JP6806717B2 - 排気削減のための多孔質セラミック体 - Google Patents
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Description
本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０１５年６月２９日出願の米国仮特許出願第６２／１８５，８７４号の優先権の利益を主張する。
本開示の例となる実施形態は、排気を削減するための多孔質セラミック体、特に、炭化水素及び揮発性有機成分（ＨＣ／ＶＯＣ）の排出量を削減するために、壁内にゼオライト吸着体、及び、壁上に三元触媒（ＴＷＣ）を有する多孔質セラミック体、それを組み込んだ排ガスシステム、並びに、その製造方法に関する。
内燃機関からの排ガスの後処理には、高表面積の基材上に担持された触媒を使用することができ、ディーゼルエンジン及び一部のガソリン直噴エンジンの事例では、炭素スート粒子の除去のための触媒加工された又は触媒加工されていないフィルタに担持された触媒が使用されうる。多孔質のセラミックフロースルーハニカム基材及びウォールフロー型ハニカムフィルタがこれらの用途に用いられうる。
この背景技術のセクションに開示される上記情報は、単に本開示の背景の理解の促進のためであり、したがって、それは、先行技術のいかなる部分も形成せず、また先行技術が当業者に示唆しない、情報も含みうる。
本開示の例となる実施形態は、多孔質セラミック体の壁の細孔内に配置されたゼオライトと、多孔質セラミック体の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）とを有する多孔質セラミック体を提供する。
本開示の例となる実施形態はまた、多孔質セラミック体の壁の細孔内に配置されたゼオライトと、多孔質セラミック体の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）とを有する多孔質セラミック体の製造方法も提供する。
本開示の例となる実施形態はまた、その細孔内に配置されたゼオライトと、その壁面上に配置されたＴＷＣとを有する多孔質セラミック体を備えた、排ガスシステムも提供する。
本開示のさらなる特徴は、以下の明細書に記載され、一部にはその記載から明らかとなり、あるいは、本開示の実施によって知ることができる。
例となる実施形態は、第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材を備えた、多孔質セラミック体について開示する。多孔質セラミックハニカム体は、壁の第１の部分の細孔内に配置されたイン・ウォールゼオライト触媒と、壁の第１の部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）とを備えている。
例となる実施形態はまた、第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材を備えた、多孔質セラミック体についても開示する。多孔質セラミックハニカム体は、壁の少なくとも一部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）を備えており、基材は、押出成形されたゼオライト触媒を備えている。
例となる実施形態はまた、セラミック物品の製造方法についても開示する。本方法は、ゼオライト触媒の多孔質セラミック体を押出成形する工程と、多孔質セラミック体の壁の壁面上に三元触媒（ＴＷＣ）を配置する工程とを含む。
例となる実施形態はまた、セラミック物品の製造方法についても開示する。本方法は、多孔質セラミック体の壁の第１の部分の壁の細孔内にゼオライト触媒を配置する工程、及び、多孔質セラミック体の壁の第１の部分の少なくとも一部分の壁面上に三元触媒（ＴＷＣ）を配置する工程を含む。
例となる実施形態はまた、排ガスシステムについても開示する。排ガスシステムは、精製される排ガス流を受け入れるように構成された入口を有する筐体を備えており、該筐体は、排ガス流が多孔質セラミックハニカム体を通って流れ、排ガス流を精製するように構成されたチャンバを有しており、かつ、精製された排ガス流を放出するように構成された出口も有している。筐体内に配置された多孔質セラミックハニカム体は、第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材を備えている。多孔質セラミックハニカム体は、壁の第１の部分の壁の細孔内に配置されたイン・ウォールゼオライト触媒と、壁の第１の部分の壁の少なくとも一部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）とを備えている。
前述の概要及び後述する詳細な説明はいずれも例示的かつ説明的なものであって、本開示のさらなる説明を提供することが意図されていることが理解されるべきである。
本開示のさらなる理解をもたらすために含まれ、本明細書に取り込まれてその一部を構成する添付の図面は、本開示の例となる実施形態を例証しており、その説明とともに、本開示の原理を説明する役割を果たす。
本開示は、該開示の例となる実施形態を示す添付の図面を参照して、以下にさらに十分に説明される。しかしながら、この開示は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載される例となる実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が徹底しており、かつ、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。図面において、層及び領域の大きさ及び相対的なサイズは、明確にするために誇張される場合がある。
要素又は層が、別の要素又は層の「上に」あるか、又はそれ「に接続」されていると称される場合、他の要素又は層上に直接存在するか、又はそれに直接、接続されていてもよく、あるいは、介在する要素又は層が存在していてもよいことが理解されよう。対照的に、要素又は層が、別の要素又は層の「上に直接存在するか、又はそれ「に直接、接続」されていると称される場合には、介在する要素又は層は存在しない。この開示の目的では、「Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの少なくとも１つ」は、Ｘのみ、Ｙのみ、Ｚのみ、又は、Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの２つ以上の項目のいずれかの組合せ（例えば、ＸＹＺ、ＸＹＹ、ＹＺ、ＺＺ）と解釈することができることが理解されよう。
これらの例となる実施形態では、本開示の物品、及び該物品を製造するための本開示の方法は、例えば以下に論述されるものを含む、１つ以上の有利な特徴又は態様を提供する。請求項のいずれかに記載される特徴又は態様は、概ね、本開示のすべてのファセットに適用することができる。いずれか一の請求項に記載される単一又は複数の特徴又は態様を、他の一又は複数の請求項に記載される他の特徴又は態様と組み合わせることも置換することもできる。
上部、底部、横、上方、下方、垂直、及び水平などの用語が用いられているが、本開示は、これらの例となる実施形態に限られない。代わりに、「上部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「横」、「真下」、「下」、「下方」、「上」、「上方」などの空間的に相対的な用語は、本明細書では、図面に例証されるように、別の要素又は特徴に対する一の要素又は特徴の関係を説明するための記載を容易にするために用いられうる。空間的に相対的な用語は、図に示される配向に加えて、使用又は動作における装置の異なる配向を包含することが意図されていることが理解されよう。例えば、図における装置をひっくり返した場合、他の要素又は特徴の「下」又は「真下」と記載されている要素は、他の要素又は特徴の「上」に配向されているであろう。よって、例となる用語「下」は、上及び下の両方の配向を包含することができる。装置は、他の方向に配向（９０度又は他の配向に回転）されてもよく、本明細書で用いられる空間的に相対的な記述は、それに応じて解釈することができる。
「含む（include, includes）」又は同様の用語は、包含するが限定されない、すなわち、包含的であって排他的ではないことを意味する。
本開示の実施形態の説明に用いられる、例えば、組成物中の成分の量、濃度、容積、処理温度、処理時間、収率、流量、圧力、粘度、寸法などの値、及びそれらの範囲を修飾する「約」とは、例えば：材料、組成物、複合材、濃度、又は使用配合物の調製に用いられる典型的な測定及び取り扱い手順を通じて；これらの手順における不慮のエラーを通じて；本方法の実施に用いられる出発材料又は成分の製造、供給源、又は純度における差異を通じて；及び同様の検討事項を通じて生じうる、数量における変動のことを指す。用語「約」はまた、特定の初期濃度又は混合を伴う組成物又は配合物の劣化に起因して異なる量、並びに、特定の初期濃度又は混合を伴う組成物又は配合物の混合又は処理に起因して異なる量も包含する。
本明細書で用いられる名詞は、別段の指定がない限り、少なくとも１つ、又は１つ以上の対象を指す。
当業者によく知られている略語が用いられる場合がある（例えば、時間についての「ｈ」又は「ｈｒ」、グラムについての「ｇ」又は「ｇｍ」、ミリリットルについての「ｍｌ」、室温についての「ＲＴ」、ナノメートルについての「ｎｍ」などの略語）。
構成要素、成分、添加剤、時間、温度、圧力などの態様、及びそれらの範囲について開示される特定の値は、単なる例示のためであり、それらは、他の定められた値又は定められた範囲内の他の値を排除するものではない。本開示の装置及び方法は、本明細書に記載されるいずれかの値又はそれらの値のいずれかの組合せ、具体的な値、及びさらに具体的な値を含みうる。
この開示の例となる実施形態によれば、以下により詳細に説明されるように、活性材料は基材の細孔の内部に配置され、三元触媒（ＴＷＣ）は、基材のチャネル壁の表面上に配置される。例となる実施形態では、ゼオライトは、細孔内の細孔表面上に直接配置され、ＴＷＣは、壁面上に直接配置される。
本明細書で用いられる活性材料とは、混合成分との反応によって、触媒活性によって、又は収着活性によって、又は脱離活性によって、混合ガスを改質可能な材料を指す。活性材料は、好ましくは収着材料及び／又は触媒材料である。収着材料又は収着剤は、吸収又は吸着のいずれかによって物質を取り込み、保持する。本開示において、収着剤は、ある特定の条件下で混合ガスから選択される成分を取り込むか又は除去するために、基材の細孔内に存在する。これらの成分は、次に、あらかじめ定められたある特定の条件下で脱着することができる。本開示で用いられる用語「収着材料」又は「収着剤」とは、一又は複数の収着剤のことを指しうる。吸着は、それぞれ、物理的又は化学的吸着と呼ばれる、物理的又は化学的な力による分子の取り込みである。本開示に従った用語「吸着剤」とは、少なくとも１つの吸着剤を指す。基材の壁の細孔内に２種類以上の吸着剤が存在していてもよい。具体的な吸着体は、用途に応じて変動しうる。本開示に従った触媒材料とは、担体上の触媒金属又は触媒金属酸化物を指す。触媒材料は、例えば、炭化水素の分解（cracking of hydrocarbons）又は酸化等の変換に用いられる場合には、ゼオライトなどのモレキュラーシーブも含む。
炭化水素の除去に適した例となる吸着剤としては、比較的低い温度で吸着し、比較的高い温度で脱着するものが挙げられる。例えば、典型的には約１５０℃未満のエンジン開始温度において炭化水素を吸着し、典型的には約１５０℃超のエンジン動作温度において脱着する、吸着剤を用いることができる。本明細書に十分に記載されるように、その全体が参照することによって本明細書に取り込まれる米国特許第５，２６０，０３５号明細書に開示されるように、本明細書に記載されるように使用可能な吸着剤の例として、限定されることなく、モレキュラーシーブ、活性炭、遷移アルミナ、活性シリカ、及びこれらの組合せが挙げられる。モレキュラーシーブは、分子の吸着に適した大きさの細孔を有する結晶性物質である。モレキュラーシーブの幾つかの例となる種類としては、限定されることなく、炭素モレキュラーシーブ、ゼオライト、アルミノリン酸塩、金属リン酸塩、シリコアルミノリン酸塩、及びこれらの組合せが挙げられる。炭素モレキュラーシーブは、炭素材料から作られた明確に定められた微細孔を有している。
幾つかの実施形態では、活性材料は、限定されることなく、例えば、ＺＳＭ−５、ベータゼオライト、モルデナイト、Ｙ−ゼオライト、超安定化Ｙ−ゼオライト、リン酸アルミニウムゼオライト、グメリナイト、マッツァイト（mazzite）、オフレタイト、ＺＳＭ−１２、ＺＳＭ−１８、ベリロリン酸塩−Ｈ（Berryllophosphate-H）、ボグザイト（boggsite）、ＳＡＰＯ−４０、ＳＡＰＯ−４１、それらの組合せ、及びそれらの混合物などの金属交換又は含浸させたゼオライトでありうる。
活性材料は、本明細書では、さらなる詳細な説明において、便宜上、ゼオライトと称される。ゼオライト、ゼオライト吸着体、ゼオライト触媒、ゼオライト系触媒などは、本開示のこれらの例となる実施形態に従って、便宜上、本明細書では互換的に用いられる。
ＴＷＣは、アルミナ、セリア、チタニア、ランタナ、ジルコニア等の担体とともに、Ｐｔ、Ｒｈ、及び／又はＰｄなどの貴金属酸化触媒を含みうる。酸化触媒は、主に炭化水素を、大気内へと通過するのに適している二酸化炭素及び水などの無害な生成物へと酸化する役目を果たす。ＴＷＣは、ＮＯｘ、ＣＯ、及び炭化水素を無害な生成物へと変換するための触媒を含みうる。例えば、ＴＷＣは、アルミナ、セリア、ランタナ、ジルコニア、イットリア、又はそれらの組合せの上に、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はそれらの組合せなどの貴金属を含みうる。定置式発電所の排気の変換のための本開示の例となる実施形態の実施に適したＴＷＣは、イオン交換された一又は複数種の遷移金属を有するゼオライト系触媒などのＮＯｘ還元のためのＳＣＲ触媒を含みうる。幾つかの例となる触媒として、Ｆｅモルデナイト、Ｃｕモルデナイト、ＺＳＭ−５ Ｈ＋形態、及びＶ２Ｏ５／ＴｉＯ２が挙げられる。自動車排気の変換のための本開示の例となる実施形態の実施に適したＴＷＣとしては、例えば、セリア−アルミナ上のＰｔとジルコニア上のＲｈの組合せが挙げられる。Ｐｔ−セリア−アルミナ及びＲｈ−ジルコニアを組み合わせて、単一のコーティングのように一度に施すことができ、あるいは、それらを別々のコーティングで施すこともできる。別の適切な触媒は、セリアなどの希土類酸化物を伴った、ガンマアルミナ上のＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈである。
エンジン効率の向上は、排ガス温度の低下をもたらしうる。温度の低下は、触媒上での排ガス成分の変換の低下につながりうる。ハイブリッド車（ＨＥＶ）、エンジンの始動及び停止、他のエンジン循環などは、より多い冷間始動時のＨＣ排出量を生じうる。本明細書で用いられる場合、ＨＣとは、炭化水素及び揮発性有機成分（ＨＣ／ＶＯＣ）を指す。基材の細孔内に配置された本開示のゼオライトと、本明細書に記載される基材のチャネル壁の表面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）は、これらの種類の条件下で、費用効果的、効率的、かつ受動的に、ＨＣ排出量を削減する。
図１Ａは、対向する端面１１４、１１６の間に方向「Ａ」で軸方向に延在する、相互に隣接しているセルチャネル１１２を形成する、複数の交差する壁１１０を含むハニカム体１００を示している。図１Ｂは、図１Ａのハニカム体１００の概略的な断面図を示している。図１Ｃは、図１Ａのハニカム体１００の概略的な上面図を示している。「セル」は、本明細書では、概して、ハニカム体の断面における交差する壁を指すときに用いられ、「チャネル」は、本明細書では、概して、端面１１４、１１６間に延在するセルを指すときに用いられる。セル及びチャネルは、「セルチャネル」と同じ意味で用いられうる。上面１１４は第１の端面を指し、底面１１６は、図１Ａに位置付けられたハニカム体１００の第２の端面を指し、あるいは、端面は、ハニカム体１００の配向によって制限されない。上面１１４は入口面とすることができ、底面１１６はハニカム体１００の出口面とすることができ、あるいは、上面１１４は出口面とすることができ、底面１１６はハニカム体１００の入口面とすることができる。
セル密度は、１平方インチ（約６．４５ｃｍ２）あたり約１００〜９００のセル数（ｃｐｓｉ）でありうる。典型的なセル壁厚は、約０．０２５ｍｍ〜約１．５ｍｍ（約１〜６０ミル）の範囲でありうる。例えば、ハニカム体１００の幾何学形状は、約８ミル（約０．２０３２ｍｍ）の壁厚で４００ｃｐｓｉ（４００／８）、又は、約６ミル（約０．１５２４ｍｍ）の壁厚で４００ｃｐｓｉ（４００／６）でありうる。他の幾何学形状としては、例えば、１００／１７、２００／１２、２００／１９、２７０／１９、３００／４、６００／４、４００／４、６００／３、及び９００／２が挙げられる。本明細書で用いられる場合、ハニカム体１００は、概ね、ハニカム構造を含むことが意図されているが、正方形の構造に厳密に限定されるものではない。例えば、六角形、八角形、三角形、長方形又は他のいずれかの適切なセル形状を用いることができる。また、図示されるセル状のハニカム体１００の断面は円形であるが、そのように限定されず、例えば、断面は、楕円形、正方形、長方形、他の多角形、又は他の所望の形状、及びそれらの組合せでありうる。
本明細書で用いられる場合、多孔質セラミック体は、ハニカム体と称されうるが、それに限られず、スルーフィルタ、ラジアルフローフィルタなどとも称することができる。セラミック体の組成は特に限定されず、大量及び少量のコージエライト、チタン酸アルミニウム、ムライト、β−スポジュメン、炭化ケイ素、ゼオライトなど、及びそれらの組合せを含みうる。さらなる例として、セラミックハニカム体は、押出成形されたゼオライト又は他の押出成形された触媒を含みうる。
多孔質セラミックハニカム体の製造は、セラミック粉末バッチ混合物を可塑化し、ハニカム押出ダイを通じて混合物を押出成形してハニカム押出成形物を形成し、押出成形物を切断、乾燥、及び焼成して、第１の端面から第２の端面まで軸方向に延在するチャネルを有する、高い強度及び耐熱性のセラミックハニカム体を生成するプロセスによって達成されうる。本明細書で用いられる場合、セラミックハニカム体には、セラミックハニカムモノリス及びセラミックのセグメント化されたハニカム体が含まれる。
共押出成形された又は後で施された外皮は、セラミックハニカム体の第１の端面から第２の端面まで軸方向に延在する外周面を形成しうる。交差する壁（ウェブ）によって画成されるハニカム体の各チャネルは、モノリス状であるかセグメント化されているかにかかわらず、入口面又は出口面で塞栓されてフィルタを生成しうる。幾つかのチャネルが塞栓されずに残される場合には、部分フィルタが生成されうる。ハニカム体は、モノリス状であるかセグメント化されているかにかかわらず、触媒加工されて基材を生成しうる。塞栓されていないハニカム体は、概して、本明細書では基材と称される。触媒加工された基材は、後で施された触媒を有していてもよく、あるいは、押出成形された触媒を含んでいてもよい。さらには、フィルタ及び部分フィルタは、多機能性をもたらすために触媒加工されてもよい。よって、生成されるセラミックハニカム体は、エンジン排気の浄化など、清浄化流体のための、触媒担体、膜支持体、ウォールフロー型フィルタ、部分フィルタなどとして、又はそれらの組合せとして、幅広く用いられる。
内燃機関が冷間始動する場合、最初の数分間、より大量の未燃焼の炭化水素及び一酸化炭素が放出され、すなわち内燃機関が温まったときには少ない放出され得る。また、大量の未燃焼の炭化水素及び一酸化炭素は、ＣＯ２及びＨ２Ｏへと変換されることなく、冷触媒を通過しうる。例えば、エンジン排気マニホルドの６インチ（１５．２４ｃｍ）未満内に位置づけられた、エンジンに触媒を近位連結することにより、触媒をより急速に温めることによって、未燃焼の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を低減することができる。それにもかかわらず、冷間始動時排出量は、例えば、駆動サイクルの間の車両についての総排出量の８０％超を占めうる。図２は、車両における３．８ＬのＶ６エンジンについての環境保護庁（ＥＰＡ）連邦試験検査工程−７５（ＦＴＰ−７５）の間の秒単位で表した経時による、ｐｐｍ炭素で表したエンジンからの冷間始動時のＨＣ排出量２０２（破線）及びエンジンからの排気の温度２０４（実線）を示している。
触媒が温まった後、約２０〜３０秒後、ほとんどの排気（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）は、温かい触媒によって、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、及びＮ２へと変換される。触媒を温める時間を短縮するため、高多孔率及び著しく低い密度を有する、低質量の近位連結基材を利用することができる。例えば、密度は、同様のセル密度及び壁厚を有する従来の多孔質セラミックハニカム基材よりも約３０％低くなりうる。例えば、コージエライト密度を約２．５ｇ／ｃｍ３とする場合、コージエライトの４００／６の従来の多孔質セラミックハニカム基材は、約０．４１ｇ／ｃｍ３の密度及び約２７パーセントの多孔率（％Ｐ）を有しうるのに対し、コージエライトの４００／６の低質量多孔質セラミックハニカム基材は、約０．３１ｇ／ｃｍ３の密度及び約４５％Ｐ、約０．２５ｇ／ｃｍ３の密度及び約５５％Ｐ、又は約０．２０ｇ／ｃｍ３の密度及び約６５％Ｐを有しうる。例えば、コージエライトの６００／３の従来の多孔質セラミックハニカム基材は、約０．２６ｇ／ｃｍ３の密度及び約２７％Ｐを有しうるのに対し、コージエライトの６００／３の低質量多孔質セラミックハニカム基材は、約０．２０ｇ／ｃｍ３の密度及び約４５％Ｐ、約０．１６ｇ／ｃｍ３の密度及び約５５％Ｐ、又は約０．１２ｇ／ｃｍ３の密度及び６５％の多孔率を有しうる。
別の例では、材料が、例えば、約３．７ｇ／ｃｍ３の密度を有する約７０％のチタン酸アルミニウム相、及び約３．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する約３０％のストロンチウム長石相のチタン酸アルミニウム複合材（したがって約３．５ｇ／ｃｍ３の複合材密度を有する）の場合、チタン酸アルミニウム複合材の４００／６の従来の多孔質セラミックハニカム基材は、約０．５７ｇ／ｃｍ３の密度及び約２７％の多孔率（％Ｐ）を有しうるのに対し、チタン酸アルミニウム複合材の４００／６の低質量多孔質セラミックハニカム基材は、約０．４３ｇ／ｃｍ３の密度及び約４５％Ｐ、約０．３５ｇ／ｃｍ３の密度及び約５５％Ｐ、又は約０．２８ｇ／ｃｍ３の密度及び約６５％Ｐを有しうる。例えば、チタン酸アルミニウム複合材の６００／３の従来の多孔質セラミックハニカム基材は、約０．３６ｇ／ｃｍ３の密度及び約２７％Ｐを有しうるのに対し、チタン酸アルミニウム複合材の６００／３の低質量多孔質セラミックハニカム基材は、約０．２７ｇ／ｃｍ３の密度及び約４５％Ｐ、約０．２２ｇ／ｃｍ３の密度及び約５５％Ｐ、又は約０．１７ｇ／ｃｍ３の密度及び６５％の多孔率を有しうる。
標準的な基材と比較して、より高速ライトオフを有することが、より低質量の基材によってもたらされうる。これらの低質量高多孔率の基材は、エンジンからの排出量を削減することができる。試験は、近位連結触媒のためのこのような低質量高多孔率の基材を使用することで、ＨＣが１０％近く削減されることを示している。
冷間始動時のＨＣ放出を削減するための別の取り組みは、ゼオライトを提供して、この大量のＨＣを吸着することである。低質量高多孔率の基材は、内部に配置されるゼオライトを収容可能な細孔を提供する。ゼオライトは、低温においてＨＣを吸着し、ゼオライトは後に、より高温においてＨＣを放出し、温かい触媒によってＣＯ２及びＨ２Ｏへの変換を可能にする。図３は、かなりの量のＨＣがゼオライト触媒上に吸着されることを示している。曲線３０２（破線）は、ゼオライト吸着体使用前のＨＣを示しており、曲線３０４（一点鎖線）は、ゼオライト吸着体使用後のＨＣを示している。曲線３０６（実線）は、ゼオライト吸着体使用前の排気温度を示しており、曲線３０８（二重実線）は、ゼオライト吸着体使用後の排気温度を示している。
例えば、ゼオライト技術及びゼオライトコーティングを、ディーゼル車両におけるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）に使用することができる。このような用途では、ゼオライトが、冷間始動時の排気から＞８０％のＨＣを吸着することが見出された。よって、ゼオライトの特性を利用して、高速ライトオフ低質量高多孔率の基材における冷間始動の間及び正常な駆動サイクルの間にＨＣを吸着し、排出量をさらに削減することは有益である。ＤＯＣ触媒は、約４０％未満の多孔率、例えば、約３５％未満、約１０％〜約３０％の多孔率、又は、さらには約１５％〜約２０％の多孔率などを有しうる。ＤＯＣ触媒は、約７〜１０μｍのメジアン細孔径を有することができ、基材の密度は、４００／４の幾何学形状において約０．１９〜０．３５ｇｍ／ｃｍ３でありうる。
高速ライトオフ低質量高多孔率の基材は、例えば、約４５％超、約５０％超、さらには約５５％超など、約４０％超の多孔率を有しうる。例えば、高多孔率低質量の基材は、約５０％〜７０％の多孔率を有しうる。高速ライトオフ高多孔率低質量の基材は、約４インチ（５．１ｃｍ）直径×約４インチ（５．１ｃｍ）長、約６００／３の幾何学形状について、約５５％の多孔率を伴って約１９０ｇｍの質量を有しうる。比較すると、約３４％の多孔率を有する従来の基材試料は、略同一寸法及び幾何学形状について約２９０ｇｍの質量を有する。
図４は、約３４％の多孔率を有する従来の基材の壁、及び、約５５％の多孔率を有する高速ライトオフ高多孔率低質量の基材の壁を通る概略的な断面図を示している。高質量低多孔性の壁４０２は、低質量高多孔性の壁４０４よりも暗い網掛けで表されている。
本開示の例となる実施形態は、多孔質セラミック体の壁の細孔内に配置されたゼオライトと多孔質セラミック体の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）とを有する、多孔質セラミック体を対象とする。これらの例となる実施形態では、この概念は、基材の細孔内に排他的にコーティングされたゼオライトと、チャネルの壁面上にコーティングされたＴＷＣとを含む。基材の細孔内にコーティングされたゼオライトは、本明細書では「イン・ウォール」と称され、壁面上にコーティングされたＴＷＣは、本明細書では「オン・ウォール」と称される。必要に応じて、多孔質セラミック体が押出成形されたゼオライトである場合、追加のゼオライトが基材の細孔内にコーティングされていてもよいが、必ずしもそうである必要はない。
図５は、約３４％の多孔率を有する従来の基材５０２、約５５％の多孔率を有する高多孔率低質量の基材５０４、及び、交差平行線で示される、ゼオライト５０６がその細孔５０８内に配置された高多孔率低質量の基材５０４の壁を通る、概略的な断面図を示している。高質量低多孔性の壁５０２は、低質量高多孔性の壁５０４より大きいメジアン細孔径を有しうる。例えば、低質量高多孔性の壁５０４は、約７〜１０μｍのメジアン細孔径を有しうる。ＴＷＣ５１２は、チャネル壁５０２、５０４上にコーティングされており、ゼオライト５０６は、図５にインサートとして示された、低質量高多孔性の壁５０４の細孔５０８内に配置されている。「Ｇ」は、例えば、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｏ２等を含む、多孔質セラミック基材のチャネルを通るガス流を表している。
細孔５０８内に配置されたゼオライト５０６及び壁上に配置されたＴＷＣ５１２を備えた高速ライトオフ高多孔率低質量の基材５０４は、サイクルの冷間始動時にゼオライト５０６内にＨＣを吸着する。ＴＷＣ５１２触媒が加熱されると、これらの吸着されたＨＣは、同じく加熱されたゼオライト５０６から脱着し、壁の表面のＴＷＣ５１２上で酸化される。壁厚及び質量に起因して、表面ＴＷＣ５１２と細孔５０８内のゼオライト５０６の間には幾らかの温度勾配が存在する。このプロセスは、図６に概略的に示されており、冷間始動時「ＣＳ」の高速ライトオフ高多孔率低質量の基材の細孔５０８内のゼオライト５０６におけるＨＣ吸着６０２並びに、基材がひとたび、ＴＷＣ触媒活性が生じる高温に達したとき「ＨＴ」に、脱着６０４及びそれに続く、高多孔率低質量の基材５０４のチャネル壁面のＴＷＣ５１２上での酸化６０６を示している。「ＣＳ」は吸着６０２の間のより冷えた状態のことを指すのに対し、「ＨＴ」は脱着６０４及び酸化サイクル６０６の間のより熱い基材及び触媒を表している。
これらの例となる実施形態では、細孔５０８内に配置されたゼオライト５０６は、ある特定の温度以下での冷間始動時にＨＣを吸着し、ある特定の温度を超えるとＨＣを脱着することができ、壁上に配置されたＴＷＣ５１２は、ある特定の温度より高い上限を有する温度範囲内で、脱着されたＨＣの少なくとも一部分を分解することができる。例えば、ある特定の温度は、約１００℃〜約３００℃の触媒ライトオフ温度であり、例えば、約１００℃〜約２５０℃の触媒ライトオフ温度などである。
本開示のこれらの例となる実施形態によれば、ゼオライトは細孔内に存在することができ、ＴＷＣは低質量高多孔率の基材のセルチャネルの全長にわたる壁上に配置することができ、あるいは、ゼオライトは、低質量高多孔率の基材のセルチャネルの一部分の細孔内にのみ配置されてもよい。例えば、軸方向に延在し、かつ、少なくとも１つの端面から離間された中央部分は、チャネル壁の細孔内に配置されたゼオライトを有しうる。例えば、軸方向に延在し、かつ、入力端面から離間された中央部分は、チャネル壁の細孔内に配置されたゼオライトを有しうる。これらの事例では、ＴＷＣは、細孔内に配置されたゼオライトを有する部分、並びに、少なくとも１つの端面まで延在する部分の上に配置されうる。チャネルの入力端部に配置されたゼオライトを有しないことにより、基材及びＴＷＣのこのような部分を、ゼオライトが細孔内に存在した場合よりも急速に加熱可能にする、低質量密度をもたらすことができる。チャネルの出口端部におけるチャネル内に配置されたゼオライトを有しないことにより、例えば、触媒材料の経費節減をもたらすことができる。
本開示のこれらの例となる実施形態によれば、ゼオライトは、低質量高多孔率の基材のセルチャネルの第１の部分の細孔内にのみ配置されてよく、ＴＷＣは、低質量高多孔率の基材のセルチャネルの第１の部分の壁の少なくとも一部分の上に配置されうる。例えば、これらの例となる実施形態の幾つかでは、壁の第１の部分は、第１の端面から第２の端面まで、少なくとも部分的に延在しうる。例えば、これらの例となる実施形態の幾つかでは、壁の第１の部分は第１の端面から第１の距離だけ離間されていてよく、第１の端面は、多孔質セラミックハニカム体の入口側でありうる。例えば、これらの例となる実施形態の幾つかでは、壁の第２の部分は、第１の端面から壁の第１の部分まで延在しうる。例えば、これらの例となる実施形態の幾つかでは、第１の端面と壁の第１の部分との間に延在する壁は、壁の第１の部分より低い密度を有しうる。例えば、これらの例となる実施形態の幾つかでは、壁の第１の部分は、第２の端面から第２の距離だけ離間されうる。例えば、これらの例となる実施形態の幾つかでは、第１の距離及び第２の距離は、実質的に同一であっても異なっていてもよい。例えば、第１の距離及び／又は第２の距離は、触媒ライトオフ温度及びＨＣ吸着能力に応じて、例えば、低質量高多孔率の基材の長さの約１０％〜５０％など、低質量高多孔率の基材の長さの約５％、例えば、低質量高多孔率の基材の長さの約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約４０％、又はさらには約５０％でありうる。例えば、これらの例となる実施形態の幾つかでは、壁の第３の部分は、第２の端面から壁の第１の部分まで延在する。
第２及び第３の部分は、壁の細孔内に配置されたゼオライトを有しなくてよく、第２の部分及び／又は第３の部分の少なくとも一部分の上に配置されたＴＷＣを有しうる。
図７は、入力端面７０２及び出力端面７０４と、壁の細孔内に配置されたゼオライトを有するセルチャネルの第１の部分７０６と、第２及び／又は第３の部分７０８、７１０の壁上にはＴＷＣが配置されているが、壁の細孔内にはゼオライトが配置されていない、セルチャネルの第２及び第３の部分７０８、７１０とを有する、基材７００の概略的な断面図を示している。壁の細孔内に配置されたゼオライトを有する第１の部分７０６は、本開示のこれらの例となる実施形態に従って壁上に配置されたＴＷＣを有しうる。このような配置は、高多孔率低質量の基材の開始時の末端又は他の所望のセクションにおける質量密度を低く保つという利点をもたらす。第１の部分７０６、第２の部分７０８、及び／又は第３の部分７１０の設計は、ＨＣ吸着脱着サイクルを最適化し、所望の熱サイクルを管理するために、必要に応じて変化させることができる。
本開示の例となる実施形態は、単なる例証であって、限定することは意図されていない、それらのある特定の例となる具体的な実施形態に関して以下にさらに説明される。
高多孔率低質量のハニカム体を、ＺＳＭ−５及びＡＬ−２０を含むゼオライトスラリーでコーティングした。ゼオライトスラリーを壁の細孔内にのみ配置した。乾燥後、ゼオライトが壁に配置された高多孔率低質量のハニカム体を、チャネル壁面上の層として三元触媒（ＴＷＣ）でコーティングした。試料を焼成し、本開示の例となる実施形態に従ってＣ３Ｈ６を使用して、炭化水素（ＨＣ）の吸着及び脱着／酸化について試験した。Ｃ３Ｈ６をＣＳ条件下で吸着させ、かなりの部分を加熱サイクル（ＨＴ）中に酸化した。比較試料をＴＷＣのみでコーティングし、次に、同様に焼成し、炭化水素（ＨＣ）吸着及び脱着／酸化について試験した。
約１インチ（２．５４ｃｍ）直径×約３インチ（７．６２ｃｍ）長の寸法を有する高多孔率低質量のハニカム体基材を、ゼオライトなしで、真空コーティング法を使用して、ＴＷＣ（約０．１ｇ／４ｃｍ３）でコーティングした。この触媒加工された比較試料の約１インチ（２．５ｃｍ）直径×約１インチ（２．４ｃｍ）長の試料を、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）検出器を使用して、９０，０００ｃｈ／ｈｒの空間速度（ｃｈは容積変化を指し、したがって、ｃｈ／ｈｒは、本明細書では１時間あたりの容積変化を指す）及び約１７．４リットル／分の全流量で、約４００ｐｐｍのプロピレン、５０００ｐｐｍの一酸化炭素、５００ｐｐｍの一酸化窒素、１４％のＣＯ２、１０％の蒸気（Ｈ２Ｏ）、１７００ｐｐｍの水素（Ｈ２）、残りの窒素を用いた、ライトオフベンチ試験において試験した。図８は、オン・ウォールＴＷＣを有する試料についての時間（秒）の関数としてのプロピレン濃度（ｐｐｍ）８０２、及び基材上の触媒の入口温度（℃）８０４及び出口温度（℃）８０６の生データプロットを示している。領域「ＣＳ」に示されるように、触媒が熱くなる前は、プロピレンは除去されなかった。プロピレンは、約２８０秒において酸化され、濃度は、領域「ＨＴ」に示されるように、約５０ｐｐｍ未満に低下した。約０〜１００秒及び約１００〜２００秒の間のプロピレン曲線におけるスパイクは、スケール変更によって生じた機器の異常である。
約１インチ（２．５ｃｍ）直径×約３インチ（７．６ｃｍ）長の寸法を有する同じ高多孔率低質量のハニカム体基材に、約０．１ｇ／ｃｍ３の負荷でＺＳＭ−５ゼオライトをコーティングし、その後、本明細書に記載される本開示の例となる実施形態に従って、チャネル壁面上に約０．１ｇ／ｃｍ３の負荷で、比較例で用いたものと同じＴＷＣをコーティングした。この例となる触媒加工された試料の約１インチ（２．４ｃｍ）直径×約１インチ（２．６ｃｍ）長の試料を、比較例について上で説明したように、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）検出器を使用して、９０，０００ｃｈ／ｈｒの空間速度及び１７．９リットル／分の全流量で、４００ｐｐｍのプロピレン、５０００ｐｐｍの一酸化炭素、５００ｐｐｍの一酸化窒素、１４％のＣＯ２、Ｈ２Ｏの１０％蒸気、１７００ｐｐｍの水素、残りの窒素を用いたライトオフベンチ試験において試験した。図９は、本開示の例となる実施形態に従った、オン・ウォールＴＷＣ及び壁内に配置されたゼオライトを有する例についての時間（秒）の関数としてのプロピレン濃度（ｐｐｍ）９０２、並びに、入口温度（℃）９０４及び出口温度（℃）９１０の生データプロットを示している。図８及び９を参照すると、プロピレン濃度９０２は、試験開始時において、本開示の例となる実施形態における約１５秒の開始時間よりもはるかに低くなることが分かり、高多孔率低質量のハニカム体基材の細孔内にコーティングされたＺＳＭ−５ゼオライト内におけるプロピレンのかなりの吸着が示唆される。曲線９０４で示される温度が上昇し、触媒が加熱されるにつれて、プロピレン濃度９０２は０へと低下し、ＴＷＣ上の酸化反応が示唆される。冷間始動領域ＣＳでは、ボックス９０６に示されるように（図１０の曲線９０２と８０２の間の領域を参照）、ＨＣの吸着が生じた。ＴＷＣ触媒及びゼオライトが加熱されるにつれて、楕円９０８によって示されるように（図１０の曲線９０２と８０２の間の網掛けの領域を参照）、ＨＣの脱着及び分解が生じた。この例の発熱反応は、ゼオライト上のプロピレン（ＨＣ）の吸着、及び、表面のＴＷＣ上での加熱サイクルの間の脱着及び酸化を示している。
図１０は、比較例におけるＴＷＣのみ、並びに、本明細書に記載される本開示の例となる実施形態の例における細孔内のＺＳＭ−５及び壁上のＴＷＣについての２つのライトオフ試験を示す、図８及び９に由来するデータの重ね合わせを提供している。２つの例を比較する図は、約６０％超近くのプロピレンが吸着され、小画分（＜１０％）のプロピレンが脱着され、残りの炭化水素はＣＯ２へと酸化されたことを示している。これらの例は、壁上にＴＷＣがコーティングされた高速ライトオフ高多孔率低質量のハニカム体基材の細孔内にゼオライトをコーティングして、低温において吸着をもたらし、その後、高温において吸着させたプロピレンの脱着及びＴＷＣ上での酸化をもたらすことの利点を明確に実証している。
自動車用触媒におけるゼオライトは、例えば、Ｃ３〜Ｃ１０のＨＣ鎖、アルカン、アルケン、芳香族などを含む、広範囲のＨＣを吸着することが、本出願人によって見出されている。ゼオライトは、約１００，０００マイル（約１６１，０００ｋｍ）を超えて、安定性と信頼性を維持することが見出されている。高速ライトオフ高多孔率低質量のハニカム体基材の細孔内に堆積されたゼオライトを、壁上に堆積させたＴＷＣと組み合わせることによって、本開示の例となる実施形態の概念が実証される。
理論に縛られることは望まないが、高速ライトオフ高多孔率低質量のハニカム体基材の壁は薄いことから、壁の細孔内に配置されたゼオライトに吸着されるＨＣの経路は非常に短く、急速な吸着を生じうる。本明細書で用いられる場合、経路とは、単純に、ガスが基材の壁を貫通するためにとる経路のことを指す。加えて、ＴＷＣ触媒に対する脱着されたＨＣの経路もまた同じ理由から短く、低温における効率的な吸着並びに高温における脱着及び酸化が生じる。壁上に配置されたＴＷＣは、壁内で一塊になる前に、触媒温度まで加熱される傾向にある。よって、壁のバルクが加熱されたときに脱着されたＨＣを加熱された触媒によって容易に酸化することができ、低温における効率的な吸着並びに高温における脱着及び酸化が生じる。さらには、薄い多孔質の壁は、ゼオライトが効率的に用いられ、吸着させたＨＣを放出して酸化させるように、より厚い、あまり多孔質ではない壁よりも容易に加熱される。
この開示に従った、例えば１０％Ｐ〜３５％Ｐの範囲など、より低い多孔率（％Ｐ）を有するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）の例となる実施形態では、ゼオライトは、ＤＯＣの壁の細孔内に配置することができ、ＴＷＣは、本明細書に記載されるように壁上に配置することができる。ＤＯＣの事例では、ゼオライトは、エンジンサイクルが冷却温度で動作するときにＨＣを吸着し、その後、エンジンサイクルが高温で動作するときに上に記載かつ実証されるようにＨＣを脱着及び酸化することができる。
これらの例となる実施形態の幾つかでは、エンジン排気などの流体を清浄化するための排気システムは、壁の細孔の内に配置されたゼオライト及び本明細書に記載されるように基材の壁上に配置されたＴＷＣを備えた、高多孔率又はより低い多孔率を有する低質量の基材を含みうる。基材は、筐体内に配置されてもよく、該筐体は、排気システムなどの流体処理システム内に配置されうる。筐体は、カンと称することもでき、セラミックハニカム体をカン内に配置するプロセスをキャニングと称することができる。
図１１は、壁の細孔内に配置されたゼオライト触媒及び壁の表面上に配置されたＴＷＣを備えた、多孔質セラミックハニカム体を含む排気システムの例となる実施形態を示している。これらの実施形態の幾つかに従ったシステム３は、エンジン５又は、精製される、排ガス流などの流体流「Ｇ」の他の供給源、基材９を取り付けるためのチャンバ８を有する筐体７、フィルタ１１、及び、排気管又は排気筒などの出口パイプ１３を含みうる。筐体７は、ガス流Ｇをチャンバ８内へと、筐体チャンバ８内に配置された基材９のチャネルを通って誘導し、それによって、例となる実施形態の幾つかに関して上述されるようにガス流が精製される、入口１２を有しうる。精製されたガス流Ｇ１は、出口１４を通って筐体７から出ることができ、それぞれの出口及び入口端を塞栓２０で封止された入口及び出口チャネルを有するスルーウォールフィルタ１１の壁を通過する際に濾過されて、排気管１３からの精製かつ濾過されたガス流の排出をもたらすことができる。フィルタ１１は、ディーゼル微粒子フィルタ又はガス微粒子フィルタとすることができ、これらの例となる実施形態の幾つかに従った基材９の上流又は下流でありうる。さらには、排気システムの追加的な構成要素は、例えば、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒及び他の互換性のある構成要素を含みうる。
システム２１では、これらの例となる実施形態の幾つかに従って、基材は、精製されたガス流Ｇ１が排気管１３から直接流出できるように、エンジン１０から遠くに位置し、微粒子フィルタ１１を伴わない。すなわち、システム３では、基材は、本開示のさまざまな例となる実施形態に従って上述されるように、エンジン５に密結合されて、高速ライトオフをもたらしうる。同じように、基材９はシステム２１のエンジン１０に密結合されていなくてもよいが、システム２１は、それにもかかわらず、フィルタ、ＳＣＲ触媒など、及びそれらの組合せを含みうる。基材９が、図７に関して上述した低質量密度の入口部分、冷間始動時及び／又は冷熱サイクル排出成分を吸着し、三元触媒（ＴＷＣ）のライトオフ温度に近いかそれより高い温度で排出成分を脱着する収着剤、並びに、本明細書に記載される例となる実施形態の幾つかに従って脱着した排出成分を分解する、このようなＴＷＣを有する場合には、基材は、エンジンと密接に結合する必要はなく、目標とする規制を下回る十分な駆動サイクル排出量を依然としてもたらしつつ、スペースが限られたシステム設計により大きい柔軟性を提供することができる。
さらには、これらの例となる実施形態に従って配置された収着剤及びＴＷＣを有しない構成要素は、非効率性を生じうる。例えば、図１２に示されるように、ＴＷＣ３７よりもエンジン３５の近くに配置された収着剤３３は、排ガス流Ｇ中の排出成分を吸着するであろうが、しかしながら、ＴＷＣ３７は、加熱が遅延し、さらに、おそらくは、収着剤が脱着温度において成分を脱着した後に、ライトオフ温度に達するであろう。他方では、エンジン３５により近いＴＷＣ３７は、より速く加熱されるが、脱着した成分を分解することができないであろう。さらには、エンジンにより近いＴＷＣ３７、及び収着剤３３よりエンジンからさらに遠い追加のＴＷＣ３９は、追加的な構成要素及び重量を付け加え、さらなるスペースを必要とするであろう。
本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示にさまざまな修正及び変形がなされうることは、当業者にとって明白であろう。よって、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入ることを条件として、添付の特許請求の範囲が本開示の修正及び変形にも及ぶことが意図されている。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材、
前記壁の第１の部分の細孔内に配置されたイン・ウォールゼオライト触媒、及び
前記壁の前記第１の部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）
を備えている、多孔質セラミックハニカム体。
第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材、
前記壁の第１の部分の細孔内に配置されたイン・ウォールゼオライト触媒、及び
前記壁の前記第１の部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）
を備えている、多孔質セラミックハニカム体。
実施形態２
前記壁の前記第１の部分が、前記第１の端面から前記第２の端面まで少なくとも部分的に延在することを特徴とする、実施形態１に記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記壁の前記第１の部分が、前記第１の端面から前記第２の端面まで少なくとも部分的に延在することを特徴とする、実施形態１に記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態３
前記壁の前記第１の部分が、前記壁の第２の部分によって前記第１の端面から離間されており、前記第１の端面が前記多孔質セラミックハニカム体の入口側にあることを特徴とする、実施形態１又は２に記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記壁の前記第１の部分が、前記壁の第２の部分によって前記第１の端面から離間されており、前記第１の端面が前記多孔質セラミックハニカム体の入口側にあることを特徴とする、実施形態１又は２に記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態４
前記壁の前記第２の部分が、前記壁の細孔内にゼオライト触媒を実質的に含まないことを特徴とする、実施形態１〜３のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記壁の前記第２の部分が、前記壁の細孔内にゼオライト触媒を実質的に含まないことを特徴とする、実施形態１〜３のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態５
前記壁の前記第２の部分が、前記壁の前記第１の部分より小さい質量を有することを特徴とする、実施形態１〜４のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記壁の前記第２の部分が、前記壁の前記第１の部分より小さい質量を有することを特徴とする、実施形態１〜４のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態６
ＴＷＣが、前記壁の前記第２の部分の少なくとも一部分の上に配置されていることを特徴とする、実施形態１〜５のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
ＴＷＣが、前記壁の前記第２の部分の少なくとも一部分の上に配置されていることを特徴とする、実施形態１〜５のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態７
前記壁の前記第１の部分が、前記壁の第３の部分によって前記第２の端面から離間されていることを特徴とする、実施形態１〜６のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記壁の前記第１の部分が、前記壁の第３の部分によって前記第２の端面から離間されていることを特徴とする、実施形態１〜６のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態８
前記第２の部分の前記第１の端面から前記第１の部分までと、前記第３の部分の前記第２の端面から前記第１の部分までとが、実質的に同じ長さ又は異なる長さであることを特徴とする、実施形態１〜７のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記第２の部分の前記第１の端面から前記第１の部分までと、前記第３の部分の前記第２の端面から前記第１の部分までとが、実質的に同じ長さ又は異なる長さであることを特徴とする、実施形態１〜７のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態９
前記壁の前記第３の部分が、前記壁の細孔内にゼオライトを実質的に含まないことを特徴とする、実施形態１〜８のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記壁の前記第３の部分が、前記壁の細孔内にゼオライトを実質的に含まないことを特徴とする、実施形態１〜８のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１０
ＴＷＣが、前記壁の前記第３の部分の少なくとも一部分の上に配置されていることを特徴とする、実施形態１〜９のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
ＴＷＣが、前記壁の前記第３の部分の少なくとも一部分の上に配置されていることを特徴とする、実施形態１〜９のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１１
前記ＴＷＣが、炭化水素酸化触媒、ＣＯ酸化触媒、及びＮＯｘ還元触媒のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、実施形態１〜１０のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記ＴＷＣが、炭化水素酸化触媒、ＣＯ酸化触媒、及びＮＯｘ還元触媒のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、実施形態１〜１０のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１２
前記ゼオライトが、ＺＳＭ−５、ベータゼオライト、モルデナイト、Ｙ−ゼオライト、超安定化Ｙ−ゼオライト、リン酸アルミニウムゼオライト、グメリナイト、マッツァイト、オフレタイト、ＺＳＭ−１２、ＺＳＭ−１８、ベリロリン酸塩−Ｈ、ボグザイト、ＳＡＰＯ−４０、ＳＡＰＯ−４１、それらの組合せ、及びそれらの混合物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、実施形態１〜１１のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記ゼオライトが、ＺＳＭ−５、ベータゼオライト、モルデナイト、Ｙ−ゼオライト、超安定化Ｙ−ゼオライト、リン酸アルミニウムゼオライト、グメリナイト、マッツァイト、オフレタイト、ＺＳＭ−１２、ＺＳＭ−１８、ベリロリン酸塩−Ｈ、ボグザイト、ＳＡＰＯ−４０、ＳＡＰＯ−４１、それらの組合せ、及びそれらの混合物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、実施形態１〜１１のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１３
前記基材が、押出成形されたゼオライトを含むことを特徴とする、実施形態１〜１２のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記基材が、押出成形されたゼオライトを含むことを特徴とする、実施形態１〜１２のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１４
前記基材の多孔率が約５０％を超えることを特徴とする、実施形態１〜１３のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記基材の多孔率が約５０％を超えることを特徴とする、実施形態１〜１３のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１５
前記メジアン細孔径が約７〜１０μｍであることを特徴とする、実施形態１〜１４のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記メジアン細孔径が約７〜１０μｍであることを特徴とする、実施形態１〜１４のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１６
むき出しの前記基材の密度が、６００／３の幾何学形状において、約０．１２〜０．１８ｇｍ／ｃｍ３であることを特徴とする、実施形態１〜１５のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
むき出しの前記基材の密度が、６００／３の幾何学形状において、約０．１２〜０．１８ｇｍ／ｃｍ３であることを特徴とする、実施形態１〜１５のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１７
前記ゼオライトが、ある特定の温度以下における冷間始動時に、排ガス流から炭化水素を吸着し、前記ある特定の温度を上回ると炭化水素を脱着するように構成されており、かつ
前記ＴＷＣが、前記ある特定の温度を上回る上限を有する温度範囲において、前記脱着した炭化水素の少なくとも一部分を分解するように構成されている
ことを特徴とする、実施形態１〜１６のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記ゼオライトが、ある特定の温度以下における冷間始動時に、排ガス流から炭化水素を吸着し、前記ある特定の温度を上回ると炭化水素を脱着するように構成されており、かつ
前記ＴＷＣが、前記ある特定の温度を上回る上限を有する温度範囲において、前記脱着した炭化水素の少なくとも一部分を分解するように構成されている
ことを特徴とする、実施形態１〜１６のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１８
前記ある特定の温度が、約１５０℃〜約２５０℃の範囲の触媒ライトオフ温度であることを特徴とする、実施形態１〜１７のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記ある特定の温度が、約１５０℃〜約２５０℃の範囲の触媒ライトオフ温度であることを特徴とする、実施形態１〜１７のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態１９
前記基材がコージエライトを含み、かつ
前記基材の多孔率が約５０％未満であり、前記基材のメジアン細孔径が約７〜１０μｍであり、前記基材の密度が、４００／４の幾何学形状において、約０．１９〜０．３５ｇｍ／ｃｍ３である
ことを特徴とする、実施形態１〜１３のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記基材がコージエライトを含み、かつ
前記基材の多孔率が約５０％未満であり、前記基材のメジアン細孔径が約７〜１０μｍであり、前記基材の密度が、４００／４の幾何学形状において、約０．１９〜０．３５ｇｍ／ｃｍ３である
ことを特徴とする、実施形態１〜１３のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態２０
前記ゼオライトが、ある特定の温度以下において、ゆっくりとしたサイクルの間に炭化水素を吸着し、前記ある特定の温度を超えると炭化水素を脱着するように構成されており、
前記ＴＷＣが、前記ある特定の温度を上回る上限を含む温度範囲において、前記脱着した炭化水素の少なくとも一部を分解するように構成されている
ことを特徴とする、実施形態１〜１３及び１９のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
前記ゼオライトが、ある特定の温度以下において、ゆっくりとしたサイクルの間に炭化水素を吸着し、前記ある特定の温度を超えると炭化水素を脱着するように構成されており、
前記ＴＷＣが、前記ある特定の温度を上回る上限を含む温度範囲において、前記脱着した炭化水素の少なくとも一部を分解するように構成されている
ことを特徴とする、実施形態１〜１３及び１９のいずれかに記載の多孔質セラミックハニカム体。
実施形態２１
第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材；及び
前記壁の少なくとも一部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）
を備えており、
前記基材が押出成形されたゼオライト触媒を含んでいる、
多孔質セラミックハニカム体。
第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材；及び
前記壁の少なくとも一部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）
を備えており、
前記基材が押出成形されたゼオライト触媒を含んでいる、
多孔質セラミックハニカム体。
実施形態２２
ゼオライト触媒の多孔質セラミック体を押出成形する工程、及び
前記多孔質セラミック体の壁の壁面上に三元触媒（ＴＷＣ）を配置する工程
を含む、セラミック物品の製造方法。
ゼオライト触媒の多孔質セラミック体を押出成形する工程、及び
前記多孔質セラミック体の壁の壁面上に三元触媒（ＴＷＣ）を配置する工程
を含む、セラミック物品の製造方法。
実施形態２３
多孔質セラミック体の壁の第１の部分の壁の細孔内にゼオライト触媒を配置する工程、及び
前記多孔質セラミック体の前記壁の前記第１の部分の少なくとも一部分の壁面上に三元触媒（ＴＷＣ）を配置する工程
を含む、セラミック物品の製造方法。
多孔質セラミック体の壁の第１の部分の壁の細孔内にゼオライト触媒を配置する工程、及び
前記多孔質セラミック体の前記壁の前記第１の部分の少なくとも一部分の壁面上に三元触媒（ＴＷＣ）を配置する工程
を含む、セラミック物品の製造方法。
実施形態２４
前記ＴＷＣが、炭化水素酸化触媒、ＣＯ酸化触媒、及びＮＯｘ還元触媒のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、実施形態２３に記載の方法。
前記ＴＷＣが、炭化水素酸化触媒、ＣＯ酸化触媒、及びＮＯｘ還元触媒のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、実施形態２３に記載の方法。
実施形態２５
前記多孔質セラミック体の前記壁が、前記多孔質セラミック体の第１の端面から第２の端面まで延在する軸方向チャネルを画成し、かつ
前記壁の前記第１の部分が、前記第１の端面から前記第２の端面まで少なくとも部分的に延在する
ことを特徴とする、実施形態２３又は２４に記載の方法。
前記多孔質セラミック体の前記壁が、前記多孔質セラミック体の第１の端面から第２の端面まで延在する軸方向チャネルを画成し、かつ
前記壁の前記第１の部分が、前記第１の端面から前記第２の端面まで少なくとも部分的に延在する
ことを特徴とする、実施形態２３又は２４に記載の方法。
実施形態２６
前記壁の前記第１の部分が、前記壁の第２の部分によって前記第１の端面から離間されており、
前記壁の前記第２の部分が、前記壁の細孔内にゼオライト触媒を実質的に含まない
ことを特徴とする、実施形態２３〜２５のいずれかに記載の方法。
前記壁の前記第１の部分が、前記壁の第２の部分によって前記第１の端面から離間されており、
前記壁の前記第２の部分が、前記壁の細孔内にゼオライト触媒を実質的に含まない
ことを特徴とする、実施形態２３〜２５のいずれかに記載の方法。
実施形態２７
前記壁の前記第２の部分が、前記壁の前記第１の部分よりも低い密度を有することを特徴とする、実施形態２６に記載の方法。
前記壁の前記第２の部分が、前記壁の前記第１の部分よりも低い密度を有することを特徴とする、実施形態２６に記載の方法。
実施形態２８
前記壁の前記第１の部分が、前記壁の第３の部分によって前記第２の端面から離間されており、
前記壁の前記第３の部分が、前記壁の細孔内にゼオライト触媒を実質的に含まない
ことを特徴とする、実施形態２３〜２７のいずれかに記載の方法。
前記壁の前記第１の部分が、前記壁の第３の部分によって前記第２の端面から離間されており、
前記壁の前記第３の部分が、前記壁の細孔内にゼオライト触媒を実質的に含まない
ことを特徴とする、実施形態２３〜２７のいずれかに記載の方法。
実施形態２９
第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材、
前記壁の第１の部分の細孔内に配置されたイン・ウォールゼオライト触媒、及び
前記壁の前記第１の部分の壁の少なくとも一部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）
を備えている多孔質セラミックハニカム体と、
精製される排ガス流を受け入れるように構成された入口、
精製された排ガス流を放出するように構成された出口、及び
前記精製される排ガス流を前記基材の前記第１の端面内へと導くように構成された、前記入口と前記出口との間のチャンバであって、前記基材が前記チャンバ内に配置されている、チャンバ
を備えている筐体と
を含む、排気システム。
第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材、
前記壁の第１の部分の細孔内に配置されたイン・ウォールゼオライト触媒、及び
前記壁の前記第１の部分の壁の少なくとも一部分の壁面上に配置された三元触媒（ＴＷＣ）
を備えている多孔質セラミックハニカム体と、
精製される排ガス流を受け入れるように構成された入口、
精製された排ガス流を放出するように構成された出口、及び
前記精製される排ガス流を前記基材の前記第１の端面内へと導くように構成された、前記入口と前記出口との間のチャンバであって、前記基材が前記チャンバ内に配置されている、チャンバ
を備えている筐体と
を含む、排気システム。
実施形態３０
排ガス流を生成し、かつ、前記筐体の前記入口に出力するように構成されたエンジンをさらに含むことを特徴とする、実施形態２９に記載のシステム。
排ガス流を生成し、かつ、前記筐体の前記入口に出力するように構成されたエンジンをさらに含むことを特徴とする、実施形態２９に記載のシステム。
実施形態３１
前記筐体の前記チャンバに取り付けられた前記基材が、前記エンジンに密結合していることを特徴とする、実施形態２９又は３０に記載のシステム。
前記筐体の前記チャンバに取り付けられた前記基材が、前記エンジンに密結合していることを特徴とする、実施形態２９又は３０に記載のシステム。
実施形態３２
前記排ガス流を精製するように構成された、フィルタ及び選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒のうちの少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする、実施形態２９〜３１のいずれかに記載のシステム。
前記排ガス流を精製するように構成された、フィルタ及び選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒のうちの少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする、実施形態２９〜３１のいずれかに記載のシステム。
３ システム
５ エンジン
７ 筐体
８ チャンバ
９ 基材
１０ エンジン
１１ フィルタ
１２ 入口
１３ 出口パイプ／排気管／排気筒
１４ 出口
２０ 塞栓
２１ システム
３３ 収着剤
３５ エンジン
３７ ＴＷＣ
３９ ＴＷＣ
１００ ハニカム体
１１０ 交差する壁
１１２ セルチャネル
１１４ 上面／第１の端面
１１６ 底面／第２の端面
２０２ ＨＣ排出量
２０４ エンジンからの排気温度
３０２ ゼオライト吸着体より前のＨＣ
３０４ ゼオライト吸着体の後のＨＣ
３０６ ゼオライト吸着体より前の排気温度
３０８ ゼオライト吸着体の後の排気温度
４０２ より高質量低多孔性の壁
４０４ より低質量高多孔性の壁
５０２ 従来の基材／高質量低多孔性の壁／チャネル壁
５０４ 高多孔率低質量の基材／チャネル壁
５０６ ゼオライト
５０８ 細孔
５１２ ＴＷＣ
６０２ 吸着
６０４ 脱着
６０６ 酸化
７００ 基材
７０２ 入力端面
７０４ 出力端面
７０６ セルチャネルの第１の部分
７０８ セルチャネルの第２の部分
７１０ セルチャネルの第３の部分
８０２ プロピレン濃度
８０４ 入口温度
８０６ 出口温度
９０２ プロピレン濃度
９０４ 入口温度
９０６ ボックス
９０８ 楕円
９１０ 出口温度
５ エンジン
７ 筐体
８ チャンバ
９ 基材
１０ エンジン
１１ フィルタ
１２ 入口
１３ 出口パイプ／排気管／排気筒
１４ 出口
２０ 塞栓
２１ システム
３３ 収着剤
３５ エンジン
３７ ＴＷＣ
３９ ＴＷＣ
１００ ハニカム体
１１０ 交差する壁
１１２ セルチャネル
１１４ 上面／第１の端面
１１６ 底面／第２の端面
２０２ ＨＣ排出量
２０４ エンジンからの排気温度
３０２ ゼオライト吸着体より前のＨＣ
３０４ ゼオライト吸着体の後のＨＣ
３０６ ゼオライト吸着体より前の排気温度
３０８ ゼオライト吸着体の後の排気温度
４０２ より高質量低多孔性の壁
４０４ より低質量高多孔性の壁
５０２ 従来の基材／高質量低多孔性の壁／チャネル壁
５０４ 高多孔率低質量の基材／チャネル壁
５０６ ゼオライト
５０８ 細孔
５１２ ＴＷＣ
６０２ 吸着
６０４ 脱着
６０６ 酸化
７００ 基材
７０２ 入力端面
７０４ 出力端面
７０６ セルチャネルの第１の部分
７０８ セルチャネルの第２の部分
７１０ セルチャネルの第３の部分
８０２ プロピレン濃度
８０４ 入口温度
８０６ 出口温度
９０２ プロピレン濃度
９０４ 入口温度
９０６ ボックス
９０８ 楕円
９１０ 出口温度
Claims (3)
- 第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材、及び
前記壁の少なくとも一部分の壁面上に配置された三元触媒
を備えており、
前記基材が押出成形されたゼオライト触媒を含んでおり、
前記ゼオライト触媒が前記壁の第１の部分に含まれており、
前記壁の第１の部分が、前記第１の端面から前記壁の第２の部分だけ離間しており、該壁の第２の部分の細孔内には前記ゼオライト触媒が配置されていない、
多孔質セラミックハニカム体。 - ゼオライト触媒の多孔質セラミック体を押出成形する工程、及び
前記多孔質セラミック体の前記壁の第１の部分の少なくとも一部分の壁面上に三元触媒を配置する工程
を含み、
前記ゼオライト触媒が前記壁の前記第１の部分に含まれており、前記壁の第１の部分が、前記第１の端面から前記壁の第２の部分だけ離間しており、該壁の第２の部分の細孔内には前記ゼオライト触媒が配置されていない、
多孔質セラミック物品の製造方法。 - 押出成形されたゼオライト触媒からなり、第１の端面から第２の端面まで延在するチャネルを形成する多孔質壁の基材、及び
前記壁の前記第１の部分の壁の少なくとも一部分の壁面上に配置された三元触媒
を備えた、多孔質セラミックハニカム体と、
精製される排ガス流を受け入れるように構成された入口、
精製された排ガス流を放出するように構成された出口、及び
前記精製される排ガス流を前記基材の前記第１の端面内へと導くように構成された、前記入口と前記出口との間のチャンバであって、前記基材が前記チャンバ内に配置されている、チャンバを備えた筐体とを含み、
前記ゼオライト触媒が前記壁の前記第１の部分に含まれており、前記壁の第１の部分が、前記第１の端面から前記壁の第２の部分だけ離間しており、該壁の第２の部分の細孔内には前記ゼオライト触媒が配置されていない、
排気システム。
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