JP7391045B2 - 改善されたフィルタ特性を有する四元変換触媒 - Google Patents
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Description
入口端、出口端、入口端と出口端との間に延在する基材の軸方向長さ、及び多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁によって画定される複数の通路を含む多孔質壁流フィルタ基材を含み、該複数の通路は、開放された入口端と閉塞された出口端とを備える入口通路と、閉塞された入口端と開放された出口端とを備える出口通路とを含み;
多孔質内壁の細孔内、及び多孔質内壁と通路との間の界面を画定する多孔質内壁の表面上において、触媒が、酸素吸蔵化合物及び耐火性金属酸化物に担持された白金族金属を含む三元変換触媒コーティングを含み;
多孔質内壁の細孔内において、三元変換触媒コーティングはインウォールコーティングとして存在し、多孔質内壁の表面上において、三元変換触媒コーティングはオンウォールコーティングとして存在し;
前記三元変換触媒コーティングの他に、触媒は、多孔質内壁の細孔内にさらなるコーティングを含まず、多孔質内壁の表面上にさらなるコーティングを含まない。
多孔質内壁の細孔内、及び多孔質内壁と通路との間の界面を画定する多孔質内壁の表面上、触媒が、酸素吸蔵化合物及び耐火性金属酸化物に担持された白金族金属を含む三元変換触媒コーティングを含み;
多孔質内壁の細孔内において、三元変換触媒コーティングはインウォールコーティングとして存在し、多孔質内壁の表面上において、三元変換触媒コーティングはオンウォールコーティングとして存在し;
三元変換触媒コーティングの他に、触媒は、多孔質内壁の細孔内にさらなるコーティングを含まず、多孔質内壁の表面上にさらなるコーティングを含まず、
四元変換触媒は、総担持量l(total)が0.1から5g/in3の範囲内、より好ましくは0.5から4g/in3の範囲内、より好ましくは0.8から3g/in3の範囲内で三元変換触媒コーティングを含み、ここで総担持量は、l(in-wall coating)とl(on-wall coating)の合計であり、l(in-wall coating)はインウォールコーティングの担持量であり、l(on-wall coating)はオンウォールコーティングの担持量であり、触媒において、インウォールコーティングの担持量、l(in-wall coating)に対するオンウォールコーティングの担持量、l(on-wall coating)として規定される担持比、すなわちl(on-wall coating):l(in-wall coating)として規定される前記担持比は、1:99から50:50の範囲内、より好ましくは2:98から35:65の範囲内、より好ましくは5:95から20:80の範囲内であり、95から100質量%、より好ましくは98から100質量%、より好ましくは99から100質量%、より好ましくは99.5から100質量%、より好ましくは99.9から100質量%の四元変換触媒は、多孔質壁流フィルタ基材及び三元変換触媒コーティングで構成されている。
多孔質内壁の細孔内、及び多孔質内壁と通路との間の界面を画定する表面に、触媒が、酸素吸蔵化合物及び耐火性金属酸化物に担持された白金族金属を含む三元変換触媒コーティングを含み;
多孔質内壁の細孔内において、三元変換触媒コーティングはインウォールコーティングとして存在し、多孔質内壁の表面において、三元変換触媒コーティングはオンウォールコーティングとして存在し;
三元変換触媒コーティングの他に、触媒は、多孔質内壁の細孔内にさらなるコーティングを含まず、多孔質内壁の表面上にさらなるコーティングを含まず、
インウォールコーティングを有する多孔質内壁は、20から99%の範囲、より好ましくは50から98%の範囲、より好ましくは75から97%の範囲の相対平均気孔率を有し、ここで、相対平均気孔率は、インウォールコーティングを有しない内壁の平均気孔率に対するインウォールコーティングを有する内壁の平均気孔率として定義され、平均気孔率は、本明細書の参考例3に従って決定され、
インウォールコーティングを有する多孔質内壁が、10から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から19.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは14から18マイクロメートルの範囲の相対平均気孔径を有し、相対平均気孔径は、インウォールコーティングを有しない内壁の平均気孔径に対するインウォールコーティングを有する内壁の平均気孔径として定義され、平均気孔径は、本明細書の参考例3に従って決定され、
壁流フィルタ基材は、基材軸方向長さのx%の入口コーティング長さで三元変換触媒コーティングを有し、ここで0≦x≦100であり;及び壁流フィルタ基材は、基材の軸方向長さのy%の出口コーティング長さで三元変換触媒コーティングを有し、ここで0≦y≦100であり;x+y>0である。
多孔質内壁の細孔内、及び多孔質内壁と通路との間の界面を画定する多孔質内壁の表面上に、触媒が、酸素吸蔵化合物及び耐火性金属酸化物に担持された白金族金属を含む三元変換触媒コーティングを含み;
多孔質内壁の細孔内において、三元変換触媒コーティングはインウォールコーティングとして存在し、多孔質内壁の表面において、三元変換触媒コーティングはオンウォールコーティングとして存在し;
三元変換触媒コーティングの他に、触媒は、多孔質内壁の細孔内にさらなるコーティングを含まず、多孔質内壁の表面上にさらなるコーティングを含まず、
三元変換触媒コーティングは、1つ以上の白金族金属、より好ましくはルテニウム、パラジウム、ロジウム、プラチナ及びイリジウムのうちの1つ以上、より好ましくはパラジウム、ロジウム及びプラチナのうちの1つ以上、より好ましくはパラジウム及びロジウムのうちの1つ以上、より好ましくはパラジウム及びロジウムを含み、
三元変換触媒インウォールコーティングは、酸素吸蔵化合物を含み、より好ましくは、酸素吸蔵化合物はセリウムを含み、より好ましくは、酸化セリウム、酸化セリウムを含む酸化物の混合物、及びセリウムを含む混合酸化物の1つ以上を含み、セリウムを含む混合酸化物は、好ましくは、さらに、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、ランタン、及びプラセオジムのうちの1つ以上を含み、より好ましくは、さらに、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、及びランタンのうちの1つ以上を含み、より好ましくは、さらに、ジルコニウム、イットリウム、ネオジム、及びランタンを含み、
三元変換触媒コーティングは耐火性金属酸化物担体を含み、より好ましくは、アルミニウムを含む耐火性金属酸化物担体は、より好ましくは、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムを含む酸化物の混合物、及びアルミニウムを含む混合酸化物ののうちの1つ以上を含み、
アルミニウムを含む混合酸化物は、より好ましくは、さらに、ジルコニウム、セリウム、ランタン、バリウム、及びネオジムのうちの1つ以上を含み、より好ましくは、耐火性金属酸化物担体は、酸化アルミニウム、より好ましくは、ガンマ酸化アルミニウムを含み、
三元変換触媒コーティングは、促進剤を含み、
より好ましくは、インウォールコーティングを有する多孔質内壁が、20から99%の範囲、より好ましくは50から98%の範囲、より好ましくは75から97%の範囲の相対平均気孔率を有し、相対平均気孔率は、インウォールコーティングを含まない内壁の平均気孔率に対するインウォールコーティングを含む内壁の平均気孔率として規定され、平均気孔率は、本明細書の参考例3にしたがって決定され、
より好ましくは、インウォールコーティングを有する多孔質内壁が、10から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から19.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは14から18マイクロメートルの範囲の相対平均気孔径を有し、相対平均気孔径は、インウォールコーティングを有しない内壁の平均気孔径に対するインウォールコーティングを有する内壁の平均気孔径として定義され、平均気孔径は、本明細書の参考実例施3にしたがって決定される。
(i) 入口端、出口端、入口端と出口端との間に延在する基材の軸方向長さ、及び多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁によって画定される複数の通路を含む多孔質壁流フィルタ基材を提供すること、
該複数の通路は、開放された入口端と閉塞された出口端とを備える入口通路と、閉塞された入口端と開放された出口端とを備える出口通路とを含み、内壁は、9から22マイクロメートルの範囲の平均気孔径を有し、平均気孔径は、本明細書の参考例3に従って決定され、内壁の内壁平均気孔率は、20から75%の範囲であり、平均気孔率は、本明細書の参考例3に従って決定される;
(ii) 三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むウォッシュコートスラリーを提供すること、
前記粒子は、11から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定される;
(iii) (ii)で提供されるウォッシュコートスラリーの粒子によって、(i)で提供される多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁をコーティングすること、
を含む。
(ii.1) 耐火性金属酸化物担体に白金族金属源を含浸させ;
耐火性金属酸化物上に担持された白金族金属を補助剤及び促進剤の源のうちの1つ以上と混合し、三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むスラリーを得て、前記粒子は、21マイクロメートルを超える体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定され;
前記スラリーを粉砕して、スラリーを得て、前記スラリー中に含まれる粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有する;
(ii.2) 酸素吸蔵化合物に白金族金属源を含浸させること;
酸素吸蔵化合物上に担持される白金族金属を補助剤及び促進剤の源のうちの1つ以上と混合し、三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むスラリーを得て、前記粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定され;
前記スラリーを粉砕し、スラリーを得て、前記スラリー中に含まれる粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有する;
(ii.3) (ii.1)から得られたスラリーと(ii.2)から得られたスラリーとを混合し、三元変換触媒コーティングの源を含むウォッシュコートスラリーを得ること、
を含む。
(i) 入口端、出口端、入口端と出口端との間に延在する基材の軸方向長さ、及び多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁によって画定される複数の通路を含む多孔質壁流フィルタ基材を提供することであって、該複数の通路は、開放された入口端と閉塞された出口端とを備える入口通路と、閉塞された入口端と開放された出口端とを備える出口通路とを含み、内壁は、9から22マイクロメートルの範囲の平均気孔径を有し、平均気孔径は、本明細書の参考例3に従って決定され、内壁の内壁平均気孔率は、20から75%の範囲であり、平均気孔率は、本明細書の参考例3に従って決定される;
(ii) 三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むウォッシュコートスラリーを提供すること、前記粒子は、11から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定され、ここで(ii)は;
(ii.1) 耐火性金属酸化物担体に白金族金属の源を含浸させ;
耐火性金属酸化物上に担持された白金族金属を補助剤及び促進剤の源のうちの1つ以上と混合し、三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むスラリーを得て、前記粒子は、21マイクロメートルを超える体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定され;及び、
前記スラリーを粉砕し、スラリーを得て、前記スラリー中に含まれる粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有する;
(ii.2) 酸素吸蔵化合物に白金族金属源を含浸させ;
酸素吸蔵化合物上に担持される白金族金属を補助剤及び促進剤の源のうちの1つ以上と混合し、三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むスラリーを得て、前記粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定され;及び、
前記スラリーを粉砕し、スラリーを得て、前記スラリー中に含まれる粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有する;
(ii.3) (ii.1)から得られたスラリーと(ii.2)から得られたスラリーとを混合し、三元変換触媒コーティングの源を含むウォッシュコートスラリーを得ること、
を含み;
(iii) (i)で提供された多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁を(ii)で提供されたウォッシュコートスラリーの粒子でコーティングすること、好ましくは、(i)で提供された多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁を(ii)で提供されたウォッシュコートスラリーの粒子でコーティングすることは、多孔質壁流フィルタ基材をウォッシュコートスラリーに浸漬すること、多孔質壁流フィルタ基材をウォッシュコートスラリーに一定時間、より好ましくは0.5から10秒、より好ましくは1から6秒の範囲で曝すこと、及びウォッシュコートスラリーから多孔質壁流フィルタ基材を取り出すことを含み、
より好ましくは、多孔質壁流フィルタ基材の入口通路はウォッシュコートスラリーに曝され、多孔質壁流フィルタ基材の出口通路はウォッシュコートスラリーに曝されず、入口通路は基材軸方向長さのx%にわたってウォッシュコートスラリーに曝され、ここで0<x≦100、より好ましくは50≦x≦100、より好ましくは75≦x≦100、より好ましくは90≦x≦100、より好ましくは95≦x≦100、より好ましくは99≦x≦100の範囲内;又は、
より好ましくは、多孔質壁流フィルタ基材の出口通路はウォッシュコートスラリーに曝され、多孔質壁流フィルタ基材の入口通路がウォッシュコートスラリーに曝されず、出口通路が基材軸方向長さのy%にわたってウォッシュコートスラリーに曝され、ここで0<y≦100、より好ましくは50≦y≦100、より好ましくは75≦y≦100、より好ましくは90≦y≦100、より好ましくは95≦y≦100、より好ましくは99≦y≦100;又は、
より好ましくは、多孔質壁流フィルタ基材の入口通路及び出口通路は、ウォッシュコートスラリーに曝され、入口通路は、基材軸方向長さのx%にわたってウォッシュコートスラリーに曝され、ここで0<x≦100、より好ましくは10≦x≦90、より好ましくは20≦x≦80、より好ましくは30≦x≦70、より好ましくは40≦x≦60、より好ましくは45≦x≦55であり、出口通路は、基材の軸方向長さのy%にわたってウォッシュコートスラリーに曝され、ここで0<y≦100、より好ましくは10≦y≦90、より好ましくは20≦y≦80、より好ましくは30≦y≦70、より好ましくは40≦y≦60、より好ましくは45≦y≦55である。
入口端、出口端、入口端と出口端との間に延在する基材の軸方向長さ、及び多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁によって画定される複数の通路を含む多孔質壁流フィルタ基材であって、複数の通路は、開放された入口端と閉塞された出口端とを備える入口通路と、閉塞された入口端と開放された出口端とを備える出口通路とを含み;
多孔質内壁の細孔内、及び多孔質内壁と通路との間の界面を画定する多孔質内壁の上に、触媒が、酸素吸蔵化合物及び耐火性金属酸化物に担持された白金族金属を含む三元変換触媒コーティングを含み;
多孔質内壁の細孔内において、三元変換触媒コーティングはインウォールコーティングとして存在し、多孔質内壁の表面において、三元変換触媒コーティングはオンウォールコーティングとして存在し;
三元変換触媒コーティングの他に、触媒は、多孔質内壁の細孔内にさらなるコーティングを含まず、多孔質内壁の表面上にさらなるコーティングを含まない。
前記方法は、
(i) 入口端、出口端、入口端と出口端との間に延在する基材の軸方向長さ、及び多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁によって画定される複数の通路を含む多孔質壁流フィルタ基材を提供すること、
該複数の通路は、開放された入口端と閉塞された出口端とを備える入口通路と、閉塞された入口端と開放された出口端とを備える出口通路とを含み、内壁は、9から22マイクロメートルの範囲の平均気孔径を有し、平均気孔径は、本明細書の参考例3に従って決定され、内壁の内壁平均気孔率は、20から75%の範囲であり、平均気孔率は、本明細書の参考例3に従って決定される;
(ii) 三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むウォッシュコートスラリーを提供すること、
前記粒子は、11から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定される;
(iii) (ii)で提供されるウォッシュコートスラリーの粒子によって、(i)で提供される多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁をコーティングすること、
実施形態28. (i)による内壁は、11から20.5マイクロメートルの範囲、好ましくは13から19マイクロメートルの範囲の平均気孔径を有し、平均気孔径は、本明細書中の参考例3に従って決定される、実施形態27に記載の方法。
(ii.1) 耐火性金属酸化物担体に白金族金属源を含浸させ;
耐火性金属酸化物上に担持された白金族金属を補助剤及び促進剤の源のうちの1つ以上と混合して、三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むスラリーを得て、前記粒子は、21マイクロメートルを超える体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定され;及び、
前記スラリーを粉砕し、スラリーを得て、前記スラリー中に含まれる粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有する;
(ii.2) 酸素吸蔵化合物に白金族金属源を含浸させ;
酸素吸蔵化合物上に担持される白金族金属を補助剤及び促進剤の源のうちの1つ以上と混合して、三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むスラリーを得て、前記粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、体積ベースの粒度分布Dv90は、参考例4に記載されているように決定され;及び、
前記スラリーを粉砕して、スラリーを得て、前記スラリー中に含まれる粒子は、11から21マイクロメートルの範囲、より好ましくは11.5から17.5マイクロメートルの範囲、より好ましくは12から13マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有する;
(ii.3) (ii.1)から得られたスラリーと(ii.2)から得られたスラリーとを混合し、三元変換触媒コーティングの源を含むウォッシュコートスラリーを得ること、
を含む、実施形態27から31のいずれか1つに記載の方法。
参考例1:多孔質酸化化合物の気孔率の測定
多孔質酸化化合物、例えば酸化アルミニウム又はセリウム-ジルコニウム混合酸化物の気孔率は、N2の物理吸着と、DIN66134に準拠したBJH(Barett,Joynner,Halenda)分析による物理吸着等温線を分析することにより決定した。
アルミナのBET比表面積は、液体窒素を用いて、DIN66131又はDIN-ISO9277により決定した。
多孔質壁流基材の平均気孔率を、DIN66133及びISO15901-1により水銀ポロシメトリーを用いて水銀圧入により決定した。
粒度分布は、シンパテック社製HELOS(3200)&QUIXEL装置を用いて静的光散乱法により測定した、試料の光学濃度は6~10%の範囲内であった。
スラリーの動的粘度は、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製のHAAKE Rheostress 6000を用いて測定した。ここで報告された値は、300s-1の剪断速度で測定されたものである。粘度は20℃で測定した。
本発明による三元変換コーティングで多孔質壁流基材をコーティングするために、壁流基材を、塗布するコーティングの目標長さに等しい基材の特定長さだけ、ウォッシュコートの一部に垂直に浸漬させた。このようにして、ウォッシュコートは基材の多孔質壁に接触した。試料は、特定の時間、通常は1~10秒の間、ウォッシュコート中に放置された。次いで、基材をウォッシュコートから取り出し、余分なスラリーを基材から排出させることにより基材から除去し、次いで、圧縮空気を用いて(ウォッシュコートの浸透方向に反対に)吹き付けた。次いで、コーティングされた基材を450℃で3時間焼成した。
以下の方法に従って、300CPSI(cell per square inch)、壁厚8ミル、平均気孔率65%、平均気孔径17マイクロメートルを有する4.66*5インチサイズのコーディエライト基材上に、ウォッシュコート担持量1.48g/in3(90 g/L)で、基材壁(インウォールコーティングのみ)を透過する三元変換(TWC)触媒を有する多孔質壁流基材を調製した:
(1) 1374gの高表面積ガンマアルミナ(BET比表面積=144m2/g;総気孔容積=0.843ml/g;平均気孔半径=109オングストローム)に、962gの脱イオン水を加えた8.51質量%の硝酸ロジウム(Rh(NO3)3)水溶液121.5gを含浸させた。Rh含浸アルミナを、590℃の温度の空気中で3時間焼成し、それぞれの金属酸化物を形成した。焼成物を、8gのn-オクタノール、125gの58.56質量%の硝酸バリウム(Ba(NO3)2)及び139gの21.5質量%の硝酸ジルコニウム(Zr(NO3)4)を含む2136gの脱イオン水に加えた。得られた混合物を連続粉砕装置を用いて、粒子のDv90値が4.82マイクロメートルとなるように粉砕した。粒度分布は、参考例4に記載されているように測定した。
基材壁に浸透する三元変換(TWC)触媒(オンウォールコーティング及びインウォールコーティング)を備えた多孔質壁流基材を、比較例1に記載されているように、以下の変更を加えて調製した。
基材壁に浸透する三元変換(TWC)触媒(オンウォールコーティング及びインウォールコーティング)を備えた多孔質壁流基材を、比較例1に記載されているように、以下の変更を加えて調製した。
比較例1及び実施例2に記載されているようにして得られた粒子フィルタの背圧を、スーパーフローコールドフローベンチSF-1020スーパーベンチで、周囲条件で測定した。700m3/hの体積流量で記録された背圧データを表1に報告する。
比較例1、実施例1及び実施例2に記載されているようにして得られた粒子フィルタの、調製された状態のろ過効率を、エンジンベンチ(ダイムラーM274 TGDI 20.I エンジン)で測定した。エンジンベンチでの評価に先立ち、コーティングされたフィルタをステンレス製のキャンニングに入れて缶詰した。粒子数を、さまざまな静的エンジン動作点での缶詰されたフィルタの後のテールパイプ位置で、AVLパーティクルカウンタ(AVL TSI CPC3791プラス)で測定し、エンジンのそれぞれの未処理排出量と比較した。結果を表2に示す。
実施例5:
比較例1及び実施例1の粒子フィルタを缶詰して、2.0L直噴ターボエンジンを搭載したダイナミックエンジンベンチ上の密結合(CC)位置で、ニュー・ヨーロッパ・ドライブ・サイクル(NEDC)の下で測定した。PMPプロトコルに準拠した粒子状物質の排出量をシステム全体で測定し、ろ過効率を計算するためにエンジンの未処理排出量と比較した。結果を表3に示す。
実施例6:
比較例1、実施例1及び実施例2の粒子フィルタを410mmのキャンニングに埋め込み、2.0L直噴ターボエンジンを搭載したダイナミックエンジンベンチ上の密結合(CC)位置で、乗用車等の国際調和排出ガス・燃費試験法(WLTC)の下で測定した。PMPプロトコルに準拠した粒子状物質の排出量をシステム全体で測定し、ろ過効率を計算するためにエンジンの未処理排出量と比較した。結果を表4に示す。
比較例1及び実施例1の粒子フィルタを缶詰して、ユーロ5を適用した2.0L直噴車両を装備したローラーベンチの床下(UF)位置で、ニューヨーロピアンドライブサイクル(NEDC)の下で測定した。PMPプロトコルに準拠した粒子状物質の排出量を、テールパイプの位置でシステム全体で測定した。同時に、エンジン出力の排出量が測定され、表5に示す効率計算の基礎として使用した。
以下の方法に従って、300CPSI(cell per square inch)、壁厚8ミル、平均気孔率65%、平均気孔径17マイクロメートルを有する4.66*4.72インチサイズのコーディエライト基材上に、ウォッシュコート担持量1.97g/in3(120 g/L)で、基材壁(インウォールコーティングのみ)を透過する三元変換(TWC)触媒を有する多孔質壁流基材を調製した:
(1) 2067gの高表面積ガンマアルミナ(BET比表面積=100m2/g)に、6.49質量%の硝酸ロジウム(Rh(NO3)3)水溶液180.1gに1139gの脱イオン水を加えて含浸させた。Rh含浸アルミナを大気中で、590℃の温度で3時間焼成してそれぞれの金属酸化物を形成した。焼成物を、12gのn-オクタノール、188gの58.5質量%の硝酸バリウム(Ba(NO3)2)、214gの21.0質量%の硝酸ジルコニウム(Zr(NO3)4)を含む3208gの脱イオン水に加えた。得られた混合物を連続粉砕装置を用いて、粒子のDv90値が5.77マイクロメートルとなるように粉砕した。粒度分布を、シンパテック社製HELOS(3200)&QUIXEL装置を用いた静的光散乱法により測定した。
基材壁(オンウォールコーティング及びインウォールコーティング)に浸透する三元変換(TWC)触媒を備えた多孔質壁流基材を、比較例2に記載されているように、以下の変更を加えて調製した。
基材壁(オンウォールコーティング及びインウォールコーティング)に浸透する三元変換(TWC)触媒を備えた多孔質壁流基材を、実施例8に記載されているように、以下の変更を加えて調製した。
以下の方法に従って、300CPSI(cell per square inch)、壁厚8ミル、平均気孔率65%、平均気孔径17マイクロメートルを有する4.66*4.72インチサイズのコーディエライト基材上に、ウォッシュコート担持量1.48g/in3(90g/L)で、基材壁(インウォールコーティングのみ)を透過する三元変換(TWC)触媒を有する多孔質壁流基材を調製した:
(1) 2261gの高表面積ガンマアルミナ(BET比表面積=100m2/g)に、1493の脱イオン水を加えた、8.1質量%の硝酸ロジウム(Rh(NO3)3)水溶液257.1gを含浸させた。Rh含浸アルミナを大気中で、590℃の温度で3時間焼成し、それぞれの金属酸化物を形成した。焼成物を、13gのn-オクタノール、203gの58.4質量%の硝酸バリウム(Ba(NO3)2)、231gの21.0質量%の硝酸ジルコニウム(Zr(NO3)4)を含む3480gの脱イオン水に加えた。得られた混合物を連続粉砕装置を用いて、粒子のDv90値が5.06マイクロメートルとなるように粉砕した。粒度分布は、シンパテック社製HELOS(3200)&QUIXEL装置を用いた静的光散乱法により測定した。
基材壁(オンウォールコーティング及びインウォールコーティング)に浸透する三元変換(TWC)触媒を備えた多孔質壁流基材を、比較例3に記載されているように、以下の変更を加えて調製した。
比較例3及び実施例12の粒子フィルタを410mmのキャンニングに埋め込み、2.0L直噴ターボエンジンを搭載したダイナミックエンジンベンチ上の密結合(CC)位置で、乗用車等の国際調和排出ガス・燃費試験法(WLTC)の下で測定した。PMPプロトコルに準拠した粒子状物質の排出量をシステム全体で測定し、ろ過効率を計算するためにエンジンの未処理排出量と比較した。結果を表7に示す。
以下の方法に従って、300CPSI(cell per square inch)、壁厚8ミル、平均気孔率65%、平均気孔径17マイクロメートルを有する5.2*4インチサイズのコーディエライト基材上に、ウォッシュコート担持量0.98g/in3(60g/L)で、基材壁(インウォールコーティングのみ)を透過する三元変換(TWC)触媒を有する多孔質壁流基材を調製した:
(1) 2046gの高表面積ガンマアルミナ(BET比表面積=100m2/g)に、1523の脱イオン水を加えた7.96質量%の硝酸ロジウム(Rh(NO3)3)水溶液247.5gを含浸させた。Rh含浸アルミナを大気中で、590℃の温度で3時間焼成し、それぞれの金属酸化物を形成した。焼成物を、12gのn-オクタノール、188gの58.7質量%の硝酸バリウム(Ba(NO3)2)、224gの20.2質量%の硝酸ジルコニウム(Zr(NO3)4)を含む3221gの脱イオン水に加えた。得られた混合物を連続粉砕装置を用いて、粒子のDv90値が5.5マイクロメートルとなるように粉砕した。粒度分布は、シンパテック社製HELOS(3200)&QUIXEL装置を用いた静的光散乱法により測定した。
基材壁(オンウォールコーティング及びインウォールコーティング)に浸透する三元変換(TWC)触媒を備えた多孔質壁流基材を、比較例4に記載されているように、以下の変更を加えて調製した。
比較例4及び実施例13の粒子フィルタを410mmのキャンニングに埋め込み、2.0L直噴ターボエンジンを搭載したダイナミックエンジンベンチ上、密結合(CC)位置で、乗用車等の国際調和排出ガス・燃費試験法(WLTC)の下、測定した。PMPプロトコルに準拠した粒子状物質の排出量をシステム全体で測定し、ろ過効率を計算するためにエンジンの未処理排出量と比較した。結果を表8に示す。
以下の方法によって、300CPSI(cell per square inch)、壁厚8ミル、平均気孔率65%、平均気孔径17マイクロメートルを有する4.66*4.72インチサイズのコーディエライト基材上に、ウォッシュコート担持量1.48g/in3(90g/L)で、基材壁(インウォールコーティングのみ)を透過する三元変換(TWC)触媒を有する多孔質壁流基材を調製した:
(1) 1272gの高表面積ガンマアルミナ(BET比表面積=100m2/g)に、754gの脱イオン水を加えた7.37質量%の硝酸ロジウム(Rh(NO3)3)水溶液156.2gを含浸させた。Rh含浸アルミナを空気雰囲気中で、590℃の温度で3時間焼成し、それぞれの金属酸化物を形成した。焼成物を、7gのn-オクタノール、115gの58.5質量%の硝酸バリウム(Ba(NO3)2)及び129gの21.4質量%の硝酸ジルコニウム(Zr(NO3)4)を含む1983gの脱イオン水に加えた。得られた混合物を、連続粉砕装置を用いて、粒子のDv90値が4.82マイクロメートルとなるように粉砕した。粒度分布を、シンパテック社製HELOS(3200)&QUIXEL装置を用いた静的光散乱法により測定した。
基材壁(オンウォールコーティング及びインウォールコーティング)に浸透する三元変換(TWC)触媒を備えた多孔質壁流基材を、以下の変更を加えて比較例5に記載されているように調製した。
基材壁(オンウォールコーティング及びインウォールコーティング)に浸透する三元変換(TWC)触媒を備えた多孔質壁流基材を、以下の変更を加えて比較例5に記載されているように調製した。
比較例5、実施例15及び実施例16の粒子フィルタを410mmのキャンニングに埋め込み、ユーロ5を適用した1.4L直噴車両を作動させるローラーベンチの密結合(UF)位置で、乗用車等の国際調和排出ガス・燃費試験法(WLTC)の下で測定した。PMPプロトコルに準拠した粒子状物質の排出量をシステム全体で測定し、ろ過効率を計算するためにエンジンの未処理排出量と比較した。結果を表9に示す。
- US2012/124974A1
Claims (12)
- ガソリンエンジンの排ガス流を処理するための四元変換触媒を調製するための方法であって、該触媒が、
入口端、出口端、入口端と出口端との間に延在する基材の軸方向長さ、及び多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁によって画定される複数の通路を含む多孔質壁流フィルタ基材であって、前記複数の通路は、開放された入口端と閉塞された出口端とを有する入口通路と、閉塞された入口端と開放された出口端とを有する出口通路とを有する、多孔質壁流フィルタ基材、を有し;
前記多孔質内壁の細孔内及び前記多孔質内壁の表面において、前記表面は前記多孔質内壁と前記通路の間の界面を画定し、前記触媒が、酸素吸蔵化合物と耐火性金属酸化物に担持された白金族金属を有する三元変換触媒コーティングを含み;
前記多孔質内壁の細孔内において、前記三元変換触媒コーティングは、インウォールコーティングとして存在し、前記多孔質内壁の表面上において、前記三元変換触媒コーティングは、オンウォールコーティングとして存在し;
前記三元変換触媒コーティングの他に、前記触媒は、前記多孔質内壁の細孔内にさらなるコーティングを含まず、前記多孔質内壁の表面上にさらなるコーティングを含まないこと;
前記方法が、以下を含む:
(i) 入口端、出口端、入口端と出口端との間に延在する基材の軸方向長さ、及び多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁によって画定される複数の通路を含む多孔質壁流フィルタ基材を提供すること、前記複数の通路は、開放された入口端と閉塞された出口端とを有する入口通路と、閉塞された入口端と開放された出口端とを有する出口通路とを含み、前記内壁は、9から22マイクロメートルの範囲の平均気孔径を有し、前記内壁の平均気孔率は、20から75%の範囲にある;
(ii) 前記三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むウォッシュコートスラリーを提供すること、前記粒子は、11から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、(ii)は;
(ii.1) 耐火性金属酸化物担体に白金族金属の源を含浸させ;
前記耐火性金属酸化物上に担持された白金族金属を補助剤及び促進剤の源のうちの1つ以上と混合し、前記三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むスラリーを得て、前記粒子は、21マイクロメートルを超える体積ベースの粒度分布Dv90を有し;及び、
前記スラリーを粉砕し、スラリーを得て、前記スラリー中に含まれる粒子は、11から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、
(ii.1)による前記スラリーを粉砕することが、前記スラリーの40から60質量%を粉砕して第1のスラリーを得ること、ここで第1のスラリーに含まれる粒子が、16から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、前記スラリーの残りの部分を粉砕して第2のスラリーを得ること、ここで第2のスラリーに含まれる粒子が、4から8マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、及び前記第1のスラリーと前記第2のスラリーを混合することを含む;
(ii.2) 前記酸素吸蔵化合物に白金族金属源を含浸させ;
前記酸素吸蔵化合物上に担持された白金族金属を補助剤及び促進剤の源のうちの1つ以上と混合し、前記三元変換触媒コーティングの源の粒子を含むスラリーを得て、前記粒子は、11から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し;及び、
前記スラリーを粉砕し、スラリーを得て、前記スラリー中に含まれる粒子は、11から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有する;
(ii.3) (ii.1)から得られたスラリーと(ii.2)から得られたスラリーとを混合し、前記三元変換触媒コーティングの源を含むウォッシュコートスラリーを得ること、
を含み;
(iii) (i)で提供された多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁を(ii)で提供されたウォッシュコートスラリーの粒子でコーティングすること;
を特徴とする、方法。 - 前記四元変換触媒は、総担持量l(total)が0.1から5g/in3の範囲の三元変換触媒コーティングを有し、前記総担持量は、l(in-wall coating)とl(on-wall coating)の合計であり、ここでl(in-wall coating)はインウォールコーティングの担持量であり、l(on-wall coating)はオンウォールコーティングの担持量である、請求項1に記載の方法。
- 95から100質量%の範囲の前記四元変換触媒は、前記多孔質壁流フィルタ基材及び前記三元変換触媒コーティングで構成されている、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記インウォールコーティングを有する前記多孔質内壁は、20から99%の範囲の相対平均気孔率を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記壁流フィルタ基材は、基材軸方向長さのx%の入口コーティング長さで前記三元変換触媒コーティングを有し、ここで0≦x≦100であり;及び前記壁流フィルタ基材は、基材の軸方向長さのy%の出口コーティング長さで前記三元変換触媒コーティングを構成し、ここで0≦y≦100であり;x+y>0である、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記三元変換触媒コーティングは、1つ以上の白金族金属を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記三元変換触媒インウォールコーティングは、酸素吸蔵化合物を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記三元変換触媒コーティングは、耐火性金属酸化物担体を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記三元変換触媒コーティングは、促進剤を有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記三元変換触媒コーティングは、請求項8による耐火性金属酸化物上に担持された白金族金属;請求項7による酸素吸蔵化合物上に担持された白金族金属、及び請求項9による促進剤を有する、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
- (ii.1)による前記スラリーを粉砕することが、前記スラリーの45から55質量%を粉砕して第1のスラリーを得ること、ここで前記第1のスラリーに含まれる粒子が、17から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、前記スラリーの残りの部分を粉砕して第2のスラリーを得ること、ここで前記第2のスラリーに含まれる粒子が、4.5から7マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、及び前記第1のスラリーと前記第2のスラリーを混合することを含み、及び/又は、(ii.2)による前記スラリーを粉砕することが、前記スラリーの40から60質量%を粉砕して第1のスラリーを得ること、ここで前記第1のスラリーに含まれる粒子が、16から21マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、前記スラリーの残りの部分を粉砕して第2のスラリーを得ること、ここで前記第2のスラリーに含まれる粒子が、4から8マイクロメートルの範囲の体積ベースの粒度分布Dv90を有し、及び前記第1のスラリーと前記第2のスラリーを混合することを含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。
- (iii)により、(i)で提供された多孔質壁流フィルタ基材の多孔質内壁を(ii)で提供されたウォッシュコートスラリーの粒子でコーティングすることが、前記多孔質壁流フィルタ基材を前記ウォッシュコートスラリーに浸漬すること、前記多孔質壁流フィルタ基材を前記ウォッシュコートスラリーに一定時間で曝すこと、及び前記ウォッシュコートスラリーから前記多孔質壁流フィルタ基材を取り出すことを含む、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
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