JPH06170168A - 窒素酸化物の除去方法 - Google Patents

窒素酸化物の除去方法

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JPH06170168A
JPH06170168A JP4324464A JP32446492A JPH06170168A JP H06170168 A JPH06170168 A JP H06170168A JP 4324464 A JP4324464 A JP 4324464A JP 32446492 A JP32446492 A JP 32446492A JP H06170168 A JPH06170168 A JP H06170168A
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JP
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zeolite
catalyst
alkoxyalkylsilane
alkoxysilane
vapor
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JP4324464A
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Senji Kasahara
泉司 笠原
Kazuo Sekiya
和夫 関谷
Kazuhiko Sekizawa
和彦 関沢
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】酸素過剰の排ガスを効率よく浄化し、かつ水蒸
気の存在する高温での耐久性に優れる排ガス浄化用触媒
を用いて排ガスを浄化する方法を提供する。 【構成】アルコキシシランあるいはアルコキシアルキル
シラン蒸気で処理された15以上であるゼオライトと、
一種以上の活性金属とからなる触媒を用いて、窒素酸化
物及び炭化水素を含有する酸素過剰の排ガスから窒素酸
化物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ボイラー,自動車エン
ジン等から排出される窒素酸化物を含有する酸素過剰の
排ガスを触媒を用いて処理する方法に関し、更に詳細に
は、活性及び耐久性の非常に優れた触媒を用いて窒素酸
化物を除去する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ボイラー,自動車エンジン等から排出さ
れる排ガス中の窒素酸化物を除去する方法として、触媒
の存在下でアンモニアを用いる選択的接触還元法、ま
た、排ガスを触媒に通し、未燃焼の一酸化炭素及び炭化
水素により還元する非選択的接触還元法等が実用化され
ている。
【0003】特開昭60−125250号公報には、還
元剤非共存下で窒素酸化物を直接接触分解できる触媒と
して銅イオン交換したゼオライトが提案されている。
【0004】また、ディーゼルエンジン,低燃費化を目
的とした希薄燃焼エンジンの排ガス浄化用に、酸素過剰
下でも、未燃焼の一酸化炭素,炭化水素等の還元成分に
より窒素酸化物を選択的に還元できる触媒として、卑金
属をゼオライト等に含有させた触媒が提案されている
(特開昭63−100919号公報)。
【0005】しかしながら、これらの提案されている触
媒は、特に高温での耐久性に問題があり、実用化される
に至っていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アン
モニア等の還元剤を使用することなく、自動車等の内燃
機関から排出される、特に酸素過剰の排ガスを、効率良
く浄化し、且つ、水蒸気が存在する高温での耐久性に優
れる排ガス浄化用触媒を用いて排ガスを浄化する方法を
提供するものである。
【0007】
【課題を解決する為の手段】本発明者等は、上記課題に
ついて鋭意検討した結果、ゼオライトをアルコキシシラ
ンあるいはアルコキシアルキルシラン気相処理した触媒
を用いることにより、高温で使用された後も効率良く排
ガス浄化ができることを見出し、本発明を完成するに至
った。
【0008】すなわち本発明は、アルコキシシランある
いはアルコキシアルキルシラン蒸気で処理された、Si
2/Al23モル比が少なくとも15以上であるゼオ
ライトと、一種以上の活性金属とからなる触媒を用い
て、窒素酸化物及び炭化水素を含有する酸素過剰の排ガ
スから窒素酸化物を除去する方法を提供するものであ
る。
【0009】アルコキシシランあるいはアルコキシアル
キルシラン蒸気で気相処理することにより触媒の耐久性
が向上する理由は明らかではないが、これらの気相処理
によりゼオライト表面にSiが均一に蒸着され、高温の
水蒸気存在下でのゼオライト破壊の原因となるゼオライ
ト表面附近のAlが保護され、更には、ゼオライト表面
疎水化による細孔内への触媒劣化原因となる水蒸気の侵
入が防止され、触媒の耐久性が向上したと推定される。
【0010】以下、本発明をより詳細に説明する。
【0011】本発明で用いられる触媒は、アルコキシシ
ランあるいはアルコキシアルキルシラン蒸気で処理され
た、SiO2/Al23モル比が少なくとも15である
ゼオライトと、一種以上の活性金属とからなる。
【0012】本発明において用いられる原料ゼオライト
のSiO2/Al23モル比は、アルコキシシランある
いはアルコキシアルキルシラン蒸気で処理した後に15
以上であれば良く、15以上のものが使用される。ま
た、SiO2/Al23モル比はその上限が限定される
ものではない。SiO2/Al23モル比が15未満で
あると、十分な耐久性が得られない。
【0013】また、ゼオライトの種類は特に限定されな
いが、例えば、モルデナイト,フェリエライト,ZSM
−5,ZSM−8,ZSM−11,ZSM−12,ZS
M−20,ZSM−35等のゼオライトが使用できる
が、その中でもZSM−5が好適に用いられる。またこ
れらのゼオライトの製造方法は限定されるものではな
い。またゼオライトY,ゼオライトL等のゼオライトを
脱アルミニウムしたものであっても良い。
【0014】原料ゼオライトは、合成品あるいはそのか
焼品等が用いられるが、原料ゼオライト中のNa等のイ
オンをアンモニウム塩あるいは鉱酸等で処理し、H型あ
るいはアンモニウム型として用いることもできる。更に
は、K,Cs,Ba等でイオン交換して用いることもで
きる。
【0015】原料ゼオライトは、アルコキシシランある
いはアルコキシアルキルシラン蒸気で処理され、且つ、
一種以上の活性金属が導入される。
【0016】アルコキシシランあるいはアルコキシアル
キルシラン蒸気処理および活性金属導入の順序は特に制
限されず、原料ゼオライトをアルコキシシランあるいは
アルコキシアルキルシラン蒸気処理した後、活性金属を
導入しても良く、また、活性金属導入後アルコキシシラ
ンあるいはアルコキシアルキルシラン蒸気処理すること
もできる。
【0017】本発明で用い得るアルコキシシランとはテ
トラアルコキシシランであり、アルコキシアルキルシラ
ンとはアルコキシトリアルキルシラン,ジアルコキシジ
アルキルシラン,トリアルコキシアルキルシランであ
る。アルコキシル基としてはメトキシル基,エトキシル
基,プロポキシル基,ブトキシル基等、また、アルキル
基としてはメチル基,エチル基,プロピル基,ブチル基
等が使用できる。
【0018】アルコキシシランあるいはアルコキシアル
キルシラン蒸気処理の条件は特に限定されず、アルコキ
シシランあるいはアルコキシアルキルシランを含むガス
を、原料ゼオライトあるいは一種以上の活性金属を含有
するゼオライトと接触させ、気相で処理を行えば良い。
【0019】処理ガス中のアルコキシシランあるいはア
ルコキシアルキルシラン濃度は特に限定されないが、操
作性の点から希釈ガスでアルコキシシランあるいはアル
コキシアルキルシラン濃度1〜50%に希釈して用いる
ことが好ましい。希釈ガスとしては、アルコキシシラン
あるいはアルコキシアルキルシランが安定に存在するガ
スであれば良く、N2,He等が用いられる。希釈ガス
中にH2Oが含まれていると、アルコキシシランあるい
はアルコキシアルキルシランが酸化物等に変化しゼオラ
イト表面に均一に蒸着されなくなる可能性がある為、処
理ガス中のH2Oはできるだけ少なくすることが望まし
い。
【0020】アルコキシシランあるいはアルコキシアル
キルシラン蒸気処理の温度は特に限定されないが、アル
コキシシランあるいはアルコキシアルキルシランが気体
として安定に存在すれば良く、また高温ではアルコキシ
ル基と反応するゼオライト表面のOH基が不安定になる
危険性がある為、室温〜800℃の温度が好ましい。ア
ルコキシシランあるいはアルコキシアルキルシラン蒸気
処理の方法は特に限定されないが、アルコキシシランあ
るいはアルコキシアルキルシラン含有ガスを充填した密
閉容器中でゼオライトを処理、あるいは、ゼオライトを
充填した層にアルコキシシランあるいはアルコキシアル
キルシラン含有ガスを流通させる等の方法が用いられ
る。アルコキシシランあるいはアルコキシアルキルシラ
ン含有ガスを流通させる場合の空間速度は10〜100
00hr-1程度で良い。また、処理時間は、10分〜3
0時間の時間で良い。
【0021】また、アルコキシシランあるいはアルコキ
シアルキルシラン蒸気処理する際、ゼオライト中に吸着
しているH2Oを除去し、且つ、アルコキシル基と反応
するゼオライト表面のOH基を活性な状態で存在させる
為に、真空下あるいは不活性ガス雰囲気下で300〜8
00℃で前処理を行うことが好ましい。
【0022】アルコキシシランあるいはアルコキシアル
キルシラン蒸気処理されたゼオライトは、ゼオライト表
面のSiコ−ト層をより安定化する為に、100℃〜8
00℃の温度、真空下あるいは不活性ガス雰囲気下ある
いは空気で熱処理しても良い。
【0023】アルコキシシランあるいはアルコキシアル
キルシラン蒸気処理したゼオライトのSiO2/Al2
3モル比は15以上であることが必須である。SiO2
Al23モル比が15未満であると十分な高温での耐久
性が得られない。また、その上限は特に限定されない
が、十分な触媒活性を有する為には200以下であるこ
とが好ましい。
【0024】アルコキシシランあるいはアルコキシアル
キルシラン蒸気で処理すると、Siがゼオライト表面に
蒸着する為、若干のSiO2/Al23モル比の上昇が
起る。
【0025】本発明で用いられる触媒は、一種以上の活
性金属が導入される。活性金属としては通常排ガス浄化
に使用される金属であれば良く、例えば、Cu,Ag,
Au等のIb族、Fe,Co,Ni,Ru,Rh,P
d,Pt等のVIII族、Cr,Mo等のVIa族、あ
るいは、Mn等のVIIa族が用いられる。特に好まし
くはCuあるいはCoである。
【0026】活性金属の導入方法は特に限定されず、含
浸担持法,蒸発乾固法,イオン交換法等の手法を用いる
ことができる。活性金属はゼオライト表面に担持された
状態でも高活性を示すが、ゼオライトのイオン交換サイ
トに存在する場合に、より高活性,高耐久性となる為
に、イオン交換法で活性金属を導入することが好まし
い。
【0027】イオン交換は、原料ゼオライトあるいはア
ルコキシシランあるいはアルコキシアルキルシラン蒸気
処理されたゼオライトを、活性金属の塩を含む水溶液中
に混合し、攪拌、洗浄して行われる。
【0028】活性金属の塩としては、活性金属の塩化
物,硝酸塩,硫酸塩,酢酸塩等の塩が好適に用いられ
る。また、活性金属のアンミン錯塩等も好適に用い得
る。
【0029】イオン交換の際の活性金属の添加量,濃
度,交換温度,時間等は特に限定されず、一般的に行わ
れている方法で良い。活性金属の添加量は、十分な活
性,耐久性を持たせる為には、原料ゼオライトあるいは
アルコキシシランあるいはアルコキシアルキルシラン蒸
気処理されたゼオライト中のAlに対し、0.5〜20
倍当量が好ましい。また、イオン交換のスラリ−濃度
は、通常行われる5〜50%が好ましい。また、イオン
交換温度,時間は、十分な活性,耐久性を持たせる為
に、室温〜100℃の温度、5分〜3日の時間であるこ
とが好ましい。また、必要に応じて、イオン交換操作を
繰り返し行うこともできる。
【0030】以上の様にして、本発明で用いられる排ガ
ス浄化触媒を調製することができる。
【0031】本発明で用いられる活性金属を導入した排
ガス浄化用触媒のSiO2/Al23モル比は、活性金
属導入前後で実質的に変化しない。また、排ガス浄化用
触媒の結晶構造もアルコキシシランあるいはアルコキシ
アルキルシラン蒸気処理前後及び活性金属導入前後で本
質的に異なるものではない。
【0032】本発明で用いられる排ガス浄化用触媒は、
粘土鉱物等のバインダーと混合し成形して使用すること
もできる。また、予め原料ゼオライトあるいはアルコキ
シシランあるいはアルコキシアルキルシラン蒸気処理し
たゼオライトを成形し、その成形体をアルコキシシラン
あるいはアルコキシアルキルシラン蒸気処理あるいは活
性金属を導入させることもできる。ゼオライトを成形す
る際に用いられるバインダーとしては、カオリン,アタ
パルガイト,モンモリロナイト,ベントナイト,アロフ
ェン,セピオライト等の粘土鉱物である。あるいは、バ
インダーを用いずに成形体を直接合成したバインダレス
ゼオライト成形体であっても良い。また、コージェライ
ト製あるいは金属製のハニカム状基材に本発明で用いら
れる排ガス浄化用触媒をウォッシュコートして用いるこ
ともできる。
【0033】この様にして調製された排ガス浄化触媒
は、窒素酸化物及び炭化水素を含む酸素過剰の排ガスと
接触させ、窒素酸化物除去を行う。本発明で用いられる
排ガスは、窒素酸化物及び炭化水素を含み酸素過剰であ
ることが必須であるが、一酸化炭素,水素,アンモニア
等が含まれている場合にも有効である。酸素過剰の排ガ
スとは、排ガス中に含まれる一酸化炭素,炭化水素,水
素を完全に酸化するのに必要な酸素量よりも過剰な酸素
が含まれていることを示す。例えば、自動車等の内燃機
関から排出される排ガスの場合には、空燃費が大きい状
態(リーン領域)である。
【0034】窒素酸化物を除去する際の空間速度、温度
等は特に限定されないが、空間速度100〜50000
0hr-1、温度200〜800℃であることが好まし
い。
【0035】
【実施例】以下、実施例において本発明を更に詳細に説
明する。しかし、本発明はこれら実施例のみに限定され
るものではない。
【0036】実施例1 攪拌状態にある実容積2リットルのオーバーフロータイ
プの反応槽に、珪酸ソーダ水溶液(SiO2;250g
/リットル,Na2O;82g/リットル,Al23
2.8g/リットル)と、硫酸アルミニウム水溶液(A
23;8.8g/リットル,H2SO4;370g/リ
ットル)とをそれぞれ3リットル/hr,1リットル/
hrの速度で連続的に供給した。反応温度は30〜32
℃、排出されるスラリーのpHは6.7〜7.0であっ
た。
【0037】排出スラリーを固液分離し十分水洗した
後、Na2O;0.75wt%,Al23;0.77w
t%,SiO2;36.1wt%,H2O;62.5wt
%の粒状無定形アルミノ珪酸塩均一化合物を得た。該均
一化合物2,860gと3.2wt%のNaOH水溶液
6,150gとをオートクレーブに仕込み、160℃で
72時間攪拌下で結晶化した。生成物を固液分離、水
洗、乾燥してZSM−5型ゼオライトを得た。化学分析
の結果、その組成は無水ベースにおける酸化物のモル比
で表わして次の組成を有していた。
【0038】1.3Na2O,Al23,41SiO2 このゼオライト10gを、NH4Cl;2gを含む水溶
液100ccに添加し、60℃にて20時間攪拌した
後、洗浄、乾燥してアンモニウムイオン交換を行ない、
アンモニウム型ゼオライトを得た。
【0039】このアンモニウム型ゼオライト;10g
を、反応管に充填し、He流通下、500℃で1時間前
処理を行い、ゼオライトに吸着しているH2Oを除去し
た。次いで、テトラメトキシシランを5%含有するHe
ガス;60cc/minを、70℃で1時間ゼオライト
層に流通させた。その後、空気流通下で500℃、2時
間焼成した。処理したゼオライトのSiO2/Al23
モル比は42であった。
【0040】テトラメトキシシラン蒸気処理したゼオラ
イトを、0.1mol/リットル酢酸銅水溶液41cc
に添加し、アンモニア水によりpH=10.5に調整
し、室温で20時間攪拌した後、洗浄し、Cuイオン交
換操作を行った。この操作を2回繰返した後、乾燥して
触媒1を得た。化学分析の結果、その組成は無水ベース
における酸化物のモル比で表わして次の組成を有してい
た。
【0041】1.06CuO,Al23,42SiO2 実施例2 アンモニウムイオン交換の代りにKイオン交換を行った
こと以外は実施例1と同様に行い、触媒2を調製した。
Kイオン交換は、ZSM−5型ゼオライト;10gを、
KCl;2.8gを含む水溶液100ccに添加し、6
0℃にて20時間攪拌した後、洗浄し、この操作を2回
繰返した後、乾燥して行った。
【0042】テトラメトキシシラン蒸気処理したゼオラ
イトのSiO2/Al23モル比は42であった。
【0043】また、Cuイオン交換後の触媒2は、無水
ベースにおける酸化物のモル比で表わして次の組成を有
していた。
【0044】1.02CuO,0.12K2O,Al2
3,42SiO2 実施例3 テトラメトキシシラン蒸気処理の代りに、メトキシトリ
メチルシラン;10%を含有するHeガスを60cc/
minで流通させ、室温で1時間のメトキシトリメチル
シラン処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にし
て、触媒3を調製した。
【0045】メトキシトリメチルシラン蒸気処理したゼ
オライトのSiO2/Al23モル比は42であった。
【0046】また、Cuイオン交換後の触媒3は、無水
ベースにおける酸化物のモル比で表わして次の組成を有
していた。
【0047】1.20CuO,Al23,42SiO2 実施例4 テトラメトキシシラン蒸気処理の代りに、ジメトキシジ
メチルシラン;10%を含有するHeガスを60cc/
minで流通させ、室温で1時間のジメトキシジメチル
シラン処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にし
て、触媒4を調製した。
【0048】ジメトキシジメチルシラン蒸気処理したゼ
オライトのSiO2/Al23モル比は42であった。
【0049】また、Cuイオン交換後の触媒4は、無水
ベースにおける酸化物のモル比で表わして次の組成を有
していた。
【0050】1.12CuO,Al23,42SiO2 実施例5 テトラメトキシシラン蒸気処理の代りに、テトラエトキ
シシラン;5%を含有するHeガスを60cc/min
で流通させ、70℃で1時間のテトラエトキシシラン処
理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、触媒5
を調製した。
【0051】テトラエトキシシラン蒸気処理したゼオラ
イトのSiO2/Al23モル比は42であった。
【0052】また、Cuイオン交換後の触媒5は、無水
ベースにおける酸化物のモル比で表わして次の組成を有
していた。
【0053】1.10CuO,Al23,42SiO2 実施例6 Cuイオン交換の代わりにCoイオン交換を行ったこと
以外は、実施例1と同様に行い、触媒6を調製した。C
oイオン交換は以下のように行った。
【0054】トリメチルクロロシラン蒸気処理したゼオ
ライトを、0.22mol/リットルの酢酸Co(I
I)水溶液90ccに添加し、60℃で20時間攪拌し
た後、洗浄し、Coイオン交換を行った。この操作を2
回繰り返した後、乾燥して触媒6を得た。
【0055】触媒6は、無水ベースにおける酸化物のモ
ル比で表わして次の組成を有していた。
【0056】1.43CoO,Al23,42SiO2 実施例7 実施例1〜6で得られた触媒1〜6を用いて活性および
耐久性評価を行った。各触媒をプレス成形した後粉砕し
て12〜20メッシュに整粒した。その2ccを常圧固
定床流通式反応管に充填し、リーンバーンエンジンの排
ガスを模擬したガス(表1)を空間速度120,000
/hrで流した。550℃で30分の前処理を行なった
後、各温度での定常浄化活性を測定した。定常浄化活性
は、各温度で1時間保持した後のNO浄化率とした。
【0057】また、各触媒について、表1の組成のガス
を空間速度120,000/hrで流しながら800℃
で5時間耐久処理した。その後、上記と同様の方法で定
常浄化活性を測定し耐久性の試験を行なった。
【0058】得られた結果を表2に示す。
【0059】
【表1】
【0060】
【表2】
【0061】比較例1 実施例1において、テトラメトキシシラン蒸気処理を行
わなかったこと以外は実施例1と同様にして、Cu型Z
SM−5(比較触媒1)を得た。化学分析の結果、その
組成は無水ベースにおける酸化物のモル比で表わして次
の組成を有していた。
【0062】1.03CuO,Al23,41SiO2 比較例2 実施例5において、テトラメトキシシラン蒸気処理を行
わなかったこと以外は実施例5と同様にして、Cu型Z
SM−5(比較触媒2)を得た。化学分析の結果、その
組成は無水ベースにおける酸化物のモル比で表わして次
の組成を有していた。
【0063】1.40CuO,Al23,41SiO2 比較例3 比較例1及び2で得られた比較触媒1及び2を用いて、
実施例7と同様にして触媒活性および耐久性評価を行っ
た。得られた結果を表3に示す。
【0064】
【表3】
【0065】
【発明の効果】表2及び表3より明らかなように、本発
明の方法によれば、効率良く窒素酸化物を除去すること
ができ、触媒が高温で使用された後にも、効率良く窒素
酸化物を除去することができる。
【手続補正書】
【提出日】平成5年11月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0054
【補正方法】変更
【補正内容】
【0054】テトラメトキシシラン蒸気処理したゼオラ
イトを、0.22mol/リットルの酢酸Co(II)
水溶液90ccに添加し、60℃で20時間攪拌した
後、洗浄し、Coイオン交換を行った。この操作を2回
繰り返した後、乾燥して触媒6を得た。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0062
【補正方法】変更
【補正内容】
【0062】1.03CuO,Al23,41SiO2 比較例2 実施例において、テトラメトキシシラン蒸気処理を行
わなかったこと以外は実施例と同様にして、Co型Z
SM−5(比較触媒2)を得た。化学分析の結果、その
組成は無水ベースにおける酸化物のモル比で表わして次
の組成を有していた。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0063
【補正方法】変更
【補正内容】
【0063】1.40CoO,Al23,41SiO2 比較例3 比較例1及び2で得られた比較触媒1及び2を用いて、
実施例7と同様にして触媒活性および耐久性評価を行っ
た。得られた結果を表3に示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルコキシシランあるいはアルコキシアル
    キルシラン蒸気で処理された、SiO2/Al23モル
    比が少なくとも15以上であるゼオライトと、一種以上
    の活性金属とからなる触媒を用いて、窒素酸化物及び炭
    化水素を含有する酸素過剰の排ガスから窒素酸化物を除
    去する方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014087910A1 (ja) * 2012-12-03 2014-06-12 日立造船株式会社 燃焼排ガス浄化用触媒およびこの触媒を用いる脱硝浄化方法

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WO2014087910A1 (ja) * 2012-12-03 2014-06-12 日立造船株式会社 燃焼排ガス浄化用触媒およびこの触媒を用いる脱硝浄化方法

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