JP2023502225A - 富化ｐｇｍゾーンを有する排気浄化触媒物品 - Google Patents

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Abstract

本開示は、一般に、白金族金属（ＰＧＭ）富化ゾーンを含む排気浄化触媒物品、このような排気浄化触媒物品を作製する方法、およびこのような排気浄化触媒物品を使用する方法に関する。

Description

本出願は、２０１９年１１月２２日に出願された米国仮出願第６２／９３９，１１７号に対する優先権の利益を主張し、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、排気ガス中に含有される汚染物質を低減するための排気ガスの処理に有用な排気浄化触媒物品に関する。特に、本開示は、富化白金族金属（ＰＧＭ）ゾーンを有する排気浄化触媒物品、およびこのような排気浄化触媒物品を調製する方法に関する。
三元変換（ＴＷＣ）触媒（以下、三元変換触媒、三元触媒、ＴＷＣ触媒、およびＴＷＣと互換的と称される）は、内燃機関からの排気ガス流の処理に数年間利用されてきた。一般に、炭化水素、窒素酸化物、および一酸化炭素などの汚染物質を含有する排気ガス流を処理または精製するために、三元変換触媒を含有する触媒コンバータが、内燃機関の排気ガスラインに使用される。三元変換触媒は、未燃の炭化水素および一酸化炭素を酸化し、窒素酸化物を還元する。ほとんどの市販のＴＷＣ触媒は、少量のロジウムとともに使用される、主要な白金族金属（ＰＧＭ）成分としてパラジウムを含有する。
ＴＷＣ触媒は、ＰＧＭ金属含有スラリーを、基材上にコーティングすることによって形成され得る。コーティングは、ボトム層およびトップ層を含む層状構造の形態であり得る。白金族金属は、約３ｇ／ｆｔ３～約３００ｇ／ｆｔ３の範囲のＰＧＭの充填量で、基材上に均一にコーティングされ得る。別の技術では、白金族金属は、ゾーン様式で基材上にコーティングされ得る。
しかしながら、既存のＴＷＣ触媒は、ますます厳しくなる世界的な排出基準を満たすための、ＮＯｘ、ＨＣ、およびＣＯなどの汚染物質の十分な低減を提供しない。したがって、ＮＯｘ、ＨＣ、およびＣＯなどの汚染物質をより効率的に低減する改善されたＴＷＣ触媒の必要性が依然存在する。
一態様では、本開示は、ＮＯｘ、ＨＣ、およびＣＯなどの汚染物質のより高い低減を達成するために、ウォッシュコートアーキテクチャ、ＰＧＭの種類、およびＰＧＭの充填量の改善を有する排気浄化触媒物品、ならびに改善されたコーティング戦略、およびこのような触媒物品を作製する方法を提供する。
したがって、基材の入口または出口部分のボトム層および／またはトップ層上に堆積され得る、高充填量のＰＧＭ（例えば、最大１０００ｇ／ｆｔ３など）を含有するＰＧＭ富化ゾーンを提供することによって、従来のＴＷＣ触媒物品と比較して、有意に高い汚染物質低減が達成されることが見出された。
したがって、一態様では、本開示は、入口軸方向端および出口軸方向端を有する基材と、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層と、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたトップウォッシュコート層であって、その結果、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層と、を含み、
トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層が、１つ以上の白金族金属を含む第１の部分と、１つ以上の白金族金属を含む第２の部分と、を含み、
第１の部分が、基材の入口軸方向端から開始し、
第１の部分における白金族金属の濃度が、第２の部分における白金族金属の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの長さを有し、
第１の部分における白金族金属の充填量が、第１の部分の第１の端から第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、排気浄化触媒物品を提供する。
本開示の特定の実施形態の理解を提供するために、添付図面が参照され、これらは、必ずしも縮尺どおりに描かれておらず、参照番号は、本開示の例示的な実施形態の構成要素を指す。図面は、例としてのみ提供され、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
参照例１～３（触媒Ａ、Ｂ、およびＣ）および発明例４～９（触媒Ｄ～Ｉ）に従って調製された排気浄化触媒物品のウォッシュコートアーキテクチャの図式表現を示す。 発明例４に従って調製された触媒Ｄのボトムウォッシュコート層のＰＧＭ富化ゾーンにおけるＰｄ勾配を示す。挿入図：触媒Ｄのウォッシュコートアーキテクチャの図式表現。 発明例７に従って調製された触媒Ｇのトップウォッシュコート層のＰＧＭ富化ゾーンにおけるＰｔ勾配を示す。挿入図：触媒Ｇのウォッシュコートアーキテクチャの図式表現。 参照例１および２（触媒ＡおよびＢ）、ならびに発明例４、５、および６（触媒Ｄ、Ｅ、およびＦ）に従って調製された排気浄化触媒物品を使用した、ＦＴＰ－７５試験サイクル下での累積非メタン炭化水素（ＮＭＨＣ）、ＮＯｘ、およびＣＯテールパイプ排気の比較試験結果を示す。 参照例１および３（触媒ＡおよびＣ）、ならびに発明例７、８、および９（触媒Ｇ、Ｈ、およびＩ）に従って調製された排気浄化触媒物品を使用した、ＦＴＰ－７５試験サイクル下での累積ＮＭＨＣ、ＮＯｘ、およびＣＯテールパイプ排気の比較試験結果を示す。 本開示のいくつかの実施形態による基材として機能し得、トップおよびボトムウォッシュコート層、ならびにその上にコーティングされたＰＧＭ富化ゾーンを有し得る、例示的なハニカム型基材担体の斜視図を示す。 図６Ａに対して拡大され、かつ図６Ａの基材担体の端面に平行な平面に沿って取られた部分断面図であり、図６Ａに示される複数のガス流路の拡大図を示す。 図６Ａ内の例示的なハニカム型基材が、ウォールフローフィルタ基材モノリスを表現する、図６Ａに対して拡大された区分の切断図を示す。
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、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。本明細書中のいかなる文言も、請求されていない要素が、開示された材料および方法の実施に不可欠であることを示すものとして解釈されるべきではない。
本開示は、以下の記載に規定される構成またはプロセス工程の詳細に限定されるものではない。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な手法で実施または実行されることが可能である。本明細書に記載される例示的な実施形態は、本開示の原理および応用の単なる例示であることを理解されたい。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に対して様々な修正および変更が行われ得ることが、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの相当物の範囲内にある修正および変更を含むことが意図される。
本明細書に考察される材料および方法を説明する文脈（特に以下の請求項の文脈）における「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」という用語、および同様の指示語の使用は、本明細書で別途指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を網羅すると解釈されるべきである。
「約」という用語は、本明細書全体を通して使用されて、小さな変動を記載し、説明する。例えば、「約」という用語は、±５％以下、例えば、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．２％以下、±０．１％以下、または±０．０５％以下を指す。すべての数値は、明示的に示されているか否かに関わらず、「約」という用語によって修飾される。「約」という用語によって修飾される値は、特定の値を含む。例えば、「約５．０」は、５．０を含む。
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行することができる。本明細書で提供される任意およびすべての例または例示的言語（例えば「など」）の使用は、材料および方法をよりよく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、範囲を限定するものではない。
白金族金属（ＰＧＭ）は、ＰＧＭ（例えば、Ｒｈ、Ｐｄ、およびＰｔなど）を含む任意の成分を指す。例えば、ＰＧＭは、原子価がゼロの金属形態であってもよいか、またはＰＧＭは、酸化物形態であってもよい。「ＰＧＭ成分」についての言及は、任意の価電子状態でのＰＧＭの存在を考慮に入れている。「白金（Ｐｔ）成分」、「ロジウム（Ｒｈ）成分」、「パラジウム（Ｐｄ）成分」などの用語は、触媒の焼成または使用時に、触媒活性形態、通常は金属または金属酸化物に分解されるかまたは変換される、それぞれの白金族金属化合物、錯体などを指す。
本明細書で使用される場合、「触媒」または「触媒組成物」という用語は、反応速度を促進または加速させる材料を指す。
本明細書で使用される場合、「触媒物品（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｒｔｉｃｌｅ）」または「触媒物品（ｃａｔａｌｙｓｔ ａｒｔｉｃｌｅ）」または「触媒」という用語は、基材が、所望の反応を促進または加速させるために使用される触媒成分でコーティングされた成分を指す。いくつかの実施形態では、触媒物品は、層状触媒物品である。層状触媒物品という用語は、基材が、ＰＧＭ組成物で層状にコーティングされた触媒物品を指す。これらの組成物は、ウォッシュコートと称され得る。
本明細書で使用される場合、「ＮＯｘ」という用語は、例えば、ＮＯおよび／またはＮＯ２などの窒素酸化物化合物を指す。
一態様では、本開示は、入口軸方向端および出口軸方向端を有する基材と、入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層と、基材の入口軸方向端または出口軸方向端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたトップウォッシュコート層であって、その結果、ボトムウォッシュコート層の軸方向長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層と、を含み、
トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層が、１つ以上の白金族金属を含む第１の部分と、１つ以上の白金族金属を含む第２の部分と、を含み、
第１の部分が、基材の入口軸方向端から開始し、
第１の部分における白金族金属の濃度が、第２の部分における白金族金属の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの軸方向長さを有し、
第１の部分における白金族金属の充填量が、第１の部分の第１の端から第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、排気浄化触媒物品を提供する。
いくつかの実施形態では、ボトムウォッシュコート層は、基材の軸方向長さの約７０％～約１００％、例えば、基材の軸方向長さの約８０％～約１００％などに対してコーティングされる。いくつかの実施形態では、ボトムウォッシュコート層は、基材の総長さに対してコーティングされる。いくつかの実施形態では、トップウォッシュコート層は、基材の軸方向長さの約７０％～約１００％、例えば、基材の軸方向長さの約８０％～約１００％などに対してコーティングされる。いくつかの実施形態では、トップウォッシュコート層は、基材の総長さに対してコーティングされる。いくつかの実施形態では、トップウォッシュコート層は、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約１００％などの、ボトムウォッシュコート層の少なくとも約７０％を被覆する。いくつかの実施形態では、トップウォッシュコート層は、ボトムウォッシュコート層の総長さを被覆する。
いくつかの実施形態では、第１の部分は、１つ以上の白金族金属で既に事前充填されているトップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層の一部を、追加の白金族金属溶液でコーティングすることによって形成されたＰＧＭ富化ゾーンである。
いくつかの実施形態では、白金族金属は、白金、パラジウム、ロジウム、およびこれらの組み合わせから選択される。
いくつかの実施形態では、白金族金属は、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、セリア成分、ジルコニア成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に担持される。
いくつかの実施形態では、第１の部分は、約０．５インチ～約１インチの範囲の長さを有する。
いくつかの実施形態では、第１部分の最上面から基材まで移動する、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分における白金族金属の約５０％以上は、第１の部分の最上部３分の１（１／３）に存在する。本明細書で使用される場合、第１の部分の「最上面」は、下にある基材から最も遠い第１の部分を含むウォッシュコート層の表面に対応し、基材表面からの距離は、基材表面に垂直な方向で測定される。
いくつかの実施形態では、第１部分の最上面から基材まで移動する、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分における白金族金属の約５０％～約９５％は、第１の部分の最上部３分の１（１／３）に存在する。
いくつかの実施形態では、第１の部分は、パラジウムを含む。
いくつかの実施形態では、第１の部分は、白金を含む。
いくつかの実施形態では、第１の部分は、ロジウムを含む。
いくつかの実施形態では、排気浄化触媒物品は、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に堆積されたパラジウムまたは白金を含む、ボトムウォッシュコート層であって、入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、
第１の部分および第２の部分を含み、
第１の部分が、基材の入口軸方向端から開始し、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択的に担持されたパラジウムまたは白金を含み、
第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの軸方向長さを有し、
第１の部分における白金族金属の充填量が、第１の部分の第１の端から第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、ボトムウォッシュコート層と、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸された、ロジウム、白金、またはこれらの組み合わせを含む、トップウォッシュコート層であって、基材の入口端または出口端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、その結果、ボトムウォッシュコート層の軸方向長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層と、を含む。
いくつかの実施形態では、排気浄化触媒物品は、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されたパラジウムを含む、ボトムウォッシュコート層であって、入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされている、ボトムウォッシュコート層と、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸された、ロジウム、白金、パラジウム、またはこれらの組み合わせを含む、トップウォッシュコート層であって、基材の入口端または出口端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、その結果、ボトムウォッシュコート層の軸方向長さの少なくとも約６０％を被覆し、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択的に担持されたパラジウムまたは白金を含む第１の部分と、パラジウムまたは白金を含む第２の部分と、を含み、
第１の部分が、基材の入口軸方向端から開始し、
第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの範囲の軸方向長さを有し、
第１の部分における白金族金属の充填量が、第１の部分の第１の端から第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０～約１０００ｇ／ｆｔ３である、トップウォッシュコート層と、を含む。
いくつかの実施形態では、第１の部分は、パラジウムを含み、第１の部分におけるパラジウムの量は、触媒物品中に存在する総パラジウムの約３０～約１００重量％である。例えば、いくつかの実施形態では、第１の部分は、触媒物品中に存在する総パラジウムの約５０～約１００重量％、約７０～約１００重量％、または約９０～約１００重量％を含む。
いくつかの実施形態では、第１の部分は、白金を含み、第１の部分における白金の量は、触媒物品中に存在する総白金の約３０～約１００重量％である。例えば、いくつかの実施形態では、第１の部分は、触媒物品中に存在する総白金の約５０～約１００重量％、約７０～約１００重量％、または約９０～約１００重量％を含む。
いくつかの実施形態では、第１の部分は、パラジウムまたは白金の濃度勾配を含み、パラジウムまたは白金の濃度は、ＰＧＭ富化ウォッシュコートゾーンがコーティングされているウォッシュコート層のトップ表面からボトム表面に向かって指数関数的に減少する。本明細書で使用される場合、ウォッシュコート層の「トップ表面」は、下にある基材から最も遠いウォッシュコート層の表面に対応し、一方、ウォッシュコート層の「ボトム表面」は、下にある基材に最も近いウォッシュコート層の表面に対応し、基材からの距離は、基材表面に垂直な方向で測定される。
いくつかの実施形態では、第１の部分の総白金族金属の充填量と、第２の部分の総白金族金属の充填量との重量比は、約４．０～約５０の範囲である。例えば、いくつかの実施形態では、第１の部分の総白金族金属の充填量と、第２の部分の総白金族金属の充填量との重量比は、約１０～約５０、約２０～約５０、約３０～約５０、または約４０～約５０の範囲である。
いくつかの実施形態では、アルミナ成分は、アルミナ、ランタナ－アルミナ、セリア－アルミナ、セリア－ジルコニア－アルミナ、ジルコニア－アルミナ、ランタナ－ジルコニア－アルミナ、バリア－アルミナ、バリア－ランタナ－アルミナ、バリア－ランタナ－ネオジミア－アルミナ、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含む。
いくつかの実施形態では、酸素貯蔵成分は、セリア－ジルコニア、セリア－ジルコニア－ランタナ、セリア－ジルコニア－イットリア、セリア－ジルコニア－ランタナ－イットリア、セリア－ジルコニア－ネオジミア、セリア－ジルコニア－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア－プラセオジミア、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含む。
いくつかの実施形態では、ジルコニア成分は、ランタナ－ジルコニア、バリウム－ジルコニア、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含む。
いくつかの実施形態では、ボトムウォッシュコート層は、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上のアルカリ土類金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のアルカリ土類金属酸化物は、ボトムウォッシュコート層の総重量に基づいて、約１．０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、基材は、セラミック基材、金属基材、セラミック発泡体基材、ポリマー発泡体基材、または織物繊維基材である。いくつかの実施形態では、基材は、モノリシックまたはハニカム基材である。
本明細書で使用される場合、「モノリシック基材」、または「ハニカム基材」への言及は、入口から出口まで均質かつ連続的である単一構造を意味する。
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、処理されるガス流の通過を可能にするのに十分に多孔性である、ハニカム型担体部材などの基材材料に適用される触媒または他の材料の薄い接着性の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。ウォッシュコートは、液体ビヒクル中の特定の固体含有量（例えば、約１５～約６０重量％など）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得る。
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。本開示のいくつかの実施形態では、基材は、１つ以上のウォッシュコート層を含み得る。いくつかの実施形態では、各ウォッシュコート層は、他のウォッシュコート層と何らかの手法で異なり得る。例えば、ウォッシュコート層は、その物理的特性（例えば、粒子径または微結晶相など）に関して異なり得る、および／またはその化学組成または触媒機能において異なり得る。
本明細書で使用される場合、触媒物品は、「未使用」であり得、これは、それが新しく、任意の熱または熱的ストレスに長期間の間曝露されていないことを意味する。「未使用」という用語はまた、触媒が最近調製され、任意の排気ガスまたは高温に曝露されていないことを意味し得る。対照的に、本明細書で使用される場合、「エージングされた」触媒物品は、未使用ではなく、長期間（例えば、３時間超など）、排気ガスおよび／または高温（例えば、５００℃超など）に曝露されている。
いくつかの実施形態では、本開示の排気浄化触媒物品の基材は、自動車用触媒を調製するために使用される任意の好適な材料で構成され得る。いくつかの実施形態では、基材は、セラミック基材、金属基材、セラミック発泡体基材、ポリマー発泡体基材、または織物繊維基材である。いくつかの実施形態では、基材は、セラミックまたは金属モノリシックハニカム構造を含む。
いくつかの実施形態では、基材は、本明細書に記載される触媒組成物を含む１つ以上のウォッシュコート層が、塗布および接着される複数の壁表面を提供し、それによって、触媒組成物用の担体として作用する。
金属基材の例としては、チタンおよびステンレス鋼、ならびに鉄が実質的であるか、または主要成分である他の合金などの、耐熱性金属および金属合金が挙げられる。いくつかの実施形態では、このような合金は、ニッケル、クロム、および／またはアルミニウムのうちの１つ以上を含有し得、これらの金属の総量は、例えば、約１０～２５重量％のクロム、約３～８重量％のアルミニウム、および最大約２０重量％のニッケルなどの、少なくとも１５重量％の合金を含み得る。いくつかの実施形態では、合金はまた、マンガン、銅、バナジウム、チタンなどの、少量または微量の１つ以上の金属も含み得る。いくつかの実施形態では、金属基材の表面は、例えば、約１０００℃以上などの、高温で酸化されて、基材の表面上に酸化物層を形成し、合金の耐食性を改善し、金属表面へのウォッシュコート層の接着を容易にし得る。
いくつかの実施形態では、基材を構成するために使用されるセラミック材料は、例えば、コーディエライト、ムライト、コーディエライト－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、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、アルミナ、アルミノシリケートなどの、任意の好適な耐火性材料を含み得る。
いくつかの実施形態では、通路が流体流に開放されるように、基材の入口から出口表面まで延在する複数の微細で平行なガス流路を有するモノリシックフロースルー基材などの、任意の好適な基材が用いられ得る。入口から出口への本質的に直線の経路である通路は、通路を通して流れるガスが触媒材料と接触するように、触媒材料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。モノリス基材の流路は、例えば、台形、長方形、正方形、正弦波形状、六角形、楕円形、および円形などの任意の好適な断面形状のものであり得る薄壁チャネルである。このような構造は、断面の１平方インチ当たり約６０～約１２００以上のガス入口開口部（すなわち、「セル」）（ｃｐｓｉ）、より一般的には、約３００～約９００ｃｐｓｉを含有する。フロースルー基材の壁厚さは、変動し得、典型的な範囲は、約０．００２～約０．１インチの間である。いくつかの実施形態では、基材は、例えば、４００ｃｐｓｉおよび６ミルの壁厚さ、または６００ｃｐｓｉおよび４．０ミルの壁厚さを有するコーディエライト基材などの、フロースルー基材であり得る。しかしながら、本開示は、特定の基材の種類、材料、または形状に限定されないことが理解されるであろう。他の実施形態では、基材は、各通路が基材本体の一端で非多孔質プラグによって遮断され、交互の通路が反対側の端面で遮断されている、ウォールフロー基材であり得る。これは、出口に到達するために、ガス流がウォールフロー基材の多孔質壁を通ることを必要とする。いくつかの実施形態では、モノリシック基材は、約１００～約４００ｃｐｓｉ、または約２００～約３００ｃｐｓｉなどの、最大約７００ｃｐｓｉ以上含有し得る。セルの断面形状は、上記に説明されているように、変動する可能性がある。ウォールフロー基材は、０．００２～０．１インチの壁厚さを有する。いくつかの実施形態では、代表的なウォールフロー基材は、多孔質コーディエライトから構成され、その例は、約２００ｃｐｓｉおよび約１０ミルの壁厚さ、または約３００ｃｐｓｉで約８ミルの壁厚さを有し、壁の多孔率は、約４５～約６５％の範囲である。他の実施形態では、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素、および窒化ケイ素などの他のセラミック材料もまた、ウォールフローフィルタ基材として使用され得る。しかしながら、本開示は、特定の基材の種類、材料、または形状には限定されないことが理解されるであろう。基材がウォールフロー基材である場合、触媒組成物は、壁の表面に配置されることに加えて、多孔質壁の細孔構造内に浸透し得る（すなわち、細孔開口部を部分的または完全に塞ぐ）ことに留意されたい。いくつかの実施形態では、基材は、フロースルーセラミックハニカム構造、ウォールフローセラミックハニカム構造、または金属ハニカム構造を有する。
本明細書で使用されているように、「流」という用語は、広義的には、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任意の組み合わせを指す。
本明細書で使用されているように、「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、エンジンは上流位置にあり、テールパイプおよびあらゆる汚染物軽減物品、例えばフィルタおよび触媒は、エンジンの下流にある。
図６Ａおよび６Ｂは、本明細書に記載のウォッシュコート組成物でコーティングされたフロースルー基材の形態の例示的な基材２を例示する。図６Ａを参照すると、例示的な基材２は、円筒形状を有し、円筒外面４、上流端面６、および端面６と同一の対応する下流端面８を有する。基材２は、内部に形成された複数の微細で平行なガス流路１０を有する。図６Ｂに見られるように、流路１０は、壁１２によって形成され、基材２を通って上流端面６から下流端面８まで延在し、通路１０は、遮られておらず、流体、例えば、ガス流が、そのガス流路１０を介して基材２を通って長手方向に流れることを可能にする。図７でより容易に見られるように、壁１２は、ガス流路１０が実質的に規則的な多角形形状を有するように寸法決めされ、構成されている。示されるように、ウォッシュコート組成物は、必要に応じて、複数の区別される層で適用することができる。例示される実施形態では、ウォッシュコートは、基材部材の壁１２に接着された個別の第１のウォッシュコート層１４、および第１のウォッシュコート層１４の上にコーティングされた第２の個別のウォッシュコート層１６を含む。少なくとも１つの実施形態では、現在特許請求されている開示はまた、２つ以上（例えば、３つまたは４つ）のウォッシュコート層で実施され、例示される２層の実施形態に限定されない。
図７は、本明細書に記載されるようなウォッシュコート組成物でコーティングされたウォールフローフィルタ基材の形態において、例示的な基材２を例示する。図７に見られるように、例示的な基材２は、複数の通路５２を有する。通路は、フィルタ基材の内壁５３によって管状に囲まれている。基材は、入口端５４および出口端５６を有する。交互の通路は、入口端で入口プラグ５８により、出口端で出口プラグ６０により塞がれて、入口５４および出口５６で逆となる市松模様を形成する。ガス流６２は、塞がれていないチャネル入口６４を通して入り、出口プラグ６０によって止められ、（多孔性である）チャネル壁５３を通して出口側６６に拡散する。ガスは、入口プラグ５８を理由に、壁の入口側に戻って通ることができない。使用される多孔質ウォールフローフィルタは、前記要素の壁がその上に１つ以上の接触材料を有する、またはその中にそれらが含有されるという点で触媒作用を受ける。触媒材料は、要素壁の入口側のみ、出口側のみ、入口側および出口側の両方に存在してもよく、または壁自体が、触媒材料からすべてまたは一部が構成されてもよい。本開示は、要素の入口および／または出口壁における１つ以上の触媒材料層の使用を含む。
本開示の別の態様では、本開示による排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスが提供される。
いくつかの実施形態では、排気浄化触媒物品を調製するためのプロセスは、ａ）入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングすることと、を含む、ボトムウォッシュコート層を調製することと、ｂ）基材の入口軸方向端から開始するボトムウォッシュコート層の一部を、約０．２５インチ～約２インチの長さで、白金族金属溶液でコーティングし、続いて、約１００℃～約１４０℃の範囲の温度で乾燥し、焼成して、ＰＧＭ富化ゾーンを得ることと、ｃ）基材の入口軸方向端または出口軸方向端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、その結果、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを、ボトムウォッシュコート層の軸方向長さの少なくとも約６０％の上にコーティングすることと、を含む、トップウォッシュコート層を調製することと、を含む。
いくつかの実施形態では、排気浄化触媒物品を調製するためのプロセスは、ａ）基材の入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを基材の長さの約６０％～約１００％に対してコーティングすることと、を含む、ボトムウォッシュコート層を調製することと、ｂ）基材の入口軸方向端または出口軸方向端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、その結果、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、スラリーを、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約６０％の上にコーティングすることと、を含む、トップウォッシュコート層を調製することと、ｃ）基材の入口軸方向端から開始するトップウォッシュコート層の一部を、約０．２５インチ～約２インチの長さで、白金族金属溶液でコーティングし、続いて、約１００℃～約１４０℃の温度で乾燥し、焼成して、ＰＧＭ富化ゾーンを得ることと、を含む。
いくつかの実施形態では、上記のプロセスによって調製される排気浄化触媒物品は、本明細書に記載されるような本開示による任意の排気浄化触媒物品であり得る。
いくつかの実施形態では、スラリーを調製する工程は、初期湿式含浸、初期湿式共含浸、後添加、およびこれらの組み合わせから選択される技術を含む。
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、一般に、不均質材料、例えば、触媒など合成に使用される。活性金属前駆体は、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容積を含有する触媒担体に添加される。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り、溶液輸送が、毛細管現象プロセスから、はるかに遅い拡散プロセスに変わる。触媒を乾燥および焼成して、溶液内の揮発性成分を除去し、触媒担体の表面上に金属を堆積させる。含浸させられた材料の濃度プロファイルは、含浸および乾燥の間の細孔内の物質移動条件に依存する。適切に希釈した後、複数の活性金属前駆体を触媒担体に共含浸させてもよい。あるいは、活性金属前駆体は、スラリー調製のプロセス中に、撹拌下での後添加を介してスラリーに導入され得る。
担体粒子は、溶液の実質的にすべてを吸収して、湿潤固体を形成するために、十分に乾燥している。ロジウムが活性金属である場合、塩化ロジウム、硝酸ロジウム、酢酸ロジウム、またはこれらの組み合わせ、およびパラジウムが活性金属である場合、硝酸パラジウム、パラジウムテトラアミン、酢酸パラジウム、またはこれらの組み合わせなどの、活性金属の水溶性化合物または錯体の水溶液が利用される。活性金属溶液を用いた担体粒子の処理後、粒子は、高温（例えば、約１００℃～約１５０℃など）で一定期間（例えば、１～３時間など）、粒子を熱処理することなどによって乾燥され、次いで、焼成されて、活性金属をより触媒活性形態に変換する。焼成プロセスの例は、約４００～５５０℃の温度、１０分間～３時間の、空気中での熱処理を伴う。必要に応じて、含浸の手段によって上のプロセスを繰り返して、所望の活性金属の充填レベルに到達させることができる。
いくつかの実施形態では、上記の触媒組成物は、上記のように触媒粒子の形態で調製される。これらの触媒粒子を水と混合して、ハニカム型基材などの触媒基材をコーティングする目的でスラリーを形成する。いくつかの実施形態では、触媒粒子に加えて、スラリーは、任意選択的に、アルミナ、シリカ、酢酸ジルコニウム、コロイド状ジルコニア、または水酸化ジルコニウム、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、もしくは両性の界面活性剤を含む）の形態の結合剤を含み得る。結合剤の他の例としては、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が挙げられる。存在する場合、結合剤は、ウォッシュコートの総充填量の約１．０～約５．０重量％の範囲の量で使用され得る。酸性または塩基性種のスラリーへの添加が、ｐＨを調整するために適宜実行され得る。例えば、いくつかの実施形態では、スラリーのｐＨは、水酸化アンモニウム、硝酸水溶液、または酢酸の添加によって調整され得る。スラリーの例示的なｐＨ範囲は、約３．０～約１２である。
いくつかの実施形態では、スラリーを粉砕して、粒子径を低減させ得る、および／または粒子の混合を促進し得る。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され得、スラリーの固体含有量は、約２０～６０重量％、例えば、約２０～４０重量％などであり得る。いくつかの実施形態では、粉砕後のスラリーは、例えば、約１０～約３０ミクロン、または約１０～約１５ミクロンなどの、約３．０～４０ミクロンのＤ９０粒子径であることを特徴とする。Ｄ９０は、専用の粒子径分析装置を使用して決定され得る。例えば、レーザー回折を使用して、少量のスラリー中の粒子径を測定し得る。ミクロン単位のＤ９０は、数で９０％の粒子が、規定値未満の直径を有することを意味する。
スラリーは、任意の好適なウォッシュコート技術を使用して、触媒基材上にコーティングされ得る。いくつかの実施形態では、触媒基材は、スラリー中で１回以上浸漬されるか、またはそうでなければスラリーでコーティングされる。その後、コーティングされた基材は、高温（例えば、約１００℃～約１５０℃など）で一定時間（例えば、約１０分～約３時間など）乾燥され、次いで、加熱（例えば、約４００℃～７００℃で約１０分～約３時間など）で焼成される。乾燥および焼成後、最終的なウォッシュコートコーティング層は、本質的に溶媒を含み得ない。焼成後、上記のウォッシュコート技術によって得られる触媒の充填量は、基材のコーティングされた重量とコーティングされていない重量との差を計算することを通して決定され得る。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。さらに、ウォッシュコートを生成するためのコーティング／乾燥／焼成プロセスを必要に応じて繰り返して、コーティングを所望の充填水準または厚さに構築することができ、すなわち２回以上のウォッシュコートを塗布してもよい。
いくつかの実施形態では、コーティングされた基材は、コーティングされた基材に熱処理を施すことによってエージングさせる。いくつかの実施形態では、エージングは、１０体積％の水分の環境において、約８５０℃～約１０５０℃の温度で、約５０～約７５時間、交互に炭化水素／空気を供給して行われる。したがって、いくつかの実施形態では、エージングされた触媒物品が提供される。いくつかの実施形態では、特に有効な材料は、エージング時（例えば、約８５０℃～約１０５０℃、炭化水素／空気の交互供給における１０体積％の水、約５０～７５時間）に、細孔容積の高いパーセンテージ（例えば、約９５～１００％）を維持する金属酸化物系担体（実質的に１００％のセリア担体が挙げられるが、これに限定されることはない）を含む。
別の態様では、内燃機関のための排気システムが提供され、前記システムは、本開示による排気浄化触媒物品を含む。
別の態様では、炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含む、ガス状排気流を処理する方法が提供され、本方法は、本発明に従って、排気流を排気浄化触媒物品または排気システムと接触させることを含む。
別の態様では、ガス状排気流中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物レベルを低減させる方法が提供され、本方法は、本開示に従って、ガス状排気流を触媒物品または排気システムと接触させて、排気ガス流中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減することを含む。
別の態様では、炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を精製するための、本開示による排気浄化触媒物品または排気システムの使用が提供される。
例示的実施形態：
これらに限定するものではないが、本開示のいくつかの実施形態は、以下を含む。
実施形態１．排気浄化触媒物品であって、
入口軸方向端および出口軸方向端を有する基材と、
入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層と、
基材の入口端または出口端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたトップウォッシュコート層であって、その結果、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層と、を含み、
トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層が、第１の部分および第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端から開始し、第２の部分における白金族金属の濃度よりも約２倍～約１００倍高い白金族金属の濃度を呈し、
第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの長さを有し、
白金族金属の充填量が、第１の部分の第１の端から第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、排気浄化触媒物品。
実施形態２．第１の部分が、白金族金属で既に事前充填されているトップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層の一部を、追加の白金族金属溶液でコーティングすることによって形成されたＰＧＭ富化ゾーンである、実施形態１に記載の排気浄化触媒物品。
実施形態３．白金族金属が、白金、パラジウム、ロジウム、およびこれらの組み合わせから選択される、実施形態１または２に記載の排気浄化触媒物品。
実施形態４．白金族金属が、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、セリア成分、ジルコニア成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に担持されている、実施形態１～３のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態５．第１の部分が、約０．５インチ～約１インチの範囲の長さを有する、実施形態１～４のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態６．第１部分の最上面から基材まで、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分における白金族金属の５０％以上が、第１の部分の最上部３分の１（１／３）に存在する、実施形態１～５のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態７．第１部分の最上面から基材まで、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分における白金族金属の５０％～９５％が、第１の部分の最上部３分の１（１／３）に存在する、実施形態１～６のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態８．第１の部分が、パラジウムを含む、実施形態１～７のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態９．第１の部分が、白金を含む、実施形態１～７のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１０．第１の部分が、ロジウムを含む、実施形態１～７のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１１．物品が、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に担持されたパラジウムまたは白金を含み、入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされた、ボトムウォッシュコート層であって、
第１の部分と第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端から開始し、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択的に担持されたパラジウムまたは白金を含み、第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの長さを有し、
白金族金属の充填量が、第１の部分の第１の端から第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、ボトムウォッシュコート層と、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に担持された、ロジウム、白金、またはこれらの組み合わせを含み、基材の入口軸方向端または出口軸方向端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたトップウォッシュコート層であって、その結果、ボトムウォッシュコート層の軸方向長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層と、を含む、実施形態１～１０のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１２．物品が、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に担持されたパラジウムを含み、入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされた、ボトムウォッシュコート層と、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に担持された、ロジウム、白金、パラジウム、およびこれらの組み合わせから選択される白金族金属を含み、基材の入口端または出口端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたトップウォッシュコート層であって、その結果、ボトムウォッシュコート層の軸方向長さの少なくとも約６０％を被覆し、
第１の部分と第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端から開始し、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択的に担持されたパラジウムまたは白金を含み、第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの長さを有し、
白金族金属の充填量が、第１の部分の第１の端から第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、トップウォッシュコート層と、を含む、実施形態１～１０のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１３．第１の部分が、触媒物品中に存在する総パラジウムの約３０～約１００重量％、約５０～約１００重量％、約７０～約１００重量％、または約９０～約１００重量％を含む、実施形態８、１１、または１２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１４．第１の部分が、触媒物品中に存在する総白金の約３０～約１００重量％、約５０～約１００重量％、約７０～約１００重量％、または約９０～約１００重量％を含む、実施形態９、１１、または１２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１５．第１の部分が、パラジウムまたは白金の濃度勾配を含み、第１の部分を含むウォッシュコート層のトップ表面から、第１の部分を含むウォッシュコート層のボトム表面に向かって、パラジウムまたは白金の濃度が指数関数的に減少する、実施形態１１または１２に記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１６．第１の部分の白金族金属と、第２の部分の白金族金属との重量比が、約４．０～約５０、約１０～約５０、約２０～約５０、約３０～約５０、または約４０～約５０の範囲である、実施形態１～１５のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１７．アルミナ成分が、アルミナ、ランタナ－アルミナ、セリア－アルミナ、セリア－ジルコニア－アルミナ、ジルコニア－アルミナ、ランタナ－ジルコニア－アルミナ、バリア－アルミナ、バリア－ランタナ－アルミナ、バリア－ランタナ－ネオジミア－アルミナ、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含む、実施形態４、１１、および１２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１８．酸素貯蔵成分が、セリア－ジルコニア、セリア－ジルコニア－ランタナ、セリア－ジルコニア－イットリア、セリア－ジルコニア－ランタナ－イットリア、セリア－ジルコニア－ネオジミア、セリア－ジルコニア－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア－プラセオジミア、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含む、実施形態４、１１、および１２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態１９．ジルコニア成分が、ランタナ－ジルコニア、バリウム－ジルコニア、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含む、実施形態４に記載の排気浄化触媒物品。
実施形態２０．ボトムウォッシュコート層が、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上のアルカリ土類金属酸化物を含む、実施形態１～１９のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態２１．１つ以上のアルカリ土類金属酸化物が、ボトムウォッシュコート層の総重量に基づいて、約１．０重量％～約２０重量％の範囲の量で存在する、実施形態２０に記載の排気浄化触媒物品。
実施形態２２．基材が、セラミック基材、金属基材、セラミック発泡体基材、ポリマー発泡体基材、または織物繊維基材である、実施形態１～２１のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態２３．ボトムウォッシュコート層が、基材の軸方向長さの約７０％～約１００％、基材の軸方向長さの約８０％～約１００％、または基材の軸方向長さの約１００％に対してコーティングされている、実施形態１～２２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態２４．トップウォッシュコート層が、基材の軸方向長さの約７０％～約１００％、基材の軸方向長さの約８０％～約１００％、または基材の軸方向長さの約１００％に対してコーティングされている、実施形態１～２３のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態２５．トップウォッシュコート層が、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、または少なくとも約１００％を被覆する、実施形態１～２４のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。
実施形態２６．
基材の入口軸方向端から基材の出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングすることと、を含む、ボトムウォッシュコート層を調製することと、
ｂ）基材の入口軸方向端から開始するボトムウォッシュコート層の一部を、約０．２５インチ～約２インチの長さで、白金族金属溶液でコーティングし、続いて、約１００℃～約１４０℃の範囲の温度で乾燥し、焼成して、ＰＧＭ富化ゾーンを得ることと、
ｃ）基材の入口軸方向端または出口軸方向端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、その結果、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、スラリーを、ボトムウォッシュコート層の軸方向長さの少なくとも約６０％の上にコーティングすることと、を含む、トップウォッシュコート層を調製することと、を含む、実施形態１～１１または１３～２５のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品の調製のためのプロセス。
実施形態２７．
ａ）基材の入口軸方向端から出口軸方向端までの基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングすることと、を含む、ボトムウォッシュコート層を調製することと、
ｂ）基材の入口軸方向端または出口軸方向端のいずれかから、基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、その結果、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、スラリーを、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも約６０％の上にコーティングすることと、を含む、トップウォッシュコート層を調製することと、
ｃ）基材の入口軸方向端から開始するトップウォッシュコート層の一部を、約０．２５インチ～約２インチの長さで、白金族金属溶液でコーティングし、続いて、約１００℃～約１４０℃の範囲の温度で乾燥し、焼成して、ＰＧＭ富化ゾーンを得ることと、を含む、実施形態１～１０または１２～２５のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品の調製のためのプロセス。
実施形態２８．内燃機関のための排気システムであって、実施形態１～２５のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品を含む、システム。
実施形態２９．炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を処理する方法であって、排気流を、実施形態１～２５のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品、または実施形態２８に記載の排気システムと接触させることを含む、方法。
実施形態３０．ガス状排気流中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減する方法であって、ガス状排気流を、実施形態１～２５のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品、または実施形態２８に記載の排気システムと接触させて、排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減することを含む、方法。
実施形態３１．炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を精製するための、実施形態１～２５のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品の使用。
上記に記載された排気浄化触媒物品およびそれを作製する方法は、純粋に例示的であることが意図される以下の非限定的な実施例によってさらに記載される。
実施例１ ＣＣ１参照触媒Ａの調製
参照触媒Ａは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝０／７６／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ａは、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされた２層ウォッシュコートアーキテクチャである。
ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、３８ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、３８ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．２重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、４９．６重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．６重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、１．９重量％のＺｒＯ２をもたらす酢酸ジルコニウム、および１．７重量％のＰｄを含有するスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの充填量は、約２．５９ｇ／ｉｎ３であった。
トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させた。約８４．８重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、約５０重量％のセリアを有する１５．０重量％のセリア－ジルコニア複合材料、および０．２３重量％のＲｈを含有するスラリー混合物をボトムコート上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの充填量は、約１．００ｇ／ｉｎ３であった。参照Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品を図１に例示する。
実施例２ ＣＣ１参照触媒Ｂの調製
参照触媒Ｂは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝３８／３８／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｂは、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリスコーディエライト基材上にコーティングされた２層ウォッシュコートアーキテクチャである。
ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．４重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、５０．１重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．７重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、２．０重量％のＺｒＯ２をもたらす酢酸ジルコニウム、および０．９重量％のＰｄを含有するスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの充填量は、約２．５６ｇ／ｉｎ３であった。
トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液およびＰｔ前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）および３８ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの１００重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させた。約８３．１重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、約５０重量％のセリアを有する１４．６重量％のセリア－ジルコニア複合材料、０．２重量％のＲｈ、および２．１重量％のＰｔを含有するスラリー混合物を、ボトムコートの上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの充填量は、約１．０２ｇ／ｉｎ３であった。触媒Ｂを図１に例示する。
実施例３ ＣＣ１参照触媒Ｃの調製
参照触媒Ｃは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝３８／３８／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｃは、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリスコーディエライト基材上にコーティングされた２層ウォッシュコートアーキテクチャである。
ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．４重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、５０．１重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．７重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、２．０重量％のＺｒＯ２をもたらす酢酸ジルコニウム、および０．９重量％のＰｄを含有するスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの充填量は、約２．５６ｇ／ｉｎ３であった。
トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液およびＰｔ前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）および３８ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの１００重量％）を、耐火性アルミナ／セリア上に含浸させた。約８３．１重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３／ＣｅＯ２、約５０重量％のセリアを有する１４．６重量％のセリア－ジルコニア複合材料、０．２重量％のＲｈ、および２．１重量％のＰｔを含有するスラリー混合物を、ボトムコートの上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの充填量は、約１．０２ｇ／ｉｎ３であった。触媒Ｃを図１に例示する。
実施例４ ＣＣ１発明触媒Ｄの調製
発明触媒Ｄは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝３８／３８／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｄは、ボトムコートと、触媒の入口側における追加のＰＧＭ富化ゾーンと、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされたトップコートとで構成されるウォッシュコートアーキテクチャを含む。
ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、７．６ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの２０重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、７．６ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの２０重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．６重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、５０．３重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．８重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、２．０重量％のＺｒＯ２をもたらす酢酸ジルコニウム、および０．３重量％のＰｄが含有されるスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの充填量は、約２．５５ｇ／ｉｎ３であった。
触媒の入口側における富化ゾーンの調製：
１５２ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの６０％）を含むＰｄ前駆体溶液を、ボトムコートを既に含有する基材の入口端から吸収させた。吸収工程後、過剰のＰｄが基材から除去されるように、ブロワーを使用して不要な成分を吹き飛ばした。したがって、表面富化Ｐｄ層を、約０．７５インチの富化ゾーン長さで形成した。後続の工程では、基材を１２０℃で３０分間乾燥させ、空気中で１時間焼成した。得られたＰｄ富化層が、試料中に総Ｐｄの約８０％を含有するように、条件を調整した。Ｐｄ富化ゾーンは、ボトムコートのトップから基材に向かってＰｄ濃度が減少するＰｄ勾配を呈する。勾配を、富化ゾーンにおけるＰｄの少なくとも５０％が、ボトムコートの上部３分の１（１／３）に所在するように設定した。
トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液およびＰｔ前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）および３８ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの１００重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させた。約８３重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、約５０重量％のセリアを有する１４．６重量％のセリア－ジルコニア複合材料、０．２重量％のＲｈ、および２．１重量％のＰｔを含有するスラリー混合物を、ボトムコートの上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの充填量は、約１．００ｇ／ｉｎ３であった。触媒Ｄを図１に例示する。
実施例５ ＣＣ１発明触媒Ｅの調製
発明触媒Ｅは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝３８／３８／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｅは、ボトムコートと、触媒の入口側における追加のＰＧＭ富化ゾーンと、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされたトップコートとで構成されるウォッシュコートアーキテクチャを含む。
ボトムコートの調製：ボトムコートは、触媒Ｄのボトムコートと同一であった。
触媒の入口側における富化ゾーンの調製：富化ゾーンは、触媒Ｄの富化ゾーンと同一であった。
トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液およびＰｔ前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）および３８ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの１００重量％）を、耐火性アルミナ／ジルコニア上に含浸させた。２０重量％のＺｒＯ２含有量を有する約８３重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２、約５０重量％のセリアを有する１４．６重量％のセリア－ジルコニア複合材料、０．２重量％のＲｈ、および２．１重量％のＰｔが含有されるスラリー混合物を、ボトムコートの上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの充填量は、約１．００ｇ／ｉｎ３であった。触媒Ｅを図１に例示する。
実施例６ ＣＣ１発明触媒Ｆの調製
発明触媒Ｆは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝３８／３８／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｆは、ボトムコートと、触媒の入口側における追加のＰＧＭ富化ゾーンと、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされたトップコートとで構成されるウォッシュコートアーキテクチャを含む。
ボトムコートの調製：ボトムコートは、触媒Ｄのボトムコートと同一であった。
触媒の入口側における富化ゾーンの調製：富化ゾーンは、アルミナ結合剤材料のＰｄ前駆体溶液への添加を除いて、触媒Ｄの富化ゾーンと同一であった。溶液を十分に混合し、次いで、触媒Ｄについて記載されたプロセスと同様の様式で基材に塗布した。アルミナ／Ｐｄ前駆体比は、重量で約１：１であった。
トップコートの調製：トップコートは、トップコート触媒Ｅと同一であった。触媒Ｆを図１に例示する。
実施例７ ＣＣ１発明触媒Ｇの調製
発明触媒Ｇは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝３８／３８／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｇは、ボトムコートと、トップコートと、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にトップコートがコーティングされた後に、コーティングされた触媒の入口側における追加のＰＧＭ富化ゾーンとで構成されるウォッシュコートアーキテクチャを含む。
ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．４重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、５０．１重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．７重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、２．０重量％のＺｒＯ２をもたらす酢酸ジルコニウム、および０．９重量％のＰｄが含有されるスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの充填量は、約２．５６ｇ／ｉｎ３であった。
トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）を、耐火性アルミナ／セリア上に含浸させた。約８４．８重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３／ＣｅＯ２、約５０重量％のセリアを有する１５．０重量％のセリア－ジルコニア複合材料、および０．２重量％のＲｈが含有されるスラリー混合物を、ボトムコートの上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの充填量は、約１．００ｇ／ｉｎ３であった。
触媒の入口側における富化ゾーンの調製：２５３．３ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの１００％）を含むＰｔ前駆体溶液を、ボトムおよびトップコートを既に含有する基材の入口端から吸収させた。吸収工程後、過剰のＰｔが基材から除去されるように、ブロワーを使用して不要な成分を吹き飛ばした。したがって、表面富化Ｐｔ層を、約０．５５インチの富化ゾーン長さで形成した。後続の工程では、基材を１２０℃で３０分間乾燥させ、空気中で１時間焼成した。トップコートにおけるＰｔ富化ゾーンは、トップコートのトップから基材に向かってＰｔ濃度が減少するＰｔ勾配を呈する。勾配を、富化ゾーンにおける少なくとも５０％のＰｔが、トップコートの最上部３分の１（１／３）に所在するように設定した。触媒Ｇを図１に例示する。
実施例８ ＣＣ１発明触媒Ｈの調製
発明触媒Ｈは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝３８／３８／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｈは、ボトムコートと、ボトムコート後にコーティングされた触媒の入口側における追加のＰＧＭ富化ゾーンと、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上に、コーティングされたトップコートとで構成されるウォッシュコートアーキテクチャを含む。
ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．４重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、５０．１重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．７重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、２．０重量％のＺｒＯ２をもたらす酢酸ジルコニウム、および０．９重量％のＰｄが含有されるスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの充填量は、約２．５６ｇ／ｉｎ３であった。
触媒の入口側における富化ゾーンの調製：１２６．７ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの５０％）を含むＰｔ前駆体溶液を、ボトムコートを既に含有する基材の入口端から吸収させた。吸収工程後、過剰のＰｔが基材から除去されるように、ブロワーを使用して不要な成分を吹き飛ばした。したがって、表面富化Ｐｔ層を、約０．５５インチの富化ゾーン長さで形成した。後続の工程では、基材を１２０℃で３０分間乾燥させ、空気中で１時間焼成した。ボトムコートにおけるＰｔ富化は、ボトムコートのトップから基材に向かってＰｔ濃度が減少するＰｔ勾配を呈する。勾配は、富化ゾーンにおけるＰｔの少なくとも５０％が、ボトムコートの最上部３分の１（１／３）に所在するようであった。
トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）、およびＰｔ前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの５０重量％）を、耐火性アルミナ／セリア上に含浸させた。約８３．９重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３／ＣｅＯ２、約５０重量％のセリアを有する１４．８重量％のセリア－ジルコニア複合材料、０．２重量％のＲｈ、および１．１重量％のＰｔが含有されるスラリー混合物を、ボトムコートの上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの充填量は、約１．００ｇ／ｉｎ３であった。触媒Ｈを図１に例示する。
実施例９ ＣＣ１発明触媒Ｉの調製
発明触媒Ｉは、８０ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝３８／３８／４）のＰＧＭの充填量を有するＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｉは、ボトムコートと、トップコートと、直径４．６６インチ、および長さ３．５８インチ、６００ｃｐｓｉのセル密度、および３．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にトップコートがコーティングされた後に、コーティングされた触媒の入口側における追加のＰＧＭ富化ゾーンとで構成されるウォッシュコートアーキテクチャを含む。
ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．４重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、５０．１重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．７重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、２．０重量％のＺｒＯ２をもたらす酢酸ジルコニウム、および０．９重量％のＰｄが含有されるスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの充填量は、約２．５６ｇ／ｉｎ３であった。
トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）、およびＰｔ前駆体溶液の形態で、１９ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの５０重量％）を、耐火性アルミナ／セリア上に含浸させた。約８３．９重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３／ＣｅＯ２、約５０重量％のセリアを有する１４．８重量％のセリア－ジルコニア複合材料、０．２重量％のＲｈ、および１．１重量％のＰｔが含有されるスラリー混合物を、ボトムコートの上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの充填量は、約１．００ｇ／ｉｎ３であった。
触媒の入口側における富化ゾーンの調製：１２６．７ｇ／ｆｔ３のＰｔ（総Ｐｔの５０％）を含むＰｔ前駆体溶液を、ボトムコートを既に含有する基材の入口端から吸収させた。吸収工程後、過剰のＰｔが基材から除去されるように、ブロワーを使用して不要な成分を吹き飛ばした。したがって、表面富化Ｐｔ層を、約０．５５インチの富化ゾーン長さで形成した。後続の工程では、基材を１２０℃で３０分間乾燥させ、空気中で１時間焼成した。トップコートにおけるＰｔ富化ゾーンは、トップコートのトップから基材に向かってＰｔ濃度が減少するＰｔ勾配を呈した。勾配は、富化ゾーンにおけるＰｔの少なくとも５０％が、トップコートの最上部３分の１（１／３）に所在するようであった。触媒Ｉを図１に例示する。
実施例１０：ＵＦ参照触媒Ｊの調製
参照触媒Ｊは、３ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝０／０／３）のＰＧＭの充填量を有するＲｈ触媒物品である。触媒Ｊは、直径４．６６インチ、および長さ４．４インチ、４００ｃｐｓｉのセル密度、および４ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされた単層ウォッシュコートアーキテクチャを含む。
ロジウム前駆体溶液の形態で、３ｇ／ｆｔ３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）を、水、耐火性アルミナ、および約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料と混合した。約６３．１重量％の耐火性Ａｌ２Ｏ３、３２．０重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１．５重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、０．３重量％のＺｒＯ２をもたらす酢酸ジルコニウム、１．５重量％のＳｒＯをもたらす酢酸ストロンチウム、および０．１重量％のＲｈを含有するスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ウォッシュコートの充填量は、約２．８ｇ／ｉｎ３であった。
実施例１１：触媒の試験
実施例１～１０において調製されたすべての触媒を、典型的な入口温度が約９４０℃、典型的な触媒床温度が１０００℃を超えないように運転するように設定されたエンジンを使用し、発熱エージングプロトコルを使用してエージングした。ＦＴＰ－７５試験プロトコルで試験された車両の典型的な運転条件をシミュレートするために、エンジンアウトガスの供給組成を、リッチとリーンとの間で交互にした。すべてのＣＣ１触媒を、同じ条件を使用して５０時間エージングした。触媒Ｊを、一般的な床下触媒として使用し、同じプロトコルを使用してエージングしたが、ＵＦ位置にあるため、１００時間で、比例してより低い有効温度をもたらした。
排気性能を、ＦＴＰ－７５試験プロトコルの下で運転する近位連結＋床下（ＣＣ＋ＵＦ）排気浄化システム構成を備えた、２．０Ｌターボチャージャー付きＵＬＥＶ７０車両を使用して試験した。各システムを少なくとも４回試験して、高い実験再現性およびデータの一貫性を保証した。
本開示によるＰｄ富化ゾーンを使用することの利益を、図４に実証する。本発明の触媒Ｄ～Ｆは、Ｐｄ／Ｒｈ参照触媒ＡならびにＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ参照触媒Ｂの両方と比較して、最大１８％のＮＭＨＣ＋ＮＯｘ排気低減を実証する。さらに、本発明の触媒Ｄ～Ｆはまた、参照触媒ＡおよびＢと比較して、最大約１２％のＣＯ排気低減も達成する。前記触媒システムは、選択されたエージングおよび試験条件下で、ＳＵＬＥＶ３０以上の性能を達成する。
本開示によるＰｔ富化ゾーンを使用することの利益を、図５に実証する。触媒Ｇ～Ｉは、Ｐｄ／Ｒｈ参照触媒ＡならびにＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ参照触媒Ｃの両方と比較して、最大１０％のＮＭＨＣ＋ＮＯｘ排気低減を実証する。さらに、本発明の触媒Ｇ～Ｉはまた、参照触媒ＡおよびＣと比較して、最大約２０％のＣＯ排気低減も達成する。前記触媒システムは、選択されたエージングおよび試験条件下で、ＳＵＬＥＶ３０以上の性能を達成する。
本明細書全体を通して「一実施形態」、「ある実施形態」、「１つ以上の実施形態」、「実施形態」、または「一部の実施形態」との言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、材料、または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、「一実施形態では」、または「実施形態では」などの句が、本明細書全体にわたって様々な箇所に出現することは、必ずしも本開示の同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つ以上の実施形態では任意の好適な方法で組み合わせることができる。本明細書に開示される様々な実施形態、態様、およびオプションのすべては、そのような特徴または要素が本明細書の特定の実施形態の説明において明示的に組み合わされるかどうかに関係なく、すべてのバリエーションで組み合わせることができる。本出願で請求される発明は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、本開示の任意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ことを意図すると考えるべきであると、全体として読み取られることが意図される。
本明細書に開示される実施形態は、特定の例示的な実施形態を参照して説明されたが、これらの実施形態は、本開示の原理および用途の単なる例示であることを理解されたい。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に対して様々な修正および変更が行われ得ることが、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある変形および変更を含むことが意図され、上記の実施形態は、限定ではなく例示の目的で提示される。本明細書で引用されたすべての特許および公開物は、組み込まれた他の記述が具体的に提供されない限り、記載されたその特定の教示について参照によって本明細書に組み込まれる。

Claims (25)

  1. 排気浄化触媒物品であって、
    入口軸方向端および出口軸方向端を有する基材と、
    前記入口軸方向端から前記出口軸方向端までの前記基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層と、
    前記基材の前記入口端または前記出口端のいずれかから、前記基材の前記軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたトップウォッシュコート層であって、その結果、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層と、を含み、
    前記トップウォッシュコート層および／または前記ボトムウォッシュコート層が、１つ以上の白金族金属を含む第１の部分と、１つ以上の白金族金属を含む第２の部分と、を含み、
    前記第１の部分が、前記基材の前記入口軸方向端から開始し、
    前記第１の部分における前記白金族金属の濃度が、前記第２の部分における前記白金族金属の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
    前記第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの長さを有し、
    前記第１の部分における前記白金族金属の充填量が、前記第１の部分の第１の端から前記第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、排気浄化触媒物品。
  2. 前記第１の部分が、白金族金属で既に事前充填されている前記トップウォッシュコート層および／または前記ボトムウォッシュコート層の一部を、追加の白金族金属溶液でコーティングすることによって形成されたＰＧＭ富化ゾーンである、請求項１に記載の排気浄化触媒物品。
  3. 前記１つ以上の白金族金属が、白金、パラジウム、ロジウム、およびこれらの組み合わせから選択される、請求項１または２に記載の排気浄化触媒物品。
  4. 前記白金族金属が、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、セリア成分、ジルコニア成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に担持されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  5. 前記第１の部分が、約０．５インチ～約１インチの範囲の長さを有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  6. 前記第１部分の最上面から前記基材まで、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、前記第１の部分における前記白金族金属の５０％以上が、前記第１の部分の最上部３分の１（１／３）に存在する、請求項１～５のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  7. 前記第１部分の最上面から前記基材まで、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、前記第１の部分における前記白金族金属の５０％～９５％が、前記第１の部分の最上部３分の１（１／３）に存在する、請求項１～７のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  8. 前記第１の部分が、パラジウムを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  9. 前記第１の部分が、白金を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  10. 前記第１の部分が、ロジウムを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  11. 前記物品が、
    酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に堆積されたパラジウムまたは白金を含み、前記入口軸方向端から前記出口軸方向端までの前記基材の前記軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされた、ボトムウォッシュコート層であって、
    前記ボトムウォッシュコート層が、第１の部分および第２の部分を含み、前記第１の部分が、前記基材の前記入口軸方向端から開始し、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択的に担持されたパラジウムまたは白金を含み、前記第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、前記第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
    前記第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの長さを有し、
    前記第１の部分における前記白金族金属の充填量が、前記第１の部分の第１の端から前記第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、ボトムウォッシュコート層と、
    酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸された、ロジウム、白金、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の白金族金属を含み、前記基材の前記入口軸方向端または前記出口端のいずれかから、前記基材の前記軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたトップウォッシュコート層であって、その結果、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層と、を含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  12. 前記物品が、
    酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されたパラジウムを含み、前記入口軸方向端から前記出口軸方向端までの前記基材の前記軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされた、ボトムウォッシュコート層と、
    酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸された、ロジウム、白金、パラジウム、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の白金族金属を含み、前記基材の前記入口軸方向端または前記出口軸方向端のいずれかから、前記基材の前記軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたトップウォッシュコート層であって、その結果、前記トップウォッシュコート層が、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも約６０％を被覆し、
    前記トップウォッシュコート層が、第１の部分および第２の部分を含み、前記第１の部分が、前記基材の入口軸方向端から開始し、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択的に担持されたパラジウムまたは白金を含み、前記第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、前記第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも約２倍～約１００倍高く、
    前記第１の部分が、約０．２５インチ～約２インチの長さを有し、
    前記第１の部分における前記白金族金属の充填量が、前記第１の部分の第１の端から前記第１の部分の第２の端まで軸方向に決定される場合、約１０ｇ／ｆｔ３～約１０００ｇ／ｆｔ３である、トップウォッシュコート層と、を含む、請求項１に記載の排気浄化触媒物品。
  13. 前記第１の部分が、パラジウムを含み、前記第１の部分におけるパラジウムの量が、前記触媒物品中に存在する総パラジウムの約３０重量％～約１００重量％である、請求項１１または１２に記載の排気浄化触媒物品。
  14. 前記第１の部分が、白金を含み、前記第１の部分における白金の量が、前記触媒物品中に存在する総白金の約３０重量％～約１００重量％である、請求項１１または１２に記載の排気浄化触媒物品。
  15. 前記第１の部分が、パラジウムまたは白金の濃度勾配を含み、前記第１の部分を含む前記ウォッシュコート層のトップ表面から、前記第１の部分を含む前記ウォッシュコート層のボトム表面に向かって、前記パラジウムまたは白金の濃度が指数関数的に減少する、請求項１１または１２に記載の排気浄化触媒物品。
  16. 前記第１の部分の前記白金族金属と、前記第２の部分の前記白金族金属との重量比が、約４．０～約５０の範囲である、請求項１～１５のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  17. 前記アルミナ成分が、アルミナ、ランタナ－アルミナ、セリア－アルミナ、セリア－ジルコニア－アルミナ、ジルコニア－アルミナ、ランタナ－ジルコニア－アルミナ、バリア－アルミナ、バリア－ランタナ－アルミナ、バリア－ランタナ－ネオジミア－アルミナ、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含み、
    前記酸素貯蔵成分が、セリア－ジルコニア、セリア－ジルコニア－ランタナ、セリア－ジルコニア－イットリア、セリア－ジルコニア－ランタナ－イットリア、セリア－ジルコニア－ネオジミア、セリア－ジルコニア－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア－プラセオジミア、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含み、
    前記ジルコニア成分が、ランタナ－ジルコニア、バリウム－ジルコニア、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の成分を含む、請求項４、１１、および１２のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  18. 前記ボトムウォッシュコート層が、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上のアルカリ土類金属酸化物を、前記ボトムウォッシュコート層の総重量に基づいて、約１．０重量％～約２０重量％の量で含む、請求項１～１７のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  19. 前記基材が、セラミック基材、金属基材、セラミック発泡体基材、ポリマー発泡体基材、または織物繊維基材である、請求項１～１８のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品。
  20. 排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスであって、
    基材の前記入口軸方向端から前記出口軸方向端までの前記基材の総長さに対してコーティングされたボトムウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを前記基材の総長さに対してコーティングすることと、を含む、ボトムウォッシュコート層を調製することと、
    前記基材の入口軸方向端から開始する前記ボトムウォッシュコート層の一部を、約０．２５インチ～約２インチの長さで、白金族金属溶液でコーティングし、続いて、約１００℃～約１４０℃の範囲の温度で乾燥し、焼成して、ＰＧＭ富化ゾーンを得ることと、
    前記基材の前記入口軸方向端または前記出口軸方向端のいずれかから、前記基材の前記軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、その結果、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも約６０％の上にコーティングすることと、を含む、トップウォッシュコート層を調製することと、を含む、排気浄化触媒物品の調製のためのプロセス。
  21. 排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスであって、
    基材の前記入口軸方向端から前記出口軸方向端部までの前記基材の軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされたボトムウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを前記基材の前記軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングすることと、を含む、ボトムウォッシュコート層を調製することと、
    前記基材の前記入口軸方向端または前記出口軸方向端のいずれかから、前記基材の前記軸方向長さの約６０％～約１００％に対してコーティングされ、その結果、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも約６０％を被覆する、トップウォッシュコート層を調製することであって、１つ以上の担体上に含浸される、１つ以上の白金族金属を含むスラリーを得ることと、前記スラリーを、前記ボトムウォッシュコートの前記長さの少なくとも約６０％の上にコーティングすることと、を含む、トップウォッシュコート層を調製することと、
    前記基材の入口軸方向端から開始する前記トップウォッシュコート層の一部を、約０．２５インチ～約２インチの長さで、白金族金属溶液でコーティングし、続いて、約１００℃～約１４０℃の範囲の温度で乾燥し、焼成して、ＰＧＭ富化ゾーンを得ることと、を含む、排気浄化触媒物品の調製のためのプロセス。
  22. 内燃機関のための排気システムであって、請求項１～１９のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品を含む、システム。
  23. 炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を処理する方法であって、前記排気流を、請求項１～１９のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品、または請求項２２に記載の排気システムと接触させることを含む、方法。
  24. ガス状排気流中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減する方法であって、前記ガス状排気流を、請求項１～１９のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品、または請求項２２に記載の排気システムと接触させて、前記排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物の前記レベルを低減することを含む、方法。
  25. 炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を精製するための、請求項１～１９のいずれか一項に記載の排気浄化触媒物品の使用。
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