知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ パシフィック インダストリアル デベロップメント コーポレイションの特許一覧
特開2024-95653ＮＯｘおよび／またはＳＯｘを捕捉するためのナノ希土類酸化物ドープ担体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024095653
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】ＮＯｘおよび／またはＳＯｘを捕捉するためのナノ希土類酸化物ドープ担体
(51)【国際特許分類】
B01J 32/00 20060101AFI20240703BHJP
B01J 35/60 20240101ALI20240703BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20240703BHJP
【ＦＩ】
B01J32/00
B01J35/60 B ZAB
B01D53/94 222
B01D53/94 212
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024035318
(22)【出願日】2024-03-07
(62)【分割の表示】P 2019107961の分割
【原出願日】2019-06-10
(31)【優先権主張番号】62/684,932
(32)【優先日】2018-06-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】513089291
【氏名又は名称】パシフィック インダストリアル デベロップメント コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】シェパード，デビッド
(72)【発明者】
【氏名】ジスコウスキー，クリストファー
(72)【発明者】
【氏名】ブラウン，ジェシカ
(72)【発明者】
【氏名】ラシャペル，ジェフリー
(72)【発明者】
【氏名】ウー，ウェイ
【テーマコード（参考）】
4D148
4G169
【Ｆターム（参考）】
4D148AA02
4D148AA06
4D148AB02
4D148BA01Y
4D148BA03Y
4D148BA06Y
4D148BA07Y
4D148BA08Y
4D148BA18Y
4D148BA19Y
4D148BA28Y
4D148BA35Y
4D148BA36Y
4D148BA37Y
4D148BA38Y
4D148BA41Y
4D148BA42Y
4D148BB01
4D148BB02
4D148BB14
4D148DA03
4D148DA11
4D148DA20
4D148EA04
4G169AA01
4G169AA03
4G169BA01A
4G169BA02A
4G169BA04A
4G169BA05A
4G169BB04A
4G169BB06A
4G169BC10A
4G169BC16A
4G169BC40A
4G169BC42A
4G169BC43A
4G169BC44A
4G169CA03
4G169CA12
4G169CA13
4G169DA06
4G169EC02
4G169EC03X
4G169EC06X
4G169EC07X
4G169EC08
4G169EC27
4G169ED10
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ＮＯxまたはＳＯxの捕捉能力が向上した触媒のための酸化物担体材料を提供する。
【解決手段】４００℃未満の温度で、ＮＯxおよびＳＯxのうちの１種類以上を捕捉することができるように、ナノ希土類酸化物粒子でドープされた無機酸化物材料を含む、触媒担体。ナノ希土類酸化物粒子は、粒度が１０ナノメートル未満である。触媒担体は、３５０℃未満の温度で少なくとも０．５％のＮＯ2および／または３２５℃未満の温度で少なくとも０．４％のＳＯ2を捕捉することができる。触媒担体は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、２５０℃未満の温度で少なくとも０．５％のＮＯ2および／または少なくとも０．２％のＳＯ2を捕捉することができる。触媒担体は、１０％蒸気環境において、従来の希土類ドープ担体と比較した場合に、４００℃未満の温度でのＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも２５％増加する。
【選択図】なし
【解決手段】４００℃未満の温度で、ＮＯxおよびＳＯxのうちの１種類以上を捕捉することができるように、ナノ希土類酸化物粒子でドープされた無機酸化物材料を含む、触媒担体。ナノ希土類酸化物粒子は、粒度が１０ナノメートル未満である。触媒担体は、３５０℃未満の温度で少なくとも０．５％のＮＯ2および／または３２５℃未満の温度で少なくとも０．４％のＳＯ2を捕捉することができる。触媒担体は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、２５０℃未満の温度で少なくとも０．５％のＮＯ2および／または少なくとも０．２％のＳＯ2を捕捉することができる。触媒担体は、１０％蒸気環境において、従来の希土類ドープ担体と比較した場合に、４００℃未満の温度でのＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも２５％増加する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
４００℃未満の温度でＮＯxおよびＳＯxのうちの１種類以上を捕捉できるように、ナノ希土類酸化物粒子でドープされた無機酸化物材料を含む、触媒担体。
【請求項2】
前記ナノ希土類酸化物粒子は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｙまたはこれらの組み合わせの酸化物である、請求項１に記載の触媒担体。
【請求項3】
前記ナノ希土類酸化物粒子は、粒度が１０ナノメートル未満である、請求項１または２に記載の触媒担体。
【請求項4】
前記無機酸化物材料は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4またはこれらの組み合わせである、請求項１から３のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項5】
前記触媒担体の総重量に対して、前記ナノ希土類酸化物粒子は、０．１重量％から約８０重量％の範囲で存在し、前記無機酸化物材料は、約２０重量％から約９９．９重量％の範囲で存在する、請求項１から４のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項6】
前記触媒担体は、表面積が約５０ｍ2／ｇから約３５０ｍ2／ｇの範囲である、請求項１から５のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項7】
前記触媒担体は、表面積が約１００ｍ2／ｇから約２００ｍ2／ｇの範囲である、請求項６に記載の触媒担体。
【請求項8】
前記触媒担体は、細孔容積が０．１ｃｃ／ｇから約１．５ｃｃ／ｇの範囲である、請求項１から７のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項9】
前記触媒担体は、細孔容積が約０．３ｃｃ／ｇから約１．０ｃｃ／ｇの範囲である、請求項８に記載の触媒担体。
【請求項10】
前記触媒担体は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後に表面積が５０ｍ2／ｇを超える、請求項１から９のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項11】
前記触媒担体は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後に細孔容積が０．２ｃｃ／ｇを超える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項12】
前記触媒担体は、１０％蒸気環境で、約２００℃から約３５０℃の間の温度で少なくとも０．５％のＮＯ2を捕捉することができるおよび／または約１５０℃から約３２５℃の間の温度で、少なくとも０．４％のＳＯ2を捕捉することができる、請求項１から１１のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項13】
前記触媒担体は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、２５０℃未満の温度で、少なくとも０．５％のＮＯ2および／または少なくとも０．２％のＳＯ2を捕捉することができる、請求項１から１２のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項14】
前記触媒担体は、１０％蒸気環境で従来の希土類ドープ担体と比較した場合に、４００℃未満の温度でのＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも２５％増加する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項15】
前記触媒担体は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、従来の希土類ドープ担体と比較した場合に、３５０℃未満の温度でのＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも２０％増加する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の触媒担体。
【請求項16】
車両の排ガスを処理するための、三元触媒、四元触媒、ディーゼル酸化触媒または酸化触媒における、請求項１から１５のいずれか１項に記載の触媒担体の使用。
【請求項17】
金属含有触媒を含む排ガス処理システムであって、前記金属含有触媒は、請求項１から１５のいずれか１項に記載の触媒担体材料と、１種類以上の金属とを含む、排ガス処理システム。
【請求項18】
前記金属は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉおよびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１７に記載の排ガス処理システム。
【請求項19】
ウォールフロー基材の少なくとも一部が前記金属含有触媒でコーティングされ、前記ガス流と接触するようにされている、請求項１７または１８に記載の排ガス処理システム。
【請求項20】
酸素の存在下でガス流に含まれる窒素酸化物または硫黄酸化物を還元するための方法であって、前記ガス流を、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の金属含有触媒と接触させることを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、広義には触媒用途に使用される酸化物担体材料に関する。具体的には、これらの酸化物担体材料には、排ガス流に含まれるＮＯx排出物質および／またはＳＯx排出物質を捕捉する機能がある。
【0002】
＝＝関連出願へのクロスリファレンス＝＝
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１８年６月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／６８４，９３２号の出願日の利益を主張し、その内容全体を本明細書に援用する。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１８年６月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／６８４，９３２号の出願日の利益を主張し、その内容全体を本明細書に援用する。
【背景技術】
【0003】
「背景技術」部分の記載は本開示に関連する背景情報を提供するだけであり、先行技術を構成しない場合がある。
【0004】
炭化水素燃料の燃焼時に発生するタイプの大気汚染物質の代表的なものに、ＮＯxと総称される場合もある、一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ2）などの各種窒素酸化物、硫黄酸化物（ＳＯx）、粒子状物質（ＰＭ）、二酸化炭素（ＣＯ2）がある。窒素酸化物（ＮＯx）は、燃焼過程で生じる比較的高温での窒素と酸素との反応によって形成される。一方、硫黄酸化物（ＳＯx）排出物質は、炭化水素燃料に様々な硫黄化合物が不純物として存在することが原因で生じる。燃料の燃焼に起因する大気汚染物質には、人間の健康に有害なガスだけでなく、温室効果によって環境に影響を及ぼすガスも含まれる。
【0005】
選択的接触還元法（ＳＣＲ）および選択的非接触還元法（ＳＮＣＲ）では、排ガスを尿素またはアンモニアと反応させて窒素と水を発生させることによって、燃焼後のＮＯxを低減する。ＳＣＲは現在、船舶、ディーゼルトラック、一部の乗用車での排ガス処理をはじめとして、多くの用途で用いられている。動力車のエンジンにおける排ガス再循環／触媒コンバーターの使用によって、車両の排出物質が大幅に低減されてきている。
【0006】
また、ＮＯxガスおよびＳＯxガスの他の化合物への触媒変換について、現在の排出物質規制技術では、ＮＯxおよび／またはＳＯxを捕捉または結合するために、様々な能動的吸収剤および受動的吸収剤が利用されている。たとえば、対応する空燃比によって決定されるリーン環境（酸化）およびリッチ環境（還元）下で、ＮＯx吸蔵還元（ＮＳＲ）触媒が周期的に稼働される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
世界の排出物質規制では、許容可能なＮＯx排出物質を減らす方向にある。現在の規制および将来の規制により、排ガス中に存在する可能性のある許容可能なＮＯx排出物質の量が９０％以上低減されることになる。車両のテールパイプからのＮＯx排出物質のうち、７５％超がコールドスタート時に発生するため、存在する触媒の総体積を増やさずに触媒活性を超えてＮＯx捕捉容量を増す必要性が生じる。したがって、ＮＯxまたはＳＯxの捕捉能力が向上した、これらの新たな規制の要件を満たす酸化物担体材料を用いた触媒やそのような酸化物担体材料に形成された触媒が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示は、広義には、４００℃未満の温度でＮＯxおよびＳＯxのうちの１種類以上を捕捉できるように、ナノ希土類酸化物粒子でドープされた無機酸化物材料を含む、触媒担体に関する。このナノ希土類酸化物粒子は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｙまたはこれらの組み合わせの酸化物であってもよい。一方、無機酸化物材料は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4またはこれらの組み合わせを含む。このナノ希土類酸化物粒子は、粒度が１０ナノメートル（ｎｍ）未満であってもよい。
【0009】
本開示の別の態様によれば、排ガス処理システムが金属含有触媒を含み、金属含有触媒は、上述して本明細書にさらに規定する触媒担体材料を、１種類以上の金属と共に含む。この１種類以上の金属は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｔｉおよびこれらの混合物からなる群から選択されてもよい。望ましい場合、ウォールフロー基材の少なくとも一部が金属含有触媒でコーティングされ、ガス流と接触するようにされていてもよい。
【0010】
本開示のさらに別の態様によれば、この触媒担体を使用して、車両の排ガスを処理するための三元触媒、四元触媒、ディーゼル酸化触媒または酸化触媒を形成してもよい。
【0011】
本開示のさらに別の態様によれば、酸素の存在下でガス流に含まれる窒素酸化物または硫黄酸化物を還元するためのプロセスが提供される。このプロセスには、概略で、上述して本明細書にさらに規定するような金属含有触媒にガス流を接触させることを含んでもよい。
【0012】
さらに適用できる分野は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。明細書の説明および特定の実施例は例示の目的だけを意図しており、本開示の範囲を限定することを意図していない旨を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本開示をよく理解することができるように、添付の図面を参照して、例として示す本開示の様々な形態について説明する。
【図2】図２Ａは、図１Ａの従来の希土類ドープアルミナ担体の高倍率での走査型電子顕微鏡写真である。図２Ｂは、担体のセリウムおよびアルミニウムの位置を示す、図２Ａの従来の担体の透過型電子顕微鏡写真である。
【図3】図３Ａは、本開示の教示内容に従って形成されたナノ希土類ドープアルミナ担体の走査型電子顕微鏡写真である。図３Ｂは、担体のセリウムおよびアルミニウムの位置を示す、図３Ａのナノ希土類担体の透過型電子顕微鏡写真である。
【図4】図４Ａは、図３Ａのナノ希土類ドープアルミナ担体の高倍率での走査型電子顕微鏡写真である。図４Ｂは、担体のセリウムおよびアルミニウムの位置を示す、図４Ａのナノ希土類担体の透過型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本明細書で説明する図面は、例示目的のためだけのものであり、どのような形であろうと本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【0015】
以下の説明は、本質的に単なる例示であり、決して本開示またはその用途または使用を限定することを意図するものではない。たとえば、本明細書に含まれる教示内容に従って製造および使用される触媒担体は、その組成と使用を一層十分に説明するために、自動車の排出ガスを低減するために使用される三元触媒（ＴＷＣ）と共に本開示全体に記載される。四元触媒、ディーゼル酸化触媒および酸化触媒などの他の触媒または他の触媒用途にそのようなＯＳＭを取り入れて使用することは、本開示の範囲内であると考えられる。説明全体を通して、対応する参照番号は、同様のまたは対応する部分および特徴を示すことを理解されたい。
【0016】
ＮＯxおよび／またはＳＯx排出物質の７５％超が、コールドスタート条件下での車両の排ガスから生じるため、触媒および触媒担体材料は、ＮＯx排出物質および／またはＳＯx排出物質に対する捕捉容量が増したものでなければならない。本開示の触媒担体では、低温および中温でのＮＯx排出物質および／またはＳＯx排出物質の捕捉量を伝統的な技術および従来の担体材料を用いる場合の１．５倍超まで増すことによって、存在する触媒の体積を増やさずに上記の問題に対処する。
【0017】
本開示は主に、ナノ希土類酸化物粒子でドープされた無機酸化物材料を含む、この材料からなる、または本質的にこの材料からなる触媒担体を提供する。この触媒担体は、４００℃未満の温度で、ＮＯxおよびＳＯxのうちの１種類以上を捕捉することができる。
【0018】
無機酸化物材料は、触媒用途に使用できることが当業者に知られているものであれば、どのようなタイプの酸化物担体材料であってもよい。望ましい場合、無機酸化物材料は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＡｌ2Ｏ4およびこれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物であってもよい。あるいは、無機酸化物材料は、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＢａＯまたはこれらの組み合わせである。あるいは、無機酸化物材料は、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2の組み合わせである。このような組み合わせは、異なる酸化物材料を単に混ぜ合わせて得られるものであってもよいし、異なる酸化物を、たとえばゼオライトなどのアルミノケイ酸塩で形成される骨格構造など、共通の骨格構造に組み込んで得られるものであってもよい。
【0019】
望ましい場合、触媒担体の無機酸化物含有量は、触媒担体の総重量に対して、約２０重量％から９９．９重量％の範囲であってもよいし、あるいは約３０重量％から約９９重量％、あるいは約４０重量％から約９０重量％、あるいは約５０重量％から約８０重量％の間であってもよい。また、触媒担体中のナノ希土類酸化物含有量は、０．１重量％から約８０重量％の範囲であってもよいし、あるいは約１重量％から約７０重量％、あるいは約１０重量％から約６０重量％、あるいは約２０重量％から約５０重量％の間であってもよい。
【0020】
本開示の別の態様によれば、触媒担体中に存在するナノ希土類酸化物粒子は、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）、イットリウム（Ｙ）、またはそれらの組み合わせの酸化物を含むように選択されてもよいが、これらに限定されるものではない。これらのナノ希土類酸化物粒子は、平均粒度（Ｄ５０）が約１０ナノメートル（ｎｍ）未満、あるいは約８ナノメートル未満、あるいは約１ナノメートルから約１０ナノメートルの間である。ナノ希土類酸化物の最大粒度を測定すると、約５０ナノメートル、あるいは４０ナノメートル未満、あるいは２５ナノメートル未満、あるいは１０ナノメートル未満である。
【0021】
触媒担体は、表面積が約２５ｍ2／ｇから約５００ｍ2／ｇの範囲、細孔容積（ＰＶ）が０．０５ｃｃ／ｇから約２．０ｃｃ／ｇの範囲であってもよい。あるいは、触媒担体の表面積は、約５０ｍ2／ｇから約３５０ｍ2／ｇの範囲、あるいは約１００ｍ2／ｇから約２００ｍ2／ｇの範囲であってもよい。あるいは、触媒担体の細孔容積（ＰＶ）は、０．１ｃｃ／ｇから約１．５ｃｃ／ｇの範囲、あるいは約０．３ｃｃ／ｇから約１．０ｃｃ／ｇの範囲であってもよい。
【0022】
１０％蒸気環境において８００℃で約１６時間の触媒担体でのエージング時、触媒担体の表面積および細孔容積が、その触媒担体の調製直後の測定値よりも小さくなる場合がある。しかしながら、そのようなエージング後、触媒担体の表面積は依然として少なくとも２５ｍ2／ｇであるか、あるいは５０ｍ2／ｇ以上であり、最高容積は少なくとも０．１ｃｃ／ｇ、あるいは０．２ｃｃ／ｇ以上である。
【0023】
ここで図１Ａおよび図２Ａを参照すると、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、最大倍率１マイクロメートル（μｍ）または３００ナノメートル（ｎｍ）で、それぞれ従来の希土類酸化物担体（Ｃ－１）の画像を提供することができる。この従来の担体（Ｃ－１）は、酸化アルミニウム（Ａｌ）材料に酸化セリウム（Ｃｅ）をコーティングした両者の組み合わせまたは酸化セリウム（Ｃｅ）に酸化アルミニウム（Ａｌ）材料が入り込んだ両者の組み合わせの一例である。この従来の希土類酸化物担体は、当業者に知られている任意の手段で調製することができる。
【0024】
図１Ｂおよび図２Ｂに示すように、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）をＳＥＭと併せて使用して、従来の希土類酸化物担体（Ｃ－１）の表面を分析することができる。これらの従来の担体の表面には、大ざっぱにいうと、酸化セリウム（Ｃｅ）が分散したポケットまたは領域が散在した状態で、かなりの量の酸化アルミニウム（Ａｌ）が含まれている。
【0025】
従来の希土類酸化物担体（Ｃ－１）は、表面積が２００ｍ2／ｇ、細孔容積が１．０ｃｃ／ｇのガンマアルミナに、硝酸セリウム溶液を含浸させて調製した。具体的には、７０ｇのガンマアルミナをミキサーに入れ、ＣｅＯ2含有量３０％の硝酸セリウム溶液１００ｇを担体にスプレーした。担体を混合し、１２０℃で１２時間乾燥させた後、６００℃で４時間焼成した。得られた従来の担体（Ｃ－１）は、酸化セリウム３０％を含有する酸化セリウムドープガンマアルミナ担体であった。
【0026】
ここで図３Ａおよび図４Ａを参照すると、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、最大倍率１マイクロメートル（μｍ）または最大３００ナノメートル（ｎｍ）で、それぞれ本開示の教示内容に従って調製したナノ希土類酸化物担体（Ｒ－１）の顕微鏡写真を提供する。この触媒担体（Ｒ－１）は、酸化アルミニウム（Ａｌ）材料に酸化セリウム（Ｃｅ）ナノ粒子をコーティングした両者の組み合わせまたは酸化セリウム（Ｃｅ）ナノ粒子に酸化アルミニウム（Ａｌ）材料が入り込んだ両者の組み合わせの一例である。本開示の教示内容に従って調製した希土類酸化物担体は、共沈および／または含浸を含むがこれらに限定されるものではない、当業者に知られている任意の手段を使用して実現することができる。
【0027】
図３Ｂおよび図４Ｂに示すように、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）をＳＥＭと併せて使用して、触媒担体（Ｒ－１）の表面を分析することができる。これらの触媒担体の表面には、大ざっぱにいうと、酸化アルミニウム（Ａｌ）上に分散した状態または酸化アルミニウム（Ａｌ）の中に入り込んだ状態で、かなりの量の酸化セリウム（Ｃｅ）ナノ粒子が含まれている。
【0028】
触媒担体（Ｒ－１）は、表面積２００ｍ2／ｇ、細孔容積１．０ｃｃ／ｇのガンマアルミナに、コロイド状酸化セリウム溶液を含浸させて調製した。具体的には、７０ｇのガンマアルミナをミキサーに入れ、ＣｅＯ2含有量３０％のコロイド状酸化セリウム溶液１００ｇを担体にスプレーした。担体を混合し、１２０℃で１２時間乾燥させた後、６００℃で４時間焼成した。得られた触媒担体（Ｒ－１）は、酸化セリウム３０％を含有する酸化セリウムドープガンマアルミナ担体であった。
【0029】
ここで図５Ａおよび図６Ａを参照すると、本開示の触媒担体（Ｒ－１）によって捕捉することができるＮＯxおよび／またはＳＯxの量と、従来の希土類ドープ酸化物担体（Ｃ－１）で捕捉される量が比較されている。図５Ａに示すように、触媒担体（Ｒ－１）は、蒸気環境において、約３５０℃未満、あるいは約１５０℃から約３５０℃の間、あるいは約２００℃から３００℃の間の温度で、少なくとも０．５％のＮＯ2を捕捉することができる。図６Ａに示すように、触媒担体（Ｒ－１）は、蒸気環境中、約３２５℃未満、あるいは約１５０℃から約３２５℃の間の温度で、少なくとも０．４％のＳＯ2を捕捉することができる。
【0030】
このまま図５Ａおよび図６Ａを参照すると、本開示の触媒担体（Ｒ－１）によって捕捉することができるＮＯxおよび／またはＳＯxの量は、同一の温度範囲で、従来の希土類ドープ担体（Ｃ－１）で捕捉される量よりも多い。実際、触媒担体（Ｒ－１）は、１０％蒸気環境において、従来の希土類ドープ担体（Ｃ－１）と比較した場合に、４００℃未満の温度でのＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも２５％増加する。あるいは、触媒担体（Ｒ－１）は、１０％蒸気環境で、従来の希土類ドープ担体（Ｃ－１）と比較した場合に、３５０℃未満の温度でのＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも４０％増加する。あるいは、触媒担体（Ｒ－１）は、１０％蒸気環境で、従来の希土類ドープ担体（Ｃ－１）と比較した場合に、３２５℃未満の温度でのＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも５０％増加する。
【0031】
ここで図５Ｂおよび図６Ｂを参照すると、本開示に従って調製した触媒担体は、所定の時間使用するとＮＯxおよび／またはＳＯx捕捉性能が低下する場合がある。しかしながら、図５Ｂに示すように、触媒担体（Ｒ－１）は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、２５０℃未満の温度で依然として少なくとも０．５％のＮＯ2を捕捉することができる。また、図６Ｂに示すように、触媒担体（Ｒ－１）は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、２５０℃未満の温度で依然として少なくとも０．２％のＳＯ2を捕捉することができる。
【0032】
そのまま図５Ｂおよび図６Ｂを参照すると、エージング後の触媒担体（Ｒ－１）は、エージング後の従来の担体（Ｃ－１）と比較して、依然としてＮＯx捕捉能力および／またはＳＯx捕捉能力が増している。実際、触媒担体（Ｒ－１）は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、従来の希土類ドープ担体（Ｃ－１）と比較した場合、４００℃未満の温度でＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも１０％増加する。あるいは、触媒担体（Ｒ－１）は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、従来の希土類ドープ担体（Ｃ－１）と比較した場合、３５０℃未満の温度でＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも２０％増加する。あるいは、触媒担体（Ｒ－１）は、１０％蒸気環境で８００℃にて１６時間エージング後、従来の希土類ドープ担体（Ｃ－１）と比較した場合、３００℃未満の温度でＮＯx捕捉容量またはＳＯx捕捉容量の少なくとも一方が、少なくとも３０％増加する。
【0033】
本開示の目的のために、「捕捉された」または「捕捉する」という表現は、触媒担体表面でのＮＯxおよび／またはＳＯxの吸着、触媒担体の大部分によるＮＯxおよび／またはＳＯxの吸収またはその両方の発生をいう。当業者であれば、触媒担体でのＮＯxおよび／またはＳＯx捕捉後、限定ではなく炭化水素が豊富な雰囲気との反応で水と窒素とを発生させることをはじめとする１つ以上のメカニズムを使用することによって、ＮＯxおよび／またはＳＯxの脱着によって触媒担体を再生できることを理解するであろう。
【0034】
本開示の別の態様によれば、触媒担体を使用して、車両の排ガスを処理するための、三元触媒、四元触媒、ディーゼル酸化触媒または酸化触媒を形成することができる。触媒担体をこのように使用すると、排ガス処理システムが提供される。この排ガス処理システムは主に、１種以上の金属と共に本明細書にて規定される触媒担体を含む、この触媒担体からなる、または本質的にこの触媒担体からなる金属含有触媒を含む。金属含有触媒中に存在する金属は、白金族金属であってもよい。望ましい場合、金属は、限定することなく、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはチタン（Ｔｉ）またはこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。あるいは、金属は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＺｒまたはＴｉのうちの１つまたは複数を含む。金属含有触媒中に存在する金属の量は０重量％から最大８重量％の範囲、あるいは約１重量％から約７重量％の範囲、あるいは約２重量％から約５重量％の範囲で、残りが触媒担体であってもよい。
【0035】
排ガス処理システムは、ウォールフロー基材、フィルタ、またはモノリスの少なくとも一部が金属含有触媒でコーティングされ、ガス流と接触するようにされて形成されてもよい。この場合、金属含有触媒は、限定されないが、ウォッシュコートとして塗布することができる。望ましい場合、ウォールフロー基材は、ハニカム構造を含んでもよい。
【0036】
本開示のさらに別の態様によれば、酸素の存在下でガス流に含まれる窒素酸化物または硫黄酸化物を還元するためのプロセスが提供される。このプロセスは主に、ガス流を、上述して本明細書にさらに規定するような金属含有触媒と接触させることを含む。
【0037】
本開示の目的のために、本明細書では、当業者に知られている想定される変動（測定の限界とばらつきなど）による測定可能な値および範囲に関して、「約」および「実質的に」という表現を使用する。
【0038】
本開示の目的のために、「重量」という用語は、単位がグラム、キログラムなどになる質量の値をいう。また、上限値と下限値を用いた数値範囲に言及する場合、上限値および下限値それ自体ならびにその数値範囲に包含されるすべての数を含む。たとえば、４０重量％から６０重量％という範囲の濃度は、４０重量％、６０重量％、その間のすべての濃度（たとえば、４０．１％、４１％、４５％、５０％、５２．５％、５５％、５９％など）を含む。
【0039】
本開示の目的のために、「少なくとも一方」および「１つ以上の」要素という表現を同義に使用し、これらの表現が同じ意味を持つ場合がある。これらの表現は、単一の要素または複数の要素を含むことを示し、そのことを要素の末尾に接尾辞「（ｓ）」を付して表す場合もある。たとえば、「少なくとも１種類の金属」、「１種類以上の金属」および「金属（ｍｅｔａｌ（ｓ））」を同義に使用し、同じ意味を持たせることを意図している。
【0040】
本明細書内では、明確かつ簡潔な明細書を記載できるように実施形態を説明してきたが、本発明から逸脱することなく実施形態を様々に組み合わせたり分離したりしてもよいことが意図されており、その旨が理解されるであろう。たとえば、本明細書に記載のすべての好ましい特徴は、本明細書に記載の本発明のすべての態様に適用可能であることが理解されるであろう。
【0041】
本開示に照らして、本明細書に開示した特定の実施形態に多くの変更を加えることができ、依然として本発明の意図または範囲から逸脱したりこれを超えたりすることなく同等または類似の結果を得られることが、当業者には自明であろう。また、本明細書で報告した特性が、日常的に測定され、なおかつ複数の異なる方法で得られる特性を表すことも、当業者であれば理解するであろう。本明細書に記載の方法は、そのような方法の１つを表し、本開示の範囲を超えることなく他の方法を利用することができる。
【0042】
本発明の様々な形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示されている。網羅的であることを意図したものではなく、本発明を開示された正確な形態に限定することを意図したものでもない。上記の教示内容に照らして、多くの改変または変形が可能である。ここで論じた形態は、本発明の原理およびその実用的な用途を最も良く示すことで、当業者が考える特定の用途に適した様々な形態および様々な改変を施した形で本発明を利用できるようにするために選択して説明したものである。そのような改変および変形はいずれも、公正かつ合法的、正当に権利が与えられる外延に従って解釈されるとき、添付の特許請求の範囲によって決定される本発明の範囲内である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2024-04-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
４００℃未満の温度でＮＯxおよびＳＯxのうちの１種類以上を捕捉できるように、ナノ希土類酸化物粒子でドープされた無機酸化物材料を含む、触媒担体。
【外国語明細書】