軸方向で変化する貴金属濃度を有する排ガス浄化触媒および該触媒の製造法
本発明は、ハネカム担体上に触媒コートを有する排ガス浄化触媒に関する。該ハネカム担体は、上流端および下流端および上流端から下流端へ流れる多数の流路を有する。触媒コートは、少なくとも１種の成分が、流路に沿って最大値まで増大し、次いでまた下流端に向かって減少する、上流端が低濃度で始まるハネカム担体に沿った濃度分布を示す触媒活性貴金属成分を含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の背景
本発明は、内燃機関の排ガス浄化の分野に関する。特に本発明は、被毒および熱による損傷に関して優れた性能を示す改善された触媒を提供する。本発明はまた、この触媒の製造法も提供する。
【０００２】
以下において本発明を、化学量論的に制御されたガソリンエンジンの排ガスを浄化するための三元触媒に関して説明する。しかしながら、本発明の根本原則はいわゆる希薄燃焼エンジンやディーゼルエンジンにも等しく十分適用可能であることが留意されるべきである。
【０００３】
主として三元触媒は、内燃機関の排ガス中に含まれる汚染物質の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害な物質に転化することに使用される。良好な活性および耐久性を有する公知の三元触媒には、高表面積の、耐火酸化物支持体、例えば高表面積のアルミナに担持された白金族金属、例えば白金、パラジウム、ロジウムおよびイリジウムからの１種以上の触媒成分が用いられる。たいてい支持体は、適切な担体または基材、例えば耐火セラミックまたは金属ハネカム構造を有するモノリシック担体上で薄層またはコーティングの形で保持される。
【０００４】
改善された触媒活性および寿命の需要が絶えず増大することで、担体構造上に多重の触媒層を有する複合触媒が設計されるようになり、各々の層は選択された支持体材料および触媒成分ならびにいわゆる助触媒、安定剤および酸素貯蔵成分を含有する。
【０００５】
ＵＳ５，０１０，０５１には、例えば、ほぼ化学量論的な空気−対−燃料の質量比（空燃比）で自動車エンジンの排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの汚染物質をほぼ同時に転化するための、上流段階および下流段階を有し、該上流段階は下流段階上に含まれる触媒材料とは異なる触媒材料を含有し、かつ例えば３５０℃〜４００℃未満の低い活性化温度(ignition temperature)を有することにより特徴づけられる触媒組成物が記載されている。下流の触媒材料は、例えば約４００〜８００℃でありうる高められた運転温度でＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘをほぼ同時に転化するための上流の触媒材料より高い転化効率を有することにより特徴づけられる。
【０００６】
ＵＳ６，０８７，２９８には、上流の触媒ゾーンおよび少なくとも１つの下流の触媒ゾーンを有する排ガス処理触媒製品が開示されている。上流の触媒ゾーンは、第一の上流の支持体、および少なくとも１つの第一の上流のパラジウム成分を有する上流組成物を有する。上流ゾーンは１つ以上の層を有してよい。下流の触媒ゾーンは、第一の下流の支持体、および第一の下流の貴金属成分を有する第一の下流層を有する。第二の下流層は、第二の下流の支持体および第二の下流の貴金属成分を有する。
【０００７】
排ガス浄化触媒は、高温および、殊に触媒の上流端で触媒を損なわせる作用をもつ排ガス成分、例えば硫黄、鉛およびリンにさらされる。熱による損傷が起こる理由は、出来るだけ早く触媒を活性化(light off)させるために触媒をエンジン出口になるべく近付けて配置するからである。従って通常の運転時に、触媒の上流端は非常に高い温度を受ける。これにより、熱による損傷が触媒の上流端から下流端へ漸次に進行する。
【０００８】
前記に基づいて、公知技術において、殊にこれらの触媒の上流端での排ガス浄化触媒の耐熱性および耐被毒性を改善する必要性がある。それゆえ、そのような触媒およびその製造法を提供することが本発明の目的である。
【０００９】
本発明の簡単な説明
本発明は、触媒コートの熱による損傷および被毒が排ガス浄化触媒の上流端で始まるという観察に基づく。触媒担体の上流端で貴金属成分の濃度を低下させ、かつ同時にさらに下流で濃度を増大させることにより、触媒寿命が改善されうることを発見した。
【００１０】
それゆえ本発明は、ハネカム担体の長手軸方向に沿って触媒活性成分の濃度分布を有する、自動車の排ガスを転化するための触媒ならびにそれの製造法に関する。本発明は、被毒および熱による損傷に関して優れた性能を示す改善された触媒を提供する。
【００１１】
本発明の詳細な説明
これから本発明を、有利な実施態様に関してかつ添付している図に関して記載する。各図は以下のことを示す：
図１： １５０００、３００００〜６００００キロメートルの自動車の総走行マイル数による触媒に沿った触媒活性の劣化
図２： 均一のかつ通常のゾーン触媒における、触媒活性全体の劣化−対−自動車の総走行マイル数
図３： 実施例１の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布
図４： 実施例２の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布
図５： 実施例３の単層のロジウム勾配触媒中のロジウムの濃度分布
図１は図式的に、自動車の排ガス曝露による通常の均一のモノリシックハネカム(monolithic honeycomb)担体触媒の軸寸法に沿った触媒活性を示す。「均一の」という用語は、ここではその軸方向に沿って一定の貴金属濃度を有する触媒を示すのに使用される。１５０００キロメールの運転の後、触媒活性は殆ど影響を受けなかった。しかしながら総走行マイル数の増大にともない、触媒活性は触媒入口から劣化し始める。図１は、この挙動を例示的に３００００〜６００００キロメートルの総走行マイル数について示す。
【００１２】
図２は図式的に、第一の上流ゾーンにおいて高い貴金属濃度を有する通常のゾーン触媒についての、かつ均一触媒についての、すなわち両方の触媒が同じ貴金属負荷量を全体的に有するという仮定のもとその軸寸法において一定の貴金属濃度を有する触媒についての触媒活性−対−総走行マイル数を示す。図２は、ゾーン触媒の利点が老化の程度に強く依存しうることを示す。当初ゾーン触媒は、改善された活性化挙動をもたらす第一の上流ゾーンにおける高い貴金属濃度のおかげで均一触媒より活性の点で優れている。しかしながら寿命の増大とともにゾーン触媒は均一触媒より速く劣化する。このことはまた通常のゾーン−触媒が、高温および被毒成分にさらされる小さい上流ゾーンにおいてその貴金属負荷量の大部分を有することに帰因する。従って、そのような触媒は均一触媒より高く貴金属表面を損失する。
【００１３】
本発明による触媒は、ゾーン触媒のこれらの欠点を改善しようと試みる。本発明による触媒は、触媒コートによりコーティングされたハネカム担体を有する。該ハネカム担体は、上流端および下流端および、上流端から下流端へ流れる多数の流路を有する。触媒コートは、ハネカム担体の軸方向に沿って変化する濃度分布を示す少なくとも１種の触媒活性貴金属成分を有する。この濃度分布に関して、ハネカム担体の３つの隣接する領域は区別される。第二または中間領域が最大濃度を示す一方で、第一または上流領域は各々の貴金属成分について低濃度を示す。第三または下流領域は、第二領域中の最大濃度と等しいかまたはそれより低い貴金属成分の濃度を有する。
【００１４】
触媒コートによりハネカム担体をコーティングすることは、流路を形成する壁の表面にコーティング材料を施与することを意味する。担体の外装表面のコーティングは、高価なコーティング材料の浪費であり、かつ出来るだけ回避しなければならない。ハネカム担体をコーティングするための技術は当業者に公知であり、ここで詳細に説明しない。上で言及されたコーティング濃度は、全体的に施与された乾燥材料をハネカム担体の体積全体で割ったものに等しい。たいていコーティング濃度は、担体１リットル当たりｇ記載で示される。
【００１５】
この発明に適切なハネカム担体はセラミックからかまたは金属箔から製造されうる。セル密度、すなわち担体の断面当たりの流路の数は１０〜２００ｃｍ−２のうちにあってよい。ハネカム担体の外法寸法は、該ハネカム担体の使用を意図する内燃機関に依存する。５０〜１５０ｍｍの直径および２５〜３００ｍｍの長さを有する担体は従来からのものである。
【００１６】
この発明による触媒活性成分の最適化された分布により、触媒の異なった領域中で触媒転化の異なった需要を満たすことが可能になる。例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の同時の転化が、化学量論的な空気−対−燃料比を有する排ガス中で実現されなければならない３元触媒（ＴＷＣ）において、運転温度に到達するために必要とされる時間は重要なパラメータである。
【００１７】
通常のゾーン触媒は、下流ゾーンより高い量の貴金属（大部分はパラジウム）を上流ゾーンにおいて有し、それゆえ改善された活性化挙動ならびに均一にコーティングされた触媒に比べて減少した貴金属含有率を提供する。
【００１８】
しかしながら、運転時に触媒の上流端は極めて高い温度にさらされ、それゆえ触媒の熱による損傷は漸次に上流から下流端で発生する。さらに、排ガス中に存在するリン、亜鉛またはカルシウム源は、殊に上流端で触媒を損なわせる作用をもつ。
【００１９】
本発明は、熱による老化および被毒に対して比較的高い抵抗力の触媒活性を有する触媒を提供する。触媒の第一または上流領域には、低濃度の貴金属成分のみが備え付けられている。従って、被毒および熱応力によるこの領域中での触媒活性の損傷は、触媒の触媒活性全体に僅かな程度で影響を及ぼすに過ぎない。
【００２０】
発明者の調査により、高い被毒にさらされる第一領域は約５〜２０ｍｍの長さを有することが示された。例えば、２４００００キロメートル（１５００００マイル）の走行老化による触媒中のリン濃度は、入口面で最も高く、かつ入口面からの距離が増大するとともに大幅に落ち込む。触媒の第一の１３ｍｍは、触媒の全リン含有率の５０％を超えて含有していた。
【００２１】
従って、この発明による触媒の第一領域は、５〜２０ｍｍの長さを有していると考えられる。この領域に隣接するのは、１０〜１００ｍｍの長さを有する第二領域である。
【００２２】
すでに指摘したように、第一領域は減少した濃度の貴金属を示す。有利には、この領域中で変化する濃度分布を有する貴金属成分の平均濃度は、第二領域中の最大濃度の１０〜６０％に達し、かつ第三領域中の平均濃度は、第二領域中の最大濃度の０〜１００％である。従って、触媒の特別な実施態様において第三領域は全体的に貴金属不含でありうる。
【００２３】
熱応力および被毒に対するその高い抵抗力により、本発明の触媒はクローズカップルド触媒として使用するのに最適であり、すなわち触媒は殊に、内燃機関のエキゾーストマニホルドの近くに配置されることに適しており、そこで触媒は素早くコールドスタートにより加熱されるだけでなく、通常の走行状態時に高い熱応力も受ける。たいていそのような触媒にはパラジウムが、排ガス中の未燃焼炭化水素の酸化を促進するのに役立つ主触媒成分として使用される。
【００２４】
それゆえ、本発明の触媒においてパラジウムを、変化する濃度分布を有する貴金属として使用することが最も有利である。触媒の活性化を素早く達成するために、第二領域中のパラジウム濃度は殊に高い。この第二領域中のパラジウムの最大濃度は、０．１〜１００ｇ／ハネカム担体の体積ｌでありうる。
【００２５】
パラジウム濃度（または他の貴金属の濃度）は、個々の領域内で一定でありうる。すなわち濃度分布はステップ状の外観を有する。しかしながら、触媒の入口面で最も低い濃度を有し、次いで第二領域中でピーク濃度への急な増大を有するハネカム担体に沿ったパラジウムの連続濃度分布を有することが最も有利である。第二領域中でパラジウムは、排ガス中に含まれる未燃焼炭化水素を燃焼し、かつこの反応で放出された熱により触媒の第三領域は強制的に加熱される。これにより触媒全体の活性化温度(light off temperature)は低くなる。
【００２６】
この触媒の最大の利点は、高いパラジウム含有率を有する第二領域をかなり狭く作ることができるので、触媒の製造費を増大しすぎることなく第二領域中のパラジウムの濃度を通常とは異なり高く、例えば１００ｇ／ｌまでかつさらにそれ以上にすることができることである。
【００２７】
触媒の触媒コートはさらに、白金、ロジウム、イリジウムまたはそれらの混合物からなる群から選択される付加的な貴金属成分を有するのが有利である。これらの付加的な成分は３元触媒性能を有する触媒を提供する。これらの付加的な成分は、パラジウムと同じ濃度分布であるが、異なった絶対濃度を有してよい。しかしながら付加的な貴金属成分は、触媒の全ての３つの領域内で同じ一定の濃度を有してもよい。有利には、付加的な貴金属は、０．０５〜５ｇ／ハネカム担体の体積ｌの濃度で存在する白金およびロジウムを有する白金およびロジウムである。
【００２８】
最も有利な実施態様において、変化する濃度分布を有する触媒コートは、その上部に第二の触媒コートが供給されている第一のコーティングを形成し、かつ第二の該触媒コートは、ハネカム担体に沿った一定の濃度を有する付加的な貴金属成分を有する。
【００２９】
本発明による勾配触媒は、最初に均一の高表面積の支持体層を、従来技術において公知の技術による通常のハネカム担体に施与することにより製造することができる。その後、（複数の）触媒活性成分は、この層を（複数の）触媒活性成分の前駆化合物を含有する溶液に含浸させることにより支持体層に導入する。担体の軸方向に沿って（複数の）触媒活性成分の所望された濃度分布を生むために、支持体層を有するハネカム担体を含浸工程の前に、選択された領域中で湿潤剤により処理する。第一の上流ゾーンにおける触媒活性成分の濃度を減少させるために、少なくともこの第一の上流ゾーンは含浸の前に湿潤剤により処理しなければならない。最後に、含浸したハネカム担体を、触媒活性成分の前駆物質をその触媒活性状態に転化するために乾燥しかつか焼する。
【００３０】
別の処理手順において、最初にハネカム担体を、所望された（複数の）触媒活性成分の均一の濃度を有する支持体層により供給してよい。その後、（複数の）触媒活性成分の変化する濃度分布を、上記の含浸技術を適用することにより均一の濃度分布上に負荷してよい。
【００３１】
濃度分布を製造するための湿潤剤は、含浸時の支持体層による貴金属前駆物質の吸収性を低下させるべきである。有利には、湿潤剤は水または有機化合物の水溶液である。有利には、有機化合物はポリエチレングリコール、クエン酸、ポリビニルアルコール、イソプロパノールまたはそれらの混合物からなる群から選択される。有機化合物は、含浸したハネカム担体の最終か焼工程の後にほとんど残らないかまたは全く残余せず容易に揮発しかつ／または分解するべきである。
【００３２】
詳しくは、本発明による排ガス浄化触媒の製造法は以下の工程を有する：
ａ）ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも１種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一の上流領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
【００３３】
上記の方法は、第三の下流領域中で本質的に貴金属不含のハネカム担体に沿って多様の異なる貴金属分布を獲得するための可能性を提供する。
工程ｄ）における加熱空気流は、排ガス入口側から排ガス出口側へかまたはその逆方向において触媒に通して処理してよい。含浸において使用される貴金属前駆物質が支持体層に向かって不十分にまたは強く吸着する能力に依存して、異なった貴金属分布を触媒の軸寸法に沿って獲得することができる。最適な分布は考えられる用途に依存し、かつ実験を通して当業者により決定されうる。
【００３４】
不均一のコーティングの上部に、例えばハネカム担体の全長に沿って均一に分布された白金およびロジウムを含有する第二コーティングを施与してもよい。
【００３５】
特定の濃度の貴金属を有する第一コーティングの第三領域も供給することが所望される場合、以下の代替的な製造処理手順を使用することができる。この代替的な処理は以下の処理工程を有する：
ａ）ハネカム担体を、少なくとも１種の高表面積の支持体材料および貴金属成分を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して、すでに触媒活性化された支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
【００３６】
この処理により、本質的に第三領域内で一定であるハネカム担体に沿った貴金属濃度が生じる。
【００３７】
貴金属の濃度分布を有する第一コーティングの第三領域も供給することが所望される場合、以下の代替的な製造処理手順を使用することができる。この第三の処理は以下の処理工程を有する：
ａ）ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも１種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一および第三領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）１工程で貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に担体全部を含浸するかまたは第一の含浸工程で担体の第一および第二領域を、かつ第二の含浸工程で第三および第二領域を含浸する工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
【００３８】
各々の領域の長さを、対称または非対称に選択することにより分布が達成されうる。
【００３９】
触媒の製造法の全ての実施態様において、貴金属成分のための含浸溶液は不完全なまたは強い吸着性の貴金属成分の前駆化合物を含有する。濃度分布を有する貴金属成分がパラジウムに選択される場合、吸着性が不十分の適切な前駆化合物は、硝酸テトラアンミンパラジウム(palladium tetraammine nitrate)Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２、および吸着性が強い適切な前駆化合物は、硝酸パラジウムＰｄ（ＮＯ３）２である。
【００４０】
実施例
実施例１:
パラジウム勾配を有する単層触媒の製造。
【００４１】
７６．２ｍｍ（３インチ）の全長を有するモノリシックハネカム担体を、貴金属不含のアルミナをベースとするウォシュコートによりコーティングした。コーティングされた基材を１２０℃で乾燥しかつ空気中において５００℃でか焼した。引き続き、上流端からの第一の１５．２ｍｍ（０．６インチ）ならびに下流端からの第一の２５．４ｍｍ（１インチ）を、ポリエチレングリコールの溶液中に浸した。その後、基材全部を硝酸パラジウム溶液に含浸し、かつ直ぐに連続的な空気流中において１２０℃で乾燥し、図３で示されるパラジウムの濃度分布が得られた。基材はウォシュコート１２０ｇ／ｌおよびパラジウム１．４１ｇ／ｌにより負荷されていた。
【００４２】
図３〜５で与えられた濃度分布は、半定量ＸＲＦ−分析により測定した。このために厚さ１．２５２ｃｍ（半インチ）のスライスを、図で与えられた位置で触媒からカットした。次いでこれらのスライスを粉砕し、ＸＲＦ−分析のための粉末が得られた。図３〜５における濃度は、触媒全体の平均濃度に基づく相対値として与えられる。
【００４３】
実施例２：
パラジウム勾配を有する単層触媒の製造。
【００４４】
７６．２ｍｍ（３インチ）の全長を有するモノリシックハネカム担体を、貴金属不含のアルミナをベースとするウォシュコートによりコーティングし、１２０℃で乾燥しかつ空気中において５００℃でか焼した。引き続き、上流端からの第一の１５．２ｍｍ（０．６インチ）ならびに下流端からの第一の２５．４ｍｍ（１インチ）を、ポリエチレングリコールの溶液中に浸した。その後、第一の含浸工程において基材の上流端からの４５．７ｍｍ（１．８インチ）を、硝酸テトラアンミンパラジウム溶液に含浸し、かつ直ぐに連続的な空気流中において１２０℃で乾燥した。この後、第二の含浸工程において下流端からの４５．７ｍｍ（１．８インチ）を硝酸テトラアンミンパラジウム溶液に含浸し、かつ上記のように乾燥した。基材はウォシュコート１２０ｇ／ｌおよびパラジウム１．４１ｇ／ｌにより負荷されていた。生じたパラジウム濃度は図４において示される。
【００４５】
実施例３：
ロジウム勾配を有する単層触媒の製造。
【００４６】
１０１．６ｍｍ（４インチ）の全長を有するモノリシックハネカム担体を、貴金属不含のアルミナをベースとするウォシュコートによりコーティングし、１２０℃で乾燥しかつ空気中において５００℃でか焼した。引き続き、上流端からの第一の１５．２ｍｍ（０．６インチ）ならびに下流端からの第一の１５．２ｍｍ（０．６インチ）を、ポリエチレングリコールの溶液中に浸した。その後、基材全部を硝酸ロジウム溶液に含浸し、かつ直ぐに連続的な空気流中において１２０℃で乾燥し、図５で示されるロジウムの所望された濃度分布を獲得した。基材はウォシュコート１２０ｇ／ｌおよびロジウム０．７０６ｇ／ｌにより負荷されていた。
【００４７】
実施例４：
ＴＷＣ用途のための二重層触媒を製造した。触媒は、第一層においてパラジウム勾配と、均一に分布されたロジウムおよび白金を含有する第二層とを有していた。
【００４８】
実施例１において記載された第一（中間）層によりコーティングされたモノリシックハネカム担体に、完全な三元配合物を有する第二（外）層を添加した。安定化されたアルミナおよび酸素貯蔵成分の他に、第二層は白金０．０７１ｇ／ｌおよびロジウム０．１７７ｇ／ｌを含有していた。第二層のウォシュコートの全吸収量は１２５ｇ／ｌであった。
【００４９】
実施例５（実施例４と比較して均一にコーティングされた触媒）：
ＴＷＣ用途のための二重層触媒を製造し、該触媒中、第一層は均一に分布されたパラジウムを含有し、かつ第二層は均一に分布されたロジウムおよび白金を含有していた。
【００５０】
モノリシック担体は、パラジウムを含有するアルミナをベースとするウォシュコートによりコーティングした。第一（中間）層のウォシュコートの全吸収量は１２０ｇ／ｌであり、かつパラジウム１．４１ｇ／ｌは均一に分布されていた。空気中において５００℃で乾燥およびか焼した後、実施例４において記載された製造された第二（外）層を添加した。
【００５１】
実施例４および実施例５の評価：
２種の触媒の触媒活性を自動車試験において比較した。均一にコーティングされた触媒（実施例５）の排出量が１００％に設定されている、エフティピーテストサイクルにおいて観察された相対排出量を以下の表で示す。触媒は、１６００００キロメートル（１０００００マイル）の通常の運転サイクルに相応する処理手順を有する内燃機関において老化した。
【００５２】
表： 触媒活性の比較
【表１】
【００５３】
表のデータは、触媒の入口で低いパラジウム濃度を有する勾配パラジウム濃度を特徴とする実施例４の触媒が、エンジン老化により実施例５の均一触媒より低い排出量を炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）について示すことを表す。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】自動車の総走行マイル数による触媒に沿った触媒活性の劣化を示す図
【図２】均一のかつ通常のゾーン触媒における、触媒活性全体の劣化−対−自動車の総走行マイル数を示す図
【図３】実施例１の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布を示す図
【図４】実施例２の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布を示す図
【図５】実施例３の単層のロジウム勾配触媒中のロジウムの濃度分布を示す図
【技術分野】
【０００１】
本発明の背景
本発明は、内燃機関の排ガス浄化の分野に関する。特に本発明は、被毒および熱による損傷に関して優れた性能を示す改善された触媒を提供する。本発明はまた、この触媒の製造法も提供する。
【０００２】
以下において本発明を、化学量論的に制御されたガソリンエンジンの排ガスを浄化するための三元触媒に関して説明する。しかしながら、本発明の根本原則はいわゆる希薄燃焼エンジンやディーゼルエンジンにも等しく十分適用可能であることが留意されるべきである。
【０００３】
主として三元触媒は、内燃機関の排ガス中に含まれる汚染物質の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害な物質に転化することに使用される。良好な活性および耐久性を有する公知の三元触媒には、高表面積の、耐火酸化物支持体、例えば高表面積のアルミナに担持された白金族金属、例えば白金、パラジウム、ロジウムおよびイリジウムからの１種以上の触媒成分が用いられる。たいてい支持体は、適切な担体または基材、例えば耐火セラミックまたは金属ハネカム構造を有するモノリシック担体上で薄層またはコーティングの形で保持される。
【０００４】
改善された触媒活性および寿命の需要が絶えず増大することで、担体構造上に多重の触媒層を有する複合触媒が設計されるようになり、各々の層は選択された支持体材料および触媒成分ならびにいわゆる助触媒、安定剤および酸素貯蔵成分を含有する。
【０００５】
ＵＳ５，０１０，０５１には、例えば、ほぼ化学量論的な空気−対−燃料の質量比（空燃比）で自動車エンジンの排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの汚染物質をほぼ同時に転化するための、上流段階および下流段階を有し、該上流段階は下流段階上に含まれる触媒材料とは異なる触媒材料を含有し、かつ例えば３５０℃〜４００℃未満の低い活性化温度(ignition temperature)を有することにより特徴づけられる触媒組成物が記載されている。下流の触媒材料は、例えば約４００〜８００℃でありうる高められた運転温度でＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘをほぼ同時に転化するための上流の触媒材料より高い転化効率を有することにより特徴づけられる。
【０００６】
ＵＳ６，０８７，２９８には、上流の触媒ゾーンおよび少なくとも１つの下流の触媒ゾーンを有する排ガス処理触媒製品が開示されている。上流の触媒ゾーンは、第一の上流の支持体、および少なくとも１つの第一の上流のパラジウム成分を有する上流組成物を有する。上流ゾーンは１つ以上の層を有してよい。下流の触媒ゾーンは、第一の下流の支持体、および第一の下流の貴金属成分を有する第一の下流層を有する。第二の下流層は、第二の下流の支持体および第二の下流の貴金属成分を有する。
【０００７】
排ガス浄化触媒は、高温および、殊に触媒の上流端で触媒を損なわせる作用をもつ排ガス成分、例えば硫黄、鉛およびリンにさらされる。熱による損傷が起こる理由は、出来るだけ早く触媒を活性化(light off)させるために触媒をエンジン出口になるべく近付けて配置するからである。従って通常の運転時に、触媒の上流端は非常に高い温度を受ける。これにより、熱による損傷が触媒の上流端から下流端へ漸次に進行する。
【０００８】
前記に基づいて、公知技術において、殊にこれらの触媒の上流端での排ガス浄化触媒の耐熱性および耐被毒性を改善する必要性がある。それゆえ、そのような触媒およびその製造法を提供することが本発明の目的である。
【０００９】
本発明の簡単な説明
本発明は、触媒コートの熱による損傷および被毒が排ガス浄化触媒の上流端で始まるという観察に基づく。触媒担体の上流端で貴金属成分の濃度を低下させ、かつ同時にさらに下流で濃度を増大させることにより、触媒寿命が改善されうることを発見した。
【００１０】
それゆえ本発明は、ハネカム担体の長手軸方向に沿って触媒活性成分の濃度分布を有する、自動車の排ガスを転化するための触媒ならびにそれの製造法に関する。本発明は、被毒および熱による損傷に関して優れた性能を示す改善された触媒を提供する。
【００１１】
本発明の詳細な説明
これから本発明を、有利な実施態様に関してかつ添付している図に関して記載する。各図は以下のことを示す：
図１： １５０００、３００００〜６００００キロメートルの自動車の総走行マイル数による触媒に沿った触媒活性の劣化
図２： 均一のかつ通常のゾーン触媒における、触媒活性全体の劣化−対−自動車の総走行マイル数
図３： 実施例１の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布
図４： 実施例２の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布
図５： 実施例３の単層のロジウム勾配触媒中のロジウムの濃度分布
図１は図式的に、自動車の排ガス曝露による通常の均一のモノリシックハネカム(monolithic honeycomb)担体触媒の軸寸法に沿った触媒活性を示す。「均一の」という用語は、ここではその軸方向に沿って一定の貴金属濃度を有する触媒を示すのに使用される。１５０００キロメールの運転の後、触媒活性は殆ど影響を受けなかった。しかしながら総走行マイル数の増大にともない、触媒活性は触媒入口から劣化し始める。図１は、この挙動を例示的に３００００〜６００００キロメートルの総走行マイル数について示す。
【００１２】
図２は図式的に、第一の上流ゾーンにおいて高い貴金属濃度を有する通常のゾーン触媒についての、かつ均一触媒についての、すなわち両方の触媒が同じ貴金属負荷量を全体的に有するという仮定のもとその軸寸法において一定の貴金属濃度を有する触媒についての触媒活性−対−総走行マイル数を示す。図２は、ゾーン触媒の利点が老化の程度に強く依存しうることを示す。当初ゾーン触媒は、改善された活性化挙動をもたらす第一の上流ゾーンにおける高い貴金属濃度のおかげで均一触媒より活性の点で優れている。しかしながら寿命の増大とともにゾーン触媒は均一触媒より速く劣化する。このことはまた通常のゾーン−触媒が、高温および被毒成分にさらされる小さい上流ゾーンにおいてその貴金属負荷量の大部分を有することに帰因する。従って、そのような触媒は均一触媒より高く貴金属表面を損失する。
【００１３】
本発明による触媒は、ゾーン触媒のこれらの欠点を改善しようと試みる。本発明による触媒は、触媒コートによりコーティングされたハネカム担体を有する。該ハネカム担体は、上流端および下流端および、上流端から下流端へ流れる多数の流路を有する。触媒コートは、ハネカム担体の軸方向に沿って変化する濃度分布を示す少なくとも１種の触媒活性貴金属成分を有する。この濃度分布に関して、ハネカム担体の３つの隣接する領域は区別される。第二または中間領域が最大濃度を示す一方で、第一または上流領域は各々の貴金属成分について低濃度を示す。第三または下流領域は、第二領域中の最大濃度と等しいかまたはそれより低い貴金属成分の濃度を有する。
【００１４】
触媒コートによりハネカム担体をコーティングすることは、流路を形成する壁の表面にコーティング材料を施与することを意味する。担体の外装表面のコーティングは、高価なコーティング材料の浪費であり、かつ出来るだけ回避しなければならない。ハネカム担体をコーティングするための技術は当業者に公知であり、ここで詳細に説明しない。上で言及されたコーティング濃度は、全体的に施与された乾燥材料をハネカム担体の体積全体で割ったものに等しい。たいていコーティング濃度は、担体１リットル当たりｇ記載で示される。
【００１５】
この発明に適切なハネカム担体はセラミックからかまたは金属箔から製造されうる。セル密度、すなわち担体の断面当たりの流路の数は１０〜２００ｃｍ−２のうちにあってよい。ハネカム担体の外法寸法は、該ハネカム担体の使用を意図する内燃機関に依存する。５０〜１５０ｍｍの直径および２５〜３００ｍｍの長さを有する担体は従来からのものである。
【００１６】
この発明による触媒活性成分の最適化された分布により、触媒の異なった領域中で触媒転化の異なった需要を満たすことが可能になる。例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の同時の転化が、化学量論的な空気−対−燃料比を有する排ガス中で実現されなければならない３元触媒（ＴＷＣ）において、運転温度に到達するために必要とされる時間は重要なパラメータである。
【００１７】
通常のゾーン触媒は、下流ゾーンより高い量の貴金属（大部分はパラジウム）を上流ゾーンにおいて有し、それゆえ改善された活性化挙動ならびに均一にコーティングされた触媒に比べて減少した貴金属含有率を提供する。
【００１８】
しかしながら、運転時に触媒の上流端は極めて高い温度にさらされ、それゆえ触媒の熱による損傷は漸次に上流から下流端で発生する。さらに、排ガス中に存在するリン、亜鉛またはカルシウム源は、殊に上流端で触媒を損なわせる作用をもつ。
【００１９】
本発明は、熱による老化および被毒に対して比較的高い抵抗力の触媒活性を有する触媒を提供する。触媒の第一または上流領域には、低濃度の貴金属成分のみが備え付けられている。従って、被毒および熱応力によるこの領域中での触媒活性の損傷は、触媒の触媒活性全体に僅かな程度で影響を及ぼすに過ぎない。
【００２０】
発明者の調査により、高い被毒にさらされる第一領域は約５〜２０ｍｍの長さを有することが示された。例えば、２４００００キロメートル（１５００００マイル）の走行老化による触媒中のリン濃度は、入口面で最も高く、かつ入口面からの距離が増大するとともに大幅に落ち込む。触媒の第一の１３ｍｍは、触媒の全リン含有率の５０％を超えて含有していた。
【００２１】
従って、この発明による触媒の第一領域は、５〜２０ｍｍの長さを有していると考えられる。この領域に隣接するのは、１０〜１００ｍｍの長さを有する第二領域である。
【００２２】
すでに指摘したように、第一領域は減少した濃度の貴金属を示す。有利には、この領域中で変化する濃度分布を有する貴金属成分の平均濃度は、第二領域中の最大濃度の１０〜６０％に達し、かつ第三領域中の平均濃度は、第二領域中の最大濃度の０〜１００％である。従って、触媒の特別な実施態様において第三領域は全体的に貴金属不含でありうる。
【００２３】
熱応力および被毒に対するその高い抵抗力により、本発明の触媒はクローズカップルド触媒として使用するのに最適であり、すなわち触媒は殊に、内燃機関のエキゾーストマニホルドの近くに配置されることに適しており、そこで触媒は素早くコールドスタートにより加熱されるだけでなく、通常の走行状態時に高い熱応力も受ける。たいていそのような触媒にはパラジウムが、排ガス中の未燃焼炭化水素の酸化を促進するのに役立つ主触媒成分として使用される。
【００２４】
それゆえ、本発明の触媒においてパラジウムを、変化する濃度分布を有する貴金属として使用することが最も有利である。触媒の活性化を素早く達成するために、第二領域中のパラジウム濃度は殊に高い。この第二領域中のパラジウムの最大濃度は、０．１〜１００ｇ／ハネカム担体の体積ｌでありうる。
【００２５】
パラジウム濃度（または他の貴金属の濃度）は、個々の領域内で一定でありうる。すなわち濃度分布はステップ状の外観を有する。しかしながら、触媒の入口面で最も低い濃度を有し、次いで第二領域中でピーク濃度への急な増大を有するハネカム担体に沿ったパラジウムの連続濃度分布を有することが最も有利である。第二領域中でパラジウムは、排ガス中に含まれる未燃焼炭化水素を燃焼し、かつこの反応で放出された熱により触媒の第三領域は強制的に加熱される。これにより触媒全体の活性化温度(light off temperature)は低くなる。
【００２６】
この触媒の最大の利点は、高いパラジウム含有率を有する第二領域をかなり狭く作ることができるので、触媒の製造費を増大しすぎることなく第二領域中のパラジウムの濃度を通常とは異なり高く、例えば１００ｇ／ｌまでかつさらにそれ以上にすることができることである。
【００２７】
触媒の触媒コートはさらに、白金、ロジウム、イリジウムまたはそれらの混合物からなる群から選択される付加的な貴金属成分を有するのが有利である。これらの付加的な成分は３元触媒性能を有する触媒を提供する。これらの付加的な成分は、パラジウムと同じ濃度分布であるが、異なった絶対濃度を有してよい。しかしながら付加的な貴金属成分は、触媒の全ての３つの領域内で同じ一定の濃度を有してもよい。有利には、付加的な貴金属は、０．０５〜５ｇ／ハネカム担体の体積ｌの濃度で存在する白金およびロジウムを有する白金およびロジウムである。
【００２８】
最も有利な実施態様において、変化する濃度分布を有する触媒コートは、その上部に第二の触媒コートが供給されている第一のコーティングを形成し、かつ第二の該触媒コートは、ハネカム担体に沿った一定の濃度を有する付加的な貴金属成分を有する。
【００２９】
本発明による勾配触媒は、最初に均一の高表面積の支持体層を、従来技術において公知の技術による通常のハネカム担体に施与することにより製造することができる。その後、（複数の）触媒活性成分は、この層を（複数の）触媒活性成分の前駆化合物を含有する溶液に含浸させることにより支持体層に導入する。担体の軸方向に沿って（複数の）触媒活性成分の所望された濃度分布を生むために、支持体層を有するハネカム担体を含浸工程の前に、選択された領域中で湿潤剤により処理する。第一の上流ゾーンにおける触媒活性成分の濃度を減少させるために、少なくともこの第一の上流ゾーンは含浸の前に湿潤剤により処理しなければならない。最後に、含浸したハネカム担体を、触媒活性成分の前駆物質をその触媒活性状態に転化するために乾燥しかつか焼する。
【００３０】
別の処理手順において、最初にハネカム担体を、所望された（複数の）触媒活性成分の均一の濃度を有する支持体層により供給してよい。その後、（複数の）触媒活性成分の変化する濃度分布を、上記の含浸技術を適用することにより均一の濃度分布上に負荷してよい。
【００３１】
濃度分布を製造するための湿潤剤は、含浸時の支持体層による貴金属前駆物質の吸収性を低下させるべきである。有利には、湿潤剤は水または有機化合物の水溶液である。有利には、有機化合物はポリエチレングリコール、クエン酸、ポリビニルアルコール、イソプロパノールまたはそれらの混合物からなる群から選択される。有機化合物は、含浸したハネカム担体の最終か焼工程の後にほとんど残らないかまたは全く残余せず容易に揮発しかつ／または分解するべきである。
【００３２】
詳しくは、本発明による排ガス浄化触媒の製造法は以下の工程を有する：
ａ）ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも１種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一の上流領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
【００３３】
上記の方法は、第三の下流領域中で本質的に貴金属不含のハネカム担体に沿って多様の異なる貴金属分布を獲得するための可能性を提供する。
工程ｄ）における加熱空気流は、排ガス入口側から排ガス出口側へかまたはその逆方向において触媒に通して処理してよい。含浸において使用される貴金属前駆物質が支持体層に向かって不十分にまたは強く吸着する能力に依存して、異なった貴金属分布を触媒の軸寸法に沿って獲得することができる。最適な分布は考えられる用途に依存し、かつ実験を通して当業者により決定されうる。
【００３４】
不均一のコーティングの上部に、例えばハネカム担体の全長に沿って均一に分布された白金およびロジウムを含有する第二コーティングを施与してもよい。
【００３５】
特定の濃度の貴金属を有する第一コーティングの第三領域も供給することが所望される場合、以下の代替的な製造処理手順を使用することができる。この代替的な処理は以下の処理工程を有する：
ａ）ハネカム担体を、少なくとも１種の高表面積の支持体材料および貴金属成分を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して、すでに触媒活性化された支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
【００３６】
この処理により、本質的に第三領域内で一定であるハネカム担体に沿った貴金属濃度が生じる。
【００３７】
貴金属の濃度分布を有する第一コーティングの第三領域も供給することが所望される場合、以下の代替的な製造処理手順を使用することができる。この第三の処理は以下の処理工程を有する：
ａ）ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも１種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一および第三領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）１工程で貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に担体全部を含浸するかまたは第一の含浸工程で担体の第一および第二領域を、かつ第二の含浸工程で第三および第二領域を含浸する工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程。
【００３８】
各々の領域の長さを、対称または非対称に選択することにより分布が達成されうる。
【００３９】
触媒の製造法の全ての実施態様において、貴金属成分のための含浸溶液は不完全なまたは強い吸着性の貴金属成分の前駆化合物を含有する。濃度分布を有する貴金属成分がパラジウムに選択される場合、吸着性が不十分の適切な前駆化合物は、硝酸テトラアンミンパラジウム(palladium tetraammine nitrate)Ｐｄ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２、および吸着性が強い適切な前駆化合物は、硝酸パラジウムＰｄ（ＮＯ３）２である。
【００４０】
実施例
実施例１:
パラジウム勾配を有する単層触媒の製造。
【００４１】
７６．２ｍｍ（３インチ）の全長を有するモノリシックハネカム担体を、貴金属不含のアルミナをベースとするウォシュコートによりコーティングした。コーティングされた基材を１２０℃で乾燥しかつ空気中において５００℃でか焼した。引き続き、上流端からの第一の１５．２ｍｍ（０．６インチ）ならびに下流端からの第一の２５．４ｍｍ（１インチ）を、ポリエチレングリコールの溶液中に浸した。その後、基材全部を硝酸パラジウム溶液に含浸し、かつ直ぐに連続的な空気流中において１２０℃で乾燥し、図３で示されるパラジウムの濃度分布が得られた。基材はウォシュコート１２０ｇ／ｌおよびパラジウム１．４１ｇ／ｌにより負荷されていた。
【００４２】
図３〜５で与えられた濃度分布は、半定量ＸＲＦ−分析により測定した。このために厚さ１．２５２ｃｍ（半インチ）のスライスを、図で与えられた位置で触媒からカットした。次いでこれらのスライスを粉砕し、ＸＲＦ−分析のための粉末が得られた。図３〜５における濃度は、触媒全体の平均濃度に基づく相対値として与えられる。
【００４３】
実施例２：
パラジウム勾配を有する単層触媒の製造。
【００４４】
７６．２ｍｍ（３インチ）の全長を有するモノリシックハネカム担体を、貴金属不含のアルミナをベースとするウォシュコートによりコーティングし、１２０℃で乾燥しかつ空気中において５００℃でか焼した。引き続き、上流端からの第一の１５．２ｍｍ（０．６インチ）ならびに下流端からの第一の２５．４ｍｍ（１インチ）を、ポリエチレングリコールの溶液中に浸した。その後、第一の含浸工程において基材の上流端からの４５．７ｍｍ（１．８インチ）を、硝酸テトラアンミンパラジウム溶液に含浸し、かつ直ぐに連続的な空気流中において１２０℃で乾燥した。この後、第二の含浸工程において下流端からの４５．７ｍｍ（１．８インチ）を硝酸テトラアンミンパラジウム溶液に含浸し、かつ上記のように乾燥した。基材はウォシュコート１２０ｇ／ｌおよびパラジウム１．４１ｇ／ｌにより負荷されていた。生じたパラジウム濃度は図４において示される。
【００４５】
実施例３：
ロジウム勾配を有する単層触媒の製造。
【００４６】
１０１．６ｍｍ（４インチ）の全長を有するモノリシックハネカム担体を、貴金属不含のアルミナをベースとするウォシュコートによりコーティングし、１２０℃で乾燥しかつ空気中において５００℃でか焼した。引き続き、上流端からの第一の１５．２ｍｍ（０．６インチ）ならびに下流端からの第一の１５．２ｍｍ（０．６インチ）を、ポリエチレングリコールの溶液中に浸した。その後、基材全部を硝酸ロジウム溶液に含浸し、かつ直ぐに連続的な空気流中において１２０℃で乾燥し、図５で示されるロジウムの所望された濃度分布を獲得した。基材はウォシュコート１２０ｇ／ｌおよびロジウム０．７０６ｇ／ｌにより負荷されていた。
【００４７】
実施例４：
ＴＷＣ用途のための二重層触媒を製造した。触媒は、第一層においてパラジウム勾配と、均一に分布されたロジウムおよび白金を含有する第二層とを有していた。
【００４８】
実施例１において記載された第一（中間）層によりコーティングされたモノリシックハネカム担体に、完全な三元配合物を有する第二（外）層を添加した。安定化されたアルミナおよび酸素貯蔵成分の他に、第二層は白金０．０７１ｇ／ｌおよびロジウム０．１７７ｇ／ｌを含有していた。第二層のウォシュコートの全吸収量は１２５ｇ／ｌであった。
【００４９】
実施例５（実施例４と比較して均一にコーティングされた触媒）：
ＴＷＣ用途のための二重層触媒を製造し、該触媒中、第一層は均一に分布されたパラジウムを含有し、かつ第二層は均一に分布されたロジウムおよび白金を含有していた。
【００５０】
モノリシック担体は、パラジウムを含有するアルミナをベースとするウォシュコートによりコーティングした。第一（中間）層のウォシュコートの全吸収量は１２０ｇ／ｌであり、かつパラジウム１．４１ｇ／ｌは均一に分布されていた。空気中において５００℃で乾燥およびか焼した後、実施例４において記載された製造された第二（外）層を添加した。
【００５１】
実施例４および実施例５の評価：
２種の触媒の触媒活性を自動車試験において比較した。均一にコーティングされた触媒（実施例５）の排出量が１００％に設定されている、エフティピーテストサイクルにおいて観察された相対排出量を以下の表で示す。触媒は、１６００００キロメートル（１０００００マイル）の通常の運転サイクルに相応する処理手順を有する内燃機関において老化した。
【００５２】
表： 触媒活性の比較
【表１】
【００５３】
表のデータは、触媒の入口で低いパラジウム濃度を有する勾配パラジウム濃度を特徴とする実施例４の触媒が、エンジン老化により実施例５の均一触媒より低い排出量を炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）について示すことを表す。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】自動車の総走行マイル数による触媒に沿った触媒活性の劣化を示す図
【図２】均一のかつ通常のゾーン触媒における、触媒活性全体の劣化−対−自動車の総走行マイル数を示す図
【図３】実施例１の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布を示す図
【図４】実施例２の単層のパラジウム勾配触媒中のパラジウムの濃度分布を示す図
【図５】実施例３の単層のロジウム勾配触媒中のロジウムの濃度分布を示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハネカム担体上に触媒コートを有し、該ハネカム担体が上流端および下流端および上流端から下流端へ流れる多数の流路を有する排ガス浄化触媒であって、触媒コートが、ハネカム担体の軸方向に沿って変化する濃度分布を示す少なくとも１種の触媒活性貴金属成分を有し、その際、該ハネカム担体が、各々の貴金属について第一または上流領域中では低濃度を、第二または中間領域中では最大濃度を、かつ第三または下流領域中では第二領域中の最大濃度と等しいかまたはそれより低い第三濃度を有する３つの隣接する領域に分けられている排ガス浄化触媒。
【請求項２】
ハネカム担体の全長が３０〜３００ｍｍでありかつ第一領域が５〜２０ｍｍの長さを有しかつ第一領域に隣接する第二領域が１０〜１００ｍｍの長さを有する、請求項１記載の排ガス浄化触媒。
【請求項３】
第一領域中で変化する濃度分布を有する貴金属成分の平均濃度が、第二領域中の最大濃度の１０〜８０％であり、かつ第三領域中の平均濃度が第二領域中の最大濃度の０〜１００％である、請求項２記載の排ガス浄化触媒。
【請求項４】
貴金属の濃度が個々の領域内で一定である、請求項３記載の排ガス浄化触媒。
【請求項５】
変化する濃度分布を有する貴金属成分がパラジウムであり、かつ第二領域中のその最大濃度が０．１〜１００ｇ／ハネカム担体の体積ｌである、請求項３記載の排ガス浄化触媒。
【請求項６】
パラジウムの濃度が、担体の入口面で最小濃度をかつ触媒担体の第二領域内でピーク濃度を有するハネカム担体の軸方向に沿って連続的に変化する、請求項４記載の排ガス浄化触媒。
【請求項７】
触媒コートがさらに、白金、ロジウム、イリジウムまたはそれらの混合物からなる群から選択される付加的な貴金属成分を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の排ガス浄化触媒。
【請求項８】
付加的な貴金属成分が、パラジウムと同じ濃度分布であるが、異なった絶対濃度を有することを示す、請求項７記載の排ガス浄化触媒。
【請求項９】
付加的な貴金属成分が触媒の全ての３つの領域内で同じ一定の濃度を有する、請求項７記載の排ガス浄化触媒。
【請求項１０】
付加的な貴金属成分が、０．０５〜５ｇ／ハネカム担体の体積ｌの濃度で存在する白金およびロジウムを有する白金およびロジウムである、請求項９記載の排ガス浄化触媒。
【請求項１１】
変化する濃度分布を有する触媒コートが、上部に第二の触媒コートが施与されている第一コーティングを形成し、かつ第二の該触媒コートが、ハネカム担体に沿った一定の濃度を有する付加的な貴金属成分を有する、請求項１０記載の排ガス浄化触媒。
【請求項１２】
請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
ａ）ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも１種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程
を有する、請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法。
【請求項１３】
請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
ａ）ハネカム担体を、少なくとも１種の高表面積の支持体材料および貴金属成分を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して、すでに触媒活性化された支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程
を有する、請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法。
【請求項１４】
請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
ａ）ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも１種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一および第三領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）１工程で貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に担体全部を含浸するかまたは第一の含浸工程で担体の第一および第二領域を、かつ第二の含浸工程で第三および第二領域を含浸する工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程
を有する、請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法。
【請求項１５】
湿潤剤が水または有機化合物の水溶液である、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
湿潤剤が、ポリエチレングリコール、クエン酸、ポリビニルアルコール、イソプロパノールまたはそれらの混合物からなる群から選択される有機化合物の水溶液である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
含浸溶液が、吸着性が不十分な貴金属成分の前駆物質を含有する、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
吸着性が不十分な前駆化合物が硝酸テトラアンミンパラジウムＰｄ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
含浸溶液が、吸着性が強い貴金属成分の前駆物質を含有する、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
吸着性が強い前駆化合物が硝酸パラジウムＰｄ（ＮＯ３）２である、請求項１９記載の方法。
【請求項１】
ハネカム担体上に触媒コートを有し、該ハネカム担体が上流端および下流端および上流端から下流端へ流れる多数の流路を有する排ガス浄化触媒であって、触媒コートが、ハネカム担体の軸方向に沿って変化する濃度分布を示す少なくとも１種の触媒活性貴金属成分を有し、その際、該ハネカム担体が、各々の貴金属について第一または上流領域中では低濃度を、第二または中間領域中では最大濃度を、かつ第三または下流領域中では第二領域中の最大濃度と等しいかまたはそれより低い第三濃度を有する３つの隣接する領域に分けられている排ガス浄化触媒。
【請求項２】
ハネカム担体の全長が３０〜３００ｍｍでありかつ第一領域が５〜２０ｍｍの長さを有しかつ第一領域に隣接する第二領域が１０〜１００ｍｍの長さを有する、請求項１記載の排ガス浄化触媒。
【請求項３】
第一領域中で変化する濃度分布を有する貴金属成分の平均濃度が、第二領域中の最大濃度の１０〜８０％であり、かつ第三領域中の平均濃度が第二領域中の最大濃度の０〜１００％である、請求項２記載の排ガス浄化触媒。
【請求項４】
貴金属の濃度が個々の領域内で一定である、請求項３記載の排ガス浄化触媒。
【請求項５】
変化する濃度分布を有する貴金属成分がパラジウムであり、かつ第二領域中のその最大濃度が０．１〜１００ｇ／ハネカム担体の体積ｌである、請求項３記載の排ガス浄化触媒。
【請求項６】
パラジウムの濃度が、担体の入口面で最小濃度をかつ触媒担体の第二領域内でピーク濃度を有するハネカム担体の軸方向に沿って連続的に変化する、請求項４記載の排ガス浄化触媒。
【請求項７】
触媒コートがさらに、白金、ロジウム、イリジウムまたはそれらの混合物からなる群から選択される付加的な貴金属成分を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の排ガス浄化触媒。
【請求項８】
付加的な貴金属成分が、パラジウムと同じ濃度分布であるが、異なった絶対濃度を有することを示す、請求項７記載の排ガス浄化触媒。
【請求項９】
付加的な貴金属成分が触媒の全ての３つの領域内で同じ一定の濃度を有する、請求項７記載の排ガス浄化触媒。
【請求項１０】
付加的な貴金属成分が、０．０５〜５ｇ／ハネカム担体の体積ｌの濃度で存在する白金およびロジウムを有する白金およびロジウムである、請求項９記載の排ガス浄化触媒。
【請求項１１】
変化する濃度分布を有する触媒コートが、上部に第二の触媒コートが施与されている第一コーティングを形成し、かつ第二の該触媒コートが、ハネカム担体に沿った一定の濃度を有する付加的な貴金属成分を有する、請求項１０記載の排ガス浄化触媒。
【請求項１２】
請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
ａ）ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも１種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程
を有する、請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法。
【請求項１３】
請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
ａ）ハネカム担体を、少なくとも１種の高表面積の支持体材料および貴金属成分を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して、すでに触媒活性化された支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）担体の第一および第二領域を、貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に含浸させる工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程
を有する、請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法。
【請求項１４】
請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法において、
ａ）ハネカム担体を、貴金属成分のための少なくとも１種の高表面積の支持体材料を含有するスラリーでコーティングし、このコーティングを乾燥しかつか焼して支持体層を獲得する工程、
ｂ）担体の第一および第三領域を湿潤剤により湿潤させる工程、
ｃ）１工程で貴金属成分の少なくとも１種の前駆化合物の溶液に担体全部を含浸するかまたは第一の含浸工程で担体の第一および第二領域を、かつ第二の含浸工程で第三および第二領域を含浸する工程、
ｄ）含浸した支持体層を、加熱空気の流をハネカム担体に導通させることにより乾燥させ、それにより上流側面部の低い貴金属濃度を有する連続的な濃度分布を形成する工程、および、
ｅ）か焼しかつ場合により、水素を含有するガス流中で貴金属成分を還元する工程
を有する、請求項１記載の排ガス浄化触媒の製造法。
【請求項１５】
湿潤剤が水または有機化合物の水溶液である、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
湿潤剤が、ポリエチレングリコール、クエン酸、ポリビニルアルコール、イソプロパノールまたはそれらの混合物からなる群から選択される有機化合物の水溶液である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
含浸溶液が、吸着性が不十分な貴金属成分の前駆物質を含有する、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
吸着性が不十分な前駆化合物が硝酸テトラアンミンパラジウムＰｄ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
含浸溶液が、吸着性が強い貴金属成分の前駆物質を含有する、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
吸着性が強い前駆化合物が硝酸パラジウムＰｄ（ＮＯ３）２である、請求項１９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００７−５２１９５３（Ｐ２００７−５２１９５３Ａ）
【公表日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５２４８５（Ｐ２００６−５５２４８５）
【出願日】平成１７年１月１８日（２００５．１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／０００４５０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７７４９７
【国際公開日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（５０１３９９５００）ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト (139)
【氏名又は名称原語表記】Ｕｍｉｃｏｒｅ ＡＧ ＆ Ｃｏ．ＫＧ
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｄｅｎｂａｃｈｅｒ Ｃｈａｕｓｓｅｅ ４、Ｄ−６３４５７ Ｈａｎａｕ、Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１８日（２００５．１．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／０００４５０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７７４９７
【国際公開日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（５０１３９９５００）ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト (139)
【氏名又は名称原語表記】Ｕｍｉｃｏｒｅ ＡＧ ＆ Ｃｏ．ＫＧ
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｄｅｎｂａｃｈｅｒ Ｃｈａｕｓｓｅｅ ４、Ｄ−６３４５７ Ｈａｎａｕ、Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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