JP3753582B2

JP3753582B2 - 酸化性排気中の窒素酸化物吸収用中間孔質酸化物モレキュラーシーブ

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Publication number: JP3753582B2
Application number: JP2000026313A
Authority: JP
Inventors: クマールナルラチャイタニャ; リタナコウジ・フィリップスサビーネ
Original assignee: Regents Of Theuniversity Of Michigan
Current assignee: Regents Of Theuniversity Of Michigan
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: DE60012246D1; DE60012246T2; EP1029582B1; JP2000229222A; EP1029582A1; US6146602A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のリーンバーン作動中に窒素酸化物を吸収するのに有用な、テンプレートにより補助されたゾルゲル処理により調製された中間孔質のモレキュラー・シーブ材料である。より具体的には、貴金属を含む材料が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくとも一つを有するアルミナ基材料である。アルミナ基材料は、特定の異種金属アルコラートから調製された単相の金属−アルミナ材料であるのが、好ましい。
【０００２】
【従来の技術】
燃料経済性の向上のために、空燃比が理論値よりも高いリーンバーン・モードでガソリン・エンジンを作動させることが、望ましい。その様な酸化性のエンジン排気を処理する困難さは、一酸化炭素及び炭化水素と共にガス中で生成される窒素酸化物（NOx）を変換することである。一酸化炭素と炭化水素が酸化される一方で、窒素酸化物は還元されなければならない。この同時変換を行なうためのリーンバーン触媒は、商業的に成功したものではなかった。現在関心がもたれているのは、しばしばリーンバーンNOxトラップと呼ばれるNOx吸収材である。これらの材料は、リーンバーン作動中に排気から窒素酸化物を吸収し、排気の酸素濃度が減少した時に窒素酸化物を放出することが出来る。例えば、空燃比がリッチ又は理論値である時に放出する。通常のNOx吸収材は、白金の様な貴金属と共にアルミナ上に担持されたバリウムの様なアルカリ土類金属である。1998年11月2日に出願され名称が "Use of Sol-Gel Processed Alumina-based Metal Oxides for Absorbing Nitrogen Oxides in Oxidizing Exhaust Gas" である係属中の最近の米国特許出願09/184,146号において、発明者は、アルミナ・マトリックス内にアルカリ金属、アルカリ土類金属又はそれらの混合物を含むゾルゲル処理された材料の期待を上回る利点を、開示している。これらの材料は、通常のアルミナ材料よりも耐硫黄被毒性があることが判っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の出願のものの様な、ゾルゲル処理された材料のNOx吸収性は、ゾルゲル処理中にテンプレートとして界面活性剤を用いながら中間孔質のモレキュラーシーブ・アルミニウム酸化物材料を調製することにより、３００℃から４００℃の温度範囲においてかなり向上させることが出来ることを、発明者は発見した。
【０００４】
セリウム及びランタンを含むアルミニウム酸化物モレキュラーシーブが、"Heterometallic Alkoxides as Precursors for the Incorporation of Lanthanides in Alumina Molecular Sieves" in Research Disclosure, June 1997, 39825に開示されている。"Rare Earth Stabilization of Mesoporous Alumina Molecular Sieves Assembled Through an N^oI^o Pathway", Chem. Commun., 1998において、ZhangとPinnavaiaは、高温安定性を向上させるためのアルミナ内へのCe⁺³又はLa⁺³イオンの含有を開示している。“Synthesis of Porous Yttrium Aluminium Oxide Templated by Dodecyl Sulfate Assemblies”, Chem. Comm., 1998において、Yada他は六方晶構造を持つイットリウム・アルミニウム酸化物を開示する。“High Catalytic Efficiency of Transition Metal Complexes Encapsulated In A Cubic Mesoporous Phase”において、Rao他は臭化セチルトリメチルアンモニウムを用いてのアルミナ−シリカのモレキュラーシーブ（Al-MCM-48）の準備を、開示する。しかしながら、これらの引用文献のいずれも、本発明のモレキュラーシーブの形成を開示していない。
【０００５】
1998年8月17日に出願され名称が "NOx Trap Catalyst For Lean Burn Engines" である米国特許出願09/134,992号には、NOx吸収のためのゾルゲル処理された材料が開示されている。それは、アルミニウム、マグネシウム及びジルコニウムの酸化物を有する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の観点において、ガソリン・リーンバーン・エンジンにより生成される窒素酸化物を含む自動車用排気を処理するための、少なくとも0.1 wt %の貴金属を含むアルカリ金属又はアルカリ土類金属−アルミニウム酸化物のモレキュラーシーブである。貴金属は、白金、パラジウム、ロジウム及びそれらから選ばれる２種以上の混合物からなる群より選択される。アルカリ金属又はアルカリ土類金属−アルミナのシーブは、a.中性の界面活性剤；b. (I)アルミニウムと、(II)アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくとも一つとを当該中間孔質アルミニウム酸化物材料にもたらすアルコラート；c. 水及びd. アルコールからなる成分のゾルゲル法により調製される反応生成物であり、平均直径１０ｎｍ未満の芋虫状気孔を持っている。この様なゲルは、続いて、その中で上記界面活性剤が可溶性でありその中で酸化物が実質的に不可溶性である液体を用いて、洗浄され、生成物全域に平均直径１０ｎｍ未満の芋虫状気孔を有するアルミニウム酸化物生成物が回収される。
【０００７】
別の観点によれば、本発明は、リーンバーン内燃機関により生成される、一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物を含む排気を処理する方法であって、この方法は、リーンバーン・エンジンからの排気を上記触媒に接触させる工程を有する。排気中で酸化されるべき成分を酸化するのに要するよりも多くの酸素を排気が含むリーンバーン条件下で、窒素酸化物が触媒上に吸収され、そして、排気中の酸素濃度が下がった時に、吸収された窒素酸化物が脱離され、貴金属上で還元される。
【０００８】
好ましいアルミニウム酸化物シーブ材料は、以下に詳細に述べることになる異種金属アルコラートのあるものを含むアルコラートから調製される。これらの異種金属アルコラートは、アルコラート分子中に、アルミニウム及び、アルカリ金属又はアルカリ土類金属より選択された別の金属を、含む。選択的に、アルミニウム及びランタニドの異種金属アルコラートを含むことも出来る。ゾルゲル処理中に含められる、異種金属アルコラートと共に、例えばアルミニウム・アルコラート、アルカリ土類金属アルコラート、又はランタニド・アルコラートの様な単一金属アルコラートの量を変化させることにより、これらの好ましい材料中における、アルミナに対するアルカリ金属、アルカリ土類金属及び／又はランタニドの比率を変えることが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述の様に、本発明は、リーンバーン内燃機関により生成される一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物を含む排気を処理するためのアルミニウム酸化物と共に貴金属を有する触媒と、触媒材料である。この触媒は、非常に高い表面積と特徴的な構造を持つという点で優れており、その構造は、中間孔寸法の芋虫状気孔の反復配列により特徴づけられて、モレキュラーシーブと呼ばれる。ここで中間孔質とは、芋虫状気孔の平均直径が１０ｎｍ未満であることを意味する。
【００１０】
この多孔質構造は、特定のテンプレートつまり中性の界面活性剤の助けにより、得られる。この界面活性剤は、最終酸化物生成物中に所望の多孔質構造を生成する界面活性剤との関係で、アルコラート分子を配列させる。その生成物に望ましい特定の理想的な孔径は、本明細書の記載から当業者に明らかである様に、テンプレート分子の選択により、設定することが出来る。
【００１１】
上述の様に、触媒は、白金、パラジウム、ロジウム及びそれらから選ばれる２種以上の混合物からなる群より選択される貴金属を少なくとも0.1 wt %含むアルカリ金属又はアルカリ土類金属−アルミニウム酸化物のモレキュラーシーブを、有する。酸化物シーブ材料は、a)非イオン化ポリエチレン酸化物の界面活性剤；b)アルコラート；c) 水及び d)アルコールからなる成分でゾルゲル法により調製され、中間孔寸法の芋虫状気孔を持つ反応生成物である。これらの成分を混合することでアルカリ金属又はアルカリ土類金属−アルミニウム酸化物の材料ゲルが形成され、次にそのゲルはその中で上記界面活性剤が可溶性でありその中で酸化物が不可溶性である液体を用いて洗浄され、そして生成物全域に中間孔寸法の芋虫状気孔を有するアルミニウム酸化物生成物が回収される。
【００１２】
発明のNOx吸収方法でこのシーブを用いるために、金属酸化物材料は貴金属を含むことになろう。この貴金属は、金属酸化物上に析出させられるか又はゾルゲル処理中に含められることになろう。排気中で酸化されるべき成分を酸化するのに要するよりも多くの酸素を排気が含むリーンバーン条件下で、窒素酸化物が触媒上に吸収され、そして、排気中の酸素濃度が下がった時に、吸収された窒素酸化物が脱離され、貴金属上で還元される。
【００１３】
中間孔質モレキュラー・シーブ酸化物を形成する成分の一つは、中性の界面活性剤である。これの意味するところは、カチオン性若しくはナチオン性のいずれでもない、界面活性剤である。その様な界面活性剤は、プルロニック（Pluronic）、テルジトール（Tergitol）、イゲパル（Igepal）、トリトン（Triton）などである。最も好ましいのは、プルロニック系統の界面活性剤であり、それらは、ポリエチレン酸化物及びポリプロピレン酸化物の共重合体である。用いられるアルコラートの好ましい実施例の一つにおいて、これらの成分は、界面活性剤の濃度を約25%に維持するために、反応させられる。
【００１４】
本発明の中間孔質酸化物を形成する更に別の成分は、(I)アルミニウムと、(II) (a)アルカリ金属及び(b)アルカリ土類金属の少なくとも一つ（それらのいずれかの混合物を含むことを意味する）とを、さらには選択的に(III)ランタニドを、中間孔質酸化物中に、もたらすことになるアルコラートである。アルコラートは、上述の金属の単一のアルコラートであっても、アルミニウム及び上述の金属の別のものとの異種金属アルコラートであっても良い。中間孔質のモレキュラーシーブは、詳細に下記に述べる通りに、アルミニウム−アルカリ金属又はアルミニウム−アルカリ土類金属のアルコラートから調製されるのが、好ましい。
【００１５】
例えば、中間孔質モレキュラーシーブ酸化物は、Rが低アルキル基を表すのが好ましく、Mがアルミニウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属及びランタニドからなる群より選択された金属元素を表し、nがMの原子価である、化学式M(OR)_nにより表される単金属アルコラートより調製され得る。低アルキル基とは、C₁からC₆までを意味する。好ましい単金属アルコラートには、アルミニウムのメトキシド、エトキシド、プロポキシド（n-及びイソ）及びブトキシド（n-、s-及びター）の様なアルコラート、アルカリ金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシド（n-及びイソ）及びブトキシド（n-、s-及びター）の様なアルコラート、アルカリ土類金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシド（n-及びイソ）及びブトキシド（n-、s-及びター）の様なアルコラート、及びランタニドのメトキシド、エトキシド、プロポキシド（n-及びイソ）及びブトキシド（n-、s-及びター）の様なアルコラートが、含まれる。さらに他のものがあることは、本発明から当業者には明らかであろう。中間孔質モレキュラーシーブ生成物は、合計量を100重量パーセントとして、以下の重量パーセントでこれらの成分を含むのが、好ましい。つまり、(a)アルミニウム酸化物及び(b)アルカリ金属酸化物及び／又はアルカリ土類金属酸化物の合計は、それぞれ(a) 20-80 wt %及び(b) 80-20 wt. %の重量パーセントで含まれるのが好ましい。ランタン酸化物が存在する場合には、それは（生成物中のこれら3つの酸化物の合計を100 wt. %として）10-50 wt. %含まれる。より好ましくは、生成物の酸化物中で、これらの重量パーセントは、これらの酸化物のそれぞれ87-40 wt. %, 3-30 wt. %及び10-30 wt. %である。
【００１６】
上述の様にアルコラートは、アルカリ土類−アルミニウム・アルコラート又はアルカリ金属−アルミニウム・アルコラートを含むのが好ましい。アルカリ土類−アルミニウム・アルコラートそして同様に、アルカリ土類−アルミニウム・アルコラートと共に選択的に用いられ得るランタニド−アルミニウム・アルコラートが、ここでその開示内容について参照して引用される米国特許5,403,807号に開示されている。本発明において有用な更に別の異種金属アルコラートは、ここでその開示内容について参照して引用される1998年11月2日に出願され名称が"Single Phase Metal-Alumina Materials Including Alkali Metals Made From Hetero-metallic Alkoxides"である係属中の米国特許出願09/184,269号に開示されている。選択的に、ランタニドの異種金属アルコラートをこれらのアルコラートと共に用いることも出来る。
【００１７】
本発明の中間孔質酸化物材料を調製する好ましい上記異種金属アルコラートは、詳細には、一般化学式と共に列挙された以下のアルコラートである。アルカリ金属−アルミニウム異種金属アルコラートは、M’がアルカリ金属である、一般化学式M'Al(OPrⁱ)₄により表される［ビス（2-プロパノラート）アルミニウム−ビス（μ-プロパノラート）］−アルカリ金属である。反応混合物より分離されると、これらのアルコラートは、例えば[(PrⁱOH)₂K(m-OPrⁱ)₂Al(m-OPrⁱ)₂]_nである溶剤分子が伴なった固体重合体となる。アルカリ土類−アルミニウム異種金属アルコラートは、Mがアルカリ土類金属である一般化学式M[Al(OPrⁱ)₄]₂により表される、ビス［ビス（2-プロパノラート）アルミニウム］−テトラキス（μ-（2-プロパノラート））−アルカリ土類金属である。ランタニド−アルミニウム異種金属アルコラートは、Lnがランタニドである一般化学式Ln[Al(OPrⁱ)₄]₃で表されるトリス［（ビス（2-プロパノラート）（アルミニウム）−ヘキサキス−（μ-（2-プロパノラート））ランタニドである。アルカリ金属とは、リチウム（Li）、ナトリウム（Na）、カリウム（K）、ルビジウム（Rb）及びセシウム（Cs）の様な金属を含むものを意味する。アルカリ土類金属とは、マグネシウム（Mg）、カルシウム（Ca）、ストロンチウム（Sr）及びバリウム（Ba）の様な金属を含むものを意味する。ランタニドとは、ランタン（La）及びセリウム（Ce）の様な周期律表のランタニド系列の元素を含むものを意味する。本発明の開示内容より当業者には明らかである様に、その様な異種金属アルコラートを一つより多く用いても良いであろう。つまり、例えば、リチウム及びナトリウムのアルコラートの両方のアルカリ金属−アルミニウム異種金属アルコラートを用いても良い。アルミニウム・アルコラートの様な単金属アルコラートを、最終的な中間孔質生成物中の金属の比率を所望のものに制御するのに、処理中に加えることが出来る。例えば、本発明に従いNOx吸収のために用いられるのが好ましいカリウム−アルミニウム酸化物材料は、（ビス（2-プロパノラート）−アルミニウム−ビス（μ-(2-プロパノラート）カリウムKAl(OPrⁱ)₄を含むアルコラートから調製され得る。異種金属アルコラートと共に含める、アルミニウム・アルコラート、アルカリ土類アルコラート、アルカリ金属アルコラート及びランタニド・アルコラートの様な一つ又はそれ以上の単金属アルコラートの量を変化させることにより、アルミナに対するアルカリ金属、アルカリ土類金属及び／又はランタニドの比率を変えることが出来る。それで、例えばKのアルミナに対する比率は、Al(OPrⁱ)₃をKAl(OPrⁱ)₄と混合することにより、上記例に従い変化される。例えば、カリウム・ランタン−アルミナは、KAl(OPrⁱ)₄及びLa[Al(OPrⁱ)₄]₃そして選択的にAl(OPrⁱ)₃から、準備され得る。
【００１８】
優れていることに、ここに開示された様に異種金属アルコラートより調製されたこれらの好ましい材料は、全て単金属アルコラートから調製されたものよりもNOx吸収材としての使用には望ましいものであると、発明者は信じている。この様な材料において、アルカリ金属及びランタニドの様な金属は、アルミニウム酸化物のマトリックスの全域により均一に分散しており、金属−酸化物−アルミニウム又は金属−水酸化物−アルミニウムの様な架橋によりアルミナ内に化学結合していることが判る。
【００１９】
本発明の中間孔質酸化物を調製するのに必要な他の２つの成分は水及びアルコールである。アルコールは、s-ブタノール又は、シーブ生成物の形成を可能とする他のアルコールであっても良い。s-ブタノールが理想的な溶剤であるので、例えば、s-プロパノールは、モレキュラーシーブの形成を阻害する。シーブ生成物を形成する成分の量の選択は、本明細書から当業者には明らかであろう。例えば、バリウムとアルミニウム・アルコラートの混合物を用いる場合には、一緒に混合される成分の好ましいモル濃度は、プルロニック（pluronic）界面活性剤が0.1、水が2.0そして、s-ブタノールは25 wt%の界面活性剤濃度を維持するのに充分な量、である。
【００２０】
中間孔質酸化物生成物を作製するゾルゲル・テンプレート法は、アルコール中の制御された濃度の溶液及び、その様な溶液の存在の下でのアルコラートの水和物の準備を、含む。界面活性剤及び他の有機物はそれで、エタノール又はTHF（テトラヒドロフラン）の様な溶剤で綿密に洗浄することにより、除去することが出来る。好ましい構造中での界面活性剤分子の配列は、濃度に応じそして溶剤に応じて変る。生成した粉末は、有機物を取り除くために焼成されそして、白金が含浸される。残留ヒドロキシ基を除去しそしてモレキュラーシーブ粉末の基板への付着性を向上させるための最終熱処理を、車両への装着に先だってか又は車両上で行なうことが出来る。
【００２１】
中間孔質アルカリ金属又はアルカリ土類−アルミニウム酸化物モレキュラーシーブ材料は、酸化物特性を安定化、そうでなければ向上させるために、少量の他の材料を含むことがある。昇温で用いられるべき酸化物材料に含まれるのが一般的な珪素の様な安定化材が、ここでは有用となるであろう。含まれる場合には、それらは、アルカリ金属又はアルカリ土類−アルミニウム酸化物材料の合計重量に基き、約10 wt. %までの量で、用いられることになろう。
【００２２】
上述の様に、NOx吸収における使用のために、中間孔質アルカリ金属又はアルカリ土類−アルミニウム酸化物モレキュラー・シーブ材料は、白金、パラジウム又はロジウム又はそれらから選ばれる２種以上の混合物の様な貴金属を含むことになる。貴金属は、酸化物材料上に担持されても、処理中にゾルゲル材料内に組込まれても良い。例えば、初期湿り法を用いても良く、その場合に、酸化物材料は、白金を担持するために、例えばヘキサクロロ白金酸溶液と、接触させることが出来る。含浸された生成物は、乾燥され、そして一般的には使用前に焼成されることになる。代わりに、白金は、ゾル中に例えば、白金2-ヘキサノン酸エチルとして、含められても良いであろう。この場合に、白金は、単に金属酸化物上に担持されるのではなく、金属酸化物内に含有されることになろう。
【００２３】
アルカリ金属又はアルカリ土類−アルミナのモレキュラーシーブ材料中に含まれる貴金属材料は、中間孔質アルカリ金属又はアルカリ土類−アルミニウム酸化物モレキュラーシーブ材料の合計重量に基き、少なくとも0.1 wt. %の量、含有される。貴金属は、酸化物の重量に基いて0.1〜5 wt. %の量、用いられるのが好ましく、より好ましくは、約1〜2 wt. %含まれる。一例としての湿り含浸のために、貴金属は可溶性貴金属化合物から準備されることがある。限定するものではないが、硝酸塩を含む、水溶性化合物が好ましい。液相からのこの組込みに加えて、例えば白金である貴金属は、塩化白金又は他の白金塩の昇華により、つまり、不安定な白金化合物を用いての300-500^oCの温度範囲でのソリッドステート交換により、準備されることがある。白金が好ましい貴金属である。しかしながら、白金が含まれる時に、ロジウムの様な他の貴金属も少量加えられるのが望ましく、加えられる量は、基体の重量に基き1〜5wt. %であるのが、理想的である。ロジウムは、高温での窒素酸化物の変換効率の向上のために、NOx変換ウインドウを拡大するので、望ましい。
【００２４】
テンプレートとしての中性界面活性剤は、芋虫状気孔のモレキュラーシーブ構造を持つ最終生成物をもたらすことが判った。これらの気孔は、生成物の全域にわたり分散し、そして略均一に分散している。この生成物は、自動車排気ガスが経験する様な高温において構造的に安定であることが判った。本発明によりNOx吸収用のこの材料を用いる時に、酸化物生成物中に芋虫状気孔のモレキュラーシーブを含まなかったゾルゲル処理された材料に比較して、NOx吸収性がかなり向上したことが判った。発明者は、NOx吸収性の向上は、気孔内でのガスの滑らかな動きと構造内に分散した白金の様な触媒金属との反応をもたらす表面特性及び気孔結合性の向上の結果であると、信じている。この理論は、本発明の中間孔質モレキュラーシーブ材料の、テンプレート法を用いない他のゾルゲル処理材料と比較して、期待以上で優れた吸収特性を説明する、進んだものである。しかしながら、この理論の有効性若しくは理解のいずれも、本発明の実施には必要ではない。
【００２５】
排気システム中の吸収材料としての利用のために、本発明の触媒材料の塗付は、コーデュライト、ムライトなどの高温安定で電気絶縁性の材料の基体（機械的担体）上になされることになる。機械的担体は、モノリス・マグネシウム・アルミニウム・シリケート構造（つまりコーデュライト）からなるのが好ましいが、その構成は、本発明の吸収材／触媒にとって極めて重要というものではない。モノリス構造が、N₂吸着性の計測で、50〜100m²/lである構造をもたらすのが、好ましい。セル密度は、圧力降下限界に合致させて最大化されるべきであり、構造の断面積の1 cm²あたり31〜124セルの範囲にあるのが好ましい。基体は、適切な構成であればいかなるものでもよく、しばしば用いられるのは、モノリス・ハニカム構造、紡糸、コルゲート・フォイルや多層材などである。本発明において有用であり、排気システム中で適したものである更に他の材料及び構成は、本明細書の内容より、当業者には自明であろう。
【００２６】
中間孔質アルカリ金属−アルカリ土類−アルミニウム酸化物モレキュラーシーブ材料のウォッシュコート（貴金属は入っていない）を基体へ塗付しそして、それを貴金属の前駆体溶液で含浸することが出来る。代わりに、酸化物材料を貴金属と共に、そのスラリーを形成することにより、基体上へウォッシュコートしても良い。一般的には、酸化物が最初に基体上へ配置され、それから、貴金属前駆体で含浸される。本発明の吸収材生成物を設ける更に別の方法は、本明細書を読んだ当業者には自明であろうが、その方法が本発明にとって極めて重要であるということではない。一般的に、排気システム中での使用のために、この含浸されたウォッシュコートは、貴金属前駆体の官能基を分解し無くすために、昇温状態に晒される。それは更に、焼成に付される。焼成中に、金属粒子は焼成温度における平衡径を得る。理想的には、担体が、最終的な酸化物材料のウォッシュコートを、基体（例えばモノリス）の重量に基き、重量で約20%と40%との間の量、担持する。
【００２７】
材料が使用される時には、排気中に存在する酸素が、白金の様な貴金属を、高温で白金と酸素へと分解する白金酸化物へと酸化することになる。それで、それが、白金とその酸化物の混合物として存在することが、しばしばある。
【００２８】
本発明によるNOx吸収方法は、例えば、パラジウムなどを含む一般的な三元触媒又は、銀、銅などの遷移金属を含むものの様なリーンバーン触媒を用いる触媒コンバーターである別の触媒装置を、排気通路内に配置する工程を有していても良い。例えば、三元触媒は、NOxトラップの上流、それで、エンジンにより近く配置することが出来る。その様な構成において、三元触媒を好ましくはよりエンジンに近く配置することで、触媒が迅速に暖まり、効率的なエンジン冷間始動排出制御が行なわれることになる。NOx吸収材は三元触媒の下流に配置されることになり、そこではより低い排気温度がNOx吸収効率を最大にする。リーンバーン触媒は、もし用いられるならば、NOx除去の方針に応じて、リーンバーンNOxトラップの前又は後に配置することが出来る。
【００２９】
上述の様に、NOxが三元触媒を通り抜けるリーンバーン・エンジン作動中に、NOxは吸収材に貯蔵される。
NOx吸収材は、短期間のわずかにリッチなエンジン作動により、周期的に再生される。それで、貯蔵されたNOxは、トラップ材料から放出（パージ）され、そして、排気中に存在する過剰な炭化水素及びCO及びH₂の様な他の還元種により、吸収材料中の白金の様な貴金属上で、触媒作用的に還元される。一般的に、放出されたNOxは効率的にN₂及びCO₂に変換されるが、その効率は、ロジウムがNOx吸収材ウォッシュコート内に含まれる場合には、向上させられる。しかしながら、これに関して更に寄与するために、NOx吸収材の下流に第２三元触媒を配置することが望ましい場合もあるであろう。上述の様に、本発明のNOx吸収材は、リーンバーン作動中に空燃比が19〜27の範囲であるのが通常であるガソリン・エンジンに用いられるべきである。加えて、本発明のNOx吸収材は、それもまたリーンバーン条件で作動するディーゼル・エンジンに用いられることもある。より還元性の雰囲気を与えるために、ディーゼル燃料からの尿素及び炭化水素の様な物質が、吸収材へか又は吸収材へ入る流れへ噴射されて、吸収材の再生を行なう。
【００３０】
例１
Ba[Al(OⁱPr)₄]₂ (3.41g), Al(OⁱPr)₃（10.94 g）及びP64L（20.1 g, BASF, AGより入手可能）が、s-ブタノール（83 ml）中に溶解され、静かに加熱しながら攪拌される。得られた透明溶液が、s-ブタノール（33 ml）が混合された水（2.5 ml）で、処理される。ゲルがすぐに形成して、一晩放置された。ゲルは、溶剤を取り除くためにフィルター処理され、過剰なテンプレートを除去するために、数回洗浄される。その様にして得られた粉末は、本発明の実施例によるBaO.6Al₂O₃の中間孔質モレキュラーシーブを得るために、600℃で熱分解される。粉末のBET表面積は283 m²/gであり、BJH（Barrett, Johner及びHalenda）孔径は52.4Aである。図１は、このモレキュラーシーブ（MS）のX線粉末解析パターンを示す。この図より、気孔の規則列のために2θ= 1°に干渉ピークを持つことを見ることが出来る。
【００３１】
図２は、モレキュラーシーブBaO.Al₂O₃(MS)のNOxトラップ効率を示している。
【００３２】
例２
Al(OiPr)₃（9.97g）、K(OiPr)（0.48g）及びP64L（15.5 g, BASF, AGより入手可能）が、s-ブタノール（64 ml）中に溶解され、静かに加熱しながら攪拌される。得られた透明溶液が、s-ブタノール（1.9 ml）が混合された水（2.5 ml）で、処理される。ゲルがすぐに形成して、一晩放置された。ゲルは、溶剤を取り除くためにフィルター処理され、過剰なテンプレートを除去するために、数回洗浄される。その様にして得られた粉末は、本発明の実施例によるK-Al₂O₃の中間孔質モレキュラーシーブを得るために、600℃で熱分解される。粉末のBET表面積は366 m²/gであり、BJH孔径は92Aである。そのNOxトラップ性能が図３に示されている。この図より、380℃で72%のNOxをトラップすることが出来ることが判る。
【００３３】
例３
Al(OiPr)₃（8.98g）、KAl(OiPr)（1.47g）及びP64L（15.5 g, BASF, AGより入手可能）が、s-ブタノール（64 ml）に溶解され、静かに加熱そして攪拌される。生じた透明溶液は、s-ブタノール（25 ml）が混合された水（1.9 ml）で、処理される。ゲルがすぐに形成して、一晩放置された。ゲルは、溶剤を取り除くためにフィルター処理され、過剰なテンプレートを除去するために、数回洗浄される。その様にして得られた粉末は、本発明の実施例によるK-Al₂O₃の中間孔質モレキュラーシーブを得るために、600℃で熱分解される。粉末のBET表面積は366 m²/gであり、BJH孔径は92Aである。
【００３４】
以下の例は、比較のためだけに記載されており、本発明により調製されたものではない。
【００３５】
例４
Ba[Al(OiPr)₄]₂（3.41g）及びAl(OiPr)₃（10.94 g）が、2-プロパノール（83 ml）に溶解されて、攪拌された。
生じた透明溶液は、2-プロパノール（33 ml）が混合された水（2.5 ml）で処理される。界面活性剤は用いられない。ゲルがすぐに形成して、一晩放置されて乾燥される。乾燥したゲル（キセロゲル）が、自由流れ粉末を得るために、600℃で熱分解される。粉末のBET表面積は190 m²/gであり、そして、平均気孔径は56 Aである。それのNOxトラップ性能が、例１のモレキュラーシーブ（MS）との比較のために、図２に示される。例１及び４において、同じアルコラートが用いられている。図２より、例１のモレキュラーシーブ材料（MS）が例４の材料に比較して、３００℃から４００℃の温度範囲においてNOxトラップ性能をかなり向上させたことが判る。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べた通り、ゾルゲル処理された材料の３００℃から４００℃の温度範囲におけるNOx吸収性を、ゾルゲル処理中にテンプレートとして界面活性剤を用いながら中間孔質のモレキュラーシーブ・アルミニウム酸化物材料を調製することにより、かなり向上させることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例により調製されたBaO.6Al₂O₃モレキュラーシーブのX線粉末解析パターンを示すグラフである。
【図２】図１のBaO.6Al₂O₃モレキュラーシーブのNOxトラップ性能を示し、比較のために、ゾルゲル処理されたBaO.6Al₂O₃モレキュラーシーブ（本発明によるものではない）のトラップ効率も示されている。
【図３】本発明の実施例に従い調製されたK-Al₂O₃モレキュラーシーブのNOxトラップ性能を示すグラフである。

Claims

白金、パラジウム、ロジウム及びそれらから選ばれた２種以上の混合物からなる群から選択された少なくとも0.1 wt %の貴金属を含み、窒素酸化物を含むリーンバーン自動車用排気を処理するための、中間孔質アルミニウム酸化物材料のモレキュラー・シーブを有する触媒であって、上記中間孔質アルミニウム酸化物材料が
a. 中性の界面活性剤；
b. (I)アルミニウムと、(II)アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくとも一つとを当該中間孔質アルミニウム酸化物材料にもたらすアルコラート、
c. 水及び
d. アルコール
からなる成分を用いてゾルゲル法により調製され、
上記成分が混合されて、アルミニウム酸化物材料ゲルを形成し、それが、続いて、その中で上記界面活性剤が可溶性でありその中で酸化物が不可溶性である液体を用いて洗浄され、生成物全域に平均直径１０ｎｍ未満の芋虫状気孔が形成されたものである、触媒。