方法。
- アンモニア及びＮＯ ｘ を含む排気ガスを処理する方法であって、アンモニアを含む排気ガスを、請求項１に記載の触媒物品と接触させることを含む、方法。
- 前記排気ガス中のアンモニアのＮＯ ｘ に対する重量比が、排気システムの動作時間の少なくとも一部に対して＞１．０である、請求項４０に記載の方法。
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