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特表2024-505898集中分散型ＰＧＭを有するパティキュレートフィルター、及びその調製方法
(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】2024-02-08
(54)【発明の名称】集中分散型ＰＧＭを有するパティキュレートフィルター、及びその調製方法
(51)【国際特許分類】
B01J 23/63 20060101AFI20240201BHJP
B01J 35/57 20240101ALI20240201BHJP
B01J 37/02 20060101ALI20240201BHJP
B01J 37/08 20060101ALI20240201BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20240201BHJP
F01N 3/035 20060101ALI20240201BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
B01J23/63 A
B01J35/04 301E
B01J35/04 301L
B01J37/02 101D
B01J37/08
B01D53/94 222
B01D53/94 ZAB
B01D53/94 245
B01D53/94 280
F01N3/035 A
F01N3/24 E
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023545772
(86)(22)【出願日】2022-01-25
(85)【翻訳文提出日】2023-09-27
(86)【国際出願番号】 US2022013631
(87)【国際公開番号】W WO2022164777
(87)【国際公開日】2022-08-04
(31)【優先権主張番号】PCT/CN2021/073980
(32)【優先日】2021-01-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(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】チヤン，チュン コン
(72)【発明者】
【氏名】スン，イーポン
(72)【発明者】
【氏名】ヴュノフ，アレクセイ
(72)【発明者】
【氏名】ウー，イエ フイ
(72)【発明者】
【氏名】ジアニ，アッティリオ
【テーマコード（参考）】
3G091
3G190
4D148
4G169
【Ｆターム（参考）】
3G091AB01
3G091AB13
3G091BA01
3G091BA38
3G091GB06
3G091HA14
3G190BA17
3G190BA26
3G190CA03
3G190CB13
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4G169BC72B
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4G169EB15Y
4G169FB15
4G169FB19
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4G169FC08
(57)【要約】
本開示は、内燃機関からの排気ガスを処理するためのパティキュレートフィルターに関し、ここで、このパティキュレートフィルターが、少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める領域における白金族金属の平均担持量が、パティキュレートフィルターの残りの部分における白金族金属の平均担持量の１．１～１０倍である。本発明によるパティキュレートフィルターは、半径方向に集中分布したＰＧＭを有し、優れたＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ変換及び低背圧を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関からの排気ガスを処理するためのパティキュレートフィルターであって、前記パティキュレートフィルターが少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める領域における白金族金属の平均担持量が、前記パティキュレートフィルターの残りの部分における白金族金属の平均担持量の１．１～１０倍である、パティキュレートフィルター。
【請求項2】
中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域における白金族金属の前記平均担持量が、前記パティキュレートフィルターの残りの部分における白金族金属の平均担持量の１．２～８倍、好ましくは１．２５～６倍である、請求項１に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項3】
中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項4】
中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域が、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、１つ又は２つのサブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である、請求項１から３のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項5】
前記パティキュレートフィルターが、少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて１２～３５質量％の範囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて２５％以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項6】
前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、１２．５～３０質量％、好ましくは１３～２８質量％、特に１３～２５質量％の範囲である、請求項５に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項7】
前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、１５％以下、好ましくは５％以下である、請求項５又は６に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項8】
前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、２７～６０質量％、好ましくは２８～５５質量％、より好ましくは２９～５０質量％の範囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、請求項１から７のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項9】
前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、３４～８０質量％、好ましくは３６～７５質量％、より好ましくは３７～７０質量％の範囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項10】
前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、４７～８５質量％、好ましくは４９～８０質量％、より好ましくは５０～７８質量％の範囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項11】
前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域が、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、１つ又は２つのサブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である、請求項５から１０のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項12】
前記パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域が、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、１つ又は２つのサブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である、請求項９に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項13】
前記パティキュレートフィルターの白金族金属の平均担持量が、２～５０ｇ／ｆｔ３、好ましくは３～２５ｇ／ｆｔ３、より好ましくは４～２０ｇ／ｆｔ３の範囲である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項14】
前記パティキュレートフィルターの触媒材料層の平均担持量が、０．２～３ｇ／ｉｎ３、好ましくは０．３～２．５ｇ／ｉｎ３、より好ましくは０．５～２ｇ／ｉｎ３の範囲である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項15】
前記触媒材料層が少なくとも１つの耐火性金属酸化物をさらに含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【請求項16】
ｉ）フィルター基材を提供する工程と、ｉｉ）少なくとも１種の白金族金属を含有するスラリーで、前記フィルター基材をコーティングする工程と、
ｉｉｉ）工程ｉｉ）で得られたフィルター基材を、少なくとも１種の白金族金属を含有する溶液又は分散液でさらにコーティングする工程と
を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルターを調製する方法。
【請求項17】
前記スラリーが、少なくとも１つの耐火性金属酸化物を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
工程ｉｉｉ）において適用される白金族金属の量が、工程ｉｉ）において適用される白金族金属の量の５０～１２０質量％、好ましくは６０～１００質量％である、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項19】
工程ｉｉ）及び工程ｉｉｉ）が、コーティング後にコーティングされたフィルター基材を焼成する工程をさらに含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項20】
内燃機関からの排気ガスを、請求項１から１５のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルターに流すことを含む、内燃機関からの排気ガスを処理する方法。
【請求項21】
前記排気ガスが、未燃焼炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、及び粒子状物質を含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関からの排気ガスを処理するためのパティキュレートフィルターに関し、ここで、このパティキュレートフィルターが半径方向に集中分布した白金族金属を有する。本発明は、このパティキュレートフィルターの調製方法、及び内燃機関からの排気ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関からの排気ガスは、窒素、水蒸気、二酸化炭素を比較的多く含有しているが、不完全燃焼からの一酸化炭素、燃え残った燃料からの炭化水素、過度燃焼の温度からの窒素酸化物（ＮＯｘ）、及び粒子状物質（ＰＭ）などの有害及び／又は有毒の物質も比較的少量で含有する。
【0003】
２０１６年１２月２３日、中華人民共和国環境保護部（ＭＥＰ）は、中国５号排出ガス基準よりもはるかに厳しい、小型車両からの排出ガスに関する中国６号排出ガス基準値及び測定方法（ＧＢ１８３５２．６－２０１６；以下、中国６号とも呼ばれる）の最終法規を公表した。特に、中国６ｂ号では、粒子状物質（ＰＭ）の規制が組み込まれ、オンボード診断（ＯＢＤ）の要件が採用されている。さらに、乗用車等の国際調和試験サイクル（ＷＬＴＣ；Ｗｏｒｌｄ Ｈａｒｍｏｎｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ－ｄｕｔｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｅｓｔ Ｃｙｃｌｅ）の下で車両をテストすることが実施されている。ＷＬＴＣでは、急加速及び長時間の高速走行要件が含まれており、高い出力が求められるため、リッチ（ラムダ＜１）又はディープリッチ（ラムダ＜０．８）の条件下で長時間（例えば５秒超）「オープンループ」状態（燃料パドルを全開にする必要があるため）になる可能性があった。
【0004】
しかし、パティキュレートの規制が厳しくなるにつれ、排気管の過度な混雑及び背圧の上昇を招くことなく、パティキュレートを捕捉する機能を提供することが求められている。さらに、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯの変換も引き続き注目されている。一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物の排出量を低減するために、ウォッシュコートの担持量を多くして白金族金属の担持量を増やすことが考えられるが、これはフィルター全体の圧力損失を増大させる。
【0005】
国民及び政府は移動発生源から排出される炭化水素、ＮＯｘ、一酸化炭素及び粒子状物質について真剣に懸念しているため、背圧を過度に高めることなく、優れたＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ変換を提供するパティキュレートフィルターを提供することが引き続き求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、優れたＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯの変換及び低背圧を示す、半径方向に集中分布した白金族金属を有するパティキュレートフィルターを提供することである。
【0007】
本発明の他の目的は、内燃機関からの排気ガスを処理するためのパティキュレートフィルターを調製する方法を提供することである。
【0008】
本発明のさらなる目的は、内燃機関からの排気ガスを処理するための方法を提供することであり、この方法は、内燃機関からの排気ガスを本発明によるパティキュレートフィルターに流すことを含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
驚いたことには、上記課題は、以下の実施形態により達成できることが見出された：
１．内燃機関からの排気ガスを処理するためのパティキュレートフィルターであって、前記パティキュレートフィルターが少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める領域における白金族金属の平均担持量が、前記パティキュレートフィルターの残りの部分における白金族金属の平均担持量の１．１～１０倍である、パティキュレートフィルター。
１．内燃機関からの排気ガスを処理するためのパティキュレートフィルターであって、前記パティキュレートフィルターが少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める領域における白金族金属の平均担持量が、前記パティキュレートフィルターの残りの部分における白金族金属の平均担持量の１．１～１０倍である、パティキュレートフィルター。
【0010】
２．前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域における白金族金属の前記平均担持量が、前記パティキュレートフィルターの残りの部分における白金族金属の平均担持量の１．２～８倍、好ましくは１．２５～６倍である、項目１に記載のパティキュレートフィルター。
【0011】
３．中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、項目１又は２に記載のパティキュレートフィルター。
【0012】
４．前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域が、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、１つ又は２つのサブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である、項目１から３のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0013】
５．前記パティキュレートフィルターが、少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて１２～３５質量％の範囲であり、
前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて２５％以下である、項目１から４のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて２５％以下である、項目１から４のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0014】
６．前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、１２．５～３０質量％、好ましくは１３～２８質量％、特に１３～２５質量％の範囲である、項目５に記載のパティキュレートフィルター。
【0015】
７．前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、１５％以下、好ましくは５％以下である、項目５又は６に記載のパティキュレートフィルター。
【0016】
８．前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、２７～６０質量％、好ましくは２８～５５質量％、より好ましくは２９～５０質量％の範囲であり、
前記パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、項目１から７のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
前記パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、項目１から７のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0017】
９．前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、３４～８０質量％、好ましくは３６～７５質量％、より好ましくは３７～７０質量％の範囲であり、
前記パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、項目１から８のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
前記パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、項目１から８のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0018】
１０．前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める領域における白金族金属の量が、前記パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、４７～８５質量％、好ましくは４９～８０質量％、より好ましくは５０～７８質量％の範囲であり、
前記パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、項目１から９のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
前記パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める前記領域と、前記パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、前記触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下、好ましくは１５％以下、より好ましくは５％以下である、項目１から９のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0019】
１１．前記パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域が、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、１つ又は２つのサブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である、項目５から１０のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0020】
１２．前記パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域が、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、１つ又は２つのサブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である、項目９に記載のパティキュレートフィルター。
【0021】
１３．前記パティキュレートフィルターの白金族金属の平均担持量が、２～５０ｇ／ｆｔ３、好ましくは３～２５ｇ／ｆｔ３、より好ましくは４～２０ｇ／ｆｔ３の範囲である、項目１から１２のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0022】
１４．前記パティキュレートフィルターの触媒材料層の平均担持量が、０．２～３ｇ／ｉｎ３、好ましくは０．３～２．５ｇ／ｉｎ３、より好ましくは０．５～２ｇ／ｉｎ３の範囲である、項目１から１３のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0023】
１５．前記触媒材料層が少なくとも１つの耐火性金属酸化物をさらに含む、項目１から１４のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルター。
【0024】
１６．項目１から１５のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルターを調製する方法であって、
ｉ）フィルター基材を提供する工程と、
ｉｉ）少なくとも１種の白金族金属を含有するスラリーで、前記フィルター基材をコーティングする工程と、
ｉｉｉ）工程ｉｉ）で得られたフィルター基材を、少なくとも１種の白金族金属を含有する溶液又は分散液でさらにコーティングする工程と
を含む、方法。
ｉ）フィルター基材を提供する工程と、
ｉｉ）少なくとも１種の白金族金属を含有するスラリーで、前記フィルター基材をコーティングする工程と、
ｉｉｉ）工程ｉｉ）で得られたフィルター基材を、少なくとも１種の白金族金属を含有する溶液又は分散液でさらにコーティングする工程と
を含む、方法。
【0025】
１７．前記スラリーが、少なくとも１つの耐火性金属酸化物を含む、項目１６に記載の方法。
【0026】
１８．工程ｉｉｉ）において適用される白金族金属の量が、工程ｉｉ）において適用される白金族金属の量の５０～１２０質量％、好ましくは６０～１００質量％である、項目１６又は１７に記載の方法。
【0027】
１９．工程ｉｉ）及び工程ｉｉｉ）が、コーティング後にコーティングされたフィルター基材を焼成する工程をさらに含む、項目１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【0028】
２０．内燃機関からの排気ガスを、項目１から１５のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルターに流すことを含む、内燃機関からの排気ガスを処理する方法。
【0029】
２１．前記排気ガスが、未燃焼炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、及び粒子状物質を含む、項目２０に記載の方法。
【0030】
本発明によるパティキュレートフィルターは、半径方向で集中分布した白金族金属を有し、優れたＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯの変換及び低い背圧を示す。さらに、本発明による方法は、本発明によるパティキュレートフィルターを、非常に簡単かつ効率的に製造することを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】図１は、ＷＬＴＣに基づいて試験した、近位連結触媒（ＣＣＣ）として試験した本発明による触媒パティキュレートフィルター（実施例２、３及び４）、及び先行技術のパティキュレートフィルター（実施例１－比較用）のガス放出結果のプロットを示す。
【図2】図２は、ＷＬＴＣのフェーズ１に基づいて試験した、近位連結触媒（ＣＣＣ）として試験した本発明による触媒パティキュレートフィルター（実施例２、３及び４）、及び先行技術のパティキュレートフィルター（実施例１－比較用）のガス放出結果のプロットを示す。
【図3】図３は、ＷＬＴＣに基づいて試験した、床下触媒（ＵＦＣ）としてＣＣＣ＋ＵＦＣシステムで試験した本発明による触媒パティキュレートフィルター（実施例２、３及び４）、及び先行技術のパティキュレートフィルター（実施例１－比較用）のガス放出結果のプロットを示す。
【図4】図４は、ＷＬＴＣに基づいて試験した、近位連結触媒として試験した本発明による触媒パティキュレートフィルター（実施例２及び５）、及び先行技術のパティキュレートフィルター（実施例１及び６－比較用）のガス放出結果のプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下の略語を使用している：
「ＨＣ」＝炭化水素；
「ＮＯｘ」＝窒素酸化物；
「ＣＯ」＝一酸化炭素；
「ＷＬＴＣ」＝世界調和小型自動車試験サイクル；
「ＰＭ」＝粒子状物質；
「ＣＣＣ」＝近位連結触媒（close-coupled catalyst）；
「ＵＦＣ」＝床下触媒；
「ＯＳＣ」＝酸素貯蔵部品；
「ＰＧＭ」＝白金族金属；
「ＷＦＦ」＝ウォールフローフィルター；
「ＳＣＲ触媒」＝選択的触媒還元触媒；
「ＤＯＣ」＝ディーゼル酸化触媒；
「ＤＥＣ」＝ディーゼル発熱触媒；
「ＴＷＣ触媒」＝三元変換触媒。
「ＨＣ」＝炭化水素；
「ＮＯｘ」＝窒素酸化物；
「ＣＯ」＝一酸化炭素；
「ＷＬＴＣ」＝世界調和小型自動車試験サイクル；
「ＰＭ」＝粒子状物質；
「ＣＣＣ」＝近位連結触媒（close-coupled catalyst）；
「ＵＦＣ」＝床下触媒；
「ＯＳＣ」＝酸素貯蔵部品；
「ＰＧＭ」＝白金族金属；
「ＷＦＦ」＝ウォールフローフィルター；
「ＳＣＲ触媒」＝選択的触媒還元触媒；
「ＤＯＣ」＝ディーゼル酸化触媒；
「ＤＥＣ」＝ディーゼル発熱触媒；
「ＴＷＣ触媒」＝三元変換触媒。
【0033】
未定義の冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、当該冠詞に続く用語によって指定される種の１つ以上を意味する。
【0034】
本開示の文脈では、特徴について言及された任意の具体的な値（終点としての範囲に言及された具体的な値を含む）を再結合して新しい範囲を形成することができる。
【0035】
本開示の文脈において、そのように定義された各態様は、反対のことが明確に示されない限り、任意の他の態様又は複数の態様と組み合わせることができる。特に、好ましい又は有利であると示された任意の特徴は、好ましい又は有利であると示された任意の他の特徴又は複数の特徴と組み合わせることができる。
【0036】
本明細書で使用される「触媒」又は「触媒組成物」という用語は、反応を促進する材料を意味する。
【0037】
本明細書で使用される「上流」及び「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、エンジンは上流にあり、テールパイプ及びフィルターなどの汚染軽減物品はエンジンから下流にある。
【0038】
「排気ガス」、「排気ストリーム」、「エンジン排気ストリーム」、「排気ガスストリーム」などの用語は、固体又は液体の粒子状物質を含有してもよい、流れるエンジン排気ガスの任意の組合せを指す。ストリームは、ガス状成分を含み、例えば、リーンバーンエンジンの排気であり、液体滴、固体微粒子などの特定の非ガス状成分を含有してもよい。リーンバーンエンジンの排気ストリームは、典型的には、燃焼生成物、炭化水素、不完全燃焼の生成物、窒素酸化物、可燃性及び／又は炭素質粒子状物質（すす）、及び未反応の酸素及び／又は窒素をさらに含んでいる。
【0039】
本明細書で使用される「ウォッシュコート」という用語は、基材に適用される触媒又は他の材料の薄い付着性コーティングという、当該技術分野における通常の意味を有する。
【0040】
ウォッシュコートは、液体媒体中に一定の固形分（例えば３０～９０質量％）の粒子を含有するスラリーを調製し、これを基材上に適用して乾燥させることでウォッシュコート層を提供することにより形成される。
【0041】
触媒は、「新鮮」であり、それは、長期間にわたって熱又は熱応力にさらされていないことを意味する。また、「新鮮」は、触媒が最近調製されたもので、排気ガスにさらされていないことを意味する場合もある。同様に、「エージング」触媒は、新鮮ではなく、排気ガス及び高温（５００℃超）に長時間（３時間超）さらされたものである。
【0042】
触媒材料又は触媒ウォッシュコートにおける「担体」とは、沈殿、会合、分散、含浸、又は他の適切な方法によって、金属（例えば、ＰＧＭ）、安定剤、促進剤、バインダーなどを受け取る材料を指す。例示的な担体には、本明細書で以下に説明するような耐火性金属酸化物担体が含まれる。
【0043】
「耐火性金属酸化物担体」は、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、及びジルコニア、マグネシア、酸化バリウム、酸化マンガン、酸化タングステン、及び希土類金属酸化物希土類金属酸化物、卑金属酸化物、及びそれらの物理的混合物、化学的組み合わせ及び／又は原子的にドープした組み合わせ、及び活性化アルミナなどの高表面積化合物又は活性化合物を含む金属酸化物である。金属酸化物の例示的な組み合わせには、アルミナ－ジルコニア、アルミナ－セリア－ジルコニア、ランタナ－アルミナ、ランタナ－ジルコニア－アルミナ、バリア－アルミナ、バリア－ランタナ－アルミナ、バリア－ランタナ－ネオジミアアルミナ、及びアルミナ－セリアが含まれる。例示的なアルミナには、大孔ベーマイト、ガンマ－アルミナ、及びデルタ／シータアルミナが含まれる。例示的なプロセスにおいて出発材料として使用される有用な市販のアルミナには、活性化アルミナ、例えば高嵩密度ガンマ－アルミナ、低嵩密度又は中嵩密度の大孔ガンマ－アルミナ、及び低嵩密度の大孔ベーマイト及びガンマ－アルミナが含まれる。このような材料は、一般に、得られる触媒に耐久性を与えるものと考えられている。
【0044】
「高表面積耐火性金属酸化物担体」とは、特に、２０Åより大きい細孔及び広い細孔分布を有する担体粒子を指す。高表面積耐火性金属酸化物担体、例えば、「ガンマ－アルミナ」又は「活性化アルミナ」とも呼ばれるアルミナ担体材料は、通常、１グラムあたり６０平方メートル（「ｍ２／ｇ」）を超え、しばしば最大約２００ｍ２／ｇ又はそれ以上の新鮮材料のＢＥＴ表面積を示す。このような活性化アルミナは、通常、アルミナのガンマ相とデルタ相の混合物であるが、相当量のエタ相、カッパ相及びシータ相も含有してもよい。
【0045】
「ＮＯｘ」という用語は、窒素酸化物化合物、例えばＮＯ又はＮＯ２を指す。
【0046】
本明細書で使用される「酸素貯蔵成分」（ＯＳＣ）という用語は、多価の状態を有し、還元条件下で一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は水素などの還元剤と積極的に反応し、次に酸化条件下で酸素又は窒素酸化物などの酸化剤と反応することができるエンティティを指す。酸素貯蔵成分の例には、希土類酸化物、特にセリア、ランタナ、プラセオジミア、ネオジミア、ニオビア、ユーロピア、サマリア、イッテルビア、イットリア、ジルコニア、及びこれらの混合物が含まれる。
【0047】
白金族金属（ＰＧＭ）成分とは、ＰＧＭ（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ及び／又はＡｕ）を含む任意の成分を指す。例えば、ＰＧＭは、ゼロ価の金属形態であってもよいか、又はＰＧＭは、酸化物形態であってもよい。「ＰＧＭ成分」への言及は、任意の原子価状態でのＰＧＭの存在を可能にする。「白金（Ｐｔ）成分」、「ロジウム（Ｒｈ）成分」、「パラジウム（Ｐｄ）成分」、「イリジウム（Ｉｒ）成分」、「ルテニウム（Ｒｕ）成分」等の用語は、触媒の焼成又は使用により分解又はそうでなければ触媒活性形態、通常金属又は金属酸化物に変換するそれぞれの白金族金属の化合物、錯体等を指す。
【0048】
本発明の一態様は、内燃機関からの排ガスを処理するためのパティキュレートフィルターに関し、ここで、前記パティキュレートフィルターが少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、前記パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、前記パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める領域における白金族金属の平均担持量が、前記パティキュレートフィルターの残りの部分における白金族金属の平均担持量の１．１～１０倍である。
【0049】
本発明の文脈では、「中心軸全体の周囲である領域」とは、当該領域がフィルターと同じ中心軸を共有することを意味する。当業者であれば、前記領域がパティキュレートフィルターの中心領域であることを理解できる。Ｒの半径及びＬの長さを有する円柱（１）の形態のパティキュレートフィルターを例とすれば、「パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０体積％を占める領域」という表現は、円柱（１）と同じ中心軸を共有し、０．４５Ｒの半径及びＬの長さを有する小さな円柱を意味する；「パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の７０体積％を占める領域」という表現は、円柱（１）と同じ中心軸を共有し、０．８４Ｒの半径及びＬの長さを有する小さな円柱を意味する。
【0050】
本発明によれば、領域における「ＰＧＭの平均担持量」は、以下のように計算することができる：領域におけるＰＧＭの平均担持量＝当該領域におけるＰＧＭの量／当該領域の体積。例えば、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０体積％を占める領域の容積がｍ（ｆｔ３）、前記領域内のＰＧＭの量がｎ（ｇ）である場合、前記領域内のＰＧＭの平均担持量＝ｎ／ｍ（ｇ／ｆｔ３）となる。
【0051】
白金族金属の量は、元素分析によって決定することができる。例えば、まず、定義されたサンプル領域における元素分析を通じて、白金族金属の半径方向の分布を決定することができる。次に、その領域内の白金族金属の量は、白金族金属の半径方向の分布に従って決定することができる。
【0052】
例えば、フィルターの定義された半径内のコアをフィルターから採取することができる。次に、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ａｘｉｏｓ ＦＡＳＴ 波長分散型蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分光計で、サンプルを分析することができる。
【0053】
パティキュレートフィルターは、典型的には、多孔質基材で形成される。多孔質基材は、例えば、セラミック材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、スポジュメン、アルミナ－シリカ－マグネシア、ケイ酸ジルコニウム、及び／又はチタン酸アルミニウム、典型的にはコージェライト又は炭化ケイ素を含んでもよい。多孔質基材は、内燃機関の排気処理システムで典型的に使用されるタイプの多孔質基材であってもよい。
【0054】
内燃機関は、リーンバーンエンジン、ディーゼルエンジン、天然ガスエンジン、発電所、焼却炉、又はガソリンエンジンであってもよい。
【0055】
多孔質基材は、従来のハニカム構造を示すことができる。フィルターは、従来の「スルーフローフィルター」の形態をとることができる。あるいは、フィルターは、従来の「ウォールフローフィルター」（ＷＦＦ）の形態をとることができる。このようなフィルターは、当技術分野で知られている。
【0056】
好ましくは、パティキュレートフィルターはウォールフローフィルターである。図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照すると、例示的なウォールフローフィルターが提供される。ウォールフローフィルターは、排気ガス（１３）（粒子状物質を含む）の流れを、多孔質材料で形成された壁を強制的に通過させることによって機能する。
【0057】
典型的には、ウォールフローフィルターは、その間に長手方向を規定する第１面及び第２面を有する。使用時には、第１面及び第２面のうちの一方は、排気ガス（１３）のための入口面となり、他方は、処理された排気ガス（１４）のための出口面となる。従来のウォールフローフィルターは、長手方向に延びる第１及び第２の複数の流路（channels）を有する。第１の複数の流路（１１）は、入口面（０１）で開いており、出口面（０２）で閉じている。第２の複数の流路（１２）は、出口面（０２）で開いており、入口面（０１）で閉じている。流路は、好ましくは、流路間で一定の壁厚を提供するために、互いに平行である。その結果、入口面から複数の流路のうちの１つに入ったガスは、入口面（２１）から出口面（２２）へ流路壁（１５）を通って他の複数の流路に拡散せずにモノリスを出ることができない。流路は、流路の開放端にシーラント材料を導入することで閉じられる。好ましくは、第１の複数の流路の数は、第２の複数の流路の数と等しく、それぞれの複数の流路は、モノリス全体に均等に分布している。好ましくは、長手方向に直交する面内において、ウォールフローフィルターは、１平方インチあたり１００～５００個、好ましくは２００～４００個の流路を有する。例えば、入口面（０１）において、開放の流路及び閉鎖の流路の密度は、１平方インチあたり２００～４００個の流路である。流路は、長方形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、又は他の多角形の形状である断面を有することができる。
【0058】
好ましい実施形態では、中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域における白金族金属の平均担持量は、パティキュレートフィルターの残りの部分における白金族金属の平均担持量の１．２～８倍、例えば１．２５、１．３、１．３５、１．４、１．５、１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８倍、好ましくは１．２５～６倍である。
【0059】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの触媒材料層は、実質的に均一である。本発明によれば、半径方向に集中分布した白金族金属を有する実質的に均一な触媒材料層は、優れたＨＣ、ＮＯｘ、及びＣＯの変換及びより低い背圧を示すことができる。実質的に均一な触媒材料層においては、中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２５％以下であることができる。例えば、中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０体積％を占める領域における触媒材料層の平均担持量（平均担持量２０体積％）が、パティキュレートフィルターの残りの部分における触媒材料層の平均担持量（平均担持量８０体積％）より高い場合、その差は以下のように算出することができる：（平均担持量２０体積％－平均担持量８０体積％）×１００％／平均担持量８０体積％。
【0060】
好ましい実施形態において、パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差は、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２０％以下、１５％以下または１０％以下、好ましくは５％以下または２％以下、特に１％以下であることができる。
【0061】
好ましい実施形態では、中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域は、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、ここで、１つ又は２つのサブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、例えば１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である。
【0062】
中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域の例には、中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２２～７０体積％を占める領域、中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２５～７０体積％を占める領域、中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の３０～７０体積％を占める領域、例えばパティキュレートフィルターの総体積の３５体積％、４０体積％、４５体積％、５０体積％、５５体積％、６０体積％、６５体積％、６８体積％又は６９体積％を占め領域を含むことができる。当業者は、本開示の文脈における、中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２０～７０体積％を占める前記領域に関する任意の記述が、これらの例示的な領域に適用されることを理解できる。
【0063】
本発明の一態様は、内燃機関からの排ガスを処理するためのパティキュレートフィルターであり、ここで、このパティキュレートフィルターが、少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める領域における白金族金属の量が、パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて１２～３５質量％の範囲であり、
パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて２５％以下である。
パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて２５％以下である。
【0064】
本発明によれば、パティキュレートフィルターは、少なくとも１種の白金族金属を含む触媒材料層を含み、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める領域における白金族金属の量は、パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、１２～３５質量％の範囲、例えば１２質量％、１２．２質量％、１２．５質量％、１２．８質量％、１３質量％、１３．５質量％、１４質量％、１５質量％、１８質量％、２０質量％、２５質量％、３０質量％又は３５質量％、好ましくは１２．５～３０質量％、より好ましくは１３～２８質量％、特に１３～２５質量％である。上述のように、特徴について言及された任意の具体的な値（終点としての範囲に言及された具体的な値を含む）を再結合して新しい範囲を形成することができ、例えば１３～３５質量％又は１８～２５質量％のような新しい範囲が挙げられる。
【0065】
本発明の文脈では、「中心軸全体の周囲である領域」とは、当該領域がフィルターと同じ中心軸を共有することを意味する。当業者であれば、前記領域がパティキュレートフィルターの中心領域であることを理解できる。Ｒの半径及びＬの長さを有する円柱（１）の形態のパティキュレートフィルターを例とすれば、「パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める領域」という表現は、円柱（１）と同じ中心軸を共有し、１／３Ｒの半径及びＬの長さを有する小さな円柱を意味する。また、Ａの側面の長さを有する立方体（１）のパティキュレートフィルターにおいて、「パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める領域」という表現は、立方体（１）と同じ中心軸を共有する小さな立方体を意味し、ここで、この立方体の長さと幅は共に１／３Ａであり、立方体の高さがＡである。
【0066】
本発明によれば、本発明のパティキュレートフィルターは、実質的に均一な触媒材料層を有する。パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルタの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差は、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて２５％以下である。これに関して、パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域における触媒材料層の平均担持量（平均担持量１１．１体積％）が、パティキュレートフィルターの残りの部分における触媒材料層の平均担持量（平均担持量８８．９体積％）より高い場合、その差は以下のように算出することができる：（平均担持量１１．１体積％－平均担持量８８．９体積％）×１００％／平均担持量８８．９体積％。
【0067】
パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差は、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２０％以下、１５％以下又は１０％以下、好ましくは５％以下又は２％以下、特に１％以下であることができる。
【0068】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％を占める前記領域は、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、ここで、１つ又は２つのサブ領域、例えば入口サブ領域、又は中間サブ領域、又は出口サブ領域、又は入口サブ領域及び中間サブ領域、又は中間サブ領域及び出口サブ領域、又は入口サブ領域及び出口サブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、例えば１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である。
【0069】
好ましい実施形態によれば、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める領域における白金族金属の量は、パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、２７～６０質量％の範囲、例えば２８質量％、２９質量％、３０質量％、３１質量％、３２質量％、３３質量％、３４質量％、３５質量％、３８質量％、４０質量％、４５質量％、５０質量％、５５質量％又は６０質量％、好ましくは２８～５５質量％、より好ましくは２９～５０質量％であり、
パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
【0070】
好ましい実施形態において、パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差は、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２０％以下、１５％以下又は１０％以下、好ましくは５％以下又は２％以下、特に１％以下であることができる。
【0071】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの総体積の２５体積％を占める前記領域は、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、ここで、１つ又は２つのサブ領域、例えば入口サブ領域、又は中間サブ領域、又は出口サブ領域、又は入口サブ領域及び中間サブ領域、又は中間サブ領域及び出口サブ領域、又は入口サブ領域及び出口サブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、例えば１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である。
【0072】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める領域における白金族金属の量は、パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、３４～８０質量％の範囲、例えば３５質量％、３６質量％、３７質量％、３８質量％、３９質量％、４０質量％、４１質量％、４２質量％、４５質量％、５０質量％、５５質量％、６０質量％、好ましくは３６～７５質量％、より好ましくは３７～７０質量％又は３８～６８質量％であり、
パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
【0073】
好ましい実施形態において、パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差は、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２０％以下、１５％以下又は１０％以下、好ましくは５％以下又は２％以下、特に１％以下であることができる。
【0074】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの総体積の３２．３体積％を占める前記領域は、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、ここで、１つ又は２つのサブ領域、例えば入口サブ領域、又は中間サブ領域、又は出口サブ領域、又は入口サブ領域及び中間サブ領域、又は中間サブ領域及び出口サブ領域、又は入口サブ領域及び出口サブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、例えば１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である。
【0075】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める領域における白金族金属の量は、パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、４７～８５質量％の範囲、例えば４８質量％、４９質量％、５０質量％、５１質量％、５２質量％、５３質量％、５４質量％、５５質量％、５６質量％、５７質量％、５８質量％、６０質量％、６５質量％、７０質量％、７５質量％又は８０質量％、好ましくは４９～８０質量％、より好ましくは５０～７８質量％又は５１～７５質量％であり、
パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
【0076】
好ましい実施形態において、パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差は、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２０％以下、１５％以下又は１０％以下、好ましくは５％以下又は２％以下、特に１％以下であることができる。
【0077】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの総体積の４４．４体積％を占める前記領域は、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、ここで、１つ又は２つのサブ領域、例えば入口サブ領域、又は中間サブ領域、又は出口サブ領域、又は入口サブ領域及び中間サブ領域、又は中間サブ領域及び出口サブ領域、又は入口サブ領域及び出口サブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、例えば１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である。
【0078】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の５６．３体積％を占める領域における白金族金属の量は、パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、６０～９０質量％の範囲、例えば６１質量％、６２質量％、６３質量％、６４質量％、６５質量％、６６質量％、６７質量％、６８質量％、６９質量％、７０質量％、７２質量％、７５質量％、８０質量％、８２質量％、８５質量％又は８８質量％、好ましくは６２～８５質量％、より好ましくは６４～８０質量％であり、
パティキュレートフィルターの総体積の５６．３体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
パティキュレートフィルターの総体積の５６．３体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
【0079】
好ましい実施形態において、パティキュレートフィルターの総体積の５６．３体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差は、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２０％以下、１５％以下又は１０％以下、好ましくは５％以下又は２％以下、特に１％以下であることができる。
【0080】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの総体積の５６．３体積％を占める前記領域は、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、ここで、１つ又は２つのサブ領域、例えば入口サブ領域、又は中間サブ領域、又は出口サブ領域、又は入口サブ領域及び中間サブ領域、又は中間サブ領域及び出口サブ領域、又は入口サブ領域及び出口サブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、例えば１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である。
【0081】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルターの総体積の６９．４体積％を占める領域における白金族金属の量は、パティキュレートフィルターにおける白金族金属の総質量に基づいて、７５～９５質量％の範囲、例えば７８質量％、８０質量％、８２質量％、８５質量％、８８質量％、９０質量％又は９２質量％、好ましくは７８～９０質量％、より好ましくは８０～８８質量％であり、
パティキュレートフィルターの総体積の６９．４体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
パティキュレートフィルターの総体積の６９．４体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差が２５％以下である。
【0082】
好ましい実施形態において、パティキュレートフィルターの総体積の６９．４体積％を占める前記領域と、パティキュレートフィルターの残りの部分との間の触媒材料層の平均担持量の差は、触媒材料層の平均担持量のより低い方に基づいて、２０％以下、１５％以下又は１０％以下、好ましくは５％以下又は２％以下、特に１％以下であることができる。
【0083】
好ましい実施形態では、パティキュレートフィルターの総体積の６９．４体積％を占める前記領域は、中心軸全体に沿って３つのサブ領域、すなわち、入口サブ領域、中間サブ領域及び出口サブ領域に均等に分割され、ここで、１つ又は２つのサブ領域、例えば入口サブ領域、又は中間サブ領域、又は出口サブ領域、又は入口サブ領域及び中間サブ領域、又は中間サブ領域及び出口サブ領域、又は入口サブ領域及び出口サブ領域、好ましくは入口サブ領域及び出口サブ領域における白金族金属の平均担持量が、残りのサブ領域（単数又は複数）における白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、例えば１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である。
【0084】
パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％、２５体積％、４４．４体積％、５６．３体積％、６９．４体積％及び２０～７０体積％を占める前記領域について前述した３つのサブ領域は、３つのサブ領域としてみなされ、白金族金属の異なる平均担持量を有することができるが、物理的には分割されていない。２つのサブ領域におけるＰＧＭの平均担持量が残りのサブ領域における平均担持量よりも高い場合、前記２つのサブ領域における個々のＰＧＭの平均担持量は、同じでも異なってもよい。例えば、３つのサブ領域におけるＰＧＭの平均担持量はそれぞれａ、ｂ、ｃであり、ａ＞ｂ＞ｃ（すなわち、２つのサブ領域における個々のＰＧＭの平均担持量は異なり、残りのサブ領域におけるＰＧＭの平均担持量よりも高い）である場合、上記の「倍」は（ａ＋ｂ）／２ｃとして算出することができる。
【0085】
好ましい実施形態では、触媒材料層、特にパティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％、２５体積％、４４．４体積％、５６．３体積％、６９．４体積％及び２０～７０体積％を占める前記領域における触媒材料層は、第１ゾーン、第２ゾーン及び第３ゾーンを含み；
第１ゾーンが、入口の軸方向端から始まり、フィルター全長（Ｌ）の１０～４５％にわたって延びる第１長さ（Ｌ１）を有し；第３ゾーンが、出口の軸方向端から始まり、フィルター全長（Ｌ）の１０～４５％にわたって延びる第３長さ（Ｌ３）を有し；第２ゾーンが第１ゾーンの軸方向端で始まり、第３ゾーンの軸方向始端で終わり；
ゾーン体積あたりの白金族金属の質量として計算して、第１ゾーンにおけるＰＧＭの平均担持量が、第２ゾーンにおけるＰＧＭの平均担持量よりも高く、第３ゾーンにおけるＰＧＭの平均担持量が、第２ゾーンにおけるＰＧＭの平均担持量よりも高い。
第１ゾーンが、入口の軸方向端から始まり、フィルター全長（Ｌ）の１０～４５％にわたって延びる第１長さ（Ｌ１）を有し；第３ゾーンが、出口の軸方向端から始まり、フィルター全長（Ｌ）の１０～４５％にわたって延びる第３長さ（Ｌ３）を有し；第２ゾーンが第１ゾーンの軸方向端で始まり、第３ゾーンの軸方向始端で終わり；
ゾーン体積あたりの白金族金属の質量として計算して、第１ゾーンにおけるＰＧＭの平均担持量が、第２ゾーンにおけるＰＧＭの平均担持量よりも高く、第３ゾーンにおけるＰＧＭの平均担持量が、第２ゾーンにおけるＰＧＭの平均担持量よりも高い。
【0086】
好ましい実施形態では、第１ゾーン及び／又は第３ゾーンにおける白金族金属の平均担持量は、第２ゾーンにおける白金族金属の平均担持量の１．５～１５倍、例えば１．８、２．０、２．５、３、３．５、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４倍、好ましくは１．８～１０倍、より好ましくは２～７倍である。
【0087】
パティキュレートフィルターの総体積の１１．１体積％、２５体積％、４４．４体積％、５６．３体積％、６９．４体積％及び２０～７０体積％を占める前記領域におけるＰＧＭの平均担持量は、８～６０ｇ／ｆｔ３の範囲、例えば９ｇ／ｆｔ３、１０ｇ／ｆｔ３、１１ｇ／ｆｔ３、１２ｇ／ｆｔ３、１３ｇ／ｆｔ３、１４ｇ／ｆｔ３、１５ｇ／ｆｔ３、１８ｇ／ｆｔ３、２０ｇ／ｆｔ３、２５ｇ／ｆｔ３、３０ｇ／ｆｔ３、３２ｇ／ｆｔ３、３５ｇ／ｆｔ３、４０ｇ／ｆｔ３、４５ｇ／ｆｔ３、５０ｇ／ｆｔ３又は５５ｇ／ｆｔ３、好ましくは９～４０ｇ／ｆｔ３、より好ましくは１０～３０ｇ／ｆｔ３であることができる。パティキュレートフィルターの残りの部分におけるＰＧＭの平均担持量は、２～３０ｇ／ｆｔ３の範囲、例えば３ｇ／ｆｔ３、４ｇ／ｆｔ３、５ｇ／ｆｔ３、６ｇ／ｆｔ３、８ｇ／ｆｔ３、１０ｇ／ｆｔ３、１２ｇ／ｆｔ３、１４ｇ／ｆｔ３、１６ｇ／ｆｔ３、１８ｇ／ｆｔ３、２０ｇ／ｆｔ３、２２ｇ／ｆｔ３、２５ｇ／ｆｔ３、２８ｇ／ｆｔ３、好ましくは３～１８ｇ／ｆｔ３、より好ましくは４～１５ｇ／ｆｔ３であることができる。
【0088】
本発明によれば、パティキュレートフィルターのＰＧＭの平均担持量は、２～５０ｇ／ｆｔ３の範囲、例えば３ｇ／ｆｔ３、４ｇ／ｆｔ３、５ｇ／ｆｔ３、６ｇ／ｆｔ３、７ｇ／ｆｔ３、８ｇ／ｆｔ３、９ｇ／ｆｔ３、１０ｇ／ｆｔ３、１２ｇ／ｆｔ３、１５ｇ／ｆｔ３、１８ｇ／ｆｔ３、２０ｇ／ｆｔ３、２５ｇ／ｆｔ３、３０ｇ／ｆｔ３、３５ｇ／ｆｔ３、４０ｇ／ｆｔ３又は４５ｇ／ｆｔ３、好ましくは３～２５ｇ／ｆｔ３、より好ましくは４～２０ｇ／ｆｔ３又は４～１５ｇ／ｆｔ３であることができる。
【0089】
上述のように、白金族金属（ＰＧＭ）は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕから選択することができる。好ましい実施形態では、ＰＧＭは、Ｐｔ、Ｒｈ及びＰｄから、好ましくはＲｈ及びＰｄから選択され、より好ましくはＲｈとＰｄの混合物である。好ましい実施形態では、触媒材料層は、１：１０～１０：１、好ましくは１：５～５：１のモル比でのパラジウムとロジウムの混合物を含む。実施形態では、触媒材料層は、Ｐｔを含んでいない。
【0090】
本発明によれば、パティキュレートフィルターの触媒材料層の平均担持量は、０．２～３ｇ／ｉｎ３の範囲、例えば０．３ｇ／ｉｎ３、０．５ｇ／ｉｎ３、０．８ｇ／ｉｎ３、１．０ｇ／ｉｎ３、１．２ｇ／ｉｎ３、１．５ｇ／ｉｎ３、１．８ｇ／ｉｎ３、２ｇ／ｉｎ３、２．５ｇ／ｉｎ３又は３ｇ／ｉｎ３、好ましくは０．３～２．５ｇ／ｉｎ３又は０．５～２ｇ／ｉｎ３、より好ましくは０．８～２ｇ／ｉｎ３又は０．８～１．５ｇ／ｉｎ３であることができる。
【0091】
本発明によれば、触媒材料層は、少なくとも１つの耐火性金属酸化物をさらに含む。耐火性金属酸化物は、ＰＧＭの担体として使用することができる。耐火性金属酸化物の詳細は、上記の「耐火性金属酸化物担体」についての説明を参照することができる。実施形態において、耐火性金属酸化物は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【0092】
好ましい実施形態において、触媒材料層は、少なくとも１つの酸素貯蔵成分（ＯＳＣ）をさらに含むことができる。耐火性金属酸化物の詳細については、「酸素貯蔵成分」についての上記説明を参照することができる。
【0093】
好ましい実施形態において、触媒材料層は、少なくとも１つのドーパントをさらに含むことができる。本明細書で使用される「ドーパント」という用語は、ドーパントを意図的に添加していない触媒材料層と比較して、触媒材料層の活性を高めるために意図的に添加される成分を指す。本開示において、例示的なドーパントは、ランタン、ネオジム、プラセオジム、イットリウム、バリウム、セリウム、ニオブ及びこれらの組み合わせなどの金属の酸化物である。
【0094】
触媒材料層は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ＡＭＯｘ触媒、ＮＯｘトラップ、ＮＯｘ吸収剤触媒、炭化水素トラップ触媒のうちの１つ以上をさらに含んでもよい。
【0095】
本明細書で使用される「選択的触媒還元」及び「ＳＣＲ」という用語は、窒素還元剤を使用して窒素の酸化物を窒素（Ｎ２）に還元する触媒プロセスを意味する。ＳＣＲ触媒は、以下から選択される少なくとも１つの材料を含んでもよい：ＭＯＲ；ＵＳＹ；ＺＳＭ－５；ＺＳＭ－２０；ベータ－ゼオライト；ＣＨＡ；ＬＥＶ；ＡＥＩ；ＡＦＸ；ＦＥＲ；ＳＡＰＯ；ＡＬＰＯ；バナジウム；酸化バナジウム；酸化チタン；酸化タングステン；酸化モリブデン；酸化セリウム；酸化ジルコニウム；酸化ニオブ；鉄；酸化鉄；酸化マンガン；銅；モリブデン；タングステン；及びこれらの混合物。ＳＣＲ触媒の活性成分のための担持構造は、任意の好適なゼオライト、ゼオタイプ、又は非ゼオライト化合物を含んでもよい。あるいは、ＳＣＲ触媒は、活性成分として、金属、金属酸化物、又は混合酸化物を含んでもよい。遷移金属を担持したゼオライト（例えば、銅－チャバザイト、又はＣｕ－ＣＨＡ、及び銅－レビン、又はＣｕ－ＬＥＶ、及びＦｅ－ベータ）及びゼオタイプ（例えば、銅－ＳＡＰＯ、又はＣｕ－ＳＡＰＯ）は、好ましい。
【0096】
本明細書で使用される「ディーゼル酸化触媒」及び「ＤＯＣ」という用語は、当技術分野で周知のディーゼル酸化触媒を指す。ディーゼル酸化触媒は、ＣＯをＣＯ２に、気相ＨＣ及びディーゼル微粒子の有機画分（可溶性有機画分）をＣＯ２及びＨ２Ｏに酸化させるように設計されている。典型的なディーゼル酸化触媒は、アルミナ、シリカ－アルミナ、チタニア、シリカ－チタニア、ゼオライトなどの高表面積の無機酸化物担体上に白金、及び任意にパラジウムを含む。本明細書で使用すされる用語は、発熱を生じるＤＥＣ（Diesel Exotherm Catalyst、ディーゼル発熱触媒）を含む。
【0097】
本明細書で使用される「アンモニア酸化触媒」及び「ＡＭＯｘ」という用語は、排気ガス流からアンモニアを除去するのに有効である、少なくとも担持された貴金属成分、例えば１種以上の白金族金属（ＰＧＭ）を含む触媒を指す。具体的な実施形態において、貴金属は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、銀又は金を含んでもよい。具体的な実施形態では、貴金属成分は、貴金属の物理的混合物、又は化学的若しくは原子的にドープされた組み合わせを含む。
【0098】
貴金属成分は、典型的には、高表面積の耐火性メトアル酸化物担体上に堆積される。好適な高表面積の耐火性金属酸化物の例には、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、及びジルコニア、マグネシア、酸化バリウム、酸化マンガン、酸化タングステン、及び希土類金属酸化物希土類金属酸化物、卑金属酸化物、及びそれらの物理的混合物、化学結合及び／又は原子的にドープされた組み合わせが含まれる。
【0099】
本明細書で使用される「ＮＯｘ吸着触媒」及び「ＮＯｘトラップ（リーンＮＯｘトラップとも呼ばれ、略称ＬＮＴ）」という用語は、吸着によってリーンバーン内燃機関からの窒素酸化物（ＮＯ及びＮＯ２）排出を低減するための触媒を指す。典型的なＮＯｘトラップは、内燃機関からの排気ガスの浄化に使用されているアルミナ担体に分散させた白金などの貴金属触媒と組み合わせた、アルカリ土類金属酸化物、例えばＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの酸化物、アルカリ金属酸化物、例えばＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓの酸化物、希土類金属酸化物、例えばＣｅ、Ｌａ、Ｐｒ及びＮｄの酸化物を含む。ＮＯｘの貯蔵には、リーンエンジン運転時に硝酸塩を形成し、リッチ条件下で比較的容易に硝酸塩を放出することから、通常バリアが好ましい。
【0100】
本明細書で使用される「炭化水素トラップ」という用語は、低温運転期間中に炭化水素を捕捉し、高温運転期間中に酸化のためにそれらを放出するための触媒を指す。炭化水素トラップは、様々な炭化水素（ＨＣ）を吸着するための１種以上の炭化水素（ＨＣ）貯蔵成分によって提供されてもよい。典型的には、貴金属及び材料との最小限の相互作用を有する炭化水素貯蔵材料、例えば、ゼオライト又はゼオライト様材料（zeolite-like material）のような微多孔質材料を使用することができる。好ましくは、炭化水素貯蔵材料は、ゼオライトである。ベータゼオライトは、ベータゼオライトの大きな細孔開口により、ディーゼル由来の炭化水素分子を効果的に捕捉することができるので、特に好ましい。コールドスタート運転におけるＨＣ貯蔵を高めるために、ベータゼオライトに加えて、他のゼオライト、例えばフォージャサイト、チャバザイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、超安定ゼオライトＹ、ＺＳＭ－５ゼオライト、オフレタイトを使用することができる。
【0101】
本発明の別の態様は、
ｉ）フィルター基材を提供する工程と、
ｉｉ）少なくとも１種の白金族金属を含有するスラリーで前記フィルター基材をコーティングする工程と、
ｉｉｉ）工程ｉｉ）で得られたフィルター基材を、少なくとも１種の白金族金属を含有する溶液又は分散液でさらにコーティングする工程と
を含む、パティキュレートフィルターを調製するための方法に関する。
ｉ）フィルター基材を提供する工程と、
ｉｉ）少なくとも１種の白金族金属を含有するスラリーで前記フィルター基材をコーティングする工程と、
ｉｉｉ）工程ｉｉ）で得られたフィルター基材を、少なくとも１種の白金族金属を含有する溶液又は分散液でさらにコーティングする工程と
を含む、パティキュレートフィルターを調製するための方法に関する。
【0102】
工程ｉｉ）におけるスラリーは、液体媒体（例えば水）を、白金族金属（ＰＧＭ）成分及び耐火性金属酸化物、及び存在する場合にはＯＳＣ及びドーパントと混合することによって形成することができる。好ましい実施形態では、ＰＧＭ成分（例えば、ＰＧＭ塩の溶液の形態）は、湿潤粉末を得るために、例えば、初期湿潤技術によって耐火性金属酸化物担体に（例えば、粉末として）含浸させることができる。金属成分を担体粒子に含浸又は堆積させるために使用される液体媒体が、金属又はその化合物又はその錯体、又は触媒組成物中に存在し得る他の成分と悪反応しない、加熱及び／又は真空の適用時に揮発又は分解によって除去できる限り、水溶性のＰＧＭ化合物又は塩、又はＰＧＭ成分の水分散性化合物又は錯体を使用することができる。一般に、経済性及び環境面の両方の観点から、ＰＧＭ成分の可溶性化合物、塩、又は錯体の水溶液が有利に利用される。一部の実施形態では、ＰＧＭ成分は、共含浸法によって担体上に担持される。共含浸法は、当業者に知られており、例えば、関連する教示に関して参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，９４３，５５０号明細書に開示されている。湿潤粉末は、水のような液体媒体と混合して、スラリーを形成することができる。
【0103】
粒子の混合及び均質な材料の形成を促進するために、スラリーを粉砕することができる。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、スラリーの固形分は、例えば、約２０～６０質量％、より特に約３０～４０質量％であってもよい。一実施形態では、粉砕後スラリーは、約１～約３０ミクロンのＤ９０粒径によって特徴付けられる。Ｄ９０は、粒子の９０％がより小さい粒径を有する粒径として定義される。
【0104】
スラリーでコーティングした後、フィルター基材は一般に焼成される。例示的な焼成プロセスは、空気中、約４００～約７００℃の温度で、約１０分～約３時間の熱処理を含む。焼成工程の間、ＰＧＭ成分は、金属又はその金属酸化物の触媒的に活性な形態に変換される。上記プロセスは、ＰＧＭの所望のレベルに到達するために必要に応じて繰り返すことができる。
【0105】
本発明による方法の工程ｉｉｉ）において、工程ｉｉ）で得られたフィルター基材は、少なくとも１種の白金族金属を含有する溶液又は分散液でコーティングされる。この溶液又は分散液は、耐火性金属酸化物を含んでいない。通常、溶液又は分散液は、ＰＧＭ成分及び水のような液体媒体のみを含む。
【0106】
ＰＧＭ溶液の例には、アミン錯体溶液又はＰＧＭの硝酸塩（例えば硝酸白金、硝酸パラジウム、及び硝酸ロジウム）の溶液を含むことができる。
【0107】
少なくとも１種のＰＧＭを含有する溶液又は分散液でコーティングしても、溶液又は分散液が耐火性金属酸化物を含まないため、触媒材料層の平均担持量（厚さ）を実質的に増加させることはない。
【0108】
少なくとも１種のＰＧＭを含有する溶液又は分散液によるコーティングは、フィルター基材の中央領域内、パティキュレートフィルター基材の中心軸全体の周囲であり、パティキュレートフィルター基材の総体積の２０～７０体積％、好ましくはパティキュレートフィルター基材の総体積の２２～７０体積％、より好ましくは２５～７０体積％、又は３０～７０体積％、例えば３５体積％、４０体積％、４５体積％、５０体積％、５５体積％、６０体積％、６５体積％、６８体積％又は６９体積％を占める中央領域内で行われる。
【0109】
具体的な実施形態では、ＰＧＭ溶液又は分散液によるコーティングは、以下のように行うことができる：ＰＧＭ溶液又は分散液を２つの部分に分割する。溶液又は分散液の第１部分は、フィルター基材の軸方向の長さの２５～７５％、好ましくは４０～６０％に延びるように、片側からフィルター基材に適用され、その後フィルター基材が乾燥される。溶液又は分散液の第２部分は、フィルター基材の残りの軸方向長さに延びるように、別の側からフィルター基材に適用され、その後、フィルター基材は再び乾燥される。当業者であれば、各部分の質量は、コーティングされる軸方向の長さに比例することを理解できる。
【0110】
好ましい実施形態では、ＰＧＭ溶液又は分散液は、パティキュレートフィルター基材の軸方向の長さ全体の一部、例えば軸方向の長さ全体の１０～９０％、例えば軸方向の長さ全体の２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％又は８０％、好ましくは２０～８０％又は３０～７０％に延びる（覆う）ようにのみ適用される。好ましい実施形態では、ＰＧＭ溶液又は分散液は、入口側から又は出口側から前記軸方向の長さの割合に延びるように適用される。より好ましい実施形態では、ＰＧＭ溶液又は分散液は、入口側及び出口側の両方から前記軸方向長さの割合に延びるように適用される。ＰＧＭ溶液又は分散液によって覆われる入口側の軸方向長さと出口側の軸方向長さとの比は、１：５～５：１の範囲、例えば１：４、１：３、１：２、１：１、２：１、３：１又は４：１、好ましくは１：３～３：１であることができる。
【0111】
少なくとも１種のＰＧＭを含有する溶液又は分散液でコーティングした後、フィルター基材は一般に焼成される。例示的な焼成プロセスは、空気中、約４００～約７００℃の温度で約１０分～約３時間の熱処理を含む。焼成工程の間、ＰＧＭ成分は、金属又はその金属酸化物の触媒的に活性な形態に変換される。上記プロセスは、ＰＧＭの所望のレベルに到達するために必要に応じて繰り返すことができる。
【0112】
好ましい実施形態では、工程ｉｉｉ）で適用される白金族金属の量は、工程ｉｉ）で適用される白金族金属の量の５０～１２０質量％、例えば工程ｉｉ）で適用される白金族金属の量の６０質量％、７０質量％、８０質量％、９０質量％、１００質量％又は１１０質量％、好ましくは工程ｉｉ）で適用される白金族金属の量の６０～１００質量％又は６０～９５質量％である。
【0113】
本発明のさらなる態様は、内燃機関からの排気ガスを処理する方法に関し、この方法は、エンジンからの排気ガスを、本発明によるパティキュレートフィルター又は本発明による方法によって調製されたパティキュレートフィルターに流すことを含む。排気ガスは、未燃炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、及び粒子状物質を含む。
【実施例】
【0114】
以下の実施例によって本発明をさらに説明されるが、これらの実施例は本発明を説明するために記載されたものであり、その限定として解釈されるものでない。特に明記しない限り、すべての部及びパーセントは質量によるものであり、すべての質量パーセントは、特に明記しない限り、水分を除いた意味の乾燥基準で表される。各実施例において、フィルター基材はコージェライト製であった。
【0115】
実施例１－比較用
実施例１で調製したパティキュレートフィルターは、ＰＧＭ担持量が１１ｇ／ｆｔ３（Ｐｄ／Ｒｈ＝３／８）のＰｄ／Ｒｈ触媒層を有する。実施例１のパティキュレートフィルターは、ウォールフローフィルター基材の入口側から単一コートを使用することによって調製した。ウォールフローフィルター基材は、１３２ｍｍ（Ｄ）＊１２７ｍｍ（Ｌ）のサイズ、１．７４Ｌの体積、３００セル／平方インチのセル密度、約２００μｍの壁厚、６３％の気孔率、及び１７μｍの水銀圧入測定による平均孔径を有していた。
実施例１で調製したパティキュレートフィルターは、ＰＧＭ担持量が１１ｇ／ｆｔ３（Ｐｄ／Ｒｈ＝３／８）のＰｄ／Ｒｈ触媒層を有する。実施例１のパティキュレートフィルターは、ウォールフローフィルター基材の入口側から単一コートを使用することによって調製した。ウォールフローフィルター基材は、１３２ｍｍ（Ｄ）＊１２７ｍｍ（Ｌ）のサイズ、１．７４Ｌの体積、３００セル／平方インチのセル密度、約２００μｍの壁厚、６３％の気孔率、及び１７μｍの水銀圧入測定による平均孔径を有していた。
【0116】
基材上にコーティングされたＰｄ／Ｒｈ触媒層は、先行技術の三元変換（ＴＷＣ）触媒複合体を含有する。この触媒層は、以下のように調製した：
硝酸パラジウム溶液の形態のパラジウムを、耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体にプラネタリーミキサーで含浸させ、初期湿潤を達成しながら湿潤粉末を形成させた。硝酸ロジウム溶液の形態のロジウムを、プラネタリーミキサーで耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体に含浸させ、湿潤状態を達成しながら湿潤粉末を形成させた。上記の粉末を水中に添加し、次いで水酸化バリウム及び硝酸ジルコニウム溶液を添加することにより、水性スラリーを形成した。次いで、このスラリーを、９０％が５μｍである粒径に粉砕した。次に、このスラリーをウォールフローフィルター基材の入口側から、基材全長を覆うようにコーティングした。コーティング後、フィルター基材＋入口コートを１５０℃で乾燥させ、その後、５５０℃の温度で約１時間焼成した。焼成したＰｄ／Ｒｈ触媒層は、６８．７質量％のセリア－ジルコニア複合体、０．１４質量％のパラジウム、０．３７質量％のロジウム、４．６質量％の酸化バリウム、１．４質量％の酸化ジルコニアを有し、残りはアルミナであった。触媒材料層の総担持量は１．２４ｇ／ｉｎ３であった。
硝酸パラジウム溶液の形態のパラジウムを、耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体にプラネタリーミキサーで含浸させ、初期湿潤を達成しながら湿潤粉末を形成させた。硝酸ロジウム溶液の形態のロジウムを、プラネタリーミキサーで耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体に含浸させ、湿潤状態を達成しながら湿潤粉末を形成させた。上記の粉末を水中に添加し、次いで水酸化バリウム及び硝酸ジルコニウム溶液を添加することにより、水性スラリーを形成した。次いで、このスラリーを、９０％が５μｍである粒径に粉砕した。次に、このスラリーをウォールフローフィルター基材の入口側から、基材全長を覆うようにコーティングした。コーティング後、フィルター基材＋入口コートを１５０℃で乾燥させ、その後、５５０℃の温度で約１時間焼成した。焼成したＰｄ／Ｒｈ触媒層は、６８．７質量％のセリア－ジルコニア複合体、０．１４質量％のパラジウム、０．３７質量％のロジウム、４．６質量％の酸化バリウム、１．４質量％の酸化ジルコニアを有し、残りはアルミナであった。触媒材料層の総担持量は１．２４ｇ／ｉｎ３であった。
【0117】
実施例２
実施例２で調製したパティキュレートフィルターは、入口側から基材上にコーティングされ、基材全体の面積と長さを覆う、６ｇ／ｆｔ３（Ｐｄ／Ｒｈ＝１／１）のＰＧＭ担持量を有する第１のＰｄ／Ｒｈ触媒層；及び入口側と出口側の両方から基材上にコーティングされ、より小さい直径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する半径方向の中心面積と基材全体の長さを覆う、１５．５ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を有する第２のＲｈ触媒成分を有していた。
実施例２で調製したパティキュレートフィルターは、入口側から基材上にコーティングされ、基材全体の面積と長さを覆う、６ｇ／ｆｔ３（Ｐｄ／Ｒｈ＝１／１）のＰＧＭ担持量を有する第１のＰｄ／Ｒｈ触媒層；及び入口側と出口側の両方から基材上にコーティングされ、より小さい直径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する半径方向の中心面積と基材全体の長さを覆う、１５．５ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を有する第２のＲｈ触媒成分を有していた。
【0118】
ウォールフローフィルター基材は、１３２ｍｍ（Ｄ）＊１２７ｍｍ（Ｌ）のサイズ、１．７４Ｌの体積、３００セル／平方インチのセル密度、約２００μｍの壁厚、６３％の気孔率、及び１７μｍの水銀圧入測定による平均孔径を有していた。
【0119】
第１のＰｄ／Ｒｈ触媒層は、以下のように調製した：
硝酸パラジウム溶液の形態のパラジウムを、耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体にプラネタリーミキサーで含浸させ、初期湿潤を達成しながら湿潤粉末を形成させた。硝酸ロジウム溶液の形態のロジウムを、プラネタリーミキサーで耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体に含浸させ、湿潤状態を達成しながら湿潤粉末を形成させた。上記の粉末を水中に添加し、次いで水酸化バリウム及び硝酸ジルコニウム溶液を添加することにより、水性スラリーを形成した。次いで、このスラリーを、９０％が５μｍである粒径に粉砕した。次に、当該技術分野で知られている堆積方法を用いて、このスラリーをウォールフローフィルター基材の入口側から、基材全長を覆うようにコーティングした。コーティング後、フィルター基材＋入口コートを１５０℃で乾燥させ、その後、５５０℃の温度で約１時間焼成した。焼成したＰｄ／Ｒｈ触媒層は、６８．８質量％のセリア－ジルコニア複合体、０．１４質量％のパラジウム、０．１４質量％のロジウム、４．６質量％の酸化バリウム、及び１．４質量％の酸化ジルコニアを有し、残りはアルミナであった。触媒材料層の総担持量は１．２３ｇ／ｉｎ３であった。
硝酸パラジウム溶液の形態のパラジウムを、耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体にプラネタリーミキサーで含浸させ、初期湿潤を達成しながら湿潤粉末を形成させた。硝酸ロジウム溶液の形態のロジウムを、プラネタリーミキサーで耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体に含浸させ、湿潤状態を達成しながら湿潤粉末を形成させた。上記の粉末を水中に添加し、次いで水酸化バリウム及び硝酸ジルコニウム溶液を添加することにより、水性スラリーを形成した。次いで、このスラリーを、９０％が５μｍである粒径に粉砕した。次に、当該技術分野で知られている堆積方法を用いて、このスラリーをウォールフローフィルター基材の入口側から、基材全長を覆うようにコーティングした。コーティング後、フィルター基材＋入口コートを１５０℃で乾燥させ、その後、５５０℃の温度で約１時間焼成した。焼成したＰｄ／Ｒｈ触媒層は、６８．８質量％のセリア－ジルコニア複合体、０．１４質量％のパラジウム、０．１４質量％のロジウム、４．６質量％の酸化バリウム、及び１．４質量％の酸化ジルコニアを有し、残りはアルミナであった。触媒材料層の総担持量は１．２３ｇ／ｉｎ３であった。
【0120】
第２のＲｈ触媒成分は、以下のように調整した：
合計で、５ｇ／ｆｔ３のロジウム（パティキュレートフィルターの総体積の平均値）を、硝酸ロジウム溶液の形態で、基材の直径よりも小さい直径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する半径方向の中心面積を覆うように堆積させた。この半径方向の分布を実現するために、同一の内径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する溶液注入パイプを使用した。ロジウム溶液を均等に２等分し、前半のロジウム溶液を希釈し、その後、パイプによって伝導し、フィルターの出口側にコーティングした。その後、この部品を１５０℃で乾燥させてから、後半分のロジウム溶液を入口側から適用した。ロジウム溶液の希釈は、各溶液コートが基材の長さの５０～５５％に延びるように行った。両側から溶液コーティングを行った後、フィルターを１５０℃で乾燥させ、その後、空気中５５０℃の温度で約１時間焼成した。
合計で、５ｇ／ｆｔ３のロジウム（パティキュレートフィルターの総体積の平均値）を、硝酸ロジウム溶液の形態で、基材の直径よりも小さい直径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する半径方向の中心面積を覆うように堆積させた。この半径方向の分布を実現するために、同一の内径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する溶液注入パイプを使用した。ロジウム溶液を均等に２等分し、前半のロジウム溶液を希釈し、その後、パイプによって伝導し、フィルターの出口側にコーティングした。その後、この部品を１５０℃で乾燥させてから、後半分のロジウム溶液を入口側から適用した。ロジウム溶液の希釈は、各溶液コートが基材の長さの５０～５５％に延びるように行った。両側から溶液コーティングを行った後、フィルターを１５０℃で乾燥させ、その後、空気中５５０℃の温度で約１時間焼成した。
【0121】
実施例３
Ｄ＝９５ｍｍの直径を有する半径方向の中心面積と基材の全長を覆うように第２のＲｈ触媒成分を堆積させたこと以外は、実施例２と同様にして、実施例３のパティキュレートフィルターを調製した。これにより、第２のＲｈ触媒成分から９．７ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を得た。
Ｄ＝９５ｍｍの直径を有する半径方向の中心面積と基材の全長を覆うように第２のＲｈ触媒成分を堆積させたこと以外は、実施例２と同様にして、実施例３のパティキュレートフィルターを調製した。これにより、第２のＲｈ触媒成分から９．７ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を得た。
【0122】
実施例４
Ｄ＝１０９ｍｍの直径を有する半径方向の中心面積と基材の全長を覆うように第２のＲｈ触媒成分を堆積させたこと以外は、実施例２と同様にして、実施例４のパティキュレートフィルターを調製した。これにより、第２のＲｈ触媒成分から７．３ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を得た。
Ｄ＝１０９ｍｍの直径を有する半径方向の中心面積と基材の全長を覆うように第２のＲｈ触媒成分を堆積させたこと以外は、実施例２と同様にして、実施例４のパティキュレートフィルターを調製した。これにより、第２のＲｈ触媒成分から７．３ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を得た。
【0123】
実施例５
入口側と出口側の両方から、Ｄ＝７５ｍｍの直径を有する半径方向の中心面積、及び基材全長の３３％を覆うように第２のＲｈ触媒成分を堆積させた以外は、実施例２と同様にして、実施例５のパティキュレートフィルターを調製した。これにより、第２のＲｈ触媒成分から２３．３ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を得た。
入口側と出口側の両方から、Ｄ＝７５ｍｍの直径を有する半径方向の中心面積、及び基材全長の３３％を覆うように第２のＲｈ触媒成分を堆積させた以外は、実施例２と同様にして、実施例５のパティキュレートフィルターを調製した。これにより、第２のＲｈ触媒成分から２３．３ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を得た。
【0124】
実施例６－比較用
基材の全面積（Ｄ＝１３２ｍｍ）及び基材の全長を覆うように第２のＲｈ触媒成分を堆積させたこと以外は、実施例２と同様にして、実施例６のパティキュレートフィルターを調製した。これにより、第２のＲｈ触媒成分から５ｇ／ｆｔ３の均質なＲｈ担持量を得た。
基材の全面積（Ｄ＝１３２ｍｍ）及び基材の全長を覆うように第２のＲｈ触媒成分を堆積させたこと以外は、実施例２と同様にして、実施例６のパティキュレートフィルターを調製した。これにより、第２のＲｈ触媒成分から５ｇ／ｆｔ３の均質なＲｈ担持量を得た。
【0125】
実施例７－比較用
実施例７のパティキュレートフィルターは，入口側から基材上にコーティングされ、基材の全面積と長さを覆う、６ｇ／ｆｔ３のＰＧＭ担持量（Ｐｄ／Ｒｈ＝１／１）を有する第１のＰｄ／Ｒｈ触媒層、及び入口側と出口側の両方から基材上にコーティングされ、より小さい直径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する半径方向の中心面積と基材全体の長さを覆う、１５．５ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を有する第２のＲｈ触媒層を有していた。
実施例７のパティキュレートフィルターは，入口側から基材上にコーティングされ、基材の全面積と長さを覆う、６ｇ／ｆｔ３のＰＧＭ担持量（Ｐｄ／Ｒｈ＝１／１）を有する第１のＰｄ／Ｒｈ触媒層、及び入口側と出口側の両方から基材上にコーティングされ、より小さい直径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する半径方向の中心面積と基材全体の長さを覆う、１５．５ｇ／ｆｔ３の局所Ｒｈ担持量を有する第２のＲｈ触媒層を有していた。
【0126】
ウォールフローフィルター基材は、１３２ｍｍ（Ｄ）＊１２７ｍｍ（Ｌ）のサイズ、１．７４Ｌの体積、３００セル／平方インチのセル密度、約２００μｍの壁厚、６３％の気孔率、及び１７μｍの水銀圧入測定による平均孔径を有していた。
【0127】
第１のＰｄ／Ｒｈ触媒層は、以下のように調製した：
硝酸パラジウム溶液の形態のパラジウムを、耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体にプラネタリーミキサーで含浸させ、初期湿潤を達成しながら湿潤粉末を形成させた。硝酸ロジウム溶液の形態のロジウムを、プラネタリーミキサーで耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体に含浸させ、湿潤状態を達成しながら湿潤粉末を形成させた。上記の粉末を水中に添加し、次いで水酸化バリウム及び硝酸ジルコニウム溶液を添加することにより、水性スラリーを形成した。次いで、このスラリーを、９０％が５μｍである粒径に粉砕した。次に、当該技術分野で知られている堆積方法を用いて、このスラリーをウォールフローフィルター基材の入口側から、基材全長を覆うようにコーティングした。コーティング後、フィルター基材＋入口コートを１５０℃で乾燥させ、その後、５５０℃の温度で約１時間焼成した。焼成したＰｄ／Ｒｈ触媒層は、６８．８質量％のセリア－ジルコニア複合体、０．１８質量％のパラジウム、０．１８質量％のロジウム、４．６質量％の酸化バリウム、及び１．４質量％の酸化ジルコニアを有し、残りはアルミナであった。触媒材料層の総担持量は０．９９ｇ／ｉｎ３であった。
硝酸パラジウム溶液の形態のパラジウムを、耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体にプラネタリーミキサーで含浸させ、初期湿潤を達成しながら湿潤粉末を形成させた。硝酸ロジウム溶液の形態のロジウムを、プラネタリーミキサーで耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体に含浸させ、湿潤状態を達成しながら湿潤粉末を形成させた。上記の粉末を水中に添加し、次いで水酸化バリウム及び硝酸ジルコニウム溶液を添加することにより、水性スラリーを形成した。次いで、このスラリーを、９０％が５μｍである粒径に粉砕した。次に、当該技術分野で知られている堆積方法を用いて、このスラリーをウォールフローフィルター基材の入口側から、基材全長を覆うようにコーティングした。コーティング後、フィルター基材＋入口コートを１５０℃で乾燥させ、その後、５５０℃の温度で約１時間焼成した。焼成したＰｄ／Ｒｈ触媒層は、６８．８質量％のセリア－ジルコニア複合体、０．１８質量％のパラジウム、０．１８質量％のロジウム、４．６質量％の酸化バリウム、及び１．４質量％の酸化ジルコニアを有し、残りはアルミナであった。触媒材料層の総担持量は０．９９ｇ／ｉｎ３であった。
【0128】
第２のＲｈ触媒層は、以下のように調整した：
合計で、５ｇ／ｆｔ３のロジウム（パティキュレートフィルターの総体積の平均値）を、耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体にプラネタリーミキサーで含浸させ、初期湿潤を達成しながら湿潤粉末を形成させた。上記の粉末を水中に添加し、次いで水酸化バリウム及び硝酸ジルコニウム溶液を添加することにより、水性スラリーを形成した。次いで、このスラリーを、９０％が５μｍである粒径に粉砕した。次に、このスラリーを、フィルターの入口側と出口側の両方から、より小さい直径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する半径方向の中心領域と、基材全長の５０％を覆うようにコーティングした。コーティング後、フィルター基材を１５０℃で乾燥させ、その後、５５０℃の温度で約１時間焼成した。焼成した第２のＲｈ触媒層は、６８．２質量％のセリア－ジルコニア複合体、１．１７質量％のロジウム、４．６質量％の酸化バリウム、及び１．４質量％の酸化ジルコニアを有し、残りはアルミナであった。触媒材料層の総担持量は０．７７ｇ／ｉｎ３であった。
合計で、５ｇ／ｆｔ３のロジウム（パティキュレートフィルターの総体積の平均値）を、耐火性アルミナ及び約４０質量％のセリアを含む安定化セリア－ジルコニア複合体にプラネタリーミキサーで含浸させ、初期湿潤を達成しながら湿潤粉末を形成させた。上記の粉末を水中に添加し、次いで水酸化バリウム及び硝酸ジルコニウム溶液を添加することにより、水性スラリーを形成した。次いで、このスラリーを、９０％が５μｍである粒径に粉砕した。次に、このスラリーを、フィルターの入口側と出口側の両方から、より小さい直径（Ｄ＝７５ｍｍ）を有する半径方向の中心領域と、基材全長の５０％を覆うようにコーティングした。コーティング後、フィルター基材を１５０℃で乾燥させ、その後、５５０℃の温度で約１時間焼成した。焼成した第２のＲｈ触媒層は、６８．２質量％のセリア－ジルコニア複合体、１．１７質量％のロジウム、４．６質量％の酸化バリウム、及び１．４質量％の酸化ジルコニアを有し、残りはアルミナであった。触媒材料層の総担持量は０．７７ｇ／ｉｎ３であった。
【0129】
実施例１～７のパティキュレートフィルターにおける触媒材料層の総担持量と貴金属の総担持量は、図７のスキーム１に示すように、ＰＧＭの分布レイアウトが異なるにもかかわらず、同一である。
【0130】
実施例８－実施例１～４の触媒パティキュレートフィルターの試験
８．１ ＣＣＣとして
８．１．１ ＷＬＴＣに基づいて
典型的な入口温度が～８７５℃であり、典型的な触媒床温度が～９２５℃であり、～９８０℃を超えないように動作するエンジン設定を使用して、発熱エージングプロトコルで、実施例１～４におけるパティキュレートフィルターをエージングした。車両の耐久性試験の典型的な運転条件をシミュレートするために、エンジンからのガス供給組成はリッチとリーンの間で交互に変化した。すべての触媒フィルターは、同じ条件で１００時間エージングした。
８．１ ＣＣＣとして
８．１．１ ＷＬＴＣに基づいて
典型的な入口温度が～８７５℃であり、典型的な触媒床温度が～９２５℃であり、～９８０℃を超えないように動作するエンジン設定を使用して、発熱エージングプロトコルで、実施例１～４におけるパティキュレートフィルターをエージングした。車両の耐久性試験の典型的な運転条件をシミュレートするために、エンジンからのガス供給組成はリッチとリーンの間で交互に変化した。すべての触媒フィルターは、同じ条件で１００時間エージングした。
【0131】
ＷＬＴＣの試験プロトコルに基づいて動作する近位連結触媒（ＣＣＣ）のみの放出制御システム構成を備えた２．０Ｌのターボ過給エンジンを使用して、放出性能試験を行った。各触媒パティキュレートフィルターを、ＣＣＣとして近接した位置に設置し、高い実験再現性とデータの一貫性を保証するために少なくとも３回試験した。
【0132】
図１に示すように、溶液コーティングアプローチを用いた白金族金属、この場合はロジウムの放射状濃縮は、触媒パティキュレートフィルターの触媒活性を促進した。本発明の実施例２～４のパティキュレートフィルターは、ウォッシュコート担体の配合を変更することなく、同じ白金族金属担持量で比較例１のパティキュレートフィルターと比較して、ＷＬＴＣ試験で最大～２５％のＴＨＣ、～１５％のＣＯ及び～１０％のＮＯｘの改善を示した。
【0133】
８．１．２ ＷＬＴＣのフェーズ１に基づいて
また、実施例１～４のパティキュレートフィルターをＣＣＣとしてＷＬＴＣのフェーズ１に基づいて試験した。ＷＬＴＣのフェーズ１は、コールドスタート及び低速走行モード（都市部）を表す。
また、実施例１～４のパティキュレートフィルターをＣＣＣとしてＷＬＴＣのフェーズ１に基づいて試験した。ＷＬＴＣのフェーズ１は、コールドスタート及び低速走行モード（都市部）を表す。
【0134】
図２に示すように、本発明例２～４のパティキュレートフィルターは、比較例１のパティキュレートフィルターと比較して、ＷＬＴＣのフェーズ１の試験で最大～２０％のＴＨＣ、～１５％のＣＯ及び～１５％のＮＯｘ改善を示した。
【0135】
８．２ ＵＦＣとして
８．２．１ ＷＬＴＣに基づいて
さらに、同じ２．０Ｌのターボ過給エンジンであるが、異なる近位連結触媒（ＣＣＣ）＋床下触媒（ＵＦＣ）の放出制御システム構成を使用して、実施例のフィルターの放出性能をさらに評価した。ＣＣＣとして１３２．１ｍｍ（Ｄ）×５０．８ｍｍ（Ｌ）、６６ｇのｃｆ ＰＧＭ、１２００℃で２０時間エージングするオーブンのＴＷＣ部品を使用し、ＵＦＣとして実施例のフィルターをＵＦ位置に取り付けた。ＣＣＣとＵＦＣの間の距離は８００ｍｍであった。高い実験の再現性とデータの一貫性を保証するために、各触媒システムは少なくとも３回試験した。
８．２．１ ＷＬＴＣに基づいて
さらに、同じ２．０Ｌのターボ過給エンジンであるが、異なる近位連結触媒（ＣＣＣ）＋床下触媒（ＵＦＣ）の放出制御システム構成を使用して、実施例のフィルターの放出性能をさらに評価した。ＣＣＣとして１３２．１ｍｍ（Ｄ）×５０．８ｍｍ（Ｌ）、６６ｇのｃｆ ＰＧＭ、１２００℃で２０時間エージングするオーブンのＴＷＣ部品を使用し、ＵＦＣとして実施例のフィルターをＵＦ位置に取り付けた。ＣＣＣとＵＦＣの間の距離は８００ｍｍであった。高い実験の再現性とデータの一貫性を保証するために、各触媒システムは少なくとも３回試験した。
【0136】
図３に示すように、このＣＣＣ＋ＵＦＣシステムにおいて、ベストパフォーマーである本発明の実施例２及び３は、実施例１のフィルターを用いた参照システムと比較して、依然として最大～１０％のＮＯｘ改善を示す。
【0137】
実施例９－実施例１、２、５及び６の触媒パティキュレートフィルターの試験
９．１ ＷＬＴＣに基づいて
異なるエージングセットアップの下で、典型的な入口温度が～８００℃であり、典型的な触媒床温度が～８５０℃であり、～９００℃を超えないように動作するエンジン設定を使用して、発熱エージングプロトコルで、実施例１、２、５、６におけるパティキュレートフィルターをエージングした。車両の耐久性試験の典型的な運転条件をシミュレートするために、エンジンからのガス供給組成はリッチとリーンの間で交互に変化した。すべての触媒フィルターは、同じ条件で１２５時間エージングした。
９．１ ＷＬＴＣに基づいて
異なるエージングセットアップの下で、典型的な入口温度が～８００℃であり、典型的な触媒床温度が～８５０℃であり、～９００℃を超えないように動作するエンジン設定を使用して、発熱エージングプロトコルで、実施例１、２、５、６におけるパティキュレートフィルターをエージングした。車両の耐久性試験の典型的な運転条件をシミュレートするために、エンジンからのガス供給組成はリッチとリーンの間で交互に変化した。すべての触媒フィルターは、同じ条件で１２５時間エージングした。
【0138】
ＷＬＴＣの試験プロトコルに基づいて動作する近位連結触媒（ＣＣＣ）のみの放出制御システム構成を備えた２．０Ｌのターボ過給エンジンを使用して、放出性能試験を行った。各触媒パティキュレートフィルターを、ＣＣＣとして近接した位置に設置し、高い実験再現性とデータの一貫性を保証するために少なくとも３回試験した。
【0139】
図４に示すように、実施例２及び５のパティキュレートフィルターは、比較例１のパティキュレートフィルターと比較して、優れたＴＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの変換活性を示し、異なるエージングプロトコルにおけるＰＧＭ放射状濃縮の堅牢性を証明した。これは、半径方向の中央面積にＰＧＭ溶液をコーティングすることにより、ロジウム濃縮ゾーンを慎重に設計したことに起因するものである。軸方向に特別に設計されたロジウム分布により、実施例５のパティキュレートフィルターの活性は、実施例２のパティキュレートフィルターの活性と比較してさらに向上している。一方、実施例６のパティキュレートフィルターは、同様のＰＧＭ溶液コーティングのアプローチを用いたにもかかわらず、汚染物質変換活性における優位性を示すことができなかった。このことは、半径方向の濃縮を伴わないＰＧＭ溶液コーティングだけでは、三元変換活性に利益をもたらさないことを証明している。
【0140】
９．２ ＷＬＴＣのフェーズ１に基づいて
また、実施例１～４のパティキュレートフィルターをＣＣＣとしてＷＬＴＣのフェーズ１に基づいて試験した。ＷＬＴＣのフェーズ１は、コールドスタート及び低速走行モード（都市部）を表す。
また、実施例１～４のパティキュレートフィルターをＣＣＣとしてＷＬＴＣのフェーズ１に基づいて試験した。ＷＬＴＣのフェーズ１は、コールドスタート及び低速走行モード（都市部）を表す。
【0141】
図５に示すように、本発明例２及び５のパティキュレートフィルターは、比較例１のパティキュレートフィルターと比較して、優れたＴＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの変換活性を示した。軸方向に特別に設計されたロジウム分布により、実施例５のパティキュレートフィルターの活性は、実施例２のパティキュレートフィルターの活性と比較してさらに向上している。一方、実施例６のパティキュレートフィルターは、同様のＰＧＭ溶液コーティングのアプローチを用いたにもかかわらず、汚染物質変換活性における優位性を示すことができなかった。
【0142】
実施例１０－背圧の比較
触媒フィルターにおいて、背圧（圧力損失とも呼ばれる）も注意深く観察する必要がある重要なパラメーターである。本発明で開示するＰＧＭ溶液コーティングは、触媒フィルターの背圧に影響を与えないが、スラリーコーティングは、最終的な触媒フィルターの背圧を不利に高くする結果をもたらすことができる。
触媒フィルターにおいて、背圧（圧力損失とも呼ばれる）も注意深く観察する必要がある重要なパラメーターである。本発明で開示するＰＧＭ溶液コーティングは、触媒フィルターの背圧に影響を与えないが、スラリーコーティングは、最終的な触媒フィルターの背圧を不利に高くする結果をもたらすことができる。
【0143】
図６に示すように、ＰＧＭ溶液コーティングアプローチを用いてＲｈを半径方向中心に濃縮した実施例２のパティキュレートフィルターは、実施例１と比較して、無視できる背圧差を示した。一方、公知のスラリーコーティングアプローチを用いて半径方向中心にＲｈを同様に濃縮した実施例７のパティキュレートフィルターは、比較例１及び本発明の実施例２と比較して、有意に高い背圧付加（backpressure add-on）を示した。
【0144】
ここでは、背圧付加は以下の方法で計算した。
【0145】
背圧付加＝背圧触媒フィルター＋背圧基材
【0146】
すべての背圧の値は、Ｓｕｐｅｒｆｌｏｗで６００ｍ３／ｈの流速及び２５℃で測定した。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】