JP4048673B2 - Exhaust gas purification catalyst - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車などからの排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒に関し、詳しくは、排ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)を酸化するのに必要な量より過剰な酸素が含まれている排ガス中のNOx を効率よく浄化できるNOx 吸蔵還元型の排ガス浄化用触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】
リーンバーンエンジンにおいて、常時は酸素過剰の燃料リーン条件で燃焼させ、間欠的に燃料ストイキ〜リッチ条件とすることにより排ガスを還元雰囲気としてNOx を還元浄化するシステムが開発され、実用化されている。そしてこのシステムに最適な触媒として、燃料リーン雰囲気でNOx を吸蔵し、燃料ストイキ〜リッチ雰囲気で吸蔵されたNOx を放出するNOx 吸蔵材を用いたNOx 吸蔵還元型の排ガス浄化用触媒が開発されている。
【0003】
このようなNOx 吸蔵還元型の排ガス浄化用触媒として、例えば特開平5-317652号公報に示されているように、Ba等のアルカリ土類金属をNOx 吸蔵元素とするNOx 吸蔵材とPtとを、アルミナなどの多孔質酸化物担体に担持した排ガス浄化用触媒が提案されている。そして、特開平5-317652号公報には、ジニトロジアミン白金の水溶液に担体を浸漬させてPtを担持させた後、さらに酢酸バリウムの水溶液に担体を浸漬させてBaを担持し、これによりNOx 吸蔵還元型の排ガス浄化用触媒を製造する方法が開示されている。
【0004】
ところでNOx 吸蔵還元型の排ガス浄化用触媒におけるNOx の浄化反応は、排ガス中のNOを酸化してNOx とする第1ステップと、NOx 吸蔵材上にNOx を吸蔵する第2ステップと、NOx 吸蔵材から放出されたNOx を触媒上で還元する第3ステップとからなることがわかっている。また第2ステップにおけるNOx の吸蔵反応は、炭酸塩あるいは硝酸塩などとして担持されているNOx 吸蔵材が貴金属の触媒作用によって還元されて初めて生じる。したがって、Ptなどの貴金属とNOx 吸蔵材とを近接担持することで、貴金属により排ガス中のNOが酸化されてNOx となる第1ステップと、NOx 吸蔵材にNOx を吸蔵する第2ステップと、NOx 吸蔵材から放出されたNOx が還元される第3ステップとが円滑に行われるため、NOx 浄化活性が向上することが明らかとなっている。
【0005】
例えば特開平10−258232号公報には、NOx 吸蔵材と多孔質酸化物担体との複合酸化物からコア部を形成し、それに貴金属を担持した多孔質酸化物からなる触媒担持層を形成してなるNOx 吸蔵還元型の排ガス浄化用触媒が提案されている。この触媒によれば、NOx 吸蔵材と貴金属とは近接しながら離間した状態で担持されているので、NOx の浄化反応と貴金属の粒成長の促進とがバランスされ、高いNOx 浄化活性が発現されるとともに、耐久後のNOx 浄化活性の低下を抑制することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
NOx 吸蔵還元型の排ガス浄化用触媒におけるNOx の浄化反応における各ステップの反応を促進させるには、NOx 吸蔵材と貴金属とを近接担持することが望ましく、NOx 吸蔵材周辺の貴金属の担持密度を高くすることが特に有効である。
【0007】
しかしながら酢酸バリウムなどの水溶液に担体を浸漬させてNOx 吸蔵材を担持する方法では、貴金属とNOx 吸蔵材とはそれぞれ均一に担持されるものの、NOx 吸蔵材は 500nm程度の比較的大きな粒子として担持され、貴金属はきわめて微細な粒子として担持される。そのためNOx 吸蔵材粒子と離間して担持されている貴金属も多く存在し、NOx 吸蔵材粒子の周囲の貴金属の担持密度を特に高めることは困難であった。またNOx 吸蔵材粒子自身に貴金属を担持することも試みられているが、現在のところNOx 吸蔵材粒子の粒径を小さくすることは困難であるためにNOx 吸蔵材の比表面積が小さく、NOx 吸蔵材自身に担持できる貴金属の量はきわめて少ない。
【0008】
また特開平10−258232号公報に開示された排ガス浄化用触媒であっても、そのNOx 浄化活性は充分なものとは言えなかった。つまり、NOx 吸蔵材と多孔質酸化物担体とは複合酸化物を構成しているために、NOx 吸蔵材は多孔質酸化物担体の酸化物格子中に原子状に組み込まれた状態となっている。そのためNOx を吸蔵するためには、NOx 吸蔵材は多孔質酸化物との結合を一旦切断してからNOx と化合する必要があり、その分NOx の吸蔵が起こりにくくなっている。またNOx 吸蔵材と貴金属とは、近接しているといえどもまだ距離が離れているために、上記第2ステップのNOx 吸蔵反応と第3ステップのNOx 還元反応が生じにくいという不具合もあった。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、NOx 吸蔵材の周囲の貴金属の担持密度を高くすることにより、NOx 浄化能を向上させることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の排ガス浄化用触媒の特徴は、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素の塩又は酸化物からなり粒径が 50nm 以上のNOx 吸蔵材粒子と、NOx 吸蔵材粒子の表面の少なくとも一部に形成された多孔質酸化物層と、多孔質酸化物層に担持された貴金属とからなることにある。
【0011】
また本発明のもう一つの排ガス浄化用触媒の特徴は、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素の塩又は酸化物からなり粒径が 50nm 以上のNOx 吸蔵材粒子とNOx 吸蔵材粒子の表面の少なくとも一部に形成された多孔質酸化物層と多孔質酸化物層に担持された貴金属とからなる第1触媒粒子と、多孔質酸化物粒子に貴金属を担持してなる第2触媒粒子とが混在してなることにある。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の排ガス浄化用触媒では、NOx 吸蔵材粒子の表面の少なくとも一部に多孔質酸化物層が形成され、その多孔質酸化物層に貴金属が担持されている。したがってNOx 吸蔵材粒子と貴金属とが近接しているとともに、NOx 吸蔵材粒子の近傍における貴金属の担持密度が高くなる。そしてNOx の吸蔵及び還元は、いずれも貴金属を起点とする近傍領域で起こる。したがって前述の貴金属により排ガス中のNOが酸化されてNOx となる第1ステップと、NOx 吸蔵材にNOx を吸蔵する第2ステップと、NOx 吸蔵材から放出されたNOx が還元される第3ステップとがきわめて円滑に行われるため、NOx 浄化能が向上する。
【0013】
NOx 吸蔵材としてはNa,K,Li,Csなどのアルカリ金属、Ba,Ca,Sr,Mgなどのアルカリ土類金属及びSc,Y,La,Pr,Ndなどの希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素の化合物を用いることができる。化合物としては、炭酸塩、硝酸塩などの塩類、酸化物などが例示される。
【0014】
また多孔質酸化物層を形成する多孔質酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカ−アルミナなどを用いることができる。例えばアルミナは高比表面積を有しているので、貴金属を多く担持させることができる。またチタニアを用いれば、高熱が作用した場合に生じる貴金属の粒成長を抑制することができ、耐久後も高い浄化性能を維持することができる。
【0015】
NO x 吸蔵材粒子の粒子径が小さくなるほど比表面積が増大するため多孔質酸化物層を形成しなくてもある程度の貴金属の担持が可能となる。したがって本発明は、比較的粒径の大きなNOx 吸蔵材粒子の場合に特に有効であり、粒径が50nm以上のNOx 吸蔵材粒子の場合に適用される。
【0016】
多孔質酸化物層は、NOx 吸蔵材粒子の表面の一部に形成されていてもよいし、NOx 吸蔵材粒子の全表面に形成されていてもよい。またNOx 吸蔵材とその表面に形成された多孔質酸化物層との構成割合は、重量比で多孔質酸化物/NOx 吸蔵材=1/ 200〜1/10の範囲とするのが望ましい。多孔質酸化物層がこの範囲より少ないとNOx 吸蔵材に近接担持される貴金属量が少なくなり、NOx 浄化能が低下する。また多孔質酸化物層がこの範囲より多くなると、多孔質酸化物層が厚くなりすぎて排ガスとNOx 吸蔵材との接触確率が低下するためNOx 浄化能が低下するようになる。
【0017】
多孔質酸化物層に担持される貴金属としては、Pt,Rh,Pd,Ru,Irなどが例示され、Ptが特に好ましい。また貴金属の担持量は多いほど好ましいが、その最大担持量は多孔質酸化物層の量にほぼ比例し、多孔質酸化物層を上記範囲とすれば触媒中の貴金属の担持量は多くても 0.5〜1重量%となる。
【0018】
本発明の排ガス浄化用触媒を製造するには、NOx 吸蔵材粒子に多孔質酸化物層を形成し、それに貴金属を担持してもよいし、予め貴金属を担持した多孔質酸化物をNOx 吸蔵材粒子に担持して多孔質酸化物層を形成することもできる。NOx 吸蔵材粒子に多孔質酸化物層を形成するには、アルミニウムアルコキシドやチタニウムアルコキシドなどNOx 吸蔵元素の金属アルコキシドとNOx 吸蔵材粒子とを混合し、加水分解後に焼成することで多孔質酸化物層を形成することができる。またAlやTi元素を含むカップリング剤とNOx 吸蔵材粒子を反応させて有機金属層を形成し、それを焼成して形成してもよいし、共沈反応を利用して形成することも可能である。また貴金属を担持するには、吸着担持法、蒸発乾固法など公知の方法を利用することができる。
【0019】
ところで、多孔質酸化物層に担持される貴金属量は、上記したように多くても1重量%であるため、自動車の排ガスなどを浄化する場合には貴金属の絶対量が不足する場合がある。
【0020】
そこでもう一つの本発明の排ガス浄化用触媒では、上記した排ガス浄化用触媒からなる第1触媒粒子と、多孔質酸化物粒子に貴金属を担持してなる第2触媒粒子とが混在している。第2触媒粒子には比較的多量の貴金属を担持することができるので、全体として充分な貴金属量とすることができ、自動車の排ガスなどを浄化する排ガス浄化用触媒として用いることができるようになる。
【0021】
すなわち第1触媒粒子上では上記した作用が奏され、主としてNOx が円滑に還元浄化されるとともに、還元に用いられたHC及びCOも浄化される。そして第2触媒粒子上では、HC及びCOが酸化浄化されるとともにNOx もある程度浄化される。したがって自動車排ガス中のHC,CO及びNOx を高い浄化率で浄化することができる。
【0022】
第1触媒粒子は、前述の本発明の排ガス浄化用触媒粒子をそのまま用いることができる。
【0023】
第2触媒粒子に用いられる多孔質酸化物粒子としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカ−アルミナなどが例示され、それに担持される貴金属はPt,Rh,Pd,Ru,Irなどが例示される。多孔質酸化物粒子の全てに貴金属が担持されている必要はなく、いくつかの粒子に担持されていればよい。この貴金属の担持量は、第2触媒粒子中に 0.1〜5重量%とすることが好ましい。 0.1重量%より少ないと浄化性能が低下し、5重量%より多く担持しても効果が飽和するとともにコストアップとなる。
【0024】
第1触媒粒子と第2触媒粒子との混合比率は、重量比で第1触媒粒子/第2触媒粒子=1/20〜2/3の範囲とするのが好ましい。第2触媒粒子の量がこの範囲より少ないとその効果が発現されず、第1触媒粒子の量がこの範囲より少なくなるとNOx 浄化能が低下する。
【0025】
本発明の排ガス浄化用触媒は、ストイキ雰囲気に制御された排ガス中で三元触媒として用いることもできるが、空燃比(A/F)が15以上で運転され間欠的に燃料ストイキ〜リッチ雰囲気とされるリーンバーンエンジンからの排ガスと接触させ、排ガス中に含まれるNOx を燃料リーン雰囲気でNOx 吸蔵材に吸蔵し、燃料ストイキ〜リッチ雰囲気でNOx 吸蔵材から放出されたNOx を還元するシステムに用いることが望ましい。
【0026】
すなわちこのシステムに本発明の排ガス浄化用触媒を用いれば、酸素過剰雰囲気では、排ガス中に含まれるNOがNOx 吸蔵材近傍の多孔質酸化物層に担持されている貴金属の触媒作用によって酸化されてNOx となり、それがNOx 吸蔵材に吸蔵される。そして間欠的にストイキ〜燃料過剰雰囲気とされると、NOx 吸蔵材からNOx が放出され、それがNOx 吸蔵材近傍の貴金属の触媒作用によってHCやCOと反応して還元される。第1触媒粒子では、貴金属はNOx 吸蔵材粒子の表面に形成された多孔質酸化物層に担持され、NOx 吸蔵材粒子に近接するとともにNOx 吸蔵材近傍の貴金属の担持密度を高くできるので、NOの酸化及びNOx の還元を円滑に行うことができ、高いNOx 浄化能が発現される。
【0027】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。
【0028】
(実施例1)
図1に本発明の一実施例の排ガス浄化用触媒の模式図を示す。この排ガス浄化用触媒は、第1触媒粒子1と第2触媒粒子2とが混在してなり、第1触媒粒子1は炭酸バリウムからなるNOx 吸蔵材粒子10と、NOx 吸蔵材粒子10の全表面に形成されたチタニア層11と、チタニア層11に担持されたPt12とから構成されている。また第2触媒粒子2はチタニア粒子20からなり、大部分のチタニア粒子20にはPt21が担持されている。
【0029】
以下、この排ガス浄化用触媒の製造方法を説明することで構成の詳細な説明に代える。
【0030】
イソプロピルトリイソステアロイルチタネート 9.3gをn-ヘキサンに溶解し、平均粒径が 500nmの炭酸バリウム粉末 0.2モル(39.5g)を混合して1時間反応させ、炭酸バリウム粒子の表面に有機Tiを付着させた。これを乾燥後 500℃で1時間焼成し、炭酸バリウム粒子の表面がチタニア層11で被覆されてなる担体粉末を調製した。チタニア層11は約2g形成された。
【0031】
次に、上記により形成された担体粉末に、所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量を含浸させ、蒸発・乾固後 500℃で1時間焼成してPt12を担持して第1触媒粒子1を調製した。Pt12の担持量は全体で 0.5gである。
【0032】
そして得られた第1触媒粒子1の粉末全量をTiO2粉末 118gと均一に混合し、その混合粉末に所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量を含浸させ、蒸発・乾固後 500℃で1時間焼成してPt21を担持した。Pt21は主としてチタニア粒子20に担持され、追加のPtの担持量は全体で 0.5g、Ptの合計担持量は 1.0gである。
【0033】
得られた触媒粉末を定法でペレット化し、実施例1のペレット触媒を調製した。そして所定量のペレット触媒を評価装置に充填し、リッチモデルガスとリーンモデルガスをそれぞれ 400℃で5秒間と55秒間ずつ交互に切り換えて流通させる条件下において、リッチガスを流した後リーンガスを流している間のNOx 吸蔵量を測定した。結果を初期NOx 吸蔵量として図2に示す。またこの条件において600℃で1時間処理する耐久試験を行い、その後上記と同様にして 400℃におけるNOx 吸蔵量を測定した。結果を耐久後NOx 吸蔵量として図2に示す。
【0034】
(比較例1)
TiO2粉末 120gに所定濃度の酢酸バリウム水溶液の所定量を含浸させ、蒸発・乾固後 500℃で1時間焼成して 0.2モルのBaを担持した。その後炭酸水素アンモニウム水溶液にて処理して、担持されているBaを炭酸バリウムとした。
【0035】
次に、炭酸バリウムが担持されたTiO2粉末の全量に所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量を含浸させ、蒸発・乾固後 500℃で1時間焼成して 1.0gのPtを担持した。
【0036】
得られた触媒粉末を実施例1と同様にペレット化し、同様にして初期及び耐久後のNOx 吸蔵量を測定した。結果を図2に示す。
【0037】
<評価>
図2より、実施例1の触媒は比較例1の触媒に比べて、初期及び耐久後共にNOx 吸蔵量が多い。これは本発明の排ガス浄化用触媒の構成としたことによる効果であることが明らかである。
【0038】
(実施例2)
19.7gのTi系カップリング剤(i-C3H7O-Ti-(-O-C2H4-NH-C2H4-NH3)3)と、平均粒径が 500nmの炭酸バリウム粉末39.5gを水50gに混合して、ボールミルにて3時間ミリングした。これを濾過し、乾燥後 500℃で1時間焼成し、炭酸バリウム粒子の表面がチタニア層で被覆されてなる担体粉末を調製した。
【0039】
次に、上記により形成された担体粉末に、所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量を含浸させ、蒸発・乾固後 500℃で1時間焼成してPtを担持して第1触媒粒子を調製した。
【0040】
なお、上記で用いた炭酸バリウム粒子自体のPt担持効率は10%弱であったのに対し、チタニア層を形成したことによりPt担持効率は63%に向上した。
【0041】
そして得られた第1触媒粒子の粉末全量を Al2O3粉末 116gと均一に混合し、その混合粉末に所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量を含浸させ、蒸発・乾固後 500℃で1時間焼成してPtを担持した。このときPtは主として Al2O3粉末に担持された。
【0042】
得られた触媒粉末を定法でペレット化し、実施例2のペレット触媒を調製した。このペレット触媒には、1リットル当たり 0.2モルのBaと 2.0gのPtが担持され、TiO2と Al2O3の重量比はTiO2: Al2O3=1:50である。そして実施例1と同様に耐久試験を行い、耐久後の触媒について入りガス温度 200℃、 300℃及び 400℃におけるNOx 吸蔵量をそれぞれ実施例1と同様にして測定した。結果を図3に示す。
【0043】
(比較例2)
Al2O3粉末に所定濃度の酢酸バリウム水溶液の所定量を含浸させ、蒸発・乾固後 500℃で1時間焼成してBaを担持した。その後炭酸水素アンモニウム水溶液にて処理して、担持されているBaを炭酸バリウムとした。
【0044】
次に、炭酸バリウムが担持された Al2O3粉末に所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量を含浸させ、蒸発・乾固後 500℃で1時間焼成してPtを担持した。
【0045】
得られた触媒粉末を実施例1と同様にペレット化し、比較例2の触媒を調製した。このペレット触媒には、1リットル当たり 0.2モルのBaと 2.0gのPtが担持されている。そして実施例2と同様にして耐久後のNOx 吸蔵量を測定し、結果を図3に示す。
【0046】
(比較例3)
アルミナ粉末に所定濃度の酢酸バリウム水溶液の所定量を含浸させ、 120℃で12時間乾燥し 500℃で1時間焼成して、アルミナにBaを担持したコア部粉末を形成した。Baはコア部粉末中に25重量%含まれている。
【0047】
一方、Al2(O-secC4H9)3 を2-プロパノールに0.05モル/Lとなるように溶解した溶液を調製した。この溶液の所定量中に上記コア部粉末の所定量を混合し、室温で1時間撹拌後、濾過・洗浄し、 120℃で12時間乾燥後 500℃で1時間焼成して、ゾル・ゲル法によりコア部粉末表面にアルミナ層を形成した。
【0048】
そして、得られたアルミナ層をもつコア部粉末に所定濃度のジニトロジアンミン白金硝酸水溶液の所定量を含浸し、蒸発・乾固してPtを担持した。得られた触媒粉末を実施例1と同様にペレット化し、比較例3の触媒を調製した。このペレット触媒には、1リットル当たり 0.2モルのBaと 2.0gのPtが担持されている。そして実施例2と同様にして耐久後のNOx 吸蔵量を測定し、結果を図3に示す。
【0049】
<評価>
図3より実施例2の触媒は、比較例2及び比較例2の触媒に比べて、各温度において耐久後のNOx 吸蔵量が多い。これは本発明の排ガス浄化用触媒の構成としたことによる効果であることが明らかである。
【0050】
【発明の効果】
すなわち本発明の排ガス浄化用触媒によれば、NOx の吸蔵活性及びNOx の還元活性が高く、NOx をきわめて効率よく浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の排ガス浄化用触媒の模式的説明図である。
【図2】実施例及び比較例の触媒のNOx 吸蔵量を示すグラフである。
【図3】実施例及び比較例の触媒のNOx 吸蔵量を示すグラフである。
【符号の説明】
1:第1触媒粒子 2:第2触媒粒子 10:NOx 吸蔵材粒子
11:チタニア層(多孔質酸化物層) 12:Pt
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst for purifying exhaust gas from automobiles and the like, and more specifically, an amount of oxygen more than necessary for oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) contained in the exhaust gas. The present invention relates to an NO x storage reduction type exhaust gas purifying catalyst capable of efficiently purifying NO x in exhaust gas contained therein.
[0002]
[Prior art]
In a lean burn engine, a system that reduces and purifies NO x using exhaust gas as a reducing atmosphere by constantly burning in an oxygen-excess fuel lean condition and intermittently changing to a fuel stoichiometric to rich condition has been developed and put into practical use. . And as the best catalysts for this system, occludes NO x in fuel-lean atmosphere, the fuel stoichiometric ~ the NO x storage reduction type catalyst for purifying exhaust gas using the NO x storage material that releases occluded NO x in a rich atmosphere Has been developed.
[0003]
Such NO x storage-and-reduction type exhaust gas purifying catalyst, for example as shown in JP-A-5-317652, and the NO x storage material to an alkaline earth metal such as Ba and the NO x storage element An exhaust gas purifying catalyst in which Pt is supported on a porous oxide carrier such as alumina has been proposed. And, Japanese Patent Laid-Open No. 5-317652, after by immersing the carrier in an aqueous solution of dinitro-diamine platinum by supporting Pt, further by immersing the carrier in an aqueous solution of barium acetate carrying Ba, thereby NO x A method for producing an occlusion reduction type exhaust gas purification catalyst is disclosed.
[0004]
Incidentally purification reaction of the NO x in the NO x storage-and-reduction type exhaust gas purifying catalyst, a first step of the NO x is oxidized to NO in the exhaust gas, a second step of storing the NO x on the NO x storage material And a third step of reducing NO x released from the NO x storage material on the catalyst. Further, the NO x storage reaction in the second step occurs only when the NO x storage material supported as carbonate or nitrate is reduced by the catalytic action of noble metal. Therefore, by proximity carrying the noble metal and the NO x storage material such as Pt, a first step of NO in the exhaust gas is oxidized NO x by the precious metal, the second of occluding NO x in the NO x storage material It is clear that the NO x purification activity is improved because the step and the third step in which NO x released from the NO x storage material is reduced are smoothly performed.
[0005]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-258232, a core portion is formed from a composite oxide of a NO x storage material and a porous oxide carrier, and a catalyst supporting layer made of a porous oxide supporting a noble metal is formed thereon. NO x storage-and-reduction type exhaust gas purifying catalyst comprising Te are proposed. According to this catalyst, since the NO x storage material and the noble metal are supported in a state of being spaced apart from each other, the NO x purification reaction and the promotion of noble metal grain growth are balanced, and high NO x purification activity is achieved. It is expressed and can suppress a decrease in NO x purification activity after endurance.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to promote the reaction of each step in the NO x purification reaction in the NO x occlusion reduction type exhaust gas purification catalyst, it is desirable to support the NO x occlusion material and the precious metal in close proximity, and the precious metal around the NO x occlusion material It is particularly effective to increase the loading density.
[0007]
However, in the method in which the carrier is immersed in an aqueous solution such as barium acetate to support the NO x storage material, the precious metal and the NO x storage material are supported uniformly, but the NO x storage material is a relatively large particle of about 500 nm. The noble metal is supported as very fine particles. Therefore NO apart from the x storage component particles are noble many there are supported, it is difficult to particularly increase the loading density of the noble metal around the NO x storage component particles. Attempts have also been made to support precious metals on the NO x storage material particles themselves, but at present, it is difficult to reduce the particle size of the NO x storage material particles, so the specific surface area of the NO x storage material is small. The amount of precious metal that can be supported on the NO x storage material itself is extremely small.
[0008]
Further, even the exhaust gas purifying catalyst disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-258232 cannot be said to have sufficient NO x purification activity. That is, since the NO x storage material and the porous oxide support constitute a composite oxide, the NO x storage material is in an atomic state in the oxide lattice of the porous oxide support. ing. Therefore in order to absorb NO x is, NO x storage material must be combined with NO x after temporarily break the bond between the porous oxide, occlusion of that amount NO x is less likely to occur. In addition, although the NO x storage material and the precious metal are close to each other, they are still far away from each other, so that the second step of the NO x storage reaction and the third step of the NO x reduction reaction are less likely to occur. there were.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the NO x purification ability by increasing the supporting density of the noble metal around the NO x storage material.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A feature of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention that solves the above problems is a NO x storage material having a particle diameter of 50 nm or more, comprising a salt or oxide of at least one element selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements It consists of particles, a porous oxide layer formed on at least a part of the surface of the NO x storage material particles, and a noble metal supported on the porous oxide layer.
[0011]
Further, another feature of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is a NO x storage material particle comprising a salt or oxide of at least one element selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements and having a particle size of 50 nm or more. Catalyst particles comprising a porous oxide layer formed on at least a part of the surface of the NO x storage material particles and a noble metal supported on the porous oxide layer, and a noble metal supported on the porous oxide particles The second catalyst particles thus formed are mixed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, a porous oxide layer is formed on at least a part of the surface of the NO x storage material particles, and a noble metal is supported on the porous oxide layer. Therefore, the NO x storage material particles and the noble metal are close to each other, and the supporting density of the noble metal in the vicinity of the NO x storage material particles is increased. The occlusion and reduction of the NO x are all occurs in the region near to the origin of the noble metal. Thus a first step of NO in the exhaust gas is oxidized NO x by the aforementioned noble metal, and a second step, NO x NO x released from the storage material is reduced to occlude NO x in the NO x storage material Since the third step is performed very smoothly, the NO x purification ability is improved.
[0013]
The NO x storage material is at least one selected from alkali metals such as Na, K, Li and Cs, alkaline earth metals such as Ba, Ca, Sr and Mg and rare earth elements such as Sc, Y, La, Pr and Nd. Compounds of the elements can be used. Examples of the compound include salts such as carbonate and nitrate, oxides and the like.
[0014]
As the porous oxide forming the porous oxide layer, alumina, silica, titania, zirconia, silica-alumina, or the like can be used. For example, since alumina has a high specific surface area, a large amount of noble metal can be supported. In addition, if titania is used, noble metal grain growth that occurs when high heat is applied can be suppressed, and high purification performance can be maintained even after durability.
[0015]
NO x Since the specific surface area increases as the particle size of the occlusion material particles decreases, a certain amount of noble metal can be supported without forming a porous oxide layer. Therefore, the present invention is particularly effective in the case of NO x storage material particles having a relatively large particle size, and is applied to the case of NO x storage material particles having a particle size of 50 nm or more .
[0016]
Porous oxide layer may be formed on a part of the surface of the NO x storage component particles, it may be formed on the entire surface of the NO x storage component particles. The composition ratio of the NO x storage material and the porous oxide layer formed on the surface thereof is preferably in the range of porous oxide / NO x storage material = 1/200 to 1/10 in weight ratio. . When the porous oxide layer is less than this range, the amount of noble metal supported in the vicinity of the NO x storage material is reduced, and the NO x purification ability is lowered. If the porous oxide layer is larger than this range, the porous oxide layer becomes too thick and the contact probability between the exhaust gas and the NO x storage material is lowered, so that the NO x purification ability is lowered.
[0017]
Examples of the noble metal supported on the porous oxide layer include Pt, Rh, Pd, Ru, Ir and the like, and Pt is particularly preferable. The larger the amount of noble metal supported, the better, but the maximum amount supported is almost proportional to the amount of the porous oxide layer, and if the porous oxide layer is in the above range, the amount of noble metal supported in the catalyst is large. 0.5 to 1% by weight.
[0018]
To manufacture the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, NO in x storage component particles to form a porous oxide layer, it may be a noble metal, a porous oxide carrying pre noble NO x It is also possible to form a porous oxide layer supported on the occlusion material particles. In order to form a porous oxide layer on NO x storage material particles, a metal alkoxide of NO x storage element such as aluminum alkoxide or titanium alkoxide and NO x storage material particles are mixed and calcined after hydrolysis. An oxide layer can be formed. Alternatively, a coupling agent containing Al or Ti element may be reacted with NO x storage material particles to form an organometallic layer, which may be fired or formed using a coprecipitation reaction. Is possible. In order to carry a noble metal, a known method such as an adsorption carrying method or an evaporation / drying method can be used.
[0019]
By the way, the amount of noble metal supported on the porous oxide layer is at most 1% by weight as described above. Therefore, the absolute amount of noble metal may be insufficient when purifying automobile exhaust gas or the like.
[0020]
Therefore, in another exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the first catalyst particles made of the exhaust gas purifying catalyst described above and the second catalyst particles having a noble metal supported on porous oxide particles are mixed. Since the second catalyst particles can carry a relatively large amount of noble metal, the amount of the noble metal can be sufficiently increased as a whole, and can be used as an exhaust gas purification catalyst for purifying automobile exhaust gas and the like. .
[0021]
That is, the above-described action is exerted on the first catalyst particles, and mainly NO x is smoothly reduced and purified, and HC and CO used for the reduction are also purified. On the second catalyst particles, HC and CO are oxidized and purified, and NO x is also purified to some extent. Accordingly HC in automotive exhaust gas, it is possible to purify CO and NO x at a high purification rate.
[0022]
As the first catalyst particles, the aforementioned exhaust gas-purifying catalyst particles of the present invention can be used as they are.
[0023]
Examples of the porous oxide particles used for the second catalyst particles include alumina, silica, titania, zirconia, silica-alumina and the like, and examples of the noble metals supported thereon include Pt, Rh, Pd, Ru and Ir. The It is not necessary for all of the porous oxide particles to carry a noble metal, and it is sufficient that they are carried on several particles. The amount of the noble metal supported is preferably 0.1 to 5% by weight in the second catalyst particles. If the amount is less than 0.1% by weight, the purification performance is lowered, and even if the amount is more than 5% by weight, the effect is saturated and the cost is increased.
[0024]
The mixing ratio of the first catalyst particles and the second catalyst particles is preferably in the range of the first catalyst particles / second catalyst particles = 1/20 to 2/3 by weight. If the amount of the second catalyst particles is less than this range, the effect is not exhibited, and if the amount of the first catalyst particles is less than this range, the NO x purification ability is lowered.
[0025]
The exhaust gas purifying catalyst of the present invention can also be used as a three-way catalyst in exhaust gas controlled to a stoichiometric atmosphere, but is operated at an air-fuel ratio (A / F) of 15 or more and intermittently has a fuel stoichiometric to rich atmosphere. is contacted with the exhaust gas from lean-burn engines, the NO x contained in the exhaust gas is occluded in the NO x storage material in the fuel lean atmosphere, reducing the NO x released from the NO x storage material in the fuel stoichiometric-rich atmosphere It is desirable to use it in a system that
[0026]
That is, if the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is used in this system, in an oxygen-excess atmosphere, NO contained in the exhaust gas is oxidized by the catalytic action of the noble metal supported on the porous oxide layer near the NO x storage material. NO x is stored in the NO x storage material. When the intermittently are stoichiometric-fuel-rich atmosphere, the NO x is released from the NO x storage material, it is reduced by reacting with HC or CO by the catalytic action of the precious metal in the vicinity of the NO x storage material. In the first catalyst particles, the noble metal supported on the porous oxide layer formed on the surface of the NO x storage component particles, it can increase the loading density of the noble metal of the NO x storage material near together adjacent to the NO x storage material particles because, it is possible to carry out the reduction of the oxidized and NO x of the NO smoothly, expressed high the NO x purification performance.
[0027]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
[0028]
Example 1
FIG. 1 shows a schematic diagram of an exhaust gas purifying catalyst according to an embodiment of the present invention. The exhaust gas-purifying catalyst comprises a mixture of first catalyst particles 1 and second catalyst particles 2. The first catalyst particles 1 are composed of NO x storage material particles 10 made of barium carbonate, and NO x storage material particles 10. It is composed of a titania layer 11 formed on the entire surface and Pt 12 supported on the titania layer 11. The second catalyst particles 2 are composed of titania particles 20, and most of the titania particles 20 carry Pt21.
[0029]
Hereinafter, the manufacturing method of the exhaust gas-purifying catalyst will be described to replace the detailed description of the configuration.
[0030]
Dissolve 9.3 g of isopropyl triisostearoyl titanate in n-hexane, mix 0.2 mol (39.5 g) of barium carbonate powder with an average particle size of 500 nm, react for 1 hour, and attach organic Ti to the surface of the barium carbonate particles. It was. This was dried and fired at 500 ° C. for 1 hour to prepare a carrier powder in which the surface of barium carbonate particles was coated with the titania layer 11. About 2 g of the titania layer 11 was formed.
[0031]
Next, the carrier powder formed as described above is impregnated with a predetermined amount of a dinitrodiammine platinum nitric acid aqueous solution having a predetermined concentration, evaporated and dried, and calcined at 500 ° C. for 1 hour to carry Pt12 and to support the first catalyst particles 1. Was prepared. The total supported amount of Pt12 is 0.5 g.
[0032]
Then, the total amount of the powder of the first catalyst particles 1 thus obtained was uniformly mixed with 118 g of TiO 2 powder, and the mixed powder was impregnated with a predetermined amount of dinitrodiammine platinum nitric acid aqueous solution with a predetermined concentration, evaporated and dried at 500 ° C. It was fired for 1 hour to carry Pt21. Pt21 is mainly supported on the titania particles 20, and the total supported amount of additional Pt is 0.5 g, and the total supported amount of Pt is 1.0 g.
[0033]
The obtained catalyst powder was pelletized by a conventional method to prepare the pellet catalyst of Example 1. Then, a predetermined amount of pellet catalyst is filled in the evaluation device, and under the condition that the rich model gas and the lean model gas are alternately switched at 400 ° C. for 5 seconds and 55 seconds respectively, the rich gas is flowed and then the lean gas is flowed. the the NO x storage amount while at measured. The results are shown in FIG. 2 as the initial NO x storage amount. Further, an endurance test was performed in which treatment was performed at 600 ° C. for 1 hour under these conditions, and thereafter the NO x storage amount at 400 ° C. was measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG. 2 as NO x storage after durability.
[0034]
(Comparative Example 1)
120 g of TiO 2 powder was impregnated with a predetermined amount of a barium acetate aqueous solution having a predetermined concentration, evaporated and dried, and calcined at 500 ° C. for 1 hour to carry 0.2 mol of Ba. Thereafter, it was treated with an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution to change the supported Ba to barium carbonate.
[0035]
Next, the total amount of barium carbonate-supported TiO 2 powder was impregnated with a predetermined amount of dinitrodiammine platinum nitric acid aqueous solution having a predetermined concentration, evaporated and dried, and then fired at 500 ° C. for 1 hour to support 1.0 g of Pt. .
[0036]
The catalyst powder obtained similarly pelletized as in Example 1 to measure the initial and the NO x storage amount after the durability test in the same manner. The results are shown in FIG.
[0037]
<Evaluation>
From FIG. 2, the catalyst of Example 1 has a larger amount of NO x storage than the catalyst of Comparative Example 1 both at the initial stage and after the endurance. It is clear that this is an effect due to the configuration of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention.
[0038]
(Example 2)
19.7 g of Ti coupling agent (iC 3 H 7 O—Ti — (— OC 2 H 4 —NH—C 2 H 4 —NH 3 ) 3 ) and 39.5 g of barium carbonate powder with an average particle size of 500 nm The mixture was mixed with 50 g of water and milled with a ball mill for 3 hours. This was filtered, dried and fired at 500 ° C. for 1 hour to prepare a carrier powder in which the surface of barium carbonate particles was coated with a titania layer.
[0039]
Next, the carrier powder formed as described above is impregnated with a predetermined amount of a dinitrodiammine platinum nitric acid aqueous solution having a predetermined concentration, evaporated and dried, and then calcined at 500 ° C. for 1 hour to carry Pt and to support the first catalyst particles. Prepared.
[0040]
The Pt carrying efficiency of the barium carbonate particles used above was slightly less than 10%, but the Pt carrying efficiency was improved to 63% by forming the titania layer.
[0041]
The total amount of powder of the first catalyst particles obtained was uniformly mixed with 116 g of Al 2 O 3 powder, and the mixed powder was impregnated with a predetermined amount of dinitrodiammineplatinum nitric acid aqueous solution at a predetermined concentration. Was baked for 1 hour to carry Pt. At this time, Pt was mainly supported on Al 2 O 3 powder.
[0042]
The obtained catalyst powder was pelletized by a conventional method to prepare a pellet catalyst of Example 2. The pellet catalyst, Pt per liter 0.2 mole of Ba and 2.0g are supported, the weight ratio of TiO 2 and Al 2 O 3 is TiO 2: a 50: Al 2 O 3 = 1 . Then, an endurance test was performed in the same manner as in Example 1, and the NO x occlusion amount at the input gas temperatures of 200 ° C., 300 ° C., and 400 ° C. was measured in the same manner as in Example 1 for the catalyst after durability. The results are shown in FIG.
[0043]
(Comparative Example 2)
Al 2 O 3 powder was impregnated with a predetermined amount of a barium acetate aqueous solution having a predetermined concentration, evaporated and dried, and calcined at 500 ° C. for 1 hour to carry Ba. Thereafter, it was treated with an aqueous ammonium hydrogen carbonate solution to change the supported Ba to barium carbonate.
[0044]
Next, Al 2 O 3 powder on which barium carbonate was supported was impregnated with a predetermined amount of dinitrodiammine platinum nitric acid aqueous solution having a predetermined concentration, evaporated and dried, and then baked at 500 ° C. for 1 hour to support Pt.
[0045]
The obtained catalyst powder was pelletized in the same manner as in Example 1 to prepare a catalyst of Comparative Example 2. This pellet catalyst carries 0.2 mol of Ba and 2.0 g of Pt per liter. And in the same manner as in Example 2 to measure the NO x storage amount after the durability test, the results are shown in Figure 3.
[0046]
(Comparative Example 3)
The alumina powder was impregnated with a predetermined amount of a barium acetate aqueous solution having a predetermined concentration, dried at 120 ° C. for 12 hours, and calcined at 500 ° C. for 1 hour to form a core powder supporting Ba on alumina. Ba is contained in the core powder in an amount of 25% by weight.
[0047]
On the other hand, a solution in which Al 2 (O-secC 4 H 9 ) 3 was dissolved in 2-propanol at 0.05 mol / L was prepared. A predetermined amount of the core powder is mixed in a predetermined amount of this solution, stirred at room temperature for 1 hour, filtered and washed, dried at 120 ° C. for 12 hours, calcined at 500 ° C. for 1 hour, and sol-gel method. Thus, an alumina layer was formed on the surface of the core powder.
[0048]
The obtained core part powder having an alumina layer was impregnated with a predetermined amount of a dinitrodiammine platinum nitric acid aqueous solution having a predetermined concentration, and evaporated and dried to carry Pt. The obtained catalyst powder was pelletized in the same manner as in Example 1 to prepare a catalyst of Comparative Example 3. This pellet catalyst carries 0.2 mol of Ba and 2.0 g of Pt per liter. And in the same manner as in Example 2 to measure the NO x storage amount after the durability test, the results are shown in Figure 3.
[0049]
<Evaluation>
As shown in FIG. 3, the catalyst of Example 2 has a larger NO x storage amount after endurance at each temperature than the catalysts of Comparative Example 2 and Comparative Example 2. It is clear that this is an effect due to the configuration of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention.
[0050]
【The invention's effect】
That is, according to the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, NO x storage activity and NO x reduction activity are high, and NO x can be purified very efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view of an exhaust gas purifying catalyst according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing NO x occlusion amounts of catalysts of Examples and Comparative Examples.
FIG. 3 is a graph showing NO x storage amounts of catalysts of Examples and Comparative Examples.
[Explanation of symbols]
1: First catalyst particles 2: Second catalyst particles 10: NO x storage material particles
11: Titania layer (porous oxide layer) 12: Pt

Claims (4)

  1. アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素の塩又は酸化物からなり粒径が 50nm 以上のNOx 吸蔵材粒子と、該NOx 吸蔵材粒子の表面の少なくとも一部に形成された多孔質酸化物層と、該多孔質酸化物層に担持された貴金属とからなることを特徴とする排ガス浄化用触媒。 Alkali metal, and at least one element of a salt or particle size an oxide is more than 50 nm the NO x storage material particles are selected from alkaline earth metals and rare earth elements, at least a portion of the surface of the the NO x storage material particles A catalyst for exhaust gas purification comprising a formed porous oxide layer and a noble metal supported on the porous oxide layer.
  2. 前記Said NONO xx 吸蔵材粒子と前記多孔質酸化物層との構成割合は、重量比で前記多孔質酸化物層/前記The composition ratio of the occlusion material particles and the porous oxide layer is a weight ratio of the porous oxide layer / the above-described porous oxide layer. NONO xx 吸蔵材粒子=1/Occlusion material particle = 1 / 200 200 〜1/~ 1 / 10Ten の範囲にある請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。The exhaust gas-purifying catalyst according to claim 1, which is in the range described above.
  3. アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる少なくとも一種の元素の塩又は酸化物からなり粒径が 50nm 以上のNOx 吸蔵材粒子と該NOx 吸蔵材粒子の表面の少なくとも一部に形成された多孔質酸化物層と該多孔質酸化物層に担持された貴金属とからなる第1触媒粒子と、多孔質酸化物粒子に貴金属を担持してなる第2触媒粒子とが混在してなることを特徴とする排ガス浄化用触媒。Forming at least a part of the surface of the alkali metal, at least one particle consists salts or oxides diameter of the elements is not less than 50 nm the NO x storage material particles are selected from alkaline earth metals and rare earth elements and the the NO x storage material particles The first catalyst particles made of the porous oxide layer and the noble metal supported on the porous oxide layer are mixed with the second catalyst particles made of the porous oxide particles carrying the noble metal. An exhaust gas purifying catalyst characterized by that.
  4. 前記Said NONO xx 吸蔵材粒子と前記多孔質酸化物層との構成割合は、重量比で前記多孔質酸化物層/前記The composition ratio of the occlusion material particles and the porous oxide layer is a weight ratio of the porous oxide layer / the above-described porous oxide layer. NONO xx 吸蔵材粒子=1/Occlusion material particle = 1 / 200 200 〜1/~ 1 / 10Ten の範囲にある請求項3に記載の排ガス浄化用触媒。The exhaust gas-purifying catalyst according to claim 3, which is in the range described above.
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