JP2016510689A - 多孔質触媒ウォッシュコート - Google Patents
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Abstract
改善された多孔性を有する触媒ウォッシュコート及びウォッシュコートを作製するための方法が提供される。プロセスは、水中油型マクロエマルションを触媒スラリーに取り込んだ後に、キャリア基材をウォッシュコートすることと、ウォッシュコートされたキャリア基材をか焼して水中油型マクロエマルションを除去することとを含む。ウォッシュコートを含む触媒物品及び排気ガス排出を削減するための方法がさらに提供される。【選択図】図１Ｂ
Description
本発明は、触媒ウォッシュコートの分野及び触媒ウォッシュコートを作製する方法に関する。本発明は、触媒ウォッシュコートでコーティングされた触媒物品、及び排気ガス削減のために触媒物品を使用するための方法にも関する。
触媒コンバータにおいて、基材は、触媒（複数可）、触媒支持体等を含有する触媒ウォッシュコートでコーティングされる。触媒作用を最大化するために、ウォッシュコートにおいて高表面積が望ましい。他の望ましいウォッシュコート特性は、熱安定性、及び触媒との接触を最適化するためにガスの高貫流を可能にする孔径分布を含む。）特に、ウォッシュコートにおける微粒子の使用は、低減した多孔性及び低下した触媒活性を有する高密度ウォッシュコート層をもたらし得る。さらに、高密度非多孔質ウォッシュコートは、熱処理中に割れることがあり、接着の欠如及び耐久性の欠陥をもたらし得る。
増加した多孔性を有する触媒ウォッシュコート、具体的には、触媒コンバータ等の触媒物品の製造に容易に取り込まれる簡単な方法を使用して生成することのできる触媒ウォッシュコートの必要性が存在する。本発明は、これらの必要性に対処する。
一態様では、本発明は、触媒ウォッシュコートにおける多孔性を増加させるための方法に関する。本方法は、水性水中油型（Ｏ／Ｗ）マクロエマルションを、触媒（複数可）及びウォッシュコートの他の成分を含有するウォッシュコートスラリーに取り込むことと、キャリア基材をウォッシュコートスラリーでウォッシュコートすることと、ウォッシュコートされたキャリア基材をか焼してマクロエマルションを除去することと、を含む。か焼すると、油、水、及びマクロエマルションの他の有機成分が燃焼され、エマルションの油マクロ粒子は、か焼されたウォッシュコート内にマクロ孔を残す。１つ以上の実施形態では、Ｏ／Ｗマクロエマルションは、油または他の疎水性炭化水素、水または他の水相、及び８〜１６または１０〜１２の親水性親油性バランス（ＨＬＢ）を有する界面活性剤を含む。１つ以上の特定の実施形態では、Ｏ／Ｗマクロエマルションは、鉱油、非イオン性界面活性剤（ＨＬＢ１０〜１２）、及び水を含む。
第２の態様では、本発明は、触媒ウォッシュコート内の孔の少なくとも約３０％（すなわち３０〜１００％）が、少なくとも一次元において約１５μｍ〜１００μｍの大きさであるか、孔が実質的に球形である場合、約１５μｍ〜１００μｍの直径である、触媒ウォッシュコート組成物に関する。特定の具体的な実施形態では、触媒ウォッシュコート内の孔の少なくとも約７０％（すなわち、７０〜１００％）は、少なくとも一次元において約１５μｍ〜１００μｍの大きさであるか、または孔が実質的に球形である場合、約１５μｍ〜１００μｍの直径である。さらに具体的な実施形態では、触媒ウォッシュコート内の孔の少なくとも約３０％（すなわち３０〜１００％）、約６０％（すなわち６０〜１００％）、または少なくとも約７０％（すなわち７０〜１００％）が、少なくとも一次元において約１５μｍ〜５０μｍの大きさであるか、または孔が実質的に球形の場合、約１５μｍ〜５０μｍの直径である。
特定の実施形態では、触媒及び触媒物品の触媒ウォッシュコートの他の固形成分は、排気ガス排出の削減における使用のために選択され得る。削減される排出物は、好適な触媒が利用できる任意の種類であり得る。触媒は、ウォッシュコートスラリーとしての製剤化の能力を有するべきである。例えば、特定の具体的な実施形態では、触媒ウォッシュコートは、ガソリン及びディーゼルエンジン中の、炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の酸化のための触媒を含み得る。代替の実施形態では、触媒ウォッシュコートは、排気ガス排出において、ＮＯｘの貯蔵還元のための触媒（ＮＳＲ触媒）、またはＮＯｘから窒素への選択的触媒還元のための触媒（ＳＣＲ触媒）を含み得る。さらに具体的な実施形態では、ウォッシュコートの触媒成分は、臭化メチル、一酸化炭素、ベンゼン、及び、メタン、トルエン、キシレン、酢酸、メタノール等の揮発性有機成分（ＶＯＣ）等の、工業プロセスからの排気ガス排出の削減のために選択され得る。
さらなる態様では、本発明は、触媒物品が、上記の触媒ウォッシュコートの実施形態及び態様のいずれかに従う触媒ウォッシュコートでコーティングされたキャリア基材を含む、排気ガス排出の削減における使用のための触媒物品に関する。１つ以上の実施形態では、キャリア基材は、平行なガス流経路が流体入口から流体出口まで構造体を通って延びるハニカム構造を有する、セラミックまたは金属構造体である。経路を通って流れる排気ガスが触媒ウォッシュコートと接触するように、経路の壁は、触媒ウォッシュコートでコーティングされる。キャリア基材は、複数の長手方向に延びる経路を有する、壁流モノリスであり得る。経路は、開放入口端及び閉鎖出口端を有する入口経路、ならびに閉鎖入口端及び解放出口端を有する出口経路を含む。経路を形成する壁は多孔質であり、排気ガスが入口経路から出口経路へと横切ってモノリスを出て、それによって壁上の触媒ウォッシュコートを通って流れることを可能にする。１つ以上の実施形態では、セラミックまたは金属キャリア基材は、ペッレット形態、波板形態、または触媒ウォッシュコートでコーティングされたモノリス形態であり得る。
なおもさらなる態様では、本発明は、本発明の前述の態様及び実施形態のいずれかに従う触媒物品を使用する、排気ガス排出を削減するための方法に関する。触媒ウォッシュコートが所望の触媒転換を生成し、かつ排気ガスの選択された成分または成分（複数）を削減するのに効果的な様式で排気ガスと接触するように、削減される排出物を含有する排気ガスは、触媒物品と接触する。
なおも別の態様では、本発明は、システムが前述の実施形態及び態様のいずれかに従う触媒物品を含む、排気ガス排出の削減のためのシステムに関する。システムは、上記の実施形態及び態様のいずれかに従う触媒物品、ならびに、煤煙フィルタ、触媒煤煙フィルタ、及び／または所望であれば追加の従来の触媒物品のうちの１つ以上を含み得る。排気ガス排出の削減のためのシステムの構成要素は、排気ガスの源と、及び互いと、流体流接触する。特定の実施形態では、排気ガス流は、その源から、本発明の触媒物品及びシステムの他の構成要素との連続接触へと流れて、排気ガス排出の削減を達成する。
本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本発明は、以下の説明において述べられる構造またはプロセス工程の詳細に、限定されないということが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態、及び様々な方法で実践されるまたは実行されることが可能である。
本明細書を通しての、「一（ｏｎｅ）実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、または「一（ａｎ）実施形態」への言及は、本実施形態との関連で記載される、特定の特性、構造、物質、または特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるということを意味する。よって、本明細書を通した様々な箇所での「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一（ｏｎｅ）実施形態では」、または「一（ａｎ）実施形態では」等の句の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を指していない。さらには、特定の特性、構造、物質、または特徴は、１つ以上の実施形態において、任意の好適な様式で組み合わされ得る。
本明細書で使用される場合、ウォッシュコートの孔に関連する「触媒ウォッシュコート内」という用語は、ウォッシュコート組成物の固形粒子間にあるウォッシュコートの孔を指す。ウォッシュコート組成物の固形粒子は、触媒、耐火金属酸化物支持体、酸素貯蔵成分、促進剤、結合剤等を含む。これらの固形粒子は、粒子自体内に内部孔システムを有し得る。支持粒子の孔は、触媒及び他の成分を固形粒子に含浸させるために使用される。ウォッシュコート組成物の固形粒子の孔は、典型的に、ナノメートルの範囲内または最大で１〜２μｍの寸法を有する、ミクロ孔である。対照的に、本発明の「触媒ウォッシュコート内の」孔は、ウォッシュコートの固形粒子間にあり、かつ少なくとも一次元で少なくとも１５μｍの大きさを有するマクロ孔である。
本明細書で使用される場合、「マクロ孔」及び「マクロ多孔質」という用語は、少なくとも一次元で約１５μｍ以上の大きさを有する孔を有する物質を指す。マクロ孔が実質的に球形である場合、マクロ孔の直径は約１５μｍ以上である。「ミクロ孔」及び「ミクロ多孔質」という用語は、少なくとも一次元で約１０μｍ未満の大きさを有する孔を有する物質を指す。ミクロ孔が実質的に球形である場合、ミクロ孔の直径は約１０μｍ未満である。
同様に、本明細書で使用される場合、エマルションに関する「マクロ粒子」という用語は、約１５μｍ以上の直径を有するエマルションの油相粒子を指す。エマルションに関する「ミクロ粒子」という用語は、約１０μｍ未満の直径を有するエマルションの油相粒子を指す。
本明細書で使用する場合、「ウォッシュコート」という用語は、排気ガス汚染物質の除去をもたらすために処理されているガス流によって接触される、ハニカム型基材またはワイヤメッシュ等の、基材キャリア物質に適用される触媒または他の物質の、薄い、接着性コーティングの分野における、通常の意味を有する。ウォッシュコートは、触媒及び／またはキャリアの特定の固形含有量を含有するスラリーを液体溶媒中で調製することによって形成され、これはその後、基材上にコーティングされ乾燥させられてウォッシュコート層を提供する。
本明細書で使用される場合、触媒に関する「支持体」という用語は、会合、分散、含浸、または他の好適な方法によって、白金族金属、安定化剤、促進剤、結合剤等を受容する物質を指す。支持体の例には、耐火金属酸化物、高表面積耐火金属酸化物、及び酸素貯蔵成分を含有する物質が挙げられるがこれらに限定されない。高表面積耐火金属酸化物支持体は、アルミナ、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−セリア−ジルコニア、ランタナ−アルミナ、ランタナ−ジルコニア−アルミナ、バリア−アルミナ、バリアランタナ−アルミナ、バリアランタナ−ネオジミアアルミナ、及びアルミナ−セリアからなる群から選択される、活性化合物を含む。酸素貯蔵成分を含有する物質の例には、セリア−ジルコニア、セリア−ジクロニア−ランタナ、ジクロニア−プラセオジミア、イットリア−ジルコニア、ジルコニア−ネオジミア、及びジルコニア−ランタナが挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、支持体は、１００％（すなわち＞純度９９％）の公称希土類金属含有量を有するバルクセリア等の、バルク希土類金属酸化物を含む。
本明細書で使用される場合、排気ガス流の処理に関する、「削減する」、「削減」等の用語は、排気ガス中の汚染物質及び／または有毒成分の除去または低減を指す。
第１の態様では、本発明は、触媒ウォッシュコートにおける多孔性の増加方法に関する。方法は、水性水中油型（Ｏ／Ｗ）マクロエマルションを、触媒（複数可）及びウォッシュコートの他の成分を含有するウォッシュコートスラリーに取り込むことと、キャリア基材をウォッシュコートスラリーでウォッシュコートすることと、ウォッシュコートされたキャリア基材をか焼してマクロエマルションを除去することと、を含む。か焼すると、油、水、及びマクロエマルションの他の有機成分が燃焼され、エマルションの油マクロ粒子は、か焼されたウォッシュコート内にマクロ孔を残す。マクロエマルションを製造するために、分散液を生成するために撹拌している間に、油相に界面活性剤を加える。その後、混合物が乱流となるように撹拌の増加した速度を用いて、水相をゆっくりと分散液に加える。激しい乱流撹拌を、所望のＯ／Ｗエマルションを生成するのに十分な水相が加えられるまで、及び安定したＯ／Ｗマクロエマルションを生成するために必要に応じて追加の時間の間、継続する。安定したＯ／Ｗマクロエマルションを得るために、水相：油：界面活性剤の比率は、油粒子の約３０〜１００％が、マクロエマルション中で直径約１５μｍ以上となるように、選択される。
Ｏ／Ｗマクロエマルションはその後、撹拌を伴って触媒ウォッシュコートスラリーに取り込まれる。触媒ウォッシュコートスラリーは、意図される最終用途によって決定される通りの、当分野で既知の任意の触媒ウォッシュコートスラリーであり得る。この様式で、Ｏ／Ｗマクロエマルションの水相は、水性触媒ウォッシュコートスラリーに取り込まれ、油マクロ粒子は触媒ウォッシュコートスラリーの固形粒子間に液滴を形成する。触媒ウォッシュコートスラリーは、その後、キャリア基材に適用されキャリア基材の表面上に層を形成して、当分野で慣習的な方法を使用してか焼される。か焼の時間及び温度は、Ｏ／Ｗマクロエマルションの油成分（及びウォッシュコートスラリーの水性成分）が燃焼されるように選択される。これは、Ｏ／Ｗマクロエマルション中の油粒子の大きさ及び数をおよそ表す、か焼されたウォッシュコート内に孔を作成する。これは、マクロエマルションの油粒子がマクロ粒子の一部を含むため、マクロ孔の同様の一部が、か焼されたウォッシュコート内に形成されるからである。か焼されたウォッシュコート内のマクロ孔の数及び大きさは、油及び界面活性剤の選択（油粒径分布に影響する）によって、ならびに触媒ウォッシュコートスラリーに取り込まれるＯ／Ｗマクロエマルションの量（形成される孔の数に影響する）によって、調節することができる。
Ｏ／Ｗマクロエマルションの油相は、マクロエマルションの形成に好適な、任意の油もしくは他の炭化水素、またはそれらの混合物であり得る。油または他の炭化水素の炭素鎖長は、より大きい分子（すなわちより長い炭素鎖長）がより大きい油粒子を生成するように、エマルション中の粒子の大きさに関連する。しかしながら、より短い炭素鎖長を有する油は、か焼によってより容易に除去される。したがって、実行者は、マクロエマルションにおけるマクロ粒子の所望の割合を達成するために、適切な炭素鎖長の、油または他の炭化水素を選択することができ、かつ、それを触媒ウォッシュコートから除去するために、か焼の温度及び時間を調節することができる。１つ以上の実施形態では、油または他の炭化水素は、Ｃ６〜Ｃ４０、Ｃ１０〜Ｃ４０の炭素鎖長を有するか、または、この範囲内の炭素鎖長を有する炭化水素の混合物である。例えば、油／炭化水素相は、鉱油（Ｃ１５〜Ｃ４０アルカンの混合物）、ヘキサン（Ｃ６）、またはそれらの混合物であり得る。
Ｏ／Ｗマクロエマルションの界面活性剤は、Ｏ／Ｗエマルションの生成のために当分野で既知の、任意の界面活性剤であり得る。アニオン性、カチオン性、非イオン性、及び両性の界面活性剤が使用され得る。１つ以上の実施形態では、界面活性剤は、８〜１６または１０〜１２のＨＬＢを有する、非イオン性界面活性剤である。触媒用途における非イオン性界面活性剤の使用は、触媒活性を危殆化させ得る、触媒ウォッシュコートへのＮａ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＳ等の汚染種の導入を、回避する利点を有する。界面活性剤の鎖長は、より長い鎖長がより大きい油粒子の形成を支持するように、エマルションの油粒子の大きさに影響を与える。したがって、実行者は、マクロエマルション中の油マクロ粒子の所望の割合を達成するために、適切な鎖長の界面活性剤を選択することができる。例えば、好適な界面活性剤には、オクチルフェノールエトキシレート（例えばＴＲＩＴＯＮ Ｘ界面活性剤）、第２級アルコールエトキシレート（例えばＴＥＲＧＩＴＯＬ １５−Ｓシリーズ界面活性剤）、分岐第２級アルコールエチオキシレート（例えばＴＥＲＧＩＴＯＬ ＴＭＮシリーズ界面活性剤）、獣脂アミンのジエトキシレート（例えばＳＵＲＦＯＮＩＣ Ｔシリーズ界面活性剤）、直鎖第１級アルコールのエトキシレート（例えばＳＵＲＦＯＮＩＣ Ｌシリーズ界面活性剤）、及びポリオキシエチレン界面活性剤（例えばＴＷＥＥＮ界面活性剤）が挙げられる。具体的で非限定的な実施例では、界面活性剤は、ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−４５（ＨＬＢ９．８）、ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４（ＨＬＢ１２．３）、ＴＥＲＧＩＴＯＬ １５−Ｓ−５（ＨＬＢ１０．５）、ＴＥＲＧＩＴＯＬ １５−Ｓ−７（ＨＬＢ１２．１）、ＴＥＲＧＩＴＯＬ １５−Ｓ−１２（ＨＬＢ１４．５）、ＴＥＲＧＩＴＯＬ ＴＭＮ−６（ＨＬＢ１３．１）、ＳＵＲＦＯＮＩＣ Ｔ−２０（ＨＬＢ １５．３）、及びＳＵＲＦＯＮＩＣ Ｌ２４−２２（ＨＬＢ１６．６）からなる群から選択される、非イオン性界面活性剤である。概して、ＨＬＢ１０〜１２を有する界面活性剤は、鉱油を利用するマクロエマルションに最も好適である。界面活性剤に最も好適なＨＬＢは、マクロエマルションにおいて使用される具体的な油に依存する。
Ｏ／Ｗマクロエマルションの水相は、典型的に、脱イオン水等の水である。
Ｏ／Ｗマクロエマルションにおいて、油または他の炭化水素、水相、及び界面活性剤は、安定なＯ／Ｗマクロエマルションの形成を促進する割合で存在する。水相は典型的に過剰であり、界面活性剤の量は、所望の大きさの油粒子が水相中で生成されて安定化されるように、油の量に基づいて選択される（すなわち、界面活性剤の量は、存在する油の量を安定してエマルション化するのに十分な量である）。１つ以上の実施形態では、Ｏ／Ｗマクロエマルションは、直径約１５μｍ〜１００μｍの油相粒子を少なくとも約３０％（すなわち３０〜１００％）含有するように、調製される。特定の具体的な実施形態では、油相粒子の少なくとも約７０％（すなわち７０〜１００％）は、直径約１５μｍ〜１００μｍである。さらなる具体的な実施形態では、油相粒子の少なくとも約３０％（すなわち３０〜１００％）、少なくとも約６０％（すなわち６０〜１００％）、または少なくとも約７０％（すなわち７０〜１００％）は、直径約１５μｍ〜５０μｍである。
１つ以上の実施形態では、Ｏ／Ｗマクロエマルションは、５８〜６２％の水、３０〜４０％の鉱油、及び４〜６％のＴＲＩＴＯＮ Ｘ−４５またはＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４を含む。１つ以上のさらなる実施形態では、Ｏ／Ｗマクロエマルションは、約６０％の脱イオン水、約３５％の鉱油、及び約５％のＴＲＩＴＯＮ Ｘ−４５を含む。
触媒ウォッシュコートスラリーは、キャリア基材をウォッシュコートするのに好適な、当分野で既知の任意の触媒ウォッシュコートスラリーであり得る。スラリーは、貴金属基（ｐｒｅｃｉｏｕｓ ｇｒｏｕｐ）金属触媒、卑金属触媒、ＳＣＲ触媒、及び／またはゼオライトを含む、１つ以上の選択された触媒を含み得る。１つ以上の触媒は、耐火金属酸化物（例えば、アルミナ、希土類金属酸化物、ジルコニア、チタニア、及びそれらの組み合わせ）またはセリア等の酸素貯蔵成分を含む、支持体物質に含浸され得る。ウォッシュコートスラリーは、促進剤及び結合剤等の、触媒ウォッシュコートの他の成分をさらに含み得る。
Ｏ／Ｗマクロエマルションは、か焼されたウォッシュコートにおいて所望の程度のマクロ多孔性を得るために選択される量で、触媒ウォッシュコートスラリーに取り込まれる。か焼されたウォッシュコートにおけるマクロ多孔性の程度は、ミクロ粒子に比較したマクロエマルション中の油マクロ粒子の割合、及び触媒ウォッシュコートスラリーに加えられるＯ／Ｗマクロエマルションの量によって判断される。１つ以上の実施形態では、Ｏ／Ｗマクロエマルションは、触媒ウォッシュコートスラリーの約２％〜約５０％を構成する。他の実施形態では、Ｏ／Ｗマクロエマルションは、触媒ウォッシュコートスラリーの約２％〜約１５％を構成する。さらなる実施形態では、Ｏ／Ｗマクロエマルションは、触媒ウォッシュコートスラリーの約５％を構成する。
Ｏ／Ｗマクロエマルションを触媒ウォッシュコートスラリーと混合した後に、キャリアを触媒ウォッシュコートスラリーに浸漬すること等の慣習的な方法を使用して、触媒ウォッシュコートがキャリア基材上に形成される。キャリア基材は、既知のキャリア基材のうちの任意のものであり得、かつ、触媒物品の意図される最終用途に従って選択される。例えば、キャリア基材はセラミックまたは金属であり得る。キャリア基材は、経路がそこを通る流体流に開放となるように、基材の入口または出口面からそこを通って延びる、微細で平行なガス流経路を有する、ハニカム型のモノリス基材であり得る。経路は、本質的にその流体入口からその流体出口への直線路であり、かつ、経路を通って流れるガスが触媒物質と接触するように触媒物質がウォッシュコートとしてコーティングされる壁によって画定される。壁流キャリア基材は、本発明のマクロ多孔質ウォッシュコートのためのキャリア基材として特に有用であり、これは、排気ガスが、モノリスを出る前に、ウォッシュコート及び経路の壁を通って隣接する経路へと流れるように、これらの基材の平行経路の壁が多孔質であるためである。セラミック基材は、任意の好適な耐火物質、例えば、コーディエライト、コーディエライト−α−アルミナ、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ−シリカ−マグネシア、ケイ酸ジルコン、ケイ線石、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、α−アルミナ、アルミノケイ酸等、から製造され得る。金属基材は、１つ以上の金属または金属合金で構成され得、かつ、ペレット、波板、またはモノリス形態等の、様々な形状であり得る。金属基材の具体的な例には、耐熱性、卑金属合金、特に鉄が有意または主要な成分であるものが挙げられる。かかる合金は、ニッケル、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含み得る。
ウォッシュコートされたキャリア基材は、その後、触媒を熱処理するため及びＯ／Ｗマクロエマルションの成分を除去するための両方に十分な時間及び温度を使用して、か焼される。３００℃〜７００℃の間の温度で、空気中で１時間〜４時間が、本目的に概して十分である。１つ以上の実施形態では、触媒ウォッシュコート／Ｏ／Ｗマクロエマルションでウォッシュコートされたキャリア基材を、１〜２時間４００〜５００℃でか焼する。
上記のプロセスは、キャリア基材上に触媒ウォッシュコート組成物（触媒物品）を生成し、ここにおいて、触媒ウォッシュコート内の孔の少なくとも約３０％（すなわち３０〜１００％）が、少なくとも一次元において約１５μｍ〜１００μｍの大きさであるか、約１５μｍ〜１００μｍの直径である。特定の具体的な実施形態では、触媒ウォッシュコート内の孔の少なくとも約７０％（すなわち７０〜１００％）は、少なくとも一次元において約１５μｍ〜１００μｍの大きさであるか、または約１５μｍ〜１００μｍの直径である。さらに具体的な実施形態では、触媒ウォッシュコート内の孔の、少なくとも約３０％（すなわち３０〜１００％）、約６０％（すなわち６０〜１００％）、または少なくとも約７０％（すなわち７０〜１００％）は、少なくとも一次元において約１５μｍ〜５０μｍの大きさであるか、または約１５μｍ〜５０μｍの直径である。
マクロ多孔質触媒ウォッシュコートを有する触媒物品は、排気ガス排出の削減に有用である。触媒がウォッシュコートスラリーとして製剤され得るならば、削減される排出物は、そのための好適な触媒が利用できる、任意の種類であり得る。例えば、特定の具体的な実施形態では、触媒物品のウォッシュコートは、ガソリン及びディーゼルエンジンの排気流中の、炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の酸化のための触媒を含み得る。代替の実施形態では、触媒物品のウォッシュコートは、ガソリン及びディーゼルエンジンの排気流中の、ＮＯｘの貯蔵還元のための触媒（ＮＳＲ触媒）、またはＮＯｘから窒素への選択的触媒還元のための触媒（ＳＣＲ触媒）を含み得る。さらに具体的な実施形態では、触媒物品のウォッシュコートは、臭化メチル、一酸化炭素、ベンゼン、及びメタン、トルエン、キシレン、酢酸、メタノール等を含む揮発性有機成分（ＶＯＣ）等の、工業プロセスからの排気ガス排出の削減のための触媒を含み得る。触媒ウォッシュコートが所望の触媒転換を生成し、かつ排気ガスの選択された成分もしくは成分（複数）を削減するのに効果的な様式で排気ガスと接触するように、削減される排気ガスは、触媒物品と接触する。排気ガス中の汚染物質及び毒素の触媒転換は、改善された貫流及び触媒との表面積接触によって、本発明の触媒ウォッシュコートのマクロ多孔性によって改善される。
本発明に従う触媒物品は、排気ガスの削減のためのシステムに含まれ得る。本発明の触媒物品に加え、かかるシステムは、煤煙フィルタ、触媒煤煙フィルタ、及び所望であれば追加の従来の触媒物品のうちの１つ以上を、さらに含み得る。排気ガス流が、その源から、本発明の触媒物品及びシステムの他の構成要素との連続接触へと流れて、排気ガス排出の削減を達成するように、排気ガス排出の削減のためのシステムの構成要素は、排気ガスの源と、及び互いと、流体流連通する。
以下の物質を使用して、水中油型エマルションを調製した。
鉱油をガラスビーカー内で秤量し、磁気撹拌棒で撹拌しながら界面活性剤を加えた。脱イオン水は、別個のビーカー内で秤量した。油／界面活性剤混合物の撹拌の速度を増加したため、乱流が渦を形成した。全ての水が加えられるまで、油／界面活性剤混合物に水をゆっくりと滴下し、さらに１０分間混合を続行してＯ／Ｗマクロエマルションを得た。Ｏ／Ｗマクロエマルションの粒径分布の分析は、それが、直径約１５μｍ以上の油粒子を最小限の約３０％含有するということを示した。
次に、Ｏ／Ｗエマルションを以下のように触媒スラリーに取り込んだ。
触媒スラリーを、手で容器を振って混合することによって完全に混合した。エマルションを同様に完全に混合して、完全に混合している間に、特定の量でスラリーに加えた。コーディエライトキャリア基材を、触媒／Ｏ／Ｗエマルションスラリーでウォッシュコートして、５００℃で２時間か焼した。
比較のために、同じ組成物を有する触媒スラリーを調製したが、Ｏ／Ｗエマルションとは混合しなかった。この比較スラリーもまた、コーディエライトキャリア基材上にウォッシュコートして、５００℃で２時間か焼した。
生じたウォッシュコートのＸＭＴ画像を、図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａは、マクロエマルションの取り込みを伴わないウォッシュコートを示す。右側のパネルは、経路の縦断面であり、ここにおいて、ウォッシュコートは平行経路のより暗い壁のそれぞれの側のより明るい層として見られる。ウォッシュコート層は、薄くかつ高密度であり、多孔性をほとんど有さない。対照的に、図１Ｂは、Ｏ／Ｗマクロエマルションで調製されたウォッシュコートを示す。ウォッシュコート層は、マクロ多孔質の大きさ範囲内の多数の孔を有し、より厚く、スポンジ状に見える。
本明細書の発明は、具体的な実施形態への参照を用いて説明されてきたが、これらの実施形態は、本発明の原理及び適用の、単なる例示であるということが理解されるべきである。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形が本発明の方法及び装置になされ得るということが、当業者には明らかであろう。よって、本発明は、添付の請求項及びそれらの等価物の範囲内の、修正及び変形を含むことが意図される。
Claims (15)
- 触媒ウォッシュコート内の孔の約３０〜１００％が、少なくとも一次元において約１５μｍ〜１００μｍの大きさである、キャリア基材上に前記触媒ウォッシュコートを含む触媒物品。
- 前記触媒ウォッシュコート内の前記孔の約７０〜１００％が、少なくとも一次元において約１５μｍ〜１００μｍの大きさである、請求項１に記載の触媒物品。
- 前記触媒ウォッシュコート内の前記孔の約７０〜１００％が、少なくとも一次元において約１５μｍ〜５０μｍの大きさである、請求項１または２に記載の触媒物品。
- 前記キャリア基材が、セラミックまたは金属ハニカム基材である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒物品。
- 前記触媒ウォッシュコートが、貴金属基（ｐｒｅｃｉｏｕｓ ｇｒｏｕｐ）金属触媒、卑金属触媒、ＳＣＲ触媒、及び／またはゼオライトを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒物品。
- 前記触媒が支持物質に含浸される、請求項１または５に記載の触媒物品。
- 前記ウォッシュコートが、水中油型マクロエマルションを、少なくとも１種の触媒を含むウォッシュコートスラリーに取り込むことと、前記マクロエマルションを取り込んだ前記スラリーでキャリア基材をウォッシュコートすることと、前記ウォッシュコートされたキャリア基材をか焼することと、を含むプロセスによって生成され、前記マクロエマルション中の油粒子の約３０％〜１００％が直径約１５μｍ〜１００μｍである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の触媒物品。
- 前記マクロエマルションが、Ｃ６〜Ｃ４０、Ｃ１０〜Ｃ４０の炭素鎖長を有する油もしくは炭化水素、またはＣ６〜Ｃ４０の範囲の炭素鎖長を有する油もしくは炭化水素の混合物を含む、請求項７に記載の触媒物品。
- 前記マクロエマルションが、鉱油、ヘキサン、またはそれらの混合物を含む、請求項７または８に記載の触媒物品。
- 前記マクロエマルションが、ＨＬＢ８〜１６またはＨＬＢ１０〜１２を有する非イオン性界面活性剤を含む、請求項７〜９のいずれか１項に記載の触媒物品。
- 前記界面活性剤が、オクチルフェノールエトキシレート、第２級アルコールエトキシレート、分岐第２級アルコールエチオキシレート、獣脂アミンのジエトキシレート、直鎖第１級アルコールのエトキシレート、及びポリオキシエチレン界面活性剤からなる群から選択される、請求項１０に記載の触媒物品。
- 前記非イオン性界面活性剤が、オクチルフェノールエトキシル化界面活性剤である、請求項１２に記載の触媒物品。
- 排気ガス排出の削減のための使用のための、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の触媒物品。
- ガソリン及びディーゼルエンジンの排気流中の、炭化水素、一酸化炭素、または窒素酸化物の酸化のための触媒を含む、請求項１３に記載の触媒物品。
- 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の触媒物品と流体流連通する排気ガスの源と、前記触媒物品と流体流連通する、煤煙フィルタ、触媒煤煙フィルタ、及び第２の触媒物品のうちの少なくとも１つと、を備える、排気ガス排出の削減のためのシステム。
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