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特表2023-545105誘導加熱に適合したフェライト系磁性材料を含む触媒組成物
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-26
(54)【発明の名称】誘導加熱に適合したフェライト系磁性材料を含む触媒組成物
(51)【国際特許分類】
B01J 29/76 20060101AFI20231019BHJP
B01J 37/08 20060101ALI20231019BHJP
B01J 35/10 20060101ALI20231019BHJP
B01J 35/02 20060101ALI20231019BHJP
B01J 23/89 20060101ALI20231019BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20231019BHJP
【ＦＩ】
B01J29/76 A
B01J37/08 ZAB
B01J35/10 301J
B01J35/02 H
B01J35/02 G
B01J23/89 A
B01D53/94 222
B01D53/94 228
B01D53/94 245
B01D53/94 280
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023521731
(86)(22)【出願日】2021-10-05
(85)【翻訳文提出日】2023-04-10
(86)【国際出願番号】 US2021053453
(87)【国際公開番号】W WO2022076335
(87)【国際公開日】2022-04-14
(31)【優先権主張番号】63/089,247
(32)【優先日】2020-10-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505470786
【氏名又は名称】ビーエーエスエフ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100100354
【弁理士】
【氏名又は名称】江藤 聡明
(74)【代理人】
【識別番号】100167106
【弁理士】
【氏名又は名称】倉脇 明子
(74)【代理人】
【識別番号】100194135
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 修
(74)【代理人】
【識別番号】100206069
【弁理士】
【氏名又は名称】稲垣 謙司
(74)【代理人】
【識別番号】100185915
【弁理士】
【氏名又は名称】長山 弘典
(72)【発明者】
【氏名】コードル，マシュー，ティー．
(72)【発明者】
【氏名】ロス，スタンリー，エー．
【テーマコード（参考）】
4D148
4G169
【Ｆターム（参考）】
4D148AA06
4D148AA08
4D148AA13
4D148AA14
4D148AA18
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4G169ZA46B
(57)【要約】
本開示は、触媒材料及び磁性フェライト化合物を含む触媒組成物を提供する。磁性フェライト化合物は、例えば、触媒組成物内に組み込む前に加熱することによって前処理することができる。磁性フェライト化合物は、鉄と、亜鉛、コバルト、ニッケル、イットリウム、マンガン、銅、バリウム、ストロンチウム、スカンジウム、及びランタンを含む１つ以上の追加の金属と、を含むことができる。本開示はまた、触媒組成物を加熱するためのシステム及び方法を含み、これは、電流を受け取り、それに応答して交流磁界を生成するための導体を使用する。
【選択図】図１Ａ
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
触媒組成物であって、触媒材料と、
少なくとも１つの磁性成分と、を含み、
前記磁性成分は、少なくとも１つの磁性フェライト化合物を含む、触媒組成物。
【請求項2】
前記磁性フェライト化合物が、鉄と、亜鉛、コバルト、ニッケル、イットリウム、マンガン、銅、バリウム、ストロンチウム、スカンジウム、及びランタンのうちの１つ以上と、を含む、請求項１に記載の触媒組成物。
【請求項3】
前記磁性フェライト化合物が、鉄と、亜鉛、コバルト、ニッケル、及びイットリウムのうちの１つ以上と、を含む、請求項２に記載の触媒組成物。
【請求項4】
前記磁性フェライト化合物が、鉄、ニッケル、及び亜鉛を含む、請求項３に記載の触媒組成物。
【請求項5】
ニッケル／亜鉛のモル比が、約１／９９～約９９／１の範囲である、請求項４に記載の触媒組成物。
【請求項6】
ニッケル／亜鉛のモル比が、約２５／７５～約７５／２５の範囲である、請求項４に記載の触媒組成物。
【請求項7】
ニッケル／亜鉛のモル比が、約５０／５０である、請求項４に記載の触媒組成物。
【請求項8】
前記磁性フェライト化合物が、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む、請求項４に記載の触媒組成物。
【請求項9】
前記磁性フェライト化合物が、鉄、コバルト、及び亜鉛を含む、請求項３に記載の触媒組成物。
【請求項10】
コバルト／亜鉛のモル比が、約１／９９～約９９／１の範囲である、請求項９に記載の触媒組成物。
【請求項11】
コバルト／亜鉛のモル比が、約２５／７５～約７５／２５の範囲である、請求項９に記載の触媒組成物。
【請求項12】
コバルト／亜鉛のモル比が、約５０／５０である、請求項９に記載の触媒組成物。
【請求項13】
前記磁性フェライト化合物が、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む、請求項９に記載の触媒組成物。
【請求項14】
前記磁性フェライト化合物が、鉄及びイットリウムを含む、請求項３に記載の触媒組成物。
【請求項15】
前記磁性フェライト化合物が、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２を含む、請求項１４に記載の触媒組成物。
【請求項16】
前記磁性フェライト化合物が、約４００℃～約１２００℃の範囲の温度で約１時間以上加熱することによって調製される、請求項１～１５のいずれか一項に記載の触媒組成物。
【請求項17】
前記磁性フェライト化合物が、約６００℃～約９００℃の範囲の温度で約１時間以上加熱することによって調製される、請求項１～１５のいずれか一項に記載の触媒組成物。
【請求項18】
前記磁性フェライト化合物が、約１００ｍ２／ｇ未満のＢｒｕｎａｕｅｒ－Ｅｍｍｅｔｔ－Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積を有する、請求項１～１７のいずれか一項に記載の触媒組成物。
【請求項19】
前記磁性フェライト化合物が、ナノ粒子の形態である、請求項１～１８のいずれか一項に記載の触媒組成物。
【請求項20】
前記触媒組成物の温度が、交流磁界への曝露によって上昇する、請求項１～１９のいずれか一項に記載の触媒組成物。
【請求項21】
前記触媒材料が、一酸化炭素の酸化、炭化水素の酸化、ＮＯｘの酸化、アンモニアの酸化、ＮＯｘの選択的接触還元、及びＮＯｘの貯蔵／還元のうちの１つ以上のための触媒材料を含む、請求項１～２０のいずれか一項に記載の触媒組成物。
【請求項22】
前記触媒材料が、多孔質支持体に含浸又はイオン交換された１つ以上の触媒金属を含む、請求項１～２１のいずれか一項に記載の触媒組成物。
【請求項23】
前記多孔質支持体が、耐火性金属酸化物又はモレキュラーシーブである、請求項２２に記載の触媒組成物。
【請求項24】
前記１つ以上の触媒金属が、卑金属、白金族金属、卑金属又は白金族金属の酸化物、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項２２又は２３に記載の触媒組成物。
【請求項25】
内燃エンジンからの排気ガス排出物の処理のための触媒物品であって、請求項１～２４のいずれか一項に記載の触媒組成物が堆積されたフロースルー基材又はウォールフローフィルタを含む、触媒物品。
【請求項26】
前記物品が、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、触媒スートフィルタ（ＣＳＦ）、リーンＮＯｘ捕捉（ＬＮＴ）、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒、アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）触媒、又は三元触媒（ＴＷＣ）としての使用に適合する、請求項２５に記載の触媒物品。
【請求項27】
請求項２５又は２６に記載の触媒物品と、電流を受け取り、それに応答して交流磁界を生成するための導体であって、前記生成された交流磁界が前記触媒組成物の少なくとも一部に印加されるように配置される、導体と、を備える、排出物制御システム。
【請求項28】
前記導体が、前記触媒物品の少なくとも一部を取り囲む導線のコイルである、請求項２７に記載の排出物制御システム。
【請求項29】
交流電流を供給するために前記導体に電気的に接続された電力源を更に備える、請求項２７又は２８に記載の排出物制御システム。
【請求項30】
前記触媒物品に入るガスの温度を測定するように配置された温度センサと、前記温度センサと通信するコントローラと、を更に備え、前記コントローラは、前記触媒物品の加熱が望まれる場合、前記コントローラが電流で前記導体に電圧を加えることができるように、前記導体によって受け取られた前記電流を制御するように適合する、請求項２７～２９のいずれか一項に記載の排出物制御システム。
【請求項31】
内燃エンジンからの排気ガス排出物を処理する方法であって、請求項２７～３０のいずれか一項に記載の排出物制御システムに前記排気ガス排出物を通過させることを含む、方法。
【請求項32】
触媒組成物を有する触媒床を含む固定床反応器設計のための触媒であって、前記触媒組成物が触媒材料と、
少なくとも１つの磁性成分と、を含み、
前記磁性成分は、少なくとも１つの磁性フェライト化合物を含む、触媒。
【請求項33】
請求項３２に記載の触媒と、電流を受け取り、それに応答して交流磁界を生成するための導体であって、前記生成された交流磁界が前記触媒組成物の少なくとも一部に印加されるように配置される、導体と、を備える、固定床触媒システム。
【請求項34】
フェライト化合物を約６００℃以上の温度で約１時間以上加熱して磁性フェライト化合物を得ることと、前記磁性フェライト化合物を触媒材料と組み合わせることと、を含む、触媒材料を製造するための方法。
【請求項35】
フェライト化合物を加熱して、前記フェライト化合物のＢｒｕｎａｕｅｒ－Ｅｍｍｅｔｔ－Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積を約１００ｍ２／ｇ未満に減少させて加熱されたフェライト化合物を得ることと、前記加熱された磁性フェライト化合物を触媒材料と組み合わせることと、を含む、触媒材料を製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
本出願は、２０２０年１０月８日出願の米国仮出願第６３／０８９，２４７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。
【0002】
本開示は、例えば、触媒基材をコーティングするために使用することができる触媒組成物、エンジン流出物の処理に使用するための物品、そのような触媒基材及び物品の調製方法及び使用方法、並びにそのような触媒組成物及び物品を使用するシステムに関する。
【0003】
ディーゼルエンジンからの排出物には、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃焼の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び粒子状物質（ＰＭ）が含まれる。ＮＯｘは、とりわけ一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ２）を含む、様々な化学種の窒素酸化物を説明するために使用される用語である。排気のＨＣ含量は、エンジンタイプ及び動作パラメータに応じて異なり得るが、典型的には、メタン、エテン、エチン、プロペンなどの様々な短鎖炭化水素及び長鎖ベースの炭化水素が含まれる。排気微粒子状物質の２つの主要な成分は、可溶性有機画分（ＳＯＦ）及びスート画分である。ＳＯＦは、スートの上に層状に凝縮し、未燃焼のディーゼル燃料及び潤滑油に由来し得る。ＳＯＦは、排気ガスの温度に応じて、蒸気又はエアロゾル（すなわち、液体凝縮物の細かい液滴）としてディーゼル排気中に存在し得る。スートは、主に炭素の粒子で構成され得る。
【0004】
内燃エンジンの排気を処理するために使用される触媒は、エンジンの排気が、効率的な触媒変換が起こるには十分に高い温度ではない可能性があるため、エンジン動作の初期コールドスタート期間などの比較的低温の動作期間中には効果が低下し得る。これは、好適な動作温度に達するまでに数分かかる可能性があるＳＣＲ触媒などの下流の触媒成分、特に高熱質量フィルタの後に配置されたものに特に当てはまり得る。
【0005】
始動状態の間、触媒物品を加熱するために車載電力を使用することが提案されている。様々な方法には、例えば、発熱体の抵抗加熱によるガスの予熱（例えば、Ｇｏｎｚｅらの米国特許第８，４７９，４９６号、Ｂａｒｒｉｅｎｔｏｓ Ｂｅｔａｎｃｏｕｒｔらの同第１０，６９０，０３１号、Ｓｈｉｍａｓａｋｉらの同第６，１１２，５１９号、及びＧｏｎｚｅらの同第８，１５６，７３７号を参照）、触媒基材の直接抵抗加熱（例えば、Ａｃｈｅｎｂａｃｈらの米国特許出願公開第２０１１／００７２８０５号及び米国特許第１０，６７７，１２７号を参照）、及びセラミック基材内の導電性要素の抵抗加熱（例えば、Ｓｔｉｇｌｍａｉｒらの米国特許第１０，７３１，５３４号、Ｎｏｒｏらの同第１０，６８１，７７９号、Ｍｏｒｉらの同第９，８４５，７１４号、Ｙｏｓｈｉｏｋａらの同第８，７８４，７４１号、及びＫｉｎｏｓｈｉｔａらの同第８，３２９，１１０号を参照）が含まれる。あるアプローチでは、熱は、電気ヒーター、例えば、触媒基材の外側に巻き付けられた電線、加熱されたグリッド、又は加熱要素として機能する金属基材自体によって生成される。このようなシステムの商業化を成功させるには、必要な比較的高いエネルギー消費及び最初に触媒基材を加熱する必要があるため比較的低い加熱効率など、いくつかの課題が存在する。更に、一部の電熱設計は金属基材を使用する場合があり、多くのシステムで触媒担体として使用されるより広く採用されているセラミック基材と互換性がない場合がある。初期のコールドスタート期間中の効率の低下に対処するために、様々なエンジン管理戦略も提案されている（例えば、Ｈｏｓｔらの米国特許第１０，１３８，７８１号、Ｊｏｓｈｉらの同第１０，０８２，０４７号、Ｒｅｍｅｓの同第９，５０６，４２６号、ＭｃＱｕｉｌｌｅｎらの同第１０，２７３，９０６号、Ｐｅｔｅｒｓらの同第６，６５７，３１５号、Ｚｈａｎｇの同第８，９５５，４７３号、及びＧｌｕｇｌａらの同第９，３８２，８５７号を参照）。
【0006】
最近、触媒体の誘導加熱が検討されている（例えば、Ｃｒａｗｆｏｒｄ及びＤｏｕｇｌａｓらの米国特許第９，４８８，０８５号、同第１０，１３２，２２１号、及び同第１０，３５２，２１４号を参照）。現在の技術は、セラミック基材に埋め込まれた金属製の導電性要素を使用しており、導体内の渦電流の誘導によって加熱される。触媒の非接触誘導加熱には、いくつかの利点があり得る。触媒本体への直接電気接続は必要でない可能性がある。それらは、触媒ウォッシュコート用のセラミック支持体を組み込んでもよい。しかし、現在の技術は、製造の複雑さ（例えば、セラミック／金属界面の融合）及び熱分布の不均一性に悩まされている。更に、触媒物品の加熱は、最初に埋め込まれた金属要素を加熱し、熱を触媒の残りの部分に拡散させることによって、間接的に行われる。
【0007】
ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンからのガス状汚染物質のテール管排出物を削減することが、当該技術分野において引き続き必要とされている。更に、エンジンのコールドスタート中又は他の低温作動点中に発生するブレークスルー排出物を削減する必要がある。
【0008】
本開示は、誘導加熱することができる磁性成分（例えば、フェライト含有成分）を含む触媒組成物を提供する。そのような触媒組成物は、例えば、エンジン排気ガスの処理のためのモノリシックフロースルー基材の製造（例えば、ディーゼル及びガソリン動力車という観点から）、並びに固定床反応器設計（例えば、化学触媒作用という観点から）のために使用され得る。開示された成分及び方法は、交流磁界に曝露されたときに触媒材料の加熱を可能にすることができ、非接触加熱を可能にし、熱が本明細書に開示するような磁性成分（例えば、フェライト含有成分）を介して触媒材料の近傍で直接生成される非接触加熱を可能にする。
【0009】
いくつかの実施形態では、触媒組成物は、触媒材料と、磁性フェライト化合物と、を含む。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、フェライト化合物を約４００℃～約１２００℃の温度で約１時間以上加熱することによって調製される。
【0010】
いくつかの実施形態では、触媒組成物は、触媒材料と、磁性フェライト化合物と、を含み、磁性フェライト化合物は、フェライト化合物のＢｒｕｎａｕｅｒ－Ｅｍｍｅｔｔ－Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積が約１００ｍ２／ｇ未満の値に減少するようにフェライト化合物を加熱することによって調製される。
【0011】
いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、混合フェライト化合物を約６００℃～約９００℃の温度で約１時間以上加熱することによって調製される。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、混合フェライト化合物を約７５０℃以上の温度で加熱することによって調製される。いくつかの実施形態では、フレッシュな混合フェライト化合物は、ナノ粒子の形態である。いくつかの実施形態では、触媒組成物の温度は、交流磁界に曝露されると上昇する。
【0012】
いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、鉄と、亜鉛、コバルト、ニッケル、イットリウム、マンガン、銅、バリウム、ストロンチウム、スカンジウム、及びランタンのうちの１つ以上と、を含む。例えば、磁性フェライト化合物は、鉄、亜鉛、及びコバルト及びニッケルのうちの１つ以上を含むことができる。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、イットリウムを含む。
【0013】
いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、鉄、コバルト、及び亜鉛を含む。いくつかの実施形態では、そのような混合フェライト磁性化合物内の様々な金属成分の比率は、広く変化し得る。例えば、いくつかの実施形態では、コバルト／亜鉛のモル比は、約５０／５０である。いくつかの実施形態では、コバルト／亜鉛のモル比は、約１／９９～約９９／１である。いくつかの実施形態では、コバルト／亜鉛のモル比は、約２５／７５～約７５／２５である。１つの特定の実施形態では、磁性フェライト化合物は、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４．を含む。
【0014】
いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、鉄、ニッケル、及び亜鉛を含む。また、そのような混合磁性フェライト化合物の成分の比率は、広く変化し得る。例えば、いくつかの実施形態では、ニッケル／亜鉛のモル比は約５０／５０である。いくつかの実施形態では、ニッケル／亜鉛のモル比は、約１／９９～約９９／１である。いくつかの実施形態では、ニッケル／亜鉛のモル比は、約２５／７５～約７５／２５までである。１つの特定の実施形態では、磁性フェライト化合物は、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む。
【0015】
いくつかの実施形態では、触媒材料は、一酸化炭素の酸化、炭化水素の酸化、ＮＯｘの酸化、アンモニアの酸化、ＮＯｘの選択的接触還元、及びＮＯｘの貯蔵／還元のうちの１つ以上のための触媒材料を含む。いくつかの実施形態では、触媒材料は、多孔質支持体に含浸又はイオン交換された１つ以上の触媒金属を含む。いくつかの実施形態では、多孔質支持体は、例えば、耐火性金属酸化物又はモレキュラーシーブであり得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の触媒金属は、例えば、卑金属、白金族金属、卑金属又は白金族金属の酸化物、及びそれらの組み合わせから選択され得る。
【0016】
いくつかの実施形態では、内燃エンジンからの排気ガス排出物を処理するための触媒物品は、フロースルー基材又はウォールフローフィルタの形態の基材であって、本明細書で提供される触媒組成物がその上に堆積されている、基材を含む。いくつかの実施形態では、触媒物品は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、触媒スートフィルタ（ＣＳＦ）、リーンＮＯｘ捕捉（ＬＮＴ）、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒、アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）触媒、又は三元触媒（ＴＷＣ）としての使用に適合する。
【0017】
いくつかの実施形態では、排出物制御システムは、本明細書で提供される触媒物品と、交流電流（ＡＣ）を受け取り、これに応答して交流磁界を生成するための導体であって、生成された交流磁界が触媒組成物の少なくとも一部に印加されるように配置されている、導体と、を含む。いくつかの実施形態では、導体は、触媒物品の少なくとも一部を取り囲む導線の形態である。いくつかの実施形態では、交流電流を供給するために導体に電気的に接続された電力源を更に備える排出物制御システムが提供される。いくつかの実施形態では、排出物制御システムは、触媒物品に入るガスの温度を測定するように配置された温度センサと、温度センサと通信するコントローラと、を更に備え、コントローラは、触媒物品の誘導加熱が望まれる場合、コントローラが電流で導体に電圧を加えることができるように、導体によって受け取られる電流の制御に適合している。いくつかの実施形態では、内燃エンジンからの排気ガス排出物を処理する方法は、排気ガス排出物を、本明細書で提供される排出物制御システムに通過させることを含む。
【0018】
いくつかの実施形態では、固定床反応器設計用の触媒は、本明細書で提供される触媒組成物を含有する触媒床を含む。いくつかの実施形態では、固定床触媒システムは、そのような触媒と、電流を受け取り、それに応答して交流磁界を生成するための導体であって、生成された交流磁界が触媒組成物の少なくとも一部に印加されるように配置されている、導体と、を含む。
【0019】
いくつかの実施形態では、本開示は、触媒材料を製造するための方法を対象とする。いくつかの実施形態では、触媒材料を製造するための方法は、混合フェライト化合物を約６００℃以上の温度で約１時間以上加熱して混合磁性フェライト化合物を得ることと、混合磁性フェライト化合物を触媒材料と組み合わせることと、を含む。いくつかの実施形態では、混合磁性フェライト化合物は、粒子の形態である。いくつかの実施形態では、混合磁性フェライト化合物は、ナノ粒子の形態である。いくつかの実施形態では、触媒材料を製造するための方法は、混合フェライト化合物を、フェライト化合物のＢｒｕｎａｕｅｒ－Ｅｍｍｅｔｔ－Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積を、約１００ｍ２／ｇ未満の面積に減少させるのに十分な時間及び温度で加熱することと、加熱されたフェライト化合物を触媒材料と組み合わせることと、を含む。そのような方法は、有利には、いくつかの実施形態では、誘導加熱可能な触媒材料を製造するための方法であり得る。
【0020】
本開示は、限定なしで、以下の追加の実施形態を含む。
【0021】
実施形態１：触媒材料と、少なくとも１つの磁性成分と、を含み、磁性成分は、少なくとも１つの磁性フェライト化合物を含む、触媒組成物。
【0022】
実施形態２：磁性フェライト化合物が、鉄と、亜鉛、コバルト、ニッケル、イットリウム、マンガン、銅、バリウム、ストロンチウム、スカンジウム、及びランタンのうちの１つ以上と、を含む、先行する実施形態の触媒組成物。
【0023】
実施形態３：磁性フェライト化合物が、鉄と、亜鉛、コバルト、ニッケル、及びイットリウムのうちの１つ以上と、を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0024】
実施形態４：磁性フェライト化合物が、鉄、ニッケル、及び亜鉛を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0025】
実施形態５：ニッケル／亜鉛のモル比が、約１／９９～約９９／１である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0026】
実施形態６：ニッケル／亜鉛のモル比が、約２５／７５～約７５／２５である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0027】
実施形態７：ニッケル／亜鉛のモル比が、約５０／５０である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0028】
実施形態８：磁性フェライト化合物がＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0029】
実施形態９：磁性フェライト化合物が、鉄、コバルト、及び亜鉛を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0030】
実施形態１０：コバルト／亜鉛のモル比が、約１／９９～約９９／１である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0031】
実施形態１１：コバルト／亜鉛のモル比が、約２５／７５～約７５／２５である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0032】
実施形態１２：コバルト／亜鉛のモル比が、約５０／５０である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0033】
実施形態１３：磁性フェライト化合物が、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0034】
実施形態１４：磁性フェライト化合物が、鉄及びイットリウムを含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0035】
実施形態１５：磁性フェライト化合物が、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0036】
実施形態１６：磁性フェライト化合物が、約４００℃～約１２００℃の温度で約１時間以上加熱することによって調製される、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0037】
実施形態１７：磁性フェライト化合物が、約６００℃～約９００℃の温度で約１時間以上加熱することによって調製される、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0038】
実施形態１８：磁性フェライト化合物が、約１００ｍ２／ｇ未満のＢｒｕｎａｕｅｒ－Ｅｍｍｅｔｔ－Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積を有する、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0039】
実施形態１９：磁性フェライト化合物が、ナノ粒子の形態である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0040】
実施形態２０：触媒組成物の温度が、交流磁界への曝露によって上昇する、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0041】
実施形態２１：触媒材料が、一酸化炭素の酸化、炭化水素の酸化、ＮＯｘの酸化、アンモニアの酸化、ＮＯｘの選択的接触還元、及びＮＯｘの貯蔵／還元のうちの１つ以上のための触媒材料を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0042】
実施形態２２：触媒材料が、多孔質支持体に含浸又はイオン交換された１つ以上の触媒金属を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0043】
実施形態２３：多孔質支持体が、耐火性金属酸化物又はモレキュラーシーブである、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0044】
実施形態２４：１つ以上の触媒金属が、卑金属、白金族金属、卑金属又は白金族金属の酸化物、及びそれらの組み合わせから選択される、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0045】
実施形態２５：先行する実施形態のいずれかの触媒組成物がその上に堆積されている、フロースルー基材又はウォールフローフィルタの形態の基材を含む、内燃エンジンからの排気ガス排出物を処理するための触媒物品。
【0046】
実施形態２６：ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、触媒スートフィルタ（ＣＳＦ）、リーンＮＯｘ捕捉（ＬＮＴ）、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒、アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）触媒、又は三元触媒（ＴＷＣ）としての使用に適合した、先行する実施形態の触媒物品。
【0047】
実施形態２７：任意の先行する実施形態の触媒物品と、電流を受け取り、それに応答して交流磁界を生成するための導体であって、生成された交流磁界が触媒組成物の少なくとも一部に印加されるように配置されている、導体と、を備える、排出物制御システム。
【0048】
実施形態２８：導体が、触媒物品の少なくとも一部を取り囲む導線のコイルの形態である、先行する実施形態の排出物制御システム。
【0049】
実施形態２９：：交流電流を供給するために導体に電気的に接続された電力源を更に備える、任意の先行する実施形態の排出物制御システム。
【0050】
実施形態３０：触媒物品に入るガスの温度を測定するように配置された温度センサと、温度センサと通信するコントローラと、を更に備え、コントローラは、触媒物品の加熱が望まれる場合、コントローラが電流で導体に電圧を加えることができるように、導体によって受け取られる電流の制御のために適合している、任意の先行する実施形態の排出物制御システム。
【0051】
実施形態３１：内燃エンジンからの排気ガス排出物を処理する方法であって、任意の先行する実施形態の排出物制御システムに排気ガス排出物を通過させることを含む、方法。
【0052】
実施形態３２：触媒組成物を有する触媒床を含む固定床反応器設計用の触媒であって、触媒組成物が、触媒材料と、少なくとも１つの磁性成分と、を含み、磁性成分が少なくとも１つの磁性フェライト化合物を含む、触媒。
【0053】
実施形態３３：先行する実施形態の触媒と、電流を受け取り、それに応答して交流磁界を生成するための導体であって、生成された交流磁界が触媒組成物の少なくとも一部に印加されるように配置されている、導体と、を備える、固定床触媒システム。
【0054】
実施形態３４：フェライト化合物を約６００℃以上の温度で約１時間以上加熱して磁性フェライト化合物を得ることと、加熱されたフェライト化合物を触媒材料と組み合わせることと、を含む、触媒材料を製造するための方法。
【0055】
実施形態３５：フェライト化合物を、フェライト化合物のＢｒｕｎａｕｅｒ－Ｅｍｍｅｔｔ－Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積を、約１００ｍ２／ｇ未満の面積に減少させるのに十分な時間及び温度で加熱して加熱されたフェライト化合物を与えることと、加熱されたフェライト化合物を触媒材料と組み合わせることと、を含む、触媒材料を製造するための方法。
【0056】
実施形態３６：触媒材料と、複数の処理された混合フェライト磁性粒子と、を含み、処理された混合フェライト磁性粒子は、フレッシュな混合フェライト磁性粒子を約７５０℃以上の温度で約１時間以上加熱することによって調製される、触媒組成物。
【0057】
実施形態３７：処理された混合フェライト磁性粒子が、フレッシュな混合フェライト磁性粒子を約９００℃以上の温度で約１時間以上加熱することによって調製される、先行する実施形態の触媒組成物。
【0058】
実施形態３８：触媒材料と、複数の処理された混合フェライト磁性粒子と、を含み、処理された混合フェライト磁性粒子が、フレッシュな混合フェライト磁性粒子のＢｒｕｎａｕｅｒ－Ｅｍｍｅｔｔ－Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積が１０倍以上増加して約２０ｍ２／ｇ未満の値となるように、フレッシュな混合フェライト磁性粒子を加熱することによって調製される、触媒組成物。
【0059】
実施形態３９：フレッシュな混合フェライト磁性粒子が、ナノ粉末の形態である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0060】
実施形態４０：触媒組成物が、誘導加熱可能である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0061】
実施形態４１：処理された混合フェライト磁性粒子が、鉄と、亜鉛、コバルト、ニッケル、イットリウム、マンガン、銅、バリウム、ストロンチウム、スカンジウム、及びランタンのうちの１つ以上と、を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0062】
実施形態４２：処理された混合フェライト磁性粒子が、鉄と、亜鉛と、コバルト、ニッケル、及びイットリウムのうちの１つ以上と、を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0063】
実施形態４３：処理された混合フェライト磁性粒子が、鉄、コバルト、及び亜鉛を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0064】
実施形態４４：コバルト及び亜鉛が、約１：１の重量比である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0065】
実施形態４５：コバルト及び亜鉛が、１：１未満の重量比である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0066】
実施形態４６：コバルト及び亜鉛が、１：１を超える重量比である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0067】
実施形態４７：処理された混合フェライト磁性粒子が、鉄、ニッケル、及び亜鉛を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0068】
実施形態４８：ニッケル及び亜鉛が、約１：１の重量比である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0069】
実施形態４９：ニッケル及び亜鉛が、１：１未満の重量比である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0070】
実施形態５０：ニッケル及び亜鉛が、１：１を超える重量比である、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0071】
実施形態５１：処理された混合フェライト磁性粒子が、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0072】
実施形態５２：処理された混合フェライト磁性粒子が、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0073】
実施形態５３：触媒材料が、一酸化炭素の酸化、炭化水素の酸化、ＮＯｘの酸化、アンモニアの酸化、ＮＯｘの選択的接触還元、及びＮＯｘの貯蔵／還元のうちの１つ以上のための触媒材料を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0074】
実施形態５４：触媒材料が、多孔質支持体に含浸又はイオン交換された１つ以上の触媒金属を含む、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0075】
実施形態５５：多孔質支持体が、耐火性金属酸化物又はモレキュラーシーブである、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0076】
実施形態５６：１つ以上の触媒金属が、卑金属、白金族金属、卑金属又は白金族金属の酸化物、及びそれらの組み合わせから選択される、任意の先行する実施形態の触媒組成物。
【0077】
実施形態５７：先行する実施形態のいずれかの触媒組成物がその上に堆積されている、フロースルー基材又はウォールフローフィルタの形態の基材を含む、内燃エンジンからの排気ガス排出物を処理するための触媒物品。
【0078】
実施形態５８：ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、触媒スートフィルタ（ＣＳＦ）、リーンＮＯｘ捕捉（ＬＮＴ）、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒、アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）触媒、又は三元触媒（ＴＷＣ）としての使用に適合した、先行する実施形態の触媒物品。
【0079】
実施形態５９：任意の先行する実施形態の触媒物品と、電流を受け取り、それに応答して交流磁界を生成するための導体であって、生成された交流電磁界が触媒組成物の少なくとも一部に印加されるように配置されている、導体と、を備える、排出物制御システム。
【0080】
実施形態６０：導体が、触媒物品の少なくとも一部を取り囲む導線のコイルである、先行する実施形態の排出物制御システム。
【0081】
実施形態６１：交流電流を供給するために導体に電気的に接続された電力源を更に備える、任意の先行する実施形態の排出物制御システム。
【0082】
実施形態６２：触媒物品に入るガスの温度を測定するように配置された温度センサと、温度センサと通信するコントローラと、を更に備え、コントローラは、触媒材料の誘導加熱が望まれる場合、コントローラが電流で導体に電圧を加えることができるように、導体によって受け取られる電流の制御のために適合している、任意の先行する実施形態の排出物制御システム。
【0083】
実施形態６３：任意の先行する実施形態の触媒組成物を有する触媒床を含む、固定床反応器設計用の触媒。
【0084】
実施形態６４：先行する実施形態の触媒と、電流を受け取り、それに応答して交流磁界を生成するための導体であって、生成された交流電磁界が触媒組成物の少なくとも一部に印加されるように配置されている、導体と、を備える、固定床触媒システム。
【0085】
実施形態６５：内燃エンジンからの排気ガス排出物を処理する方法であって、任意の先行する実施形態の排出物制御システムに排気ガス排出物を通過させることを含む、方法。
【0086】
実施形態６６：触媒材料を製造するための方法であって、フレッシュな混合フェライト磁性粒子を約７５０℃以上の温度で約１時間以上加熱して予備焼成混合フェライト磁性粒子を与えることと、複数の予備焼成混合フェライト磁性粒子を触媒材料と組み合わせることと、を含む、方法。
【0087】
実施形態６７：フレッシュな混合フェライト磁性粒子を、フレッシュな混合フェライト磁性粒子のＢｒｕｎａｕｅｒ－Ｅｍｍｅｔｔ－Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）表面積を１０倍増加させるのに十分な時間及び温度で加熱して予備焼成混合フェライト磁性粒子を与えることと、複数の予備焼成混合フェライト磁性粒子を触媒材料と組み合わせることと、を含む、触媒材料を製造するための方法。
【0088】
実施形態６８：方法が、誘導加熱可能な触媒材料を製造するための方法である、任意の先行する実施形態の方法。
【0089】
本開示のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下に簡潔に説明される添付の図面とともに以下の詳細な説明を閲読することで明らかになるであろう。本開示は、上記の実施形態のうちの２つ、３つ、４つ、又はそれを超える任意の組み合わせ、並びに本開示に記載される任意の２つ、３つ、４つ、又はそれを超える特徴又は要素の組み合わせを、そのような特徴又は要素が本明細書の具体的な実施形態の説明で明示的に組み合わされているか否かにかかわらず、含む。本開示では、文脈が明らかに他のことを示さない限り、本開示のいずれかの分けることが可能な特徴又は要素が、その様々な態様及び実施形態のいずれかにおいて、組み合わせ可能であると考えられるべきであると、全体として読み取られることが意図される。本開示の他の態様及び利点は、以下で明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0090】
本開示の実施形態についての理解を提供するために、必ずしも縮尺どおりに描かれてはいない添付図面が参照され、図内の参照番号は、本開示の例示的な実施形態の構成要素を指す。図面は、例示的に過ぎず、本開示を限定するものとして解釈されるべきではない。
【0091】
【図1A】入口端部６及び出口端部８、並びにチャネル１０を有するハニカム型触媒２の斜視図であり、その上に配置された触媒組成物を有する基材担体を含むことができ、触媒組成物は、本開示によるものであり、磁性フェライト化合物を含む。
【図1B】図１Ａに対して拡大され、かつ図１Ａの２の担体の端面に平行な平面に沿って切り取られた２の部分断面図であり、図１Ａに示される複数のガス流路１０の拡大図を示し、壁１２及びウォッシュコート層１４及び１６を有する。
【図3】本開示の触媒が利用される排出処理システム３２の実施形態の概略図である。
【図4】本開示の触媒２が利用される一構成の概略図であり、導体６６、コントローラ７４、電源７０、及び温度センサ７２を示す。
【図5】本開示の２つ以上の触媒が利用される排出処理システム５１の実施形態の概略図であり、関連する導体、コントローラ、電源、及び温度センサを示す。
【図6】充填されたサンプル、誘導コイル及び冷却空気ジェットの配置、並びに分析及び制御用熱電対プローブの位置を示す実験セットアップの写真である。
【図7】実施例１の各種フェライト化合物を空気中７５０℃で５時間焼成後、交流磁界に曝露したときの温度変化（丸）と加熱速度（棒）を示すグラフである。
【図8】６００℃、７５０℃、９００℃で交流磁界に曝露する際の焼成前及び焼成後、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２について、粉末床への熱出力損失を示すグラフである。
【図9】焼成前及び静止空気中７５０℃で５時間焼成後のＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４粉末のＸ線回折パターンである。
【図10】焼成前及び静止空気中７５０℃で５時間焼成後のＮｉＦｅ２Ｏ４粉末のＸ線回折パターンである。
【図11】Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２、及びＦｅ３Ｏ４の交流磁界への曝露中の時間の関数としての粉末床温度を示すグラフである。
【図12】１．８ｇの粉末サンプル中のＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（バランス＝Ａｌ２Ｏ３）の質量分率の関数としての熱出力損失（Ｗ）のプロットである（実線は環境への熱の放散がないと仮定した場合の理論上の熱損失である）。
【図13A】銅交換ゼオライト及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＳＣＲ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＳＣＲのみ）のいずれかを含むモデル粉末について、ＳＣＲ触媒の動作に関連する供給条件下での温度の関数としてのＮＯｘ変換を示すグラフ、並びにＮＯｘ変換のＴ５０を示す挿入図である。
【図13B】銅交換ゼオライト及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＳＣＲ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＳＣＲのみ）のいずれかを含むモデル粉末について、交流磁界への曝露中の粉末床温度を時間の関数として示すグラフである。
【図14A】Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３＋銅交換ゼオライト及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＡＭＯｘ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＡＭＯｘのみ）のいずれかを含むモデル粉末について、ＡＭＯｘ触媒の動作に関連する供給条件下で、温度の関数としてＮＨ３変換を示すグラフ、並びにＮＨ３変換のＴ５０を示す挿入図である。
【図14B】Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３＋銅交換ゼオライト及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＡＭＯｘ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＡＭＯｘのみ）のいずれかを含有するモデル粉末について、交流磁界への曝露中の時間の関数としての粉末床温度を示すグラフである。
【図15A】ＣｅＺｒ酸化物上のＲｈ／Ａｌ２Ｏ３＋Ｐｄ及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＴＷＣ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＴＷＣのみ）のいずれかを含むモデル粉末について、ＴＷＣ触媒の動作に関連する振動フィード条件下での、温度の関数としての平均ＣＯ変換を示すグラフ、並びにＣＯ変換のＴ５０示す挿入図である。
【図15B】ＣｅＺｒ酸化物上のＲｈ／Ａｌ２Ｏ３＋Ｐｄ及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＴＷＣ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＴＷＣのみ）のいずれかを含有するモデル粉末について、ＴＷＣ触媒の動作に関連する振動供給条件下での、温度の関数としての平均ＮＯｘ変換を示すグラフである。
【図16】ＣｅＺｒ酸化物上のＲｈ／Ａｌ２Ｏ３＋Ｐｄ及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＴＷＣ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＴＷＣのみ）のいずれかを含有するモデル粉末について、交流磁界への曝露中の粉末床温度を時間の関数として示すグラフである。
【図17A】Ａｌ２Ｏ３上のＰｔ＋Ｐｄ及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＤＯＣ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＤＯＣのみ）のいずれかを含むモデル粉末について、ＤＯＣ触媒の操作に関連する供給条件下で、温度の関数としてＣＯ変換を示すグラフ、並びにＣＯ変換のＴ５０を示す挿入図である。
【図17B】Ａｌ２Ｏ３上のＰｔ＋Ｐｄ及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＤＯＣ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＤＯＣのみ）のいずれかを含有するモデル粉末について、交流磁界への曝露中の粉末床温度を時間の関数として示すグラフである。
【図18A】酸化アルミニウム＋バリウム＋Ｍｇ＋Ｚｒ上にＲｈ／ＣｅＯ２＋Ｐｔ／Ｐｄ及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＬＮＴ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＬＮＴのみ）のいずれかを含むモデル粉末について、ＬＮＴ触媒の作動に関連する振動供給条件の下で、温度の関数として貯蔵されたＮＯｘを示すグラフである。
【図18B】酸化アルミニウム上にＲｈ／ＣｅＯ２＋Ｐｔ／Ｐｄ＋バリウム＋Ｍｇ＋Ｚｒ及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＬＮＴ－ＩＨＣ）又はＡｌ２Ｏ３（ＬＮＴのみ）のいずれかを含むモデル粉末について、交流磁界への曝露中の粉末床温度を時間の関数として示すグラフである。
【図19A】銅交換ゼオライト（ＳＣＲのみ）又は銅交換ゼオライト及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＳＣＲ－ＩＨＣ）を含有するモデル触媒配合物でコーティングされたセラミックモノリスについて、ＳＣＲ触媒の動作に関連する供給条件下で、温度の関数としてＮＯｘ変換を示すグラフ、並びに温度の関数としてのＮＨ３変換を示す挿入図である。
【図19B】銅交換ゼオライト（ＳＣＲのみ）又は銅交換ゼオライト及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（ＳＣＲ－ＩＨＣ）を含むモデル触媒配合物でコーティングされたセラミックモノリスについて、交流磁界への曝露中の床温度を時間の関数として示すグラフである。
【図20A】交流磁界印加前（左）及び交流磁界印加中（右）のＳＣＲ－ＩＨＣモノリスの赤外線画像を示す。
【図20B】交流磁界印加前（左）及び交流磁界印加中（右）の金属箔モノリスの赤外線画像を示す。
【図21】コーティングされたモノリスの触媒活性及び磁気誘導加熱を評価するために使用される例示的な装置を示す。
【図22A】外部コイルへの電流をオフ又はオンにした例示的なＳＣＲのみのモノリスのライトオフプロファイルを示す。
【図22B】外部コイルへの電流がオフ又はオンにした例示的なＳＣＲ－ＩＨＣモノリスのライトオフプロファイルを示す。
【図23】ベースライン温度の変化点における触媒内部温度の上昇（Ｔｐｏｗｅｒ ｏｎ－Ｔｐｏｗｅｒ ｏｆｆ）を示す。
【0092】
本開示は、以下に更に提供される。本明細書の発明は、特定の実施形態を参照して記載されているが、これらの実施形態は、本開示の原理及び用途の単なる例示であることを理解されたい。本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に対して様々な変形及び変更を行うことができることは、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及びそれらの均等物の範囲内にある修正及び変更を含み得ることが意図される。本発明は、以下の説明に記載される構成又はプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な手法で実施又は実施することができる。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。本明細書及び特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の指示物を含む。
【0093】
全体を通して使用される「約」という用語は、小さな変動を表現し、説明するために使用される。例えば、「約」は、数値が、±５％、±４％、±３％、±２％、±１％、±０．５％、±０．４％、±０．３％、±０．２％、±０．１％、又は±０．０５％変わり得ることを意味し得る。全ての数値は、明示的に示されているかどうかに関係なく、「約」という用語で修飾される。「約」という用語によって修飾された数値には、特定の識別された値が含まれる。例えば、「約５．０」は、５．０を含む。
【0094】
本明細書で使用される場合、「卑金属」という用語は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタニド、遷移後金属、遷移金属（Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕを除く）、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｂ、及びそれらの組み合わせを指す。
【0095】
いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、特定の有益な特性を示す。いくつかの実施形態では、触媒物品は、基材と、その上のウォッシュコート層の形態の１つ以上の触媒組成物と、を含み、１つ以上の触媒組成物のうちの少なくとも１つは、開示された磁性フェライト化合物を含む。いくつかの実施形態では、触媒組成物内の磁性フェライト化合物の含有は、交流磁界の印加を介して誘導加熱可能な材料を提供して、エンジンのコールドスタート時など、触媒システムが短時間で触媒活性を促す作動温度に到達する必要がある場合に特に有利である。いくつかの実施形態では、触媒材料がより迅速に所望の温度に達することを可能にすることによって、低温での触媒の動作に通常関連する望ましくないガス状汚染物質の漏出を最小限に抑えることができる。いくつかの実施形態では、磁性フェライト含有触媒組成物が配置される基材は、典型的には、触媒組成物が塗布及び付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の担体として作用する。いくつかの実施形態では、基材は、自動車用触媒を調製するために通常使用されるタイプのものであってよく、典型的には、金属又はセラミックのハニカム構造を含むであろう。
【0096】
触媒組成物
いくつかの実施形態では、本明細書で提供される触媒組成物は、１つ以上の磁性フェライト化合物を含み、これについては以下で更に詳細に説明することになる。いくつかの実施形態では、触媒組成物は、例えば、ガソリン又はディーゼルエンジンの排出物制御システムで一般的に使用される任意の触媒活性材料、及び／又は固定床反応器内の化学触媒作用で一般的に使用される任意の触媒活性材料を更に含むことができる。いくつかの実施形態では、開示された磁性フェライト化合物を組み込むことができる様々な触媒組成物が知られており、本開示の文脈で使用することができる。
いくつかの実施形態では、本明細書で提供される触媒組成物は、１つ以上の磁性フェライト化合物を含み、これについては以下で更に詳細に説明することになる。いくつかの実施形態では、触媒組成物は、例えば、ガソリン又はディーゼルエンジンの排出物制御システムで一般的に使用される任意の触媒活性材料、及び／又は固定床反応器内の化学触媒作用で一般的に使用される任意の触媒活性材料を更に含むことができる。いくつかの実施形態では、開示された磁性フェライト化合物を組み込むことができる様々な触媒組成物が知られており、本開示の文脈で使用することができる。
【0097】
いくつかの実施形態では、フェライト化合物は、一般に、酸化鉄（ＩＩＩ）を１つ以上の追加の金属元素と組み合わせて含むセラミック材料であると理解される。いくつかの実施形態では、フェライトは、２＋又は３＋電荷の対イオンを有する欠陥スピネル構造として説明することができる。いくつかの実施形態では、フェライト化合物は磁気特性を有し、そのようなフェライトのいくつかは、例えば電子及び電気デバイスでの使用が知られている。
【0098】
いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、一般に、１つ以上の他の金属と組み合わせて、特定の実施形態では、２つ以上の他の金属と組み合わせて、鉄を含むことができる。そのような他の金属は、いくつかの実施形態では、遷移金属を含む。いくつかの実施形態では、そのような他の金属は、主族金属を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の他の金属は変えることができ、例えば、亜鉛、コバルト、ニッケル、イットリウム、マンガン、銅、バリウム、ストロンチウム、スカンジウム、及びランタンから選択することができる。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、鉄及び亜鉛を含む。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、鉄、亜鉛、及び本明細書で上で参照したものなどの更なる金属を含む。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、鉄、亜鉛、並びにコバルト及びニッケルのうちの１つ以上を含み、例えば、鉄、亜鉛、及びコバルト；又は鉄、亜鉛、及びニッケルを含む、磁性フェライト化合物である。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は鉄及びイットリウムを含む。
【0099】
いくつかの実施形態では、本明細書で提供される磁性フェライト化合物の金属成分のモル比は変動し得る。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物内の鉄のモル含有量は、磁性フェライト化合物内に提供される任意の他の個々の金属のモル含有量よりも高い。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物内の鉄のモル含有量は、磁性フェライト化合物内の他の全ての金属を合わせたモル含有量よりも高い。
【0100】
他の２つの金属（鉄に加えて）が磁性フェライト化合物内に組み込まれるいくつかの実施形態では、他の２つの金属は、互いに対して様々なモル比で提供され得る。いくつかの実施形態では、２つの金属のモル比は、約１／９９～約９９／１である。いくつかの実施形態では、２つの金属は、約２５／７５～約７５／２５までのモル比である。いくつかの実施形態では、他の２つの金属は、おおよそ５０／５０の比率である。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物には、ニッケル－亜鉛－鉄酸化物（例えば、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む）及びコバルト－亜鉛－鉄酸化物（例えば、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む）が含まれるが、これらに限定されない。
【0101】
いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、様々な粒径の粒子を含む。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、約１００ｎｍ超の平均直径の粒子を含む粉末を含む。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、ナノ粉末を含むと記載することができる。いくつかの実施形態では、ナノ粉末は、平均粒径が約１００ｎｍ以下（例えば、直径約１ｎｍ～約１００ｎｍ）のナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、ナノ粉末は、例えば、超微粒子、ナノ粒子、又はナノクラスターの凝集体を含む。例えば、いくつかの実施形態では、本明細書に記載の触媒組成物中の磁性フェライト化合物は、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍ、又は約１００ｎｍなど、約２０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の平均粒径を有する粒子を含む。いくつかの実施形態では、粒子は実質的に同様の粒径である。すなわち、本明細書で提供される組成物中の粒子は実質的に単分散である。しかしながら、粒子は、単分散又は実質的に単分散であることに限定されず、粒子の所与のサンプルは、様々な実施形態では分散度が変化する粒子を含み得る。粒子の形状は、いくつかの実施形態では一般に球状である。しかしながら、粒子は、球状又は実質的に球状であることに限定されず、様々な実施形態では、細長い構造、シート状構造、及び他の形状を含み得る。
【0102】
いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、高温（例えば、エンジンの作動中に排気ガス処理システム内で触媒組成物が曝露される可能性がある温度）に曝露された後、磁気特性の高い安定性及び保持を示すように選択される。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、触媒組成物の促進エージングに使用される温度に曝露された後、高い安定性及び磁気特性の保持を示すように選択される。例えば、ヘビーデューティーディーゼル（ＨＤＤ）排気ガス処理システムにおける触媒組成物は、通常、約６５０℃以上の温度に曝露され、ライトデューティーディーゼル（ＬＤＤ）排気ガス処理システムにおける触媒組成物は、通常、約７５０℃以上の温度に曝露される。
【0103】
全ての磁性フェライト化合物が、そのような高温に曝露された後に磁気特性を示すわけではないことがわかった（したがって、隣接する材料、例えばそれらが組み込まれた触媒組成物の誘導加熱に適切に使用できない）。低温（例えば、Ｔ＜６００℃）だけに曝露された後に好適な磁気特性を示す特定の磁性フェライト化合物でさえ、高温（例えば、Ｔ≧６００℃）に曝露された後に必ずしも磁気特性を示すとは限らないことがわかった。いくつかの実施形態では、驚くべきことに、低温のみに曝露した後には実質的な磁気特性を示さなかった特定の磁性フェライト化合物は、高温に曝露すると磁気特性を示すことがわかった。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、高温（例えば、約６００℃以上又は７５０℃以上の温度）に曝露した後、交流磁界に曝露すると好適な磁気特性を示す（例えば、触媒組成物に組み込まれた場合、触媒組成物を加熱するのに十分な熱損失）。
【0104】
いくつかの実施形態では、安定性及び磁気特性は、磁性フェライト化合物を触媒の誘導加熱に好適なものにし、触媒組成物内にあり、交流磁界に曝露されたときに触媒組成物を加熱する。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、隣接する材料（例えば、それらが組み込まれる触媒組成物）の誘導加熱を提供し、焼成によって提供される。いくつかの実施形態では、焼成は、フェライト化合物を加熱することを含む。フェライト化合物が加熱される温度は変動してよく、例えば、いくつかの実施形態では、粒子は、約６００℃以上の温度、約７５０℃以上の温度、約８００℃以上の温度まで加熱され、約８５０℃以上の温度、又は約９００℃以上の温度へ加熱される。このような粒子を高温で保持する時間は特に限定されない。いくつかの実施形態では、粒子は、高温で約５分以上、約１０分以上、約２０分以上、約３０分以上、約４５分以上、又は約１時間以上保持することができる。
【0105】
理論に拘束されるものではないが、焼成は、フェライト化合物の微結晶サイズ及び／又は一次粒子サイズの増加を引き起こし得る。より大きなサイズの微結晶又は粒子は、個々の磁気モーメントが整列している可能性があるが、それらが整列していない可能性がある複数の磁区を含む可能性がある。外部磁界への曝露時に、磁気モーメントは外部場と整列し、磁区間の境界の移動を引き起こす可能性がある。これらの区境界の移動に対する抵抗は、磁気ヒステリシス及び磁性材料の誘導加熱につながる可能性がある。焼成又は他の手段によるより大きな磁性粒子の生成は、より多くの区境界、及び誘導加熱により効果的な材料につながる可能性があり、これは、少なくとも部分的には、本明細書のいくつかの実施形態で記載されている焼成加熱後の特定の磁性フェライト化合物の誘導加熱能力の向上を説明する可能性がある。いくつかの実施形態では、好適な焼成は、焼成前後のフェライト化合物のＢＥＴ表面積の減少を測定することによって評価される。
【0106】
「ＢＥＴ表面積」は、Ｎ２吸着により表面積を求めるＢｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、Ｔｅｌｌｅｒの方法を指すその通常の意味を有する。特に明記しない限り、本明細書における磁性フェライト化合物（又は他の触媒組成物成分）の表面積への全ての言及は、ＢＥＴ表面積を意味する。
【0107】
いくつかの実施形態では、フェライト化合物のＢＥＴ表面積が約１００ｍ２／ｇ未満に減少したときに、本明細書に記載の誘導磁気加熱特性を提供するための好適な焼成が提供される。いくつかの実施形態では、所望の誘導加熱特性を提供するために監視及び決定することができるＢＥＴ表面積減少は、例えば、初期材料の一次粒子サイズ及び／又は微結晶サイズに基づいて、変化し得る（すなわち、一次粒子サイズ及び／又は初期材料の微結晶サイズが大きいほど、ＢＥＴ表面積の小さな減少で十分な場合がある）。
【0108】
本明細書で概説される焼成方法は、いくつかの実施形態では、好適な誘導加熱特性を提供する磁性フェライト化合物を提供するために使用され得るが、そのような粒子を提供するためのこの方法は、限定を意図するものではないことに留意されたい。好適な磁性フェライト化合物を提供するための他の方法が、本明細書に包含される。いくつかの実施形態では、所望の特徴を示す磁性フェライト化合物（例えば、適度に大きな一次粒子サイズ、適度に大きな微結晶など）を提供することができ、そのような粒子は、所望の誘導加熱特性を得るために焼成処理を必要とせずに直接使用することができる。
【0109】
本明細書に記載の磁性フェライト化合物は、例えば当該技術分野で知られているように、触媒組成物内に組み込まれる。所与の触媒組成物内に組み込まれる磁性フェライト化合物（例えば焼成磁性フェライト化合物）の量は、少なくとも、触媒組成物が交流磁界に曝露されたときに触媒組成物の少なくとも一部を加熱するのに十分な量である。そのような加熱能力を提供するために所与の触媒組成物内に組み込むことができる混合フェライト粒子の例示的な量は、特定の実施形態では、約５重量％～約９０重量％の範囲であり得る。
【0110】
磁性フェライト化合物を配合できる触媒組成物の種類は、特に限定されない。いくつかの実施形態では、有利に加熱され得る任意の触媒組成物は、開示された磁性フェライト化合物を含むことから利点を得ることができる。上記のように、そのような触媒組成物は、いくつかの実施形態では、例えば、エンジン排気ガス処理システム内の触媒物品上のウォッシュコートの形態で、排気ガスの処理に好適な組成物であることができる（以下でより詳細に説明するように）。いくつかの実施形態では、触媒組成物は、一酸化炭素の酸化、炭化水素の酸化、窒素酸化物（ＮＯｘ）の酸化、アンモニアの酸化、及びＮＯｘの選択的接触還元、並びにＮＯｘ貯蔵／還元のうちの１つ以上に適合することができる。
【0111】
いくつかの実施形態では、触媒組成物は、多孔質支持体に含浸又はイオン交換された１つ以上の触媒金属を含み、代表的な支持体には耐火性金属酸化物及びモレキュラーシーブが含まれる。いくつかの実施形態では、触媒金属は、卑金属、白金族金属、卑金属又は白金族金属の酸化物、及びそ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、本開示で使用される触媒材料は、機能及びタイプ、並びに上記の構成材料に基づいて記載され得る。例えば、触媒材料は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、触媒スートフィルタ（ＣＳＦ）、リーンＮＯｘ捕捉（ＬＮＴ）、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒、フィルタ上のＳＣＲ触媒（ＳＣＲｏＦ）、アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）触媒、又は三元触媒（ＴＷＣ）であり得る。追加の例には、揮発性有機炭化水素（ＶＯＣ）酸化触媒又は室温炭化水素酸化触媒としての使用に適合した触媒活性粒子が含まれる。
【0112】
いくつかの実施形態では、ＤＯＣ又はＣＳＦ触媒は、アルミナなどの金属酸化物支持体に含浸された１つ以上のＰＧＭ成分を含み、任意選択的にセリア又はセリア／ジルコニアなどの酸素貯蔵成分（ＯＳＣ）を更に含み、炭化水素及び一酸化炭素の両方の酸化を提供する。
【0113】
いくつかの実施形態では、ＬＮＴ触媒は、支持体に含浸させた１つ以上のＰＧＭ成分と、ＮＯｘ捕捉成分（例えば、セリア及び／又はアルカリ土類金属酸化物）と、を含む。いくつかの実施形態では、ＬＮＴ触媒は、リーン条件下でＮＯｘを吸着し、リッチ条件下で貯蔵されたＮＯｘを窒素に還元することができる。
【0114】
いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒は、適切な量の酸素の存在下での還元剤による窒素酸化物の触媒還元に適合する。還元剤は、例えば、炭化水素、水素、及び／又はアンモニアであり得る。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒は、銅又は鉄などのプロモーター金属でイオン交換されたモレキュラーシーブ（例えば、ゼオライト）を含み、例示的なＳＣＲ触媒は、ＦｅＢＥＡゼオライト、ＦｅＣＨＡ及びＣｕＣＨＡゼオライトを含む。いくつかの実施形態では、例示的なＳＣＲ触媒は、ＴｉＯ２、ＷＯ３、ＣｅＯ２、又はＡｌ２Ｏ３を含む耐火性金属酸化物上に担持されたバナジウムを含む。
【0115】
いくつかの実施形態では、「ＴＷＣ」は、炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物が実質的に同時に変換される三元変換の機能を指している。いくつかの実施形態では、ＴＷＣ触媒は、パラジウム及び／又はロジウムなどの１つ以上の白金族金属、及び任意選択的に白金、並びに酸素貯蔵成分を含む。いくつかの実施形態では、リッチ条件下で、ＴＷＣ触媒は典型的にアンモニアを生成する。
【0116】
いくつかの実施形態では、ＡＭＯｘ触媒は、アンモニアを変換するのに好適な１つ以上の金属を含有する触媒であり、一般にアルミナ又はチタニアなどの担体材料上に担持されるアンモニア酸化触媒を指す。いくつかの実施形態では、例示的なＡＭＯｘ触媒は、担持された白金族金属（例えば、アルミナに含浸された白金）とともに銅ゼオライトを含む。
【0117】
いくつかの実施形態では、そのような触媒組成物を作製する方法は、多くの場合、ＰＧＭ又は卑金属溶液による多孔質支持体の含浸及び／又は金属前駆体溶液によるモレキュラーシーブのイオン交換プロセスを伴う。いくつかの実施形態では、触媒組成物を調製するために使用することができる触媒組成物を作製する方法は、例えば、参照によりその全体が組み込まれているＢｕｌｌらの米国特許第９，１３８，７３２号及びＴｒｕｋｈａｎらの米国特許第８，７１５，６１８号に記載されているように、当該技術分野で一般的に知られている。いくつかの実施形態では、触媒組成物は、本明細書で上述した種類の磁性フェライト化合物を含むように、本開示に従って改変することができる。いくつかの実施形態では、触媒組成物の触媒活性成分は、磁性フェライト化合物と実質的に均一に混合されて、誘導加熱可能な触媒組成物を提供する。
【0118】
基材
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される触媒組成物（例えば、本明細書に記載される磁性フェライト化合物を含むＤＯＣ、ＬＮＴ、ＡＭＯｘ、ＳＣＲ、又はＴＷＣ触媒組成物を含むがこれらに限定されない触媒組成物）が基材上に配置されて触媒物品を形成する。いくつかの実施形態では、触媒物品は、排気ガス処理システムの一部（例えば、本明細書に開示される磁性フェライト化合物を含む物品を含むがこれに限定されない触媒物品）として使用される。いくつかの実施形態では、基材は、円柱と同様の長さ及び直径及び体積を有する三次元である。いくつかの実施形態では、形状は、必ずしも円柱に一致する必要はない。いくつかの実施形態では、長さは、入口端及び出口端によって画定された軸方向の長さである。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される触媒組成物（例えば、本明細書に記載される磁性フェライト化合物を含むＤＯＣ、ＬＮＴ、ＡＭＯｘ、ＳＣＲ、又はＴＷＣ触媒組成物を含むがこれらに限定されない触媒組成物）が基材上に配置されて触媒物品を形成する。いくつかの実施形態では、触媒物品は、排気ガス処理システムの一部（例えば、本明細書に開示される磁性フェライト化合物を含む物品を含むがこれに限定されない触媒物品）として使用される。いくつかの実施形態では、基材は、円柱と同様の長さ及び直径及び体積を有する三次元である。いくつかの実施形態では、形状は、必ずしも円柱に一致する必要はない。いくつかの実施形態では、長さは、入口端及び出口端によって画定された軸方向の長さである。
【0119】
いくつかの実施形態では、開示される触媒組成物のための基材は、自動車触媒を調製するために典型的に使用される任意の材料から構成されてよく、いくつかの実施形態では、金属又はセラミックのハニカム構造を含み得る。いくつかの実施形態では、基材は、ウォッシュコート組成物が適用及び接着される、複数の壁表面を提供し、それによって、触媒組成物のための基材として作用し得る。
【0120】
いくつかの実施形態では、セラミック基材は、あらゆる好適な耐火材料、例えば、コージライト、コージライト－α－アルミナ、チタン酸アルミニウム、チタン酸ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコンムライト、リシア輝石、アルミナ－シリカ－マグネシア、ケイ酸ジルコン、珪線石、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、葉長石、α－アルミナ、アルミノケイ酸塩などから作製されてもよい。
【0121】
いくつかの実施形態では、基材はまた、１つ以上の金属又は金属合金を含む金属であってもよい。いくつかの実施形態では、金属基材は、チャネル壁に開口部又は「パンチアウト」を有するような任意の金属基材を含み得る。いくつかの実施形態では、金属性基材は、ペレット、圧縮金属性繊維、波形シート、又はモノリス形態などの様々な形状で用いられ得る。いくつかの実施形態では、金属基材の特定の例には、耐熱性の卑金属合金、特に、鉄が実質的な又は主要な成分である合金が含まれる。そのような合金は、ニッケル、クロム、及びアルミニウムのうちの１つ以上を含有し得、これらの金属の合計は、有利には、各場合に基材の重量に基づいて、少なくとも約１５重量％（重量パーセント）の合金、例えば、約１０～約２５重量％のクロム、約１～約８重量％のアルミニウム、及び０～約２０重量％のニッケルを含み得る。いくつかの実施形態では、金属基材の例には、直線的なチャネルを有するもの、ガス流を妨害し、チャネル間のガス流の連通を開くために軸方向チャネルに沿って突出したブレードを有するものと、ブレード、及びモノリス全体にわたる半径方向のガス搬送を可能にする、チャネル間のガス搬送を向上させるための穴も有するものと、が含まれる。
【0122】
いくつかの実施形態では、通流する流体流に対して通路が開放するように、基材の入口面又は出口面から貫通して延在する微細な平行なガス流路を有するタイプのモノリシック基材（「フロースルー基材」）などの、本明細書に開示された触媒物品のためのあらゆる好適な基材が用いられてよい。いくつかの実施形態では、別の適切な基材は、基材の長手方向軸線に沿って延在する複数の微細な実質的に平行なガス流路を有するタイプのものであり、典型的には、各流路は、基材本体の一方の端部において遮断されており、１つおきの流路が、反対側の端面（「ウォールフローフィルタ」）において遮断されている。いくつかの実施形態では、フロースルー基材及びウォールフロー基材は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる国際出願公開第２０１６／０７００９０号にも開示されている。
【0123】
いくつかの実施形態では、触媒基材は、ウォールフローフィルタ又はフロースルー基材の形態のハニカム基材を含む。いくつかの実施形態では、基材は、ウォールフローフィルタである。いくつかの実施形態では、基材は、フロースルー基材である。
【0124】
フロースルー基材
いくつかの実施形態では、基材は、フロースルー基材（例えば、フロースルーハニカムモノリシック基材を含むモノリシック基材）である。フロースルー基材は、通路が流体流に対して開いているように、基材の入口端部から出口端部まで延在している微細で平行なガス流路を有する。流体の入口から流体の出口までの本質的に直線の経路である通路は、壁によって画定されており、壁の上又は壁の中において、触媒コーティングは、通路を通って流れるガスが触媒性材料と接触するように、配置されている。フロースルー基材の流路は、薄い壁のチャネルであり、台形、長方形、正方形、正弦波、六角形、楕円形、円形などのあらゆる好適な断面形状及びサイズであり得る。フロースルー基材は、上記のようにセラミック又は金属であり得る。
いくつかの実施形態では、基材は、フロースルー基材（例えば、フロースルーハニカムモノリシック基材を含むモノリシック基材）である。フロースルー基材は、通路が流体流に対して開いているように、基材の入口端部から出口端部まで延在している微細で平行なガス流路を有する。流体の入口から流体の出口までの本質的に直線の経路である通路は、壁によって画定されており、壁の上又は壁の中において、触媒コーティングは、通路を通って流れるガスが触媒性材料と接触するように、配置されている。フロースルー基材の流路は、薄い壁のチャネルであり、台形、長方形、正方形、正弦波、六角形、楕円形、円形などのあらゆる好適な断面形状及びサイズであり得る。フロースルー基材は、上記のようにセラミック又は金属であり得る。
【0125】
フロースルー基材は、例えば、約５０ｉｎ３～約１２００ｉｎ３の体積と、約６０セル毎平方インチ（ｃｐｓｉ）～約５００ｃｐｓｉ又は最大で９００ｃｐｓｉ、例えば、約２００～４００ｃｐｓｉのセル密度（入口開口）と、約５０～約２００ミクロン又は約４００ミクロンの壁厚と、を有する。図１Ａ及び１Ｂは、本明細書に記載されているような触媒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１Ａを参照すると、例示的な基材２は、円筒形状及び円筒外表面４、上流端面６、及び端面６と同一である対応する下流端面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１Ｂに見られるように、流路１０は、壁１２によって形成され、上流端面６から下流端面８まで担体２を通って延在し、通路１０は、流体、例えば、ガス流が担体２を、そのガス流路１０を介して長手方向に流れることを許容するように閉塞されていない。図１Ｂ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、触媒組成物は、必要に応じて、複数の別個の層として適用され得る。図示される実施形態では、触媒組成物は、担体部材の壁１２に接着された別個のボトム層１４、及びボトム層１４上にコーティングされた第２の別個のトップ層１６の両方で構成される。本開示は、１つ以上（例えば、２、３、又は４つ以上）の触媒組成物層を備えるように実施されてよく、図１Ｂに図示されている２層の実施形態に限定されない。
【0126】
ウォールフローフィルタ基材
いくつかの実施形態では、基材は、基材の縦軸方向に沿って延在する複数の微細で実質的に平行なガス流路を有し得る、ウォールフローフィルタである。いくつかの実施形態では、各通路は、基材本体の一方の端部において遮断され、交互の通路が、反対端面において遮断される。いくつかの実施形態では、このようなモノリシックウォールフローフィルタ基材は、断面の平方インチ当たり最大約９００以上の流路（又は「セル」）を含んでもよいが、はるかに少ない数が用いられてもよい。例えば、基材は、平方インチ当たり約７～６００、より一般的には約１００～４００のセル（「ｃｐｓｉ」）を有し得る。いくつかの実施形態では、セルは、長方形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、又は他の多角形の断面を有することができる。いくつかの実施形態では、ウォールフローフィルタ基材は、上述のようにセラミック又は金属である。
いくつかの実施形態では、基材は、基材の縦軸方向に沿って延在する複数の微細で実質的に平行なガス流路を有し得る、ウォールフローフィルタである。いくつかの実施形態では、各通路は、基材本体の一方の端部において遮断され、交互の通路が、反対端面において遮断される。いくつかの実施形態では、このようなモノリシックウォールフローフィルタ基材は、断面の平方インチ当たり最大約９００以上の流路（又は「セル」）を含んでもよいが、はるかに少ない数が用いられてもよい。例えば、基材は、平方インチ当たり約７～６００、より一般的には約１００～４００のセル（「ｃｐｓｉ」）を有し得る。いくつかの実施形態では、セルは、長方形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、又は他の多角形の断面を有することができる。いくつかの実施形態では、ウォールフローフィルタ基材は、上述のようにセラミック又は金属である。
【0127】
例示的なモノリシックウォールフローフィルタ基材セクションの断面図が図２に示されており、これは、交互に塞がれた通路及び開いた通路を有する複数の通路（セル）５２を含む。図に見られるように、例示的な基材２は、複数の通路５２を有する。これらの通路は、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、入口端部５４及び出口端部５６を有する。通路は、入口端部で入口栓５８によって、出口端部で出口栓６０によって交互に塞がれて、入口５４及び出口５６で対照の市松模様を形成する。ガス流６２は、塞がされていないチャネル入口６４を通って入り、出口栓６０によって止められ、（多孔質である）チャネル壁５３を通って出口側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。特定の実施形態で使用される多孔質ウォールフローフィルタは、当該要素の壁がその上に、又はその中に１つ以上の触媒材料を有す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、入口側及び出口側の両方に存在してもよく、又は壁自体が、触媒材料の全て若しくは一部で満たされていてもよい。いくつかの実施形態では、本発明は、壁内又は要素の入口壁及び／若しくは出口壁上にある触媒材料の１つ以上の層の使用を含む。
【0128】
いくつかの実施形態では、ウォールフローフィルタ物品基材は、例えば、約５０ｃｍ３、約１００ｉｎ３、約２００ｉｎ３、約３００ｉｎ３、約４００ｉｎ３、約５００ｉｎ３、約６００ｉｎ３、約７００ｉｎ３、約８００ｉｎ３、約９００ｉｎ３、又は約１０００ｉｎ３～約１５００ｉｎ３、約２０００ｉｎ３、約２５００ｉｎ３、約３０００ｉｎ３、約３５００ｉｎ３、約４０００ｉｎ３、約４５００ｉｎ３、又は約５０００ｉｎ３の体積を有し得る。いくつかの実施形態では、ウォールフローフィルタ基材は、典型的には、約５０ミクロン～約２０００ミクロン、例えば、約５０ミクロン～約４５０ミクロン、又は約１５０ミクロン～約４００ミクロンの壁厚を有する。
【0129】
いくつかの実施形態では、ウォールフローフィルタの壁は、多孔質であり、一般に、機能性コーティングを配置する前に、少なくとも約４０％又は少なくとも約５０％の壁多孔度を有し、平均細孔径は少なくとも約１０ミクロンである。例えば、いくつかの実施形態におけるウォールフローフィルタ物品基材は、≧４０％、≧５０％、≧６０％、≧６５％、又は≧７０％の多孔度を有するであろう。いくつかの実施形態では、例えば、ウォールフローフィルタ物品基材は、触媒性コーティングを配置する前に、約５０％、約６０％、約６５％、又は約７０％から、約７５％までの壁多孔度及び約１０ミクロン又は約２０ミクロンから、約３０ミクロン又は約４０ミクロンまでの平均細孔径を有するであろう。「壁多孔度」及び「基材多孔度」という用語は、同じ意味であり、置き換え可能である。多孔度は、空隙容量（又は細孔容積）を基材材料の総体積で割った比率である。細孔径及び細孔径分布は、例えば、Ｈｇポロシメトリー測定によって決定され得る。
【0130】
基材コーティングプロセス
いくつかの実施形態では、触媒組成物を水（乾燥形態の場合）と混合して、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ことができる。いくつかの実施形態では、上記の触媒粒子及び磁性フェライト化合物（例えば、焼成された形態）に加えて、スラリーは、他の無機結合剤、会合性増粘剤、及び／又は界面活性剤（アニオン性、カチオン性、非イオン性又は両性界面活性剤を含む）を任意選択的に含んでもよい。追加の順序は様々である場合がある。いくつかの実施形態では、全ての成分を単に一緒に組み合わせてスラリーを形成し、いくつかの実施形態では、特定の成分を組み合わせてから残りの成分をそれと組み合わせる。例えば、いくつかの実施形態では、触媒組成物を実質的に調製することができ、続いて磁性フェライト化合物がそれに添加される。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、触媒組成物の他の全ての成分と混合されるように最初に添加される。いくつかの実施形態では、スラリーのｐＨは、例えば、約３～約５の酸性ｐＨに調整することができる。存在する場合、アルミナ結合剤は、典型的には、約０．０２ｇ／ｉｎ３～約０．５ｇ／ｉｎ３の量で使用される。
いくつかの実施形態では、触媒組成物を水（乾燥形態の場合）と混合して、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ことができる。いくつかの実施形態では、上記の触媒粒子及び磁性フェライト化合物（例えば、焼成された形態）に加えて、スラリーは、他の無機結合剤、会合性増粘剤、及び／又は界面活性剤（アニオン性、カチオン性、非イオン性又は両性界面活性剤を含む）を任意選択的に含んでもよい。追加の順序は様々である場合がある。いくつかの実施形態では、全ての成分を単に一緒に組み合わせてスラリーを形成し、いくつかの実施形態では、特定の成分を組み合わせてから残りの成分をそれと組み合わせる。例えば、いくつかの実施形態では、触媒組成物を実質的に調製することができ、続いて磁性フェライト化合物がそれに添加される。いくつかの実施形態では、磁性フェライト化合物は、触媒組成物の他の全ての成分と混合されるように最初に添加される。いくつかの実施形態では、スラリーのｐＨは、例えば、約３～約５の酸性ｐＨに調整することができる。存在する場合、アルミナ結合剤は、典型的には、約０．０２ｇ／ｉｎ３～約０．５ｇ／ｉｎ３の量で使用される。
【0131】
スラリーは、いくつかの実施形態では、粉砕されて、粒子の混合及び均質な材料の形成を増強することができる。いくつかの実施形態では、粉砕は、ボールミル、連続ミル、又は他の同様の装置で達成することができ、スラリーの固体含有量は、例えば、約２０重量％～約４０重量％などの約３０重量％～約６０重量％であり得る。一実施形態では、粉砕後のスラリーは、約１０～約５０ミクロン（例えば、約１０～約２０ミクロン）のＤ９０粒径によって特徴付けられる。Ｄ９０は、粒子の約９０％がより細かい粒径を有する粒径として定義される。
【0132】
いくつかの実施形態では、次いで、当該技術分野で既知のウォッシュコート技術を使用して、スラリーを触媒基材上にコーティングする。本明細書で使用されるとき、「ウォッシュコート」という用語は、基材、例えば、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、ハニカムフロースルーモノリス基材又はフィルタ基材に適用される材料の薄くて付着性のあるコーティングの技術における通常の意味を有する。本明細書で使用される場合及びＨｅｃｋ，Ｒｏｎａｌｄ及び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、モノリシック基材又は下にあるウォッシュコート層の表面上に配置された材料の組成的に異なる層を含む。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有することができ、各ウォッシュコート層は、固有の化学的触媒機能を有することができる。いくつかの実施形態では、ウォッシュコート層のうちの１つ以上は、本明細書で提供される磁性フェライト化合物を含む（各層は、同じ又は異なる磁性フェライト化合物を含むことができ、異なる量のそのような同じ又は異なる磁性フェライト化合物を含むことができる）。
【0133】
いくつかの実施形態では、基材は、スラリーに１回以上浸漬されるか、又はそうでなければスラリーでコーティングされる。いくつかの実施形態では、コーティングされた基材は、約２分間から約３時間、静的空気中、又は空気の流れ若しくはジェットの下で、高温（例えば、１００℃～１５０℃）で乾燥され、その後、加熱、例えば、４００℃～６００℃、約１０分～約３時間により焼成される。いくつかの実施形態では、乾燥及び焼成後、最終的なウォッシュコートコーティング層は、本質的に溶媒を含まないと考えられる。
【0134】
いくつかの実施形態では、焼成の後に、触媒充填量は、基材のコーティングされた重量及びコーティングされていない重量の差を計算することによって決定することができる。当業者に明らかとなるように、触媒充填量は、スラリーのレオロジーを変えることにより修正することができる。いくつかの実施形態では、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量レベル又は厚さに構築することができる。
【0135】
いくつかの実施形態では、例えば、いくつかの実施形態では、触媒組成物は、単層として、又は多層で適用することができる。いくつかの実施形態では、充填量レベルを高めるために同じ触媒材料を繰り返しウォッシュコーティングすることによって生じる触媒層は、典型的には、触媒の単層とみなされる。いくつかの実施形態では、触媒組成物は、多層で適用され、各層は、異なる組成を有する。いくつかの実施形態では、触媒組成物は、ゾーンコーティングされてよく、これは、以下で説明するように、単一の基材が、ガス流出物流路に沿った異なる領域において異なる触媒組成物でコーティングされ得ることを意味する。
【0136】
排出処理システム
いくつかの実施形態では、排出処理システムは、本明細書に記載の触媒物品を組み込む（触媒組成物は磁性フェライト化合物を含む）。いくつかの実施形態では、触媒物品は、ガソリン又はディーゼルの排気ガス排出物を処理するための１つ以上の追加の成分を含む統合排出物処理システムで使用される。したがって、「排気流」、「エンジン排気流」、「排気ガス流」などの用語は、エンジン流出物、並びに本明細書に記載の１つ以上の他の触媒システム成分の上流又は下流の流出物を指す。
いくつかの実施形態では、排出処理システムは、本明細書に記載の触媒物品を組み込む（触媒組成物は磁性フェライト化合物を含む）。いくつかの実施形態では、触媒物品は、ガソリン又はディーゼルの排気ガス排出物を処理するための１つ以上の追加の成分を含む統合排出物処理システムで使用される。したがって、「排気流」、「エンジン排気流」、「排気ガス流」などの用語は、エンジン流出物、並びに本明細書に記載の１つ以上の他の触媒システム成分の上流又は下流の流出物を指す。
【0137】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される誘導加熱に好適な触媒組成物を含む触媒物品は、他の構成要素に対して排出処理システム内の様々な位置に配置される。いくつかの実施形態では、開示された触媒物品は、エンジンに直接結合される。いくつかの実施形態では、エンジンと触媒物品との間の距離を非常に短くすることができ、いわゆる「密結合」触媒配置が得られる。いくつかの実施形態では、エンジンから触媒までの距離をより長くすることができ、その結果、「床下」構成が得られる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される触媒物品は、代わりに、エンジンと触媒物品との間に１つ以上の他の構成要素が存在するように配置することができる。いくつかの実施形態では、例えば、１つ以上の他の触媒物品が、開示された触媒物品の上流に存在することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の他の触媒物品が、開示された触媒物品の下流に存在することができる。
【0138】
１つの例示的な排出物処理システムが、排出処理システム３２の概略図を図示する図３に例示される。示されるように、ガス状汚染物質及び粒子状物質を含む排気ガス流は、エンジン３４から排気管３６を介してディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）３８に運ばれる。ＤＯＣ３８では、未燃焼のガス状かつ不揮発性の炭化水素（すなわち、ＳＯＦ）及び一酸化炭素の大部分が燃焼されて、二酸化炭素及び水を形成する。加えて、ＮＯｘ成分のある割合のＮＯは、ＤＯＣ中でＮＯ２に酸化され得る。排気流は、次に、排気管４０を介して、排気ガス流内に存在する粒子状物質を捕捉する、触媒化スートフィルタ（ＣＳＦ）４２に運ばれる。ＣＳＦ４２は、任意選択的に、受動的又は能動的なスート再生のために触媒化される。粒子状物質の除去後、ＣＳＦ４２を介して、排気ガス流は排気管４４を介して下流の選択的触媒還元（ＳＣＲ）構成要素１６に運ばれ、ＮＯｘの更なる処理及び／又は変換が行われる。いくつかの実施形態では、上記の触媒成分のいずれか若しくは全て、又は他の任意選択の触媒成分は、磁性フェライト化合物を含む、本明細書に記載の触媒組成物を含むことができる。いくつかの実施形態では、本開示はそれに限定されない。本明細書に開示される原理は、一連の異なる種類の触媒に関連し、幅広い触媒及び関連する排出処理システムとの関連で使用することができる。
【0139】
図４は、例示的な触媒物品５０の図を提供し、矢印５２及び５２’は、エンジン流出物の進行方向を示す（５２は、触媒に入るガスを示し、５２’は、触媒によって排出／処理されるガスを示す）。示されるように、例示的な触媒物品５０は、排気管缶５４内に封入された触媒２を含む。図示の実施形態では、触媒２は、本明細書に記載の磁性フェライト化合物を含む触媒組成物を含む。ワイヤコイル６６は、磁性フェライト化合物（したがって、近接／接触により、それが組み込まれる触媒組成物も）の誘導加熱に適合した交流磁界６８を提供するために、触媒２を取り囲み、このワイヤコイルは、電源７０に接続されている。図示の実施形態は、コイル構造を限定することを意図していないことに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態では、コイルは単一のコイルを含まず、むしろ２つ以上の個々のコイルを含む。いくつかの実施形態では、基材は、前（上流）端が１つのコイルで囲まれ、後（下流）端が別のコイルで囲まれ、任意選択的にその間にギャップを有する。いくつかの実施形態では、コイルは、触媒２の一部のみを取り囲む。
【0140】
描かれたコイル６６は、磁界がガス流と平行になるように、触媒の周りを軸方向に巻いていることにも留意されたい。しかしながら、開示されたシステムは、これに限定されない。いくつかの実施形態では、コイル６６（又は上記参照の複数のコイル）は、それによって生成される磁界がガス流を横切るように、触媒上に横方向に配置することができる。
【0141】
ワイヤコイル６６は、コイルに交流電流を供給することができる電源７０に電気的に接続され、出力電力は、典型的には約５～５０ｋＷの範囲で、約１～約１０００ｋＨｚ（例えば、約１０ｋＨｚ～約５００ｋＨｚ）の周波数である。いくつかの実施形態では、場の強さは、本明細書に記載の触媒組成物内の磁性フェライト化合物が磁化され得る程度を決定し得る。図示された実施形態は、本開示の一例に過ぎない。いくつかの実施形態では、コイル６６は、触媒５４又はシステムの他の触媒構成要素を取り囲むなどの他の場所に配置される。また、この図に示されている技術は、様々なタイプの排出触媒に適用することができ、本明細書で参照される触媒の種類（例えば、ＳＣＲ、ＤＯＣ、ＳＣＲｏＦ、ＡＭＯｘ、及び他の触媒）を含むがこれらに限定されない特定の種類の触媒に限定されない。
【0142】
システム５０は、触媒２に入るエンジン流出物のガスの温度を測定するように配置された任意選択の温度センサ７２を更に含む。電源７０並びに温度センサ７２及び７４の両方が、電源７０を制御し、センサから温度信号を受信するように構成されたコントローラ７６及び７８に動作可能に接続される。理解されるように、コントローラ７６及び７８は、触媒２の誘導加熱が望まれるときはいつでも、電気コイル６６に通電するようコントローラが電源に命令を与えることを可能にするように適合したハードウェア及び関連するソフトウェアを備えることができる。コントローラは、例えば、温度センサ７２及び／又は７４に関連する特定の温度設定点に基づいて、エンジンの点火に基づいた特定の時間（例えば、エンジン点火後の設定時間の間、磁性フェライト化合物を誘導加熱するように適合した制御システム）又は特定の事前設定された時間間隔で、誘導加熱の時間を選択することができる。
【0143】
図５は、システム５０と同様のシステムであるが、２つ以上の誘導加熱可能な触媒物品を使用するシステム５１を示す（各々が同じ又は異なる磁性フェライト化合物を含み、同じ又は異なる量を含むことができる）。電気コイル６６及び６６’は、触媒組成物内の磁性フェライト化合物の誘導加熱に適合した交流磁界６８及び６８’を提供するために、触媒２及び２’を取り囲む。システムは、任意選択の温度センサ７２、７２’、７４、及び７４’を含み、これらは、関連する電源７０及び７０’を制御し、対応するセンサからの温度信号を受け取るように構成されたコントローラ７６、７６’、７８、及び７８’にそれぞれ動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、７４及び７２’の代わりに単一の温度コントローラがあり、いくつかの実施形態では、その温度センサを電源７０及び７０’の両方に取り付けて制御するように構成することができる。
【0144】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の磁性フェライト化合物は、その上の触媒コーティング（又は複数のコーティング）の誘導加熱が触媒組成物を触媒活性のための最適温度範囲に維持するのに有用である任意の触媒物品の触媒組成物に添加される。いくつかの実施形態では、所望の温度範囲は、触媒の種類及び機能に応じて変化する。いくつかの実施形態では、温度は、約１００℃～４５０℃、約１５０℃～３５０℃の範囲である。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒は、有用なＳＣＲ活性を促進するために少なくとも約１５０℃に加熱される。いくつかの実施形態では、有用なＣＯ酸化のために、ＤＯＣ触媒を少なくとも約１２０℃に加熱される。いくつかの実施形態では、ＬＮＴは、有用なＮＯｘ貯蔵のために少なくとも約１５０℃まで加熱され、有用な再生／ＮＯｘ還元のために少なくとも約２５０℃まで加熱される。
【実施例】
【0145】
本発明は、本開示を例示するために示されかつ本発明を限定するものと解釈されるべきではない以下の実施例によって更に詳しく例示される。別段の定めがない限り、全ての部分及びパーセンテージは重量によるものであり、全ての重量パーセントは乾燥ベースで表され、すなわち、別途指示がない限り、含水量は除外される。
【0146】
実施例１：交流磁界の存在下での金属酸化物の加熱。
表１に、一連の金属酸化物材料を示す。いくつかは、十分に記録により十分立証された磁気特性を持つフェライト及び関連する欠陥スピネル構造である。酸化アルミニウムは、常磁性、強磁性、反強磁性、及びフェリ磁性の特性を欠く不活性制御材料としてリストに含まれていた。
表１に、一連の金属酸化物材料を示す。いくつかは、十分に記録により十分立証された磁気特性を持つフェライト及び関連する欠陥スピネル構造である。酸化アルミニウムは、常磁性、強磁性、反強磁性、及びフェリ磁性の特性を欠く不活性制御材料としてリストに含まれていた。
【表1】
【0147】
各粉末のサンプルを空気中７５０℃で焼成した。サンプラーバイアルに詰められ、柔軟なセラミックテープで包まれ、内径２５ｍｍのガラス管に挿入されたサンプル粉末を含むスクリーニング装置を使用して、焼成粉末を磁気誘導加熱効率について評価した。ガラス管は誘導コイルに取り付けられた。ＡＣ電源は、誘導コイルに５０～６０ｋＨｚの交流電流を供給した。１本の温度プローブワイヤを粉末床に挿入し、２本目の温度プローブワイヤをセラミックテープ絶縁体に挿入した。図６は、誘導加熱の測定に用いた装置の写真を示す。交流電流がコイルに供給されている間、２つのプローブからの温度読み取り値が記録された。冷却空気の噴射により、誘導コイル自体の抵抗加熱が最小限に抑えられた。粉末床の温度が１００℃に達するまでの時間と、その時点の取り付け用断熱材の温度の読み取り値を記録した。１２０秒後にＴ＝１００℃に達しなかった場合は、１２０秒での温度を記録した。平均加熱速度は、（Ｔｆｉｎａｌ－Ｔｉｎｉｔｉａｌ）／ｔ（℃／ｓ）として定義された。
【0148】
７５０℃で焼成した後の誘導加熱試験の結果を図７に示す。白丸は、最終粉末床温度と断熱ラップで測定された温度との温度差ΔＴｆを示す。値が大きいほど、誘導コイル内で生成される振動磁界に対する応答が大きい材料を示す。ＮｉＦｅ２Ｏ４、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２、ＭｎＦｅ２Ｏ４、及びＮｉ０．５Ｃｏ０．５Ｆｅ２Ｏ４は、試験終了時にΔＴｆ＞４５℃を示す。触媒の誘導加熱における適用のために、材料を急速に加熱することも重要である。図７の黒いバーは、試験中の各材料の平均温度上昇率を示している。評価したサンプルの中で、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４及びＣｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４は、空気中７５０℃で焼成した後、他の材料よりもかなり高い誘導加熱応答を示した。ＮｉＦｅ２Ｏ４、ＣｏＦｅ２Ｏ４、及びＺｎＦｅ２Ｏ４は、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４及びＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４化合物と比較して非常に低い加熱速度を示した。鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）酸化物Ｆｅ３Ｏ４は、フレッシュな状態で高い誘導加熱応答を示したが、７５０℃での焼成後、交流磁界に対する熱応答はなかった。これは、この酸化物の高温での非磁性ヘマタイトへのよく知られた変換と一致する。純粋な酸化マンガン（Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２）のいずれも、交流磁界に対して測定可能な熱応答を示さなかった。予想どおり、反磁性酸化物Ａｌ２Ｏ３の誘導加熱応答はなかった（これは、熱電対ワイヤ自体の誘導加熱がないことも確認している）。
【0149】
実施例２：焼成温度による磁気誘導挙動の進化
図８は、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、及びＹ３Ｆｅ５Ｏ１２の磁気ヒステリシス加熱による誘導電力損失を示しており、電力損失＝Ｃｐ×（ΔＴ／Δｔ）である。係数（ΔＴ／Δｔ）は実施例１に記載したように測定され、Ｃｐは、金属酸化物材料の比熱である。一般的な傾向として、焼成温度が６００℃から７５０℃に９００℃に上昇するにつれて電力損失が増加する。これは、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、及びＹ３Ｆｅ５Ｏ１２の誘導加熱特性が焼成プロセスによって活性化されることを意味する。これは、一般に、表１の他の材料には当てはまらない。表１に挙げた金属酸化物のうち、図８に示した３つのみが、６００℃、７５０℃、９００℃で焼成した後、磁気誘導加熱における活性の増加を示した。これらの材料は、典型的な排出触媒の標準エージング条件と一致する温度で処理した後、誘導加熱特性を示すため、特に興味深いものである。
図８は、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、及びＹ３Ｆｅ５Ｏ１２の磁気ヒステリシス加熱による誘導電力損失を示しており、電力損失＝Ｃｐ×（ΔＴ／Δｔ）である。係数（ΔＴ／Δｔ）は実施例１に記載したように測定され、Ｃｐは、金属酸化物材料の比熱である。一般的な傾向として、焼成温度が６００℃から７５０℃に９００℃に上昇するにつれて電力損失が増加する。これは、Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４、及びＹ３Ｆｅ５Ｏ１２の誘導加熱特性が焼成プロセスによって活性化されることを意味する。これは、一般に、表１の他の材料には当てはまらない。表１に挙げた金属酸化物のうち、図８に示した３つのみが、６００℃、７５０℃、９００℃で焼成した後、磁気誘導加熱における活性の増加を示した。これらの材料は、典型的な排出触媒の標準エージング条件と一致する温度で処理した後、誘導加熱特性を示すため、特に興味深いものである。
【0150】
図９は、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４粉末のそのままの状態及び空気中で７５０℃で５時間焼成した後のＸ線回折パターンを示す。焼成粉末は、材料の長距離結晶秩序が大きいことを示す、より狭い回折ピークを示す。プロットで観察される唯一の構造相は、スピネル型ニッケル亜鉛フェライト酸化物である。回折ピークは、エージングした粉末と比較してフレッシュな材料で大幅に広がり、微結晶サイズがエージング後にかなり増加したことを示す。他の酸化物生成物への分解を示唆する追加の回折ピークは現れていない。
【0151】
図１０は、純ニッケルフェライトＮｉＦｅ２Ｏ４のＸ線回折データを示す。このパターンは、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４とほぼ同じ回折ピークを示しており、これら２つの化合物が互いに親近構造であることを確認している。しかしながら、フレッシュな状態のＮｉＦｅ２Ｏ４のディフラクトグラムは、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４に比べてより狭いピークを示しており、そのままのＮｉＦｅ２Ｏ４の微結晶サイズがより大きいことを示す。ＮｉＦｅ２Ｏ４のディフラクトグラムは、７５０℃でエージングした後、ピーク幅のわずかな減少のみを示すが、エージングした粉末には、おそらく分解反応に由来する少量のヘマタイトが含まれているように見える。
【数1】
【0152】
Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４は、エージング後のＦｅ２Ｏ３の形成の証拠を示さなかったので（理論によって限定されることを意図するものではないが）、ＡＩＩサイトにＮｉ２＋とともにＺｎ２＋イオンが存在すると、ＮｉＺｎＦｅ２Ｏ３に比べて分解に対してスピネル構造を安定化させることが示唆されている。
【0153】
更に、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４のＢＥＴ表面積は、そのままの状態の１０６ｍ２／ｇから、７５０℃で５時間焼成すると１１ｍ２／ｇに減少した。名目上球状の粒子の集合を仮定すると、粒子半径ｒとＢＥＴ表面積ＡＢＥＴとの関係は、次のようになる。
ｒ＝３／ρＡＢＥＴ
ここで、ρは材料の密度である。７５０℃での焼成後、ＢＥＴは約１０倍減少したため、平均微結晶半径も約１０倍増加した。したがって、誘導加熱活性の増加は、微結晶サイズの増加に関連していると考えられる。理論によって制限されることを意図するものではないが、これらのデータは、磁気ヒステリシス損失による加熱につながる、これらの材料の磁気再配向に対する動的障壁の主な原因として、磁区境界の移動の妨げを示す。これらの境界の形成は、おそらく、複数の磁区を含むより大きな微結晶によって促進される。
ｒ＝３／ρＡＢＥＴ
ここで、ρは材料の密度である。７５０℃での焼成後、ＢＥＴは約１０倍減少したため、平均微結晶半径も約１０倍増加した。したがって、誘導加熱活性の増加は、微結晶サイズの増加に関連していると考えられる。理論によって制限されることを意図するものではないが、これらのデータは、磁気ヒステリシス損失による加熱につながる、これらの材料の磁気再配向に対する動的障壁の主な原因として、磁区境界の移動の妨げを示す。これらの境界の形成は、おそらく、複数の磁区を含むより大きな微結晶によって促進される。
【0154】
実施例３：フェライト材料の組成
Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４及びＮｉＦｅ２Ｏ４のＸＰＳデータを表２に示す。一般的なスピネル型の化学量論ＡｘＦｅ３－ｘＯ４を仮定すると、表２は、ニッケル含有フェライト材料が公称スピネル組成に比べて鉄がわずかに少ない（ｘ＞１）ことを示す。ＸＰＳ測定で発生した光電子は、わずか２０Ａ程度の深さから逃げることを認識しておく必要がある。したがって、この非化学量論的組成は表面現象である可能性がある。更に、ニッケル含有フェライトサンプルは、酸化物が少なく、スピネル酸化物格子に空孔又は欠陥が形成されていることを示す。酸化物化学量論の減少は、高温処理後により顕著であり、結晶欠陥の数が増加したことを示唆している。このような結晶欠陥は、微結晶内の磁区境界を安定化又は「固定」することが知られている。欠陥サイトの数及びこの区の固定の強さは、材料の磁化を再配向する速度論に影響を与えるであろう。理論に拘束されることを意図するものではないが、欠陥サイトの数が増えると、磁気再配向が遅くなり、磁気ヒステリシス曲線の下の領域が増加し、磁気サイクル中の熱損失が大きくなることが示唆されている。比較のために、マンガン含有フェライト材料の金属及び酸化物の化学量論を表３に示す。これらの材料は、公称スピネル組成と一致して、４に非常に近い酸化物化学量論を示す。これは、これらの材料が酸化物格子の欠陥が少ないことを示す。理論によって制限されることを意図するものではないが、マンガン含有フェライト材料の低い磁気加熱速度は、格子欠陥の数が少ないことに部分的に起因することが示唆されている。
Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４及びＮｉＦｅ２Ｏ４のＸＰＳデータを表２に示す。一般的なスピネル型の化学量論ＡｘＦｅ３－ｘＯ４を仮定すると、表２は、ニッケル含有フェライト材料が公称スピネル組成に比べて鉄がわずかに少ない（ｘ＞１）ことを示す。ＸＰＳ測定で発生した光電子は、わずか２０Ａ程度の深さから逃げることを認識しておく必要がある。したがって、この非化学量論的組成は表面現象である可能性がある。更に、ニッケル含有フェライトサンプルは、酸化物が少なく、スピネル酸化物格子に空孔又は欠陥が形成されていることを示す。酸化物化学量論の減少は、高温処理後により顕著であり、結晶欠陥の数が増加したことを示唆している。このような結晶欠陥は、微結晶内の磁区境界を安定化又は「固定」することが知られている。欠陥サイトの数及びこの区の固定の強さは、材料の磁化を再配向する速度論に影響を与えるであろう。理論に拘束されることを意図するものではないが、欠陥サイトの数が増えると、磁気再配向が遅くなり、磁気ヒステリシス曲線の下の領域が増加し、磁気サイクル中の熱損失が大きくなることが示唆されている。比較のために、マンガン含有フェライト材料の金属及び酸化物の化学量論を表３に示す。これらの材料は、公称スピネル組成と一致して、４に非常に近い酸化物化学量論を示す。これは、これらの材料が酸化物格子の欠陥が少ないことを示す。理論によって制限されることを意図するものではないが、マンガン含有フェライト材料の低い磁気加熱速度は、格子欠陥の数が少ないことに部分的に起因することが示唆されている。
【表2】
【表3】
【0155】
実施例４：様々なフェライト材料の最大動作温度
どの磁性材料でも、材料のキュリー温度によって制限される誘導加熱の最大動作温度があることになる。この温度を超えると、材料の内部磁気モーメントは無相関になり、材料は単純な常磁性体として動作するであろう。図１１は、実施例１に記載された誘導コイル装置において６０ｋＨｚの交流磁界に曝露されている間の１２０秒にわたる５つの粉末の温度対時間のプロファイルを示す。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４粉末は、試験の最初の４０秒間で２５℃から２５０℃まで上昇し、その後温度は２６１℃で安定し、それ以上上昇しない。Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４も最初は急速に加熱されるが、この材料のキュリー温度が低いため、１５７℃の最終温度にしか達さない。Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２酸化物材料は、２０９℃近くの最高使用温度に達するが、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４又はＣｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４ほど急速には加熱されない。フレッシュな状態では、磁性酸化鉄粉末は、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２と同様の加熱プロファイルを示す。しかし、６００℃で穏やかに焼成すると、不活性なヘマタイトへの変換のため、加熱効率が失われる。
どの磁性材料でも、材料のキュリー温度によって制限される誘導加熱の最大動作温度があることになる。この温度を超えると、材料の内部磁気モーメントは無相関になり、材料は単純な常磁性体として動作するであろう。図１１は、実施例１に記載された誘導コイル装置において６０ｋＨｚの交流磁界に曝露されている間の１２０秒にわたる５つの粉末の温度対時間のプロファイルを示す。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４粉末は、試験の最初の４０秒間で２５℃から２５０℃まで上昇し、その後温度は２６１℃で安定し、それ以上上昇しない。Ｃｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４も最初は急速に加熱されるが、この材料のキュリー温度が低いため、１５７℃の最終温度にしか達さない。Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２酸化物材料は、２０９℃近くの最高使用温度に達するが、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４又はＣｏ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４ほど急速には加熱されない。フレッシュな状態では、磁性酸化鉄粉末は、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２と同様の加熱プロファイルを示す。しかし、６００℃で穏やかに焼成すると、不活性なヘマタイトへの変換のため、加熱効率が失われる。
【0156】
実施例５：磁気希釈の効果
均一なコイル内に配置された強磁性又はフェリ磁性材料の場合、コア内の材料への電力損失は次の式で与えられる。
Ｐコア＝Ｋ１ＢａｆｎＶ
又は単位体積ベースで、
Ｐコア／Ｖ＝Ｋ１Ｂａｆｎ
式中、ｆは動作ＡＣ周波数、Ｂはコア材料の内部磁化、Ｋ１は材料に関連する経験的パラメータである。電力損失は、コアの温度変化に次のように関連している。
ｄＴ／ｄｔ＝Ｐコア／Ｖｃｐρ
式中、Ｃｐは、コアの比熱、ρは密度である。これら２つの式を組み合わせると、次のようになり、
ｄＴ／ｄｔ＝Ｋ１Ｂａｆｎ／Ｃｐρ
これは、材料の温度変化率を主要な材料及びプロセスパラメータに関連付ける。固定のＡＣ周波数ｆから始める。磁性材料の熱容量及び密度は既知であるか、確実に推定できると仮定する。更に、材料因子Ｋ１は、所与の磁性材料に対して固定されている。これらの制限の下では、コイルの温度の変化率は主に磁化Ｂに依存し、磁化Ｂはコアに組み込まれた磁性材料の量に依存する。したがって、温度上昇率とコア内の磁性材料の量との関係は、誘導加熱触媒ウォッシュコートの設計を知らせる重要なデータである。
均一なコイル内に配置された強磁性又はフェリ磁性材料の場合、コア内の材料への電力損失は次の式で与えられる。
Ｐコア＝Ｋ１ＢａｆｎＶ
又は単位体積ベースで、
Ｐコア／Ｖ＝Ｋ１Ｂａｆｎ
式中、ｆは動作ＡＣ周波数、Ｂはコア材料の内部磁化、Ｋ１は材料に関連する経験的パラメータである。電力損失は、コアの温度変化に次のように関連している。
ｄＴ／ｄｔ＝Ｐコア／Ｖｃｐρ
式中、Ｃｐは、コアの比熱、ρは密度である。これら２つの式を組み合わせると、次のようになり、
ｄＴ／ｄｔ＝Ｋ１Ｂａｆｎ／Ｃｐρ
これは、材料の温度変化率を主要な材料及びプロセスパラメータに関連付ける。固定のＡＣ周波数ｆから始める。磁性材料の熱容量及び密度は既知であるか、確実に推定できると仮定する。更に、材料因子Ｋ１は、所与の磁性材料に対して固定されている。これらの制限の下では、コイルの温度の変化率は主に磁化Ｂに依存し、磁化Ｂはコアに組み込まれた磁性材料の量に依存する。したがって、温度上昇率とコア内の磁性材料の量との関係は、誘導加熱触媒ウォッシュコートの設計を知らせる重要なデータである。
【0157】
表４に示すように、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）及びＡｌ２Ｏ３を様々な比率で含む一連の粉末混合物を調製することにより、サンプルへの誘導熱損失に対する磁気希釈の影響を評価した。得られた粉末混合物を乳鉢及び乳棒で一緒に粉砕し、完全に均質化した。各粉末の誘導熱損失は、実施例１に記載された装置を使用して６０ｋＨｚのＡＣ周波数で測定された。値は、粉末組成の関数としての熱容量の変化に対して補正される。図１２の結果は、熱損失が２５重量％と１００重量％のＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４との間で名目上線形であることを示している。実験的な電力損失（サンプルの温度変化から推定された）と、全ての粒子が同等に加熱されると仮定した場合の予測される電力損失との間にはオフセットがある。このオフセットは、周囲への熱の損失によって発生する。これは、実験装置が厳密に断熱されていないという事実の結果である。線形領域の勾配は、適用されたプロセス条件下で、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４の単位質量当たりの熱出力損失が約６．７Ｗ／ｇであると推定する。
【表4】
【0158】
実施例６：磁性フェライト化合物とＳＣＲ触媒技術との互換性
選択的接触還元のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。１０６ｇの銅交換斜方沸石ゼオライトを脱イオン水中に懸濁させた。次いで、５．１ｇの酸化ジルコニウムを添加し、懸濁液を３０分間均質化した。得られた懸濁液を２等分した。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）が、これまでＳＣＲ－ＩＨＣと呼ばれていた一部に添加された。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＳＣＲのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
選択的接触還元のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。１０６ｇの銅交換斜方沸石ゼオライトを脱イオン水中に懸濁させた。次いで、５．１ｇの酸化ジルコニウムを添加し、懸濁液を３０分間均質化した。得られた懸濁液を２等分した。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）が、これまでＳＣＲ－ＩＨＣと呼ばれていた一部に添加された。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＳＣＲのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
【0159】
１２０ｍｇのフレッシュな粉末又はエージングした粉末の各々を、コランダムで１．０ｃｍ３に希釈し、円筒形の反応器床に詰めた。床は、定常状態の供給条件下：ＮＯ＝５００ｐｐｍ、ＮＨ３＝５００ｐｐｍ、Ｈ２Ｏ＝５．０％、Ｏ２＝１０％、残部Ｎ２、ＳＶ＝８０，０００／時での選択的接触還元について評価された。各粉末について、２００～５７５℃で度数評価を実行し、データを２回目の評価から収集した。図１３Ａは、ＮＯｘ変換プロファイルを示す。データは、ＳＣＲ－ＩＨＣ粉末が８００℃での水熱エージング後でも２５０℃未満のライトオフでＮＯｘ変換を示すことを示した。挿入図は、各サンプルのＴ５０値を示す。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含有する粉末は、酸化アルミニウムで希釈された対応する粉末よりも高いＴ５０を示すが、それでも商業的なＳＣＲ触媒技術によって示される範囲内にある。
【0160】
１．２ｇの各粉末を１ｍＬのガラスサンプラーバイアルに詰め、実施例１に記載したように誘導加熱について評価した。図１３Ｂは、誘導加熱試験の結果を示す。酸化アルミニウムで希釈されたフレッシュな粉末及びエージングされた粉末は、コイル内の交流磁界に曝露された場合に温度の上昇を示さない。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４で希釈された粉末は、交流磁界に曝露されている間に温度上昇を示す。この場合、エージングされた粉末はフレッシュな粉末よりも速い加熱応答を示す。これは、ゼオライト含有粉末で特に顕著である吸着水の除去による可能性があり、加熱効果の評価においてある程度の非再現性につながる。実施例６からの結論は、触媒粉末ＳＣＲ－ＩＨＣが、ＳＣＲによるＮＯｘ変換活性及び誘導加熱活性の両方を示すということである。
【0161】
実施例７：磁性フェライト化合物とＡＭＯｘ触媒技術との互換性
選択的アンモニア酸化のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。２０ｇの酸化アルミニウム粉末に０．５８重量％の充填量で白金を含浸させた。含浸粉末は、８９ｇの銅交換斜方沸石ゼオライトとともにＤＩ水中に懸濁された。懸濁液を粉砕して均質化し、次に２等分にした。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）を、これまでＡＭＯｘ－ＩＨＣと呼んでいた一部分に添加した。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＡＭＯｘのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
選択的アンモニア酸化のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。２０ｇの酸化アルミニウム粉末に０．５８重量％の充填量で白金を含浸させた。含浸粉末は、８９ｇの銅交換斜方沸石ゼオライトとともにＤＩ水中に懸濁された。懸濁液を粉砕して均質化し、次に２等分にした。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）を、これまでＡＭＯｘ－ＩＨＣと呼んでいた一部分に添加した。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＡＭＯｘのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
【0162】
３３ｍｇのフレッシュな粉末又はエージングした粉末の各々を、コランダムで１．０ｃｍ３に希釈し、円筒形の反応器床に詰めた。床は、定常状態の供給条件下：ＮＨ３＝２００ｐｐｍ、Ｈ２Ｏ＝６．５％、Ｏ２＝１０％、ＣＯ２＝７．０％、残部Ｎ２、ＳＶ＝１００，０００／時での選択的アンモニア酸化について評価された。ＮＨ３変換プロフィールを図１４Ａに示す。データは、エージング後にＮＨ３酸化活性がいくらか向上する典型的な挙動を示しており、これはＡＭＯｘのみの粉末とＡＭＯｘ－ＩＨＣ粉末で観察される。ＮＨ３ライトオフ温度に対するＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４の効果は、挿入図のＮＨ３変換のＴ５０値によって示されるように小さい。
【0163】
１．２ｇの各粉末を１ｍＬのガラスサンプラーバイアルに詰め、実施例１に記載したように誘導加熱について評価した。図１４Ｂは、誘導加熱試験の結果を示す。酸化アルミニウムで希釈されたフレッシュな粉末及びエージングされた粉末は、コイル内の交流磁界に曝露された場合に温度の上昇を示さない。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４で希釈された粉末は、交流磁界に曝露されている間に温度上昇を示す。エージングした粉末は、フレッシュな粉末よりも遅い加熱応答を示すが、これはサンプルの水分含有量の違いに起因する。これは、ゼオライト含有粉末で特に顕著であり、加熱効果の評価においてある程度の非再現性につながる。実施例７からの重要な結論は、触媒粉末ＡＭＯｘ－ＩＨＣがＮＨ３酸化活性と誘導加熱活性の両方を示すということである。
【0164】
実施例８：磁性フェライト化合物とＴＷＣ触媒技術との互換性
三元触媒活性のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。３２ｇのセリア／ジルコニア混合酸化物粉末に１．７重量％の充填量までパラジウムを含浸させ、穏やかな撹拌下で１２０℃で乾燥させた。６４ｇの酸化アルミニウム粉末に０．１６％の充填量でロジウムを含浸させ、穏やかな撹拌下で１２０℃で乾燥させた。含浸粉末を脱イオン水に懸濁し、粉砕して均質化した。この懸濁液に酢酸バリウム２．７ｇ及び酢酸ストロンチウム半水和物３．４ｇを加え、撹拌しながら硝酸でｐＨを４．０に調整した。得られた懸濁液を２等分した。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）を、これまでＴＷＣ－ＩＨＣと呼んでいた一部に添加した。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＴＷＣのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
三元触媒活性のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。３２ｇのセリア／ジルコニア混合酸化物粉末に１．７重量％の充填量までパラジウムを含浸させ、穏やかな撹拌下で１２０℃で乾燥させた。６４ｇの酸化アルミニウム粉末に０．１６％の充填量でロジウムを含浸させ、穏やかな撹拌下で１２０℃で乾燥させた。含浸粉末を脱イオン水に懸濁し、粉砕して均質化した。この懸濁液に酢酸バリウム２．７ｇ及び酢酸ストロンチウム半水和物３．４ｇを加え、撹拌しながら硝酸でｐＨを４．０に調整した。得られた懸濁液を２等分した。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）を、これまでＴＷＣ－ＩＨＣと呼んでいた一部に添加した。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＴＷＣのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
【0165】
３４０ｍｇのフレッシュな粉末又はエージングした粉末の各々を、コランダムで１．０ｃｍ３に希釈し、円筒形の反応器床に詰めた。床は、振動するリーン／リッチ供給条件下で、ＣＯ及びＮＯの変換率について評価された。リーン条件（１秒）：ＣＯ＝０．７％、Ｈ２＝０．２２％、プロピレン／プロパン＝２２５０ｐｐｍＣ１、ＮＯ＝１５００ｐｐｍ、Ｏ２＝１．８％、ＣＯ２＝１４％、Ｈ２Ｏ＝１０％、バランス＝Ｎ２。リッチ条件（１秒）：ＣＯ＝２．３３％、Ｈ２＝０．７７％、プロピレン／プロパン＝２２５０ｐｐｍＣ１、ＮＯ＝１５００ｐｐｍ、Ｏ２＝０．７％、ＣＯ２＝１４％、Ｈ２Ｏ＝１０％、バランス＝Ｎ２。ＳＶ＝７０，０００／時間。各温度での平均ＣＯ変換プロファイル（１５回のリーン－リッチサイクルにわたって得られた）を図１５Ａに示し、平均ＮＯ変換率（１５回のリーン－リッチサイクルにわたって得られた）を図１５Ｂに示す。グラフは、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４の含有が、フレッシュな状態でのＣＯ及びＮＯ変換にわずかな影響のみを与え、８００℃でのエージング後に有意な影響がないことを示す。
【0166】
１．２ｇの各粉末を１ｍＬのガラスサンプラーバイアルに詰め、実施例１に記載したように誘導加熱について評価した。図１６は、誘導加熱試験の結果を示す。酸化アルミニウムで希釈されたフレッシュな粉末及びエージングされた粉末は、コイル内の交流磁界に曝露された場合に温度の上昇を示さない。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４で希釈されたＴＷＣ触媒粉末は、交流磁界に曝露されている間に温度上昇を示す。フレッシュな粉末及びエージングした粉末は、同等の加熱応答を示す。実施例８からの重要な結論は、触媒粉末ＴＷＣ－ＩＨＣが、ＣＯ及びＮＯｘ変換酸化活性及び誘導加熱活性の両方を示すということである。
【0167】
実施例９：磁性フェライト化合物とＤＯＣ触媒技術との互換性
ＤＯＣ触媒活性のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。１００ｇの酸化アルミニウム粉末に、１．１重量％のＰｔ及び０．３６重量％のＰｄの充填量まで白金及びパラジウムで含浸させた。含浸粉末をＤＩ水と合わせて、固形分３０重量％を有する懸濁液を得た。硝酸を用いて懸濁液のｐＨを４．５に調整し、次いで１０分間粉砕して均質化した。得られた懸濁液を２等分した。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）を、これまでＤＯＣ－ＩＨＣと呼んでいた一部に添加した。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＤＯＣのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０μｍ～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
ＤＯＣ触媒活性のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。１００ｇの酸化アルミニウム粉末に、１．１重量％のＰｔ及び０．３６重量％のＰｄの充填量まで白金及びパラジウムで含浸させた。含浸粉末をＤＩ水と合わせて、固形分３０重量％を有する懸濁液を得た。硝酸を用いて懸濁液のｐＨを４．５に調整し、次いで１０分間粉砕して均質化した。得られた懸濁液を２等分した。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）を、これまでＤＯＣ－ＩＨＣと呼んでいた一部に添加した。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＤＯＣのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０μｍ～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
【0168】
１００ｍｇのフレッシュな粉末又はエージングした粉末の各々を、コランダムで１．０ｃｍ３に希釈し、円筒形の反応器床に詰めた。床は、定常状態の供給条件下：ＮＯ＝１００ｐｐｍ、ＣＯ＝８００ｐｐｍ、プロピレン＝１００ｐｐｍＣ１、デカン＝２００ｐｐｍＣ１、トルエン＝１００ｐｐｍＣ１、Ｏ２＝１０％、ＣＯ２＝１０％、Ｈ２Ｏ＝１０％、バランス＝Ｎ２でのＣＯの変換率について評価された。ＳＶ＝４５，０００／時間。各温度におけるＣＯ変換プロファイルを図１７Ａに示す。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含むＤＯＣ粉末配合物は、８００℃でエージングした後、Ｔ５０≦１８０℃を示す。
【0169】
１．２ｇのフレッシュな粉末及びエージングした粉末を各々１ｍＬのガラス製サンプラーバイアルに詰め、実施例１で説明したように誘導加熱について評価した。図１７Ｂは、誘導加熱試験の結果を示す。酸化アルミニウムで希釈されたフレッシュな粉末及びエージングした粉末は、コイル内の交流磁界に曝露された場合に温度の上昇を示さない。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４で希釈されたＤＯＣ触媒粉末は、交流磁界に曝露されている間に温度上昇を示す。エージングした粉末は、フレッシュな粉末と比較して、加熱応答のわずかな減少のみを示す。実施例９からの結論は、触媒粉末ＤＯＣ－ＩＨＣがＣＯ酸化活性及び誘導加熱活性を示すということである。
【0170】
実施例１０：磁性フェライト化合物とＬＮＴ触媒技術との互換性
ＬＮＴ触媒活性のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。５８ｇの酸化セリウムに０．０８４重量％Ｒｈのレベルまでロジウムを含浸させた。含浸粉末を１２０℃で乾燥し、４５０℃で１時間焼成した。これとは別に、酸化アルミニウム２５ｇに白金及びパラジウムを３．８重量％Ｐｔ及び０．４５重量％Ｐｄのレベルまで含浸させた。次いで、含浸粉末を脱イオン水と混合して、固形分３０重量％を有する懸濁液を作製した。２０ｇの酢酸バリウム、２５ｇの酢酸マグネシウム、及び０．８０ｇの酸化ジルコニウムを撹拌しながら懸濁液に加えて均質化した。粒径Ｄ９０＝１０ミクロンになるまで懸濁液を粉砕した。焼成粉末を１．８ｇの分散性アルミナとともに懸濁液に添加した。得られた懸濁液を２等分した。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）を、これまでＬＮＴ－ＩＨＣと呼んでいた一部に加えた。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＬＮＴのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０μｍ～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
ＬＮＴ触媒活性のためのモデル触媒粉末配合物を以下のように調製した。５８ｇの酸化セリウムに０．０８４重量％Ｒｈのレベルまでロジウムを含浸させた。含浸粉末を１２０℃で乾燥し、４５０℃で１時間焼成した。これとは別に、酸化アルミニウム２５ｇに白金及びパラジウムを３．８重量％Ｐｔ及び０．４５重量％Ｐｄのレベルまで含浸させた。次いで、含浸粉末を脱イオン水と混合して、固形分３０重量％を有する懸濁液を作製した。２０ｇの酢酸バリウム、２５ｇの酢酸マグネシウム、及び０．８０ｇの酸化ジルコニウムを撹拌しながら懸濁液に加えて均質化した。粒径Ｄ９０＝１０ミクロンになるまで懸濁液を粉砕した。焼成粉末を１．８ｇの分散性アルミナとともに懸濁液に添加した。得られた懸濁液を２等分した。５１ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４（７５０℃で焼成）を、これまでＬＮＴ－ＩＨＣと呼んでいた一部に加えた。５１ｇの酸化アルミニウム粉末が、これまでＬＮＴのみと呼ばれていた他の部分に添加された。得られた２つの懸濁液を、このステップで磁気撹拌装置を使用しないように注意しながら、撹拌下で乾燥させた。２つの粉末を空気中４５０℃で１時間焼成した。焼成粉末ペレットを粉砕し、ふるいにかけ、直径２５０μｍ～５００μｍの画分にした。次に、各ふるいにかけた粉末の一部を、１０％蒸気／空気中、８００℃で５時間エージングさせた。残りはフレッシュな粉末材料として保持した。
【0171】
２００ｍｇのフレッシュな粉末又はエージングした粉末の各々を、コランダムで１．０ｃｍ３に希釈し、円筒形の反応器床に詰めた。床は、振動するリーン／リッチ供給条件下で、ＮＯｘの変換率について評価された。リーン条件（６００秒）：ＣＯ＝１５００ｐｐｍ、ＮＯ＝１８０ｐｐｍ、Ｏ２＝１０％、ＣＯ２＝６％、Ｈ２Ｏ＝６％、バランス＝Ｎ２。リッチ条件（３０秒）：ＣＯ／Ｈ２＝３／１、ＮＯ＝１８０ｐｐｍ、Ｏ２＝０．９％、ＣＯ２＝６．０％、Ｈ２Ｏ＝６．０％、バランス＝Ｎ２、ラムダ＝０．９５（ＣＯ／Ｈ２含有量の調整によって設定）。ＳＶ＝７０，０００／時間。ＮＯｘ排出プロファイルは、３つの連続したリーン－リッチサイクルの過程で時間の関数として記録され、リーン段階で蓄積されたＮＯｘの量は、最終サイクル間各時点での積分によって計算された。図１８Ａのチャートは、ＮＯｘ排出量＝５４ｐｐｍ（例えば入口ＮＯｘレベルの３０％）の点で捕捉されたＮＯｘの量を示す。８００℃でのエージングは捕捉されるＮＯｘの量に大きな影響を与えるが、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４の含有は２５０℃を除いてＮＯｘの捕捉にわずかな影響のみを与える。
【0172】
１．２ｇのフレッシュなＬＮＴ粉末及びエージングしたＬＮＴ粉末を各々１ｍＬのガラス製サンプラーバイアルに詰め、実施例１で説明したように誘導加熱について評価した。図１８Ｂは、誘導加熱試験の結果を示す。酸化アルミニウムで希釈されたフレッシュな粉末及びエージングされた粉末は、コイル内の交流磁界に曝露された場合に温度の上昇を示さない。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４で希釈されたＬＮＴ触媒粉末は、交流磁界に曝露されている間に温度上昇を示す。エージングした粉末は、フレッシュな粉末と比較して、加熱応答のわずかな減少のみを示す。実施例１０からの結論は、触媒粉末ＬＮＴ－ＩＨＣが、ＬＮＴ操作に関連する条件下でＮＯｘ捕捉活性及び誘導加熱の活性を示すということである。
【0173】
実施例１１：磁性フェライト化合物を含有するコーティング触媒モノリスの評価
以下のように、選択的接触還元のための配合物を調製し、セラミックモノリス上にコーティングした。１９０ｇの銅交換斜方沸石ゼオライト及び１０ｇの酸化ジルコニウムを脱イオン水中に懸濁させて、固形分３７重量％を有する懸濁液を得た。ｐＨを５．５に調整した。懸濁液を湿式粉砕して、粒径Ｄ９０＝９．４ミクロンを得た。セラミックモノリス（コーディエライト、チャネル密度４００／ｉｎ３、壁厚４ミル、チャネル断面１２×１２、長さ３インチ）をスラリーに完全に浸漬し、抽出した。余分なスラリーをエアジェットで除去し、ウェットピースを加熱エアジェットで１５０℃で乾燥させた。乾燥片を５５０℃で焼成し、２．０ｇ／ｉｎ３のウォッシュコートを装填した部品を得た。５つの複製ピースが作製された。これらの部分は、ＳＣＲのみの部品として識別された。このセットの一部を管状炉で８００℃、１６時間、１０％Ｈ２Ｏ／空気からなるフロー流れ（３Ｌ／分フロー）でエージングした。部品の残りはフレッシュな部品として保持された。
以下のように、選択的接触還元のための配合物を調製し、セラミックモノリス上にコーティングした。１９０ｇの銅交換斜方沸石ゼオライト及び１０ｇの酸化ジルコニウムを脱イオン水中に懸濁させて、固形分３７重量％を有する懸濁液を得た。ｐＨを５．５に調整した。懸濁液を湿式粉砕して、粒径Ｄ９０＝９．４ミクロンを得た。セラミックモノリス（コーディエライト、チャネル密度４００／ｉｎ３、壁厚４ミル、チャネル断面１２×１２、長さ３インチ）をスラリーに完全に浸漬し、抽出した。余分なスラリーをエアジェットで除去し、ウェットピースを加熱エアジェットで１５０℃で乾燥させた。乾燥片を５５０℃で焼成し、２．０ｇ／ｉｎ３のウォッシュコートを装填した部品を得た。５つの複製ピースが作製された。これらの部分は、ＳＣＲのみの部品として識別された。このセットの一部を管状炉で８００℃、１６時間、１０％Ｈ２Ｏ／空気からなるフロー流れ（３Ｌ／分フロー）でエージングした。部品の残りはフレッシュな部品として保持された。
【0174】
別に、１７３ｇのＮｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４粉末（７５０℃で焼成）、２０ｇの分散性酸化アルミニウム、及び１０ｇの酸化ジルコニウムを脱イオン水に懸濁した。ｐＨを６．３に調整し、懸濁液を湿式粉砕して粒径Ｄ９０を１１．４ミクロンにした。このスラリーを上記のスラリーと１：２の比率（固体ベース）で合わせ、高剪断ミキサーによって均質化した。セラミックモノリス（コーディエライト、チャネル密度４００／ｉｎ３、壁厚４ミル、チャネル断面１２×１２、長さ３インチ）を新しいスラリーに完全に浸漬し、抽出した。余分なスラリーをエアジェットで除去し、ウェットピースを加熱エアジェットで１５０℃で乾燥させた。乾燥片を５５０℃で焼成すると、３．０ｇ／ｉｎ３乾燥増量の部品が得られた。５つの複製ピースが作成された。これらの部品は、ＳＣＲ－ＩＨＣ部品として識別された。このセットの一部を管状炉で８００℃、１６時間、１０％Ｈ２Ｏ／空気からなるフロー流れ（３Ｌ／分フロー）でエージングした。部品の残りの部分はフレッシュな部品として保持された。
【0175】
フレッシュな部品及びエージングした部品を、モデルガス反応器で、定常状態の供給条件下：ＮＯ＝５００ｐｐｍ、ＮＨ３＝５００ｐｐｍ、Ｈ２Ｏ＝５．０％、Ｏ２＝１０％、バランスＮ２、ＳＶ＝８０，０００／時間で選択的接触還元活性について評価した。ＮＯｘ変換プロファイルを図１９Ａに示す。このデータは、ＳＣＲ－ＩＨＣ部品が８００℃の水熱エージング後でも２５０℃未満のライトオフでＮＯｘ変換を示すことを示す。挿入図は、ＮＨ３変換プロファイルを示す。これは、ＮＯｘライトオフと同時のＮＨ３ライトオフを示す。
【0176】
同じセラミックモノリスを、実施例１に記載された誘導コイル装置に取り付けた。ワイヤ熱電対を、セラミック部品の中央のチャネルに挿入した。交流電流がコイルに印加され、熱電対の温度の読み取り値が時間の関数として記録された。図１９Ｂは、誘導加熱試験の結果を示す。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含まないＳＣＲ触媒でコーティングされたフレッシュな又はエージングしたモノリスサンプルは、コイル内の交流磁界に曝露されても温度上昇を示さない。Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含有するウォッシュコートでコーティングされたモノリスは、交流磁界への曝露中に温度上昇を示す。フレッシュなＳＣＲ－ＩＨＣ部品及びエージングしたＳＣＲ－ＩＨＣ部品は、同等の加熱活性を示す。これらのデータは、ＳＣＲ触媒活性と誘導加熱活性の両方を示すコーティングされたモノリスを構築できることを示す。
【0177】
実施例１２：磁性フェライト化合物でコーティングされたモノリスにおける熱の分布
磁気加熱中にコーティングされたモノリス内で発生する熱の分布は、図２０Ａに示されるようにＩＲ温度測定画像を使用して評価された。図２０Ａの画像は、実施例１１で調製したＳＣＲ－ＩＨＣウォッシュコート配合物を示しており、セラミック基材上にコーティングされ、次いで誘導コイルに取り付けられている。左の画像はＡＣ電流が誘導コイルに印加される前の温度プロファイルを示し、右の画像はＡＣ電流の印加が開始されてから１０秒後の温度プロファイルを示す。温度の読み取り値は、画像内の十字線の位置でＩＲカメラによって記録された。画像は、ＳＣＲ－ＩＨＣ部品が部品の断面全体で均一に加熱され、温度プロファイルの勾配が最小限であることを示す。この挙動は、誘導コイルに金属基材を取り付けることによって生成された図２０Ｂとは対照的である。右の画像は、誘導コイルにＡＣ電流を流してから１０秒後のＩＲ画像を示す。この画像は、非常に不均一な温度分布を示す。金属部品の外側の縁は非常に強く加熱され、部品の中央は誘導プロセスによってまったく加熱されない。この効果は、導電性金属部品が、電気抵抗によって熱を発生する部品内の交流渦電流の発生によって加熱されるという事実の結果であり得る。電気的な「表皮効果」により、交流電流が導電体の外側表面に沿ってのみ伝播する可能性があるため、導電体の外側表面のみが誘導によって加熱される。時間が経つと外縁からの伝導により部品の中心が加熱されるが、熱は外縁のみに印加される。これらの画像は、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む修正ウォッシュコートが、導電性部品での渦電流の生成に基づく代替誘導加熱戦略と比較して、加熱の均一性においてかなりの利点があることを示す。
磁気加熱中にコーティングされたモノリス内で発生する熱の分布は、図２０Ａに示されるようにＩＲ温度測定画像を使用して評価された。図２０Ａの画像は、実施例１１で調製したＳＣＲ－ＩＨＣウォッシュコート配合物を示しており、セラミック基材上にコーティングされ、次いで誘導コイルに取り付けられている。左の画像はＡＣ電流が誘導コイルに印加される前の温度プロファイルを示し、右の画像はＡＣ電流の印加が開始されてから１０秒後の温度プロファイルを示す。温度の読み取り値は、画像内の十字線の位置でＩＲカメラによって記録された。画像は、ＳＣＲ－ＩＨＣ部品が部品の断面全体で均一に加熱され、温度プロファイルの勾配が最小限であることを示す。この挙動は、誘導コイルに金属基材を取り付けることによって生成された図２０Ｂとは対照的である。右の画像は、誘導コイルにＡＣ電流を流してから１０秒後のＩＲ画像を示す。この画像は、非常に不均一な温度分布を示す。金属部品の外側の縁は非常に強く加熱され、部品の中央は誘導プロセスによってまったく加熱されない。この効果は、導電性金属部品が、電気抵抗によって熱を発生する部品内の交流渦電流の発生によって加熱されるという事実の結果であり得る。電気的な「表皮効果」により、交流電流が導電体の外側表面に沿ってのみ伝播する可能性があるため、導電体の外側表面のみが誘導によって加熱される。時間が経つと外縁からの伝導により部品の中心が加熱されるが、熱は外縁のみに印加される。これらの画像は、Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５Ｆｅ２Ｏ４を含む修正ウォッシュコートが、導電性部品での渦電流の生成に基づく代替誘導加熱戦略と比較して、加熱の均一性においてかなりの利点があることを示す。
【0178】
本明細書に開示される開示は、特定の実施形態及びその用途の手段によって説明されているが、特許請求の範囲に記載の開示の範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの修正及び変更を行うことができる。更に、本開示の様々な態様は、それらが本明細書で具体的に説明されたもの以外の他の用途で使用することができる。
【0179】
実施例１３：石英管を管状炉内に配置し、約１８インチのガラス管が炉の出口を越えて延在するようにした。モノリス触媒サンプルは、炉出口の約８インチ下流の管に取り付けられた。モノリスのチャネルに２つの熱電対を挿入して、サンプルの中間床温度と出口温度を測定した。サンプルがコイルの内側に位置するように、厚手の絶縁された柔軟な編組ワイヤが、サンプルが取り付けられたガラス管の外側に巻き付けられた。このワイヤは、約５０～６０ｋＺの周波数ＡＣ電流をコイルに供給するＡＣ電源に接続された。コイルを冷却し、システムの抵抗加熱を防ぐために、２つのエアジェットがコイルに向けられた。ガス供給流（５００ｐｐｍＮＯ、５００ｐｐｍＮＨ３、５％ＣＯ２、５％Ｈ２Ｏ、１０％Ｏ２、バランス＝Ｎ２、流量＝１０Ｌ／分）を、流れを炉に通し、次にサンプルに入れることによって、目標ベースラインまで予熱した。サンプルからの流出物をＦＴＩＲに通し、そこでＮＯ及びＮＨ３の濃度を測定した。図２１に装置の概略図を示す。各炉の設定値で、出口のＮＯ及びＮＨ３濃度をＦＴＩＲで測定し、温度の読み取り値を記録した。温度と濃度の読み取りは、コイルに電力を供給せず、コイルに電力を供給して繰り返した。
【0180】
実施例１１に記載のエージングしたＳＣＲのみ及びＳＣＲ－ＩＨＣコーティングされたモノリスサンプルを、上記の装置を使用して更に評価するために選択した。図２２Ａは、ＳＣＲのみの配合物ではＴ５０＝２００℃であり、コイルの電源をオン又はオフにした場合の測定値間に差がないことを示す。対照的に、図２２Ｂは、ＳＣＲ－ＩＨＣ配合物のＮＯ変換プロファイルが、コイルへのＡＣ電力がスイッチオンされたとき、電源がオフにされたベースラインプロファイルに対してより低い温度にシフトしたことを示している。ＡＣ電源を投入すると、Ｔ５０値が１５℃低くシフトした。ＡＣ電源への応答はほぼ瞬間的であった。電源をオンにするとすぐに変換が増加し、電源をオフにするとすぐにベースラインレベルまで低下した。対流の増加は、コイルの電源を入れたときの入口ガス温度に対する触媒内部温度の上昇によるものである。
【0181】
図２３は、コイルへのＡＣ電源をオン又はオフに切り替えて、中間床の熱電対によって測定された温度差を示す。ＳＣＲのみの配合物は、ＡＣ電場の印加に応答して温度の上昇を示さなかった。ＳＣＲ－ＩＨＣ配合物は、ＡＣ電源がコイルに印加されたとき、より高い中間床温度を示した。ベースライン温度が高くなるにつれて、温度上昇の大きさは小さくなり、磁性材料のキュリー温度に近づいた。これらのデータは、磁気ヒステリシスを使用して触媒床温度を上昇させることにより、動作条件下での触媒変換率を高めることができることを示す。触媒活性と磁気ヒステリシス加熱は、排出触媒に関連する水熱条件でエージングした後も維持される。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図23】
【国際調査報告】