JPH09299806A - NOx含有排ガス浄化用触媒及びその浄化方法 - Google Patents

NOx含有排ガス浄化用触媒及びその浄化方法

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JPH09299806A
JPH09299806A JP8137504A JP13750496A JPH09299806A JP H09299806 A JPH09299806 A JP H09299806A JP 8137504 A JP8137504 A JP 8137504A JP 13750496 A JP13750496 A JP 13750496A JP H09299806 A JPH09299806 A JP H09299806A
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nox
clinoptilolite
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exhaust gas
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JP8137504A
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Shigeo Satokawa
重夫 里川
Fumiyuki Hoshi
文之 星
Kenichi Yamazeki
憲一 山関
Hiroshi Uchida
洋 内田
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Tokyo Gas Co Ltd
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Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】クリノプチロライトにPdを担持した触媒を使
用して、NOx含有排ガス中のNOxを340℃程度か
ら500℃以上という幅広い温度範囲できわめて有効に
除去し、酸素及び水分の存在下でも優れたNOx除去効
果を得る。 【解決手段】クリノプチロライトにPdを担持してなる
ことを特徴とするNOx含有排ガスの浄化用触媒、該触
媒の製造方法及び酸素及び水蒸気を含むNOx含有排ガ
スをPd担持のクリノプチロライト触媒に接触させるこ
とを特徴とするNOx含有排ガスの浄化方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、NOx含有排ガス
浄化用触媒及びその浄化方法に関し、より具体的にはN
Ox含有排ガスをクリノプチロライト型ゼオライトにP
dを担持してなるNOx含有排ガス浄化用触媒、その製
造方法及びこの触媒を用いて酸素及び水蒸気を含むNO
x含有排ガスを浄化する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車、航空機、火力発電、各種工場等
から排出される排ガスには燃料の燃焼により生成する炭
酸ガス及び水蒸気に加え、NOxやSOxやCO、或い
は臭気物質、ばいじん等のほか、未燃焼の炭化水素(H
C)が含有されており、また産業廃棄物や都市ゴミ等の
焼却時においては、それら廃棄物の由来や組成如何等に
もよるが、それら物質に加えて塩化水素ガスなども発生
する。
【0003】またガスエンジン、ガスタービン、ボイラ
ー、或いは加熱炉などでは都市ガスその他メタン、エタ
ン、プロパンなどを含む燃料ガスが使用されているが、
それらにおける生成排ガスの環境負荷の低減のため、或
いは燃焼効率や熱効率を高めるために、空気比すなわち
燃料ガスに対する空気の比率を燃料ガスリーン(lea
n)側、すなわち空気量を燃料ガスに対して燃料ガスの
完全燃焼に必要な理論空気量の1.0〜5.0倍、特に
1.0〜3.0倍とするいわゆる希薄燃焼方式が適用さ
れてきている。
【0004】そして上記の点は、単一の駆動源(すなわ
ち単一のエネルギー源)から電力、機械エネルギー及び
熱エネルギーを生産し、エネルギーを高効率に利用可能
とするいわゆるコージェネレーションシステム、或いは
GHP(Gas Heat Pump)システムなどにお
ける希薄燃焼ガスエンジンについても同様である。しか
しそのような希薄燃焼方式を採用した場合にも、その排
ガス中に多量の酸素、二酸化炭素及び水蒸気の他、少量
の未燃焼低級炭化水素(特にメタン)及び一酸化炭素、
微量の窒素酸化物(NOx)が含まれることになる。
【0005】各種排ガス中のそれら成分のうちでも特に
NO、NO2 等のNOxの処理については、いわゆる排
煙脱硝技術として、例えば無触媒還元法、接触分解法、
非選択又は選択接触還元法、吸着法、電子線照射法、溶
融塩吸収法、還元吸収法その他種々の方法が知られてい
る。これらのうちその処理に当たり触媒を使用して浄化
する接触還元法は、通常、NOxを最終的にN2 に変え
無害とするものであるため特に注目されるが、この触媒
としてはPt、Rh、Pd等の貴金属、TiO2、V2
5、Cr23、Fe23 等の金属酸化物、希土類酸化
物、硫化物その他各種のものがあり、その一種としてゼ
オライト系のものも知られている。
【0006】ゼオライトにはそれを構成するアルミナ
(Al23)成分とシリカ(SiO2)成分の割合、そ
の結晶構造等の如何により数多くの種類があり、それぞ
れ異なった特性を有するが、その幾つかは触媒自体とし
ては勿論、各種触媒用の担体としても使用される。本発
明者等は、各種ゼオライトのうちでも特にモルデナイト
に注目し、各種多方面から研究、開発を進めて一連の優
れた成果を得るとともに、ZSMー5を用いた脱硝方法
についても開発を進めている(特開平6ー254352
号、特願平8ー92029号)。
【0007】このうち例えば特開平6ー254352号
ではZSMー5(=MFI型ゼオライト)をH型に改変
し、これにPdを担持させた触媒を使用するもので、特
に希薄燃焼方式により発生する燃焼排ガスの浄化に適用
される。また特願平8ー92029号においては、H型
のMFI型ゼオライトにPdとRhとを担持した触媒を
使用することにより、NOx含有排ガス中のNOxを3
40〜570℃という広い温度範囲できわめて有効に除
去することができ、しかもこの触媒は酸素及び水分の存
在下でも優れたNOx除去効果が得られるため、希薄燃
焼方式からの燃焼排ガスに対して特に有効である。
【0008】ところで、ゼオライトのうち特にクリノプ
チロライト(clinoptilolite)は天然の
堆積岩中によく見られるゼオライトで、我が国でも比較
的豊富に産生される。この天然産クリノプチロライトは
土壌改良材、吸着剤、製紙充填剤などの用途に使用され
ているが、クリノプチロライトを触媒や触媒担体として
使用した例は殆んど見当たらない。またクリノプチロラ
イトを合成によって製造することは非常に困難とされて
おり、もちろん合成品は市販されていないが、本発明者
等は(K+Na)混合イオン系反応混合物の攪拌水熱合
成により純粋なクリノプチロライトを種晶の存在下、ま
た種晶なしでも合成できることを先に見い出した。図1
はその製造例であり、図1中縦軸はX線回折ピーク(0
20)の相対強度を示している。
【0009】図1中、種晶を添加した場合は、原料組成
を一定とし、反応温度を180℃、150℃及び120
℃と変えて実施し、また種晶なしの場合には反応温度を
150℃で実施したものである。図1のとおり、原料固
形物重量の1wt%の合成クリノプチロライトを種晶と
して反応混合物に加えて水熱合成を行うと、種晶を用い
ない場合に比べて広い温度範囲(120〜180℃)で
純粋なクリノプチロライトが得られる。また種晶を用い
ない場合にも、種晶添加の場合に比べれば反応時間は長
いが、同じく純粋なクリノプチロライトが生成される。
こうして得られた合成クリノプチロライトは特にイオン
交換性に優れており、後述のとおりイオン交換法により
Pdを均一に担持させることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者は、以
上のようなクリノプチロライトに着目し、NOx含有排
ガスの脱硝用触媒としての適否について各種実験、研究
を進めたところ、クリノプチロライト型ゼオライトにP
dを担持させることにより、340℃近辺から500℃
以上にわたる幅広い温度範囲で優れた脱硝率を得ること
ができ、またこの脱硝効果は合成クリノプチロライトを
用いた場合に特に顕著であることを見い出し、本発明に
到達するに至ったものである。
【0011】すなわち本発明は、NOx含有排ガスの接
触還元脱硝方法において、ゼオライトの中でもクリノプ
チロライトという特定の触媒担体を用いることにより、
排ガス中のNOx除去率を、温度340℃程度の温度領
域から500℃以上という幅広い温度範囲で大幅に改善
向上させるNOx含有排ガスの浄化用触媒、その製造方
法並びに酸素及び水蒸気を含むNOx含有排ガスを、燃
焼排ガス中の未燃焼炭化水素(低級炭化水素、特にメタ
ン)を利用し、該触媒により浄化する方法を提供するこ
とを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は(1)NOx含
有排ガスの浄化用触媒であって、クリノプチロライトに
Pdを担持してなることを特徴とするNOx含有燃焼排
ガスの浄化用触媒を提供し、(2)クリノプチロライト
をPdの硝酸塩、塩化物、酢酸塩又は錯塩の形の水溶液
によりイオン交換することによりクリノプチロライトに
Pdを担持させることを特徴とするクリノプチロライト
にPdを担持したNOx含有排ガス浄化用触媒の製造方
法を提供し、また(3)酸素及び水蒸気を含むNOx含
有排ガスをPdを担持してなるクリノプチロライト触媒
に接触させることを特徴とするNOx含有排ガスの浄化
方法を提供する。
【0013】
【発明の実施の形態】上記NOx含有排ガスの浄化用触
媒において、クリノプチロライト担体に対するPdの担
持量は、排ガス中のNOxに対して有効な触媒作用を示
す程度に担持させるが、クリノプチロライトを含む触媒
全量中好ましくは0.1wt%以上、より好ましくは
0.5wt%以上となるように担持させる。
【0014】また、本発明に係るPd担持のクリノプチ
ロライト触媒の製造方法としては、クリノプチロライト
に対してPdを可及的に均一に担持させ得る手法であれ
ば特に限定はなく、好ましくはイオン交換法や含浸法に
より担持させることができるが、より好ましくはイオン
交換法が適用される。その態様を述べると、まずPdを
その硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩(ジクロロテトラア
ンミンパラジウム等)その他の形の水溶液とし(なお、
酢酸Pdのように水に難溶性の塩の場合には、例えばア
ンモニアを加えて水溶液として使用する)、これにクリ
ノプチロライトを投入してイオン交換するか又はそれら
水溶液に含浸させる。特にイオン交換法の場合には酢酸
及びアンモニア水を加えてpH調整等を行うことでPd
をより均一に担持させることができる。
【0015】イオン交換法による場合、Pdはクリノプ
チロライト中のカチオン成分に換えて担持されることに
なるため、クリノプチロライトが(K+Na)混合イオ
ン系反応により得られたものである場合には、予めクリ
ノプチロライト中のKイオン又はNaイオンを硝酸アン
モニウム等の水溶液によりイオン交換してアンモニア型
又はH型とした後、上記イオン交換法を適用するのが望
ましい。以降、常法により乾燥させ、焼成することによ
りPd担持のクリノプチロライト触媒が得られる。
【0016】また、そのクリノプチロライトとしては粉
末状、粒状、ペレット状その他の形状のものをそのまま
原料とすることができるが、粉末状や粒状の場合には原
料段階又は製造工程の途中、或いは製造工程の最終段階
でその粒度を調整し、整粒するのが望ましく、これによ
りPdの担持を均一に行わせることができ、また触媒と
して均質な特性を確保することができる。
【0017】本触媒の使用形態としては粉末状、粒状、
顆粒状(含:球状)、ペレット状、或いはハニカム状
(モノリス体)等の適宜形態として用いることができ
る。ただこれらに被処理排ガスを通す必要があるため、
Pdを担持して得られた触媒の形状が粉末状の場合に
は、その逸散を防止するため、例えば粒状等に造粒する
か、或いはペレット状等に成形して使用する。またハニ
カム状(モノリス体)については、(1)本触媒を必要
に応じてバインダー等とともに押出し成型してハニカム
状(モノリス体)とする、(2)粉末状、粒状等の本触
媒を懸濁液とし例えばセラミックハニカムに担持させる
等の手法で製造される。
【0018】粒状その他の形態への成形は通常の手法に
より行うことができるが、例えば上記(2)の態様でハ
ニカム状とする場合についてPdの担持時期等を含めた
一、二の例を述べると、予めハニカム状とした例えばコ
ーディエライト基体に対して(a)クリノプチロライト
担体にPdを担持させた粉末触媒を例えばアルミナゾル
等のバインダーとともに水性懸濁液としてウォッシュコ
ートして担持させる、(b)粉末クリノプチロライトを
例えばアルミナゾル等のバインダーとともに水性懸濁液
としてウォッシュコートし、その後イオン交換法や含浸
法によりクリノプチロライト担体に対してPdを担持さ
せる等の各種態様を採ることができる。
【0019】また、本発明のNOx含有排ガス浄化方法
を実施する装置の形式としては、縦型、横型等を問わ
ず、気体の接触反応用として通常使用される形式の各種
反応装置を使用することができるが、図2はそのうち横
型装置の一例を模式的に示すものである。図2中、Aは
都市ガス等の燃焼機器、Bは排ガス導管であり、その燃
料が都市ガスの場合、燃焼排ガスにはNOx、H2O、
CO2、O2、CH4、N2、COなどが含有されている。
Cは触媒層、Dは排出導管であり、排ガス中のNOxは
触媒層Cの触媒の作用によりN2へ還元され、またC
4、COは同様の作用によりCO2、H2Oに酸化さ
れ、H2O、O2、CO2及びN2を含むガスとして排出導
管Dから排出される。
【0020】本発明においては、被処理NOx含有排ガ
スが都市ガスの燃焼機器からの燃焼排ガスである場合、
還元剤としてその中に含まれる未燃焼低級炭化水素(特
にメタン)が利用できるため、別途還元剤の添加を必要
とすることなく、その排ガスをPdを担持したクリノプ
チロライト触媒の層に通すだけでNOxをN2 に変える
ことができる。なお低級炭化水素(特にメタン)が被処
理燃焼排ガス中に含まれていない場合や、それが含有さ
れていても必要有効量を下回る場合には、反応に必要な
量を適宜供給、添加する。これらにより被処理排ガス中
の炭化水素の有無、またその含有量の多寡如何に拘わら
ず対応することができる。
【0021】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されるもので
はないことは勿論である。まず天然クリノプチロライト
(秋田県産)を用意するとともに、クリノプチロライト
を合成し、これらにPdをイオン交換担持させて実施例
供試触媒を製造した。また天然クリノプチロライト(秋
田県産)に対しては含浸担持によってもPdを担持させ
た。
【0022】《クリノプチロライトの合成》水酸化ナト
リウム27.4g、水酸化カリウム42.4g及び水酸
化アルミニウム39gを混合し、約50mlの水を加え
た後、透明な液となるまで温度約90℃で加熱攪拌し
た。一方、別の容器に水1500mlをとり、微粉状無
定形シリカ(日本シリカ工業社製、ニップシールVN
3、商品名)を加えて攪拌し、これに上記で得た透明溶
液を加えた後、種晶として合成クリノプチロライト3.
3gを加えて、10分以上室温で攪拌して水性懸濁液を
得た。
【0023】次いで、上記水性懸濁液をオートクレーブ
中に入れて密閉し、攪拌しながら150℃で120時間
保持して結晶化した。この結晶化反応後、放冷し、得ら
れたスラリーを取り出し、濾過、水洗を繰り返した後、
温度110℃で乾燥させた。こうして得られNa/K型
合成クリノプチロライトを硝酸アンモニウム水溶液中で
温度60℃で2時間イオン交換処理を行い、このイオン
交換処理を2回繰り返して乾燥し、アンモニウム型のク
リノプチロライトとした。
【0024】《Pdの担持》一方、蒸留水100mlに
アンモニア水30mlを加えて50℃に加熱した水溶液
に酢酸パラジウムを溶解し、Pd濃度がそれぞれ1.0
g/l、3.1g/l及び5.0g/lのパラジウム水
溶液を準備した。各パラジウム水溶液を酢酸でpH=7
に調製した後、上記で得たアンモニウム型クリノプチロ
ライト15gを加えて温度50℃で3時間イオン交換処
理を行った。イオン交換後、濾過、水洗を3回繰り返
し、引続き固形分を温度110℃で一晩乾燥させた。次
いで、該乾燥試料を電気炉中空気雰囲気において温度5
00℃で3時間焼成し、Pdを担持した粉末状クリノプ
チロライト触媒を得た。その後成形、粉砕して粒径が3
55〜710μmの範囲となるよう整粒して供試触媒と
した。
【0025】また、天然クリノプチロライト(秋田県
産)に対しては硝酸アンモニウム水溶液中で温度60℃
で2時間イオン交換処理を行い、このイオン交換処理を
2回繰り返して乾燥し、アンモニウム型のクリノプチロ
ライトとした。これを上記と同じPd濃度3.1g/l
のパラジウム水溶液でイオン交換し、上記と同様にして
供試触媒を得た。しかしイオン交換によってはPd担持
量が少なかったため(上記イオン交換条件下ではPd担
持量0.16wt%で限度であった)、温度50℃での
ロータリーエバポレータによって含浸担持させ、同じく
温度500℃で3時間焼成し、上記と同様にして粒径3
55〜710μmの範囲の整粒供試触媒とした。
【0026】《浄化試験》次に、以上で得た各供試触媒
を用いて、NOxを含有する排ガスの浄化試験を実施し
た。反応装置としては固定床流通型反応装置を用いた
が、これはステンレス製の反応管からなり、その内径1
0mmのものである。本実施例ではその管内に供試触媒
を各々4.5ml量充填した。被処理排ガスとしてはN
O=91ppm、CH4 =1080ppm、O2 =9.
1%、CO=910ppm、CO2 =6.8%、H2
=9.1%、残部(バランス):N2 を含むガスを用
い、処理温度すなわち反応温度を325〜500℃の範
囲にわたって変え、また空間速度(GHSV)を44,
000h-1として実施した。表1及び図3〜図4はこれ
らの結果である。なお図4には、それらのうち350〜
475℃の範囲の測定値をプロットしている。
【0027】ここで「NOx除去率(%)」とは、各測
定時点での触媒層の入口部における排ガス中のNOx濃
度をX、触媒層の出口部におけるNOx濃度をYとし、
下記式(1)により算出したものである。
【数 1】
【0028】表1は担体の種類及びPdの担持条件如何
による反応温度425℃での結果である。表1から明ら
かなとおり、NOx除去上、天然クリノプチロライトを
用いた場合にも勿論有効であるが、担体として合成クリ
ノプチロライトを使用した場合には(表1中〜)、
天然クリノプチロライトを用いた場合に比べて格段に優
れていることが分かる。また天然クリノプチロライトの
場合には、イオン交換によってはPdを十分担持させ得
ないため(表1中)、含浸担持によって担持させた供
試触媒についても試験したが(表1中)、担持量の如
何だけによりNOx除去率が左右されるものではないこ
とを示している。
【0029】
【表 1】
【0030】図3は合成クリノプチロライト担体に対す
るPdの担持量(Pd含有率:wt%)如何によるNO
x除去率(温度425℃)の変化を示したものである。
図3のとおり、Pd含有率0.2wt%で既に約33%
のNOx除去率を示し、以降NOx除去率はPd含有率
の増加とともに上昇し、Pd含有率0.8wt%で65
%という高水準のNOx除去率となり、Pdをそれ以上
含有させても同じく高いNOx除去率を維持している。
【0031】図4は、合成及び天然の各クリノプチロラ
イト担体に対するPdの担持量如何によるNOx除去特
性を各測定温度毎にプロットしたものである。図3のと
おり担体として合成クリノプチロライトを用いた場合に
は、天然クリノプチロライト担体の場合に比べて格段に
高いNOx除去特性を示している。天然クリノプチロラ
イト担体に対するイオン交換によるPd担持量0.16
wt%である場合(図3中△印)には、例えば温度42
5℃でNOx除去率21%強というようにそれ相当に有
効であるが、Pdを天然クリノプチロライト担体に対し
て含浸担持により担持させて、0.68wt%をも担持
させたにしても(図3中▽印)、NOx除去特性に寄与
することはないことを示している。
【0032】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、その触
媒としてクリノプチロライトにPdを担持した触媒を使
用することにより、NOx含有排ガス中のNOxを34
0℃から500℃以上という広い温度範囲にわたってき
わめて有効に除去することができる。また酸素及び水分
の存在下でも優れたNOx除去効果が得られるため、希
薄燃焼方式からの排ガスに対して特に有効である。
【0033】特に合成クリノプチロライトはイオン交換
性に優れているため、イオン交換法により天然品に比べ
てPd担持量を多くすることができる。また、Pd担持
のクリノプチロライト触媒の場合、その触媒活性は例え
ばPd担持のモルデナイト触媒に比べて高温側の触媒活
性が高い特徴があり、さらにクリノプチロライトは細孔
径が小さいことから該孔中でのPdのシンタリングを抑
制し、耐久性を改善することが期待できる等各種利点を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】クリノプチロライトの結晶化曲線を示す図〔X
線回折ピーク(020)の相対強度による〕。
【図2】本発明のNOx含有排ガスの浄化方法を実施す
る装置の一例を模式的に示した図。
【図3】合成クリノプチロライト担体へのPd担持量と
NOx除去率への影響を示す図(反応温度=425
℃)。
【図4】クリノプチロライト担体への各種Pd担持量の
NOx除去率を示す図(反応温度=325〜500
℃)。
【符号の説明】 A 都市ガス等の燃焼機器 B 排ガス導管 C 触媒層 D 排出導管

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】NOx含有排ガスの浄化用触媒であって、
    クリノプチロライト担体にPdを担持してなることを特
    徴とするNOx含有排ガスの浄化用触媒。
  2. 【請求項2】上記NOx含有排ガスの浄化用触媒におい
    て、クリノプチロライトに対するPdの担持量がクリノ
    プチロライトを含む触媒全量中少なくとも0.1wt%
    以上である請求項1記載のNOx含有排ガスの浄化用触
    媒。
  3. 【請求項3】上記クリノプチロライト担体が合成クリノ
    プチロライトである請求項1又は2記載のNOx含有排
    ガスの浄化用触媒。
  4. 【請求項4】上記NOx含有排ガスの浄化用触媒が粒
    状、顆粒状、ペレット状又はハニカム状である請求項
    1、2又は3記載のNOx含有排ガスの浄化用触媒。
  5. 【請求項5】クリノプチロライトをPdの硝酸塩、塩化
    物、酢酸塩又は錯塩の形の水溶液によりイオン交換する
    ことによりクリノプチロライトにPdを担持させること
    を特徴とするNOx含有排ガス浄化用触媒の製造方法。
  6. 【請求項6】酸素及び水蒸気を含むNOx含有排ガスを
    Pd担持のクリノプチロライト触媒に接触させることを
    特徴とするNOx含有排ガスの浄化方法。
  7. 【請求項7】上記NOx含有排ガスが希薄燃焼方式の燃
    焼により発生するNOx含有燃焼排ガスである請求項6
    記載のNOx含有排ガスの浄化方法。
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