JPH09271640A - 窒素酸化物を除去する方法及び窒素酸化物除去触媒並びに触媒の製造方法 - Google Patents

窒素酸化物を除去する方法及び窒素酸化物除去触媒並びに触媒の製造方法

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JPH09271640A
JPH09271640A JP9019100A JP1910097A JPH09271640A JP H09271640 A JPH09271640 A JP H09271640A JP 9019100 A JP9019100 A JP 9019100A JP 1910097 A JP1910097 A JP 1910097A JP H09271640 A JPH09271640 A JP H09271640A
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JP
Japan
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catalyst
zeolite
exhaust gas
nitrogen oxides
nitrogen oxide
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JP9019100A
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Inventor
Hiroshi Ogawa
宏 小川
Shuji Okazaki
修二 岡崎
Senji Kasahara
泉司 笠原
Kazuhiko Sekizawa
和彦 関沢
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温に晒された後でも幅広い温度域で高
い性能を有する触媒を用いて、内燃機関より排出される
酸素過剰の排ガスから窒素酸化物を、幅広い温度域で、
より効率的に除去する方法を提供するところにある。 【解決手段】 二価白金アンミン錯体と塩化第二スズと
を用いて、モルデナイトなどのゼオライトにPtとSn
を含有させた触媒を、窒素酸化物および炭化水素を含有
する酸素過剰の排ガスと接触させることによって、排ガ
ス中から窒素酸化物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関から排出される排ガス中の窒素酸化物を除去する方法
に関し、更に詳細には触媒が高温に晒された後でも幅広
い温度域において、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効率的に低減する方
法及び触媒、更にはその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、ガソリンエンジンより排出される
排ガスの中で人体に対して有害である窒素酸化物、一酸
化炭素及び炭化水素は、白金,ロジウム,パラジウムを
担体上に担持させた三元触媒により除去されている。し
かし、ディ−ゼルエンジン排ガスについては、ガソリン
エンジンに比べて排ガス中の酸素濃度が高いため、三元
触媒による還元脱硝は困難である。
【0003】また近年では、炭酸ガス排出量低減にとも
なう低燃費化のため、希薄燃焼方式のガソリンエンジン
が開発されている。しかしながら、この希薄燃焼ガソリ
ンエンジンの排ガスは酸素過剰であるため、上記のよう
な従来の三元触媒での脱硝が困難であり、窒素酸化物除
去に関する技術開発が望まれている。
【0004】これまでに、酸素過剰の排ガスから窒素酸
化物を除去する方法として、アンモニアを還元剤とした
25/TiO2上での選択的接触還元法、アルカリ溶
液への吸収法が知られているが、いずれの場合も使用範
囲が限定され、自動車等の移動発生源への適用は困難で
ある。
【0005】近年、遷移金属を担持したゼオライト触媒
が、アンモニア等の選択的還元剤を添加しなくても、酸
素過剰下で排ガス中の窒素酸化物を還元除去できること
が報告されている(例えば、特開昭63−283727
号公報、特開平1−130735号公報など)。
【0006】遷移金属を含有するゼオライト触媒として
は、これまでに触媒の構成成分であるゼオライトにZS
M−5、モルデナイト、フェリエライト、USY、ゼオ
ライトβ等を使用し、これらのゼオライトにCu,C
o,Fe,Ni,Pt,Pd等の遷移金属を担持した触
媒が提案されている。
【0007】Pt,Pd等の貴金属を含有するゼオライ
ト触媒は、低温での排ガス浄化性能が高く、低温作動型
触媒の特異性を有している。その反面、高温域での排ガ
ス浄化性能が低く、触媒作用の温度範囲が狭い。実際の
運転時のエンジン負荷は一定でなく、排ガスの温度域が
広いため、排ガス浄化触媒には広い温度域で浄化性能を
有することが要求される。
【0008】この要求性能に対し、幅広い温度域で浄化
性能を有する触媒として、例えば、特開平7−2993
65号公報には金属含有シリケ−トにIrとIIIB族
元素とIVB属元素とのうちから選ばれる一種以上の金
属と、Ptとを担持した排ガス浄化触媒が開示されてい
る。また、特開平4−16238号公報には、ゼオライ
トにTi4+,Zr4+およびSn4+から選ばれた金属イオ
ンをゼオライト細孔内に担持した後、Pt及びPdから
選ばれた少なくとも一種の金属および/またはその金属
酸化物を担持させた排ガス浄化触媒が、酸素過剰下でも
高い窒素酸化物除去性能を有することが開示されてい
る。
【0009】更に、エンジンの高負荷運転時には排ガス
温度が上昇するため、排ガス浄化触媒には十分な耐熱性
も要求される。遷移金属含有ゼオライト触媒は、一般に
高温に晒されることで触媒劣化が生じ、触媒性能が低下
する問題点を有している。
【0010】即ち、自動車等の内燃機関から排出される
排ガス浄化触媒には、幅広い温度域で触媒作用する性能
と高温に晒された後の触媒劣化が小さい高耐久性能の両
方を兼ね備えもつことが必要である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、両方の
十分な性能を兼ね備えもつ触媒は見いだされておらず、
実用化には至っていない。
【0012】本発明の目的は、高温に晒された後でも幅
広い温度域で高い性能を有する触媒を用いて、内燃機関
より排出される酸素過剰の排ガスから窒素酸化物を、幅
広い温度域で、より効率的に除去する方法及びその窒素
酸化物除去触媒と触媒の製造方法を提供するところにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
状況に鑑み鋭意検討した結果、二価白金アンミン錯体と
塩化第二スズを用いて、ゼオライトにPtとSnを含有
させた触媒が、高温に晒された後でも、触媒劣化が小さ
く、広い温度範囲で優れた窒素酸化物除去能を有するこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
【0014】即ち本発明は、窒素酸化物及び炭化水素を
含有する酸素過剰の排ガス中の窒素酸化物を除去する方
法において、二価白金アンミン錯体と塩化第二スズを用
いて、ゼオライトにPtとSnを含有させた触媒を、窒
素酸化物及び炭化水素を含有する酸素過剰の排ガスと接
触させることを特徴とする窒素酸化物の除去方法を提供
するものである。
【0015】以下、本発明を詳細に説明する。
【0016】本発明に係る触媒を構成するゼオライトに
関して、その粒子径は限定されるものではないが、高活
性、高耐久性の触媒を得るためには1ミクロン以上であ
ることが好ましく、更には1.5から5ミクロンが好ま
しい。ここで粒子径とはゼオライトの平均的な一次粒子
径を意味し、通常、電子顕微鏡で確認することができ
る。ゼオライトの構造は特に限定されないが、例えばZ
SM−5,−11,−12,−20,モルデナイト,フ
ェリエライト,Y型,ゼオライトβ等を使用することが
できる。好ましくはモルデナイトである。
【0017】さらにその組成は特に限定されるものでは
ないが、より高耐熱性、高耐久性のものを得るためには
SiO2/Al23モル比が10〜1000程度のもの
を用いることができ、更に好ましくは10〜100がよ
い。
【0018】また、このゼオライトは、そのままあるい
はアンモニウム塩等で処理してNH4型にイオン交換し
てから使用することもできる。さらにはNH4型のゼオ
ライトを焼成してH型にしてから使用してもよい。
【0019】本発明に係る触媒は、二価白金アンミン錯
体と塩化第二スズを用いて、上記ゼオライトにPtとS
nを含有させることにより製造される。
【0020】二価白金アンミン錯体としては、例えば、
テトラアンミン白金(II)塩化物等のテトラアンミン
白金(II)ハロゲン化物やテトラアンミン白金(I
I)水酸化物等の二価白金アンミン錯塩を例示すること
ができる。
【0021】上記ゼオライトに金属を含有させる方法と
しては一般に知られている、イオン交換法、共沈法、含
浸担持法、蒸発乾固法、物理混合法等が採用でき、好ま
しくはイオン交換法、共沈法がよい。更には、本発明に
係る触媒の活性、耐久性をより高めるためには含有させ
る金属の混合状態をより均一にする必要があり、共沈法
が特に好ましい。
【0022】イオン交換法としては一般に行なわれてい
る方法、例えば、所定の金属を含有する水溶液を用いて
イオン交換処理することができる。
【0023】一方、共沈法は2種以上の金属を含有させ
た混合水溶液を、それらの金属が同時に沈澱を生じる条
件、例えばpH調整剤の添加によるpH制御等で処理す
る方法であり、用いる金属は可溶性の形で使用すること
ができる。共沈させるpHの好適な範囲としては、本発
明の場合、pH6〜11、好ましくは、pH7〜10の
範囲内がよい。一般的にpH調整剤としてはアンモニア
水、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性水溶液が使
用でき、好ましくはアンモニア水がよい。
【0024】また、沈殿を生じさせる速度としては、特
に限定されないが、共沈させる際の所要時間で4時間以
下、好ましくは、2時間以下であればよい。
【0025】ゼオライトに金属を含有させる際の金属の
添加量は特に限定されないが、本発明に係る触媒の性能
をより十分にするためには、使用するゼオライトに対し
て重量パ−セントで1%以上であることが好ましい。ま
た、金属の添加量の上限も特に限定されないが、添加量
に見合う効果が得られることと触媒の製造コストの点か
ら10%以下であることが好ましい。
【0026】イオン交換法により金属を含有させる場
合、必要に応じて、イオン交換操作を繰り返し行なうこ
ともできる。PtとSnの含有順序は特に限定されず、
これらの金属を順次含有させても、同時に含有させても
どちらでもよいが、よりPtとSnの相乗効果を発現さ
せるためには同時に含有させる方がよい。
【0027】ゼオライトに金属を含有させる際の処理条
件は、含有させる方法によって種々変化するが、通常行
なわれる室温から100℃の温度、5分から200時間
の時間で行えばよい。
【0028】これらの金属を含有するゼオライトは、更
にアルカリ金属及びアルカリ土類金属が含まれてもよ
い。アルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有方法は特
に限定されないが、より高活性、高耐久性な触媒を得る
ためにはイオン交換法が好ましい。含有させる際にアル
カリ金属及びアルカリ土類金属と上記金属を順次含有さ
せてもよいが、より高活性、高耐久性な触媒を得るため
に先にアルカリ金属及びアルカリ土類金属を含有させた
後、上記金属を含有させることが好ましい。
【0029】上記の方法で調製された触媒のPt,Sn
の含有量はそれぞれの金属の添加量に依存するが、ゼオ
ライトに対して重量パ−セントでそれぞれ0.1%以上
10%以下のものが好ましく、より十分な触媒活性及び
耐久性を得るためには、ゼオライトに対して重量パ−セ
ントでそれぞれ0.5%以上のPt,Snを含有してい
ることがより望ましい。
【0030】本発明に係る排ガス浄化触媒は、粘土鉱物
等のバインダ−と混合し成形して使用することもでき
る。また、予めゼオライトを成形し、その成形体に遷移
金属及びアルカリ金属、アルカリ土類金属を含有させる
こともできる。
【0031】ゼオライトを成形する際に用いられるバイ
ンダ−としては、特に制限はないが、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やシリカ、アルミナ等が
使用できる。あるいは、バインダ−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
よい。
【0032】また、コ−ジェライト製あるいは金属製の
ハニカム状基材にゼオライトをウォッシュコ−トして用
いることもできる。ウォッシュコ−トする場合、ハニカ
ム状基材にゼオライトをウォッシュコ−トした後に、上
記金属を含有させる方法、予めゼオライトに上記金属を
含有させた後に、ハニカム状基材にウォッシュコ−トす
る方法のどちらを採用してもよい。
【0033】酸素過剰排ガスからの窒素酸化物の除去
は、上記で説明した排ガス浄化触媒と該排ガスを接触さ
せることにより行うことができる。該排ガスは窒素酸化
物及び炭化水素が含まれ、かつ酸素過剰であることが必
須である。本発明が対象とする酸素過剰の排ガスとは、
排ガス中に含まれる炭化水素を完全に酸化するのに必要
な酸素量より過剰な酸素が含まれている排ガスを指し、
このような排ガスとしては例えば、ディ−ゼルエンジン
等の内燃機関から排出される排ガス、特に空燃比が大き
い状態で燃焼された排ガス等が具体的に例示される。
【0034】本発明で処理される排ガスに含まれる炭化
水素の種類は特に限定されず、パラフィン、オレフィ
ン、芳香族化合物及びそれらの混合物が使用できる。具
体的には、パラフィン、オレフィンとしては炭素数で1
〜20の炭化水素が使用でき、芳香族化合物としてはベ
ンゼン、ナフタレン、アントラセン及びそれらの誘導体
が使用できる。また、混合物としては上記オレフィン、
パラフィン、芳香族化合物から選ばれる2種以上の炭化
水素を混合して使用することができる。また、軽油、灯
油、ガソリン等も使用できる。排ガス中の各成分ガスの
濃度は特に限定されないが、通常、窒素酸化物が50か
ら2000ppm、炭化水素が10から10000pp
mC(炭素基準)、酸素が0.1から20%である。ま
た、排ガス中の炭化水素濃度が低い場合には、上記の適
当な炭化水素を排ガス中に添加してもよい。
【0035】処理される排ガスの空間速度及び温度は特
に限定されないが、好ましくは空間速度(体積基準)5
00から500000hr-1、温度100から800
℃、更に好ましくは、空間速度2000から30000
0hr-1、温度100から600℃である。
【0036】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により更に
説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。
【0037】実施例1<触媒1の調製> SiO2/Al23モル比が16、粒子径が2ミクロン
であるH型モルデナイト(東ソ−製)10gを純水90
gに添加し、5%アンモニア水溶液を加えて、pH9の
ゼオライトスラリ−を調製した。テトラアンミン白金塩
化物(和光純薬製)0.27gと第二塩化スズ(和光純
薬製)0.26gを純水50gに溶解した混合水溶液
を、1cm3/minの添加速度で、撹拌状態のゼオラ
イトスラリ−に添加した。白金とスズの混合水溶液を添
加する際に、5%アンモニア水を適宜添加し、ゼオライ
トスラリ−のpHを9に調整し、白金−スズの共沈操作
を行った。
【0038】ろ過、純水での洗浄後、110℃で20時
間乾燥し、550℃で3時間の空気焼成を行って触媒1
を得た。化学分析の結果、触媒1は無水ベ−スにおける
酸化物のモル比で表して次の組成を有していた。
【0039】0.09PtO・0.09SnO2・Al2
3・16SiO2 実施例2<触媒2の調製> 用いる塩化第二スズを0.43gにしたこと以外は、実
施例1と同様な操作を行って、触媒2を得た。化学分析
の結果、触媒2は無水ベ−スにおける酸化物のモル比で
表して次の組成を有していた。
【0040】0.09PtO・0.15SnO2・Al2
3・16SiO2 実施例3<触媒3の調製> 用いる塩化第二スズを1.05gにしたこと以外は、実
施例1と同様な操作を行って、触媒3を得た。化学分析
の結果、触媒3は無水ベ−スにおける酸化物のモル比で
表して次の組成を有していた。
【0041】0.09PtO・0.36SnO2・Al2
3・16SiO2 実施例4<触媒4の調製> テトラアンミン白金塩化物(和光純薬製)0.27gを
純水90gに溶解させた白金水溶液に、SiO2/Al2
3モル比が16、粒子径が2ミクロンであるH型モル
デナイト(東ソ−製)10gを添加し、5%アンモニア
水溶液をpH9まで加えて、25℃で2時間のイオン交
換操作を行った。ろ過、純水での洗浄後、白金含有ゼオ
ライトを固液分離した。
【0042】引き続き、塩化第二スズ(和光純薬製)
0.43gを純水90gに溶解させたスズ水溶液中に、
白金含有ゼオライトを添加し、5%アンモニア水溶液を
pH9まで加えて、25℃で2時間のイオン交換操作を
行った。
【0043】ろ過、純水での洗浄後、110℃で20時
間乾燥し、550℃で3時間の空気焼成を行って触媒4
を得た。化学分析の結果、触媒4は無水ベ−スにおける
酸化物のモル比で表して次の組成を有していた。
【0044】0.09PtO・0.15SnO2・Al2
3・16SiO2 実施例5<触媒5の調製> 塩化第二スズ(和光純薬製)0.52gを純水90gに
溶解させたスズ水溶液に、SiO2/Al23モル比が
16、粒子径が2ミクロンであるH型モルデナイト(東
ソ−製)10gを添加し、5%アンモニア水溶液をpH
9まで加えて、25℃で2時間のイオン交換操作を行っ
た。ろ過、純水での洗浄後、スズ含有ゼオライトを固液
分離した。
【0045】引き続き、テトラアンミン白金塩化物(和
光純薬製)0.27gを純水90gに溶解させた白金水
溶液に、スズ含有ゼオライトを添加し、5%アンモニア
水溶液をpH9まで加えて、25℃で2時間のイオン交
換操作を行った。
【0046】ろ過、純水での洗浄後、110℃で20時
間乾燥し、550℃で3時間の空気焼成を行って触媒5
を得た。化学分析の結果、触媒5は無水ベ−スにおける
酸化物のモル比で表して次の組成を有していた。
【0047】0.09PtO・0.18SnO2・Al2
3・16SiO2 比較例1<比較触媒1の調製> テトラアンミン白金塩化物(和光純薬製)0.27gを
純水90gに溶解させた白金水溶液に、SiO2/Al2
3モル比が16、粒子径が2ミクロンであるH型モル
デナイト(東ソ−製)10gを添加し、5%アンモニア
水溶液をpH9まで加えて、25℃で2時間のイオン交
換操作を行った。
【0048】ろ過、純水での洗浄後、110℃で20時
間乾燥し、550℃で3時間の空気焼成を行って比較触
媒1を得た。化学分析の結果、比較触媒1は無水ベ−ス
における酸化物のモル比で表して次の組成を有してい
た。
【0049】0.09PtO・Al23・16SiO 比較例2<比較触媒2の調製> SiO/Al23モル比が16、粒子径が2ミクロン
であるH型モルデナイト(東ソ−製)10gにテトラア
ンミン白金塩化物0.27gと酢酸第一スズ0.18g
を混合し、混合後50℃に加熱しながら撹拌した。50
℃での乾燥後、150℃で3時間乾燥し、その後500
℃で2時間の空気焼成を行い、比較触媒2を得た。化学
分析の結果、比較触媒2は無水ベ−スにおける酸化物の
モル比で表して次の組成を有していた。
【0050】0.09PtO・0.09SnO2・Al2
3・16SiO2 比較例3<比較触媒3の調製> 塩化第二スズ(和光純薬製)0.26gを純水90gに
溶解させたスズ水溶液に、SiO2/Al23モル比が
16であるH型モルデナイト(東ソ−製)10gを添加
し、5%アンモニア水溶液をpH9まで加えて、25℃
で2時間のイオン交換操作を行った。ろ過、純水での洗
浄後、スズ含有ゼオライトを固液分離した。引き続き、
塩化白金酸(和光純薬製)0.31gを純水90gに溶
解させた白金水溶液に、スズ含有ゼオライトを添加し、
5%アンモニア水溶液をpH9まで加えて、25℃で2
時間のイオン交換操作を行った。
【0051】ろ過、純水での洗浄後、110℃で20時
間乾燥し、550℃で3時間の空気焼成を行って比較触
媒3を得た。化学分析の結果、比較触媒3は無水ベ−ス
における酸化物のモル比で表して次の組成を有してい
た。
【0052】0.09PtO・0.09SnO2・Al2
3・16SiO2 比較例4<比較触媒4の調製> テトラアンミン白金塩化物を塩化白金酸に代えて、その
塩化白金酸を0.31g用いたこと以外は、実施例1と
同様な操作を行って、比較触媒4を得た。化学分析の結
果、比較触媒4は無水ベ−スにおける酸化物のモル比で
表して次の組成を有していた。
【0053】0.09PtO・0.09SnO2・Al2
3・16SiO2 <触媒活性試験>触媒1〜5、比較触媒1〜4を各々プ
レス成形後、粉砕して12〜20メッシュに整粒した。
整粒した各触媒2ccを常圧固定床流通反応管に充填
し、反応に供した。反応ガスの組成を表1に示す。反応
前処理として、反応ガスを4000mL/minで流通
させながら550℃まで昇温し、30分保持した。その
後、150〜550℃の間の任意の温度で触媒定常活性
を調べた。表2にNOx除去率を示す。この時の空間速
度(体積基準)は、120000hr-1であった。尚、
NOx除去率は次式で表される。 NOx除去率=([NOx]in−[NOx]out)
×100/[NOx]in [NOx]in :入口ガスのNOx濃度 [NOx]out :出口ガスのNOx濃度
【0054】
【表1】
【0055】
【表2】
【0056】<触媒耐久試験>触媒1〜5、比較触媒1
〜4を各々プレス成形後、粉砕して12〜20メッシュ
に整粒した。整粒した各触媒2ccを常圧固定床流通反
応管に充填し、触媒耐久試験に供した。触媒耐久試験に
ついては、AirガスにH2OとSO2を体積換算でそれ
ぞれ10%,25ppmとなるように含有させた混合ガ
スを流速200cc/minで触媒に流通しながら、6
00℃で100hr耐久処理し、その後、<触媒活性試
験>と同様な反応前処理、活性評価条件で触媒定常活性
を調べた。表3に耐久試験後のNOx除去率を示す。
【0057】
【表3】
【0058】表2、表3からもわかるように、これまで
に提案されている触媒、即ち、比較触媒1〜4は、耐久
処理により250℃の活性が大きく低下する。これに対
して、本発明に係る触媒は耐久後の250℃の活性低下
が小さく、その結果、触媒が高温に晒された後でも幅広
い温度域で窒素酸化物を除去できる。
【0059】
【発明の効果】本発明に係る触媒を用いることにより、
触媒が高温に晒された後でも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幅広い温度
域で、より効率的に除去することができる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素酸化物及び炭化水素を含有する酸素
    過剰の排ガス中の窒素酸化物を除去する方法において、
    二価白金アンミン錯体と塩化第二スズを用いて、ゼオラ
    イトにPtとSnを含有させた触媒を、窒素酸化物及び
    炭化水素を含有する酸素過剰の排ガスと接触させること
    を特徴とする窒素酸化物の除去方法。
  2. 【請求項2】 ゼオライトがモルデナイトである、請求
    項1記載の窒素酸化物の除去方法。
  3. 【請求項3】 二価白金アンミン錯塩と塩化第二スズを
    用いて、アンモニアによりpHを6〜11に制御した条
    件下で、ゼオライト上にPtとSnを含有させた触媒を
    用いることを特徴とする、請求項1または請求項2に記
    載の窒素酸化物の除去方法。
  4. 【請求項4】 窒素酸化物及び炭化水素を含有する酸素
    過剰の排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒において、
    二価白金アンミン錯体と塩化第二スズを用いて、アンモ
    ニアによりpHを6〜11に制御した条件下で、ゼオラ
    イトにPtとSnを含有させたことを特徴とする窒素酸
    化物除去触媒。
  5. 【請求項5】 窒素酸化物及び炭化水素を含有する酸素
    過剰の排ガス中の窒素酸化物を除去する触媒の製造方法
    において、二価白金アンミン錯体と塩化第二スズを用い
    て、アンモニアによりpHを6〜11に制御した条件下
    で、ゼオライトにPtとSnを含有させて製造すること
    を特徴とする窒素酸化物除去触媒の製造方法。
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