JPH0957099A - ディーゼルエンジン用排ガス浄化触媒 - Google Patents

ディーゼルエンジン用排ガス浄化触媒

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JPH0957099A
JPH0957099A JP7219047A JP21904795A JPH0957099A JP H0957099 A JPH0957099 A JP H0957099A JP 7219047 A JP7219047 A JP 7219047A JP 21904795 A JP21904795 A JP 21904795A JP H0957099 A JPH0957099 A JP H0957099A
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exhaust gas
layer
carrier
alkali metal
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JP7219047A
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Inventor
Michio Taguchi
教夫 田口
Koji Sakano
幸次 坂野
Koichi Kasahara
光一 笠原
Norihiko Aono
紀彦 青野
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Cataler Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Cataler Industrial Co Ltd
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】CO等の酸化・分解性能を従来と同等以上に維
持するとともに、耐久試験後のSO3 及びサルフェート
の生成量の増大を抑制する。 【解決手段】触媒貴金属20とアルカリ金属21を担持
した触媒担持層2の下層にもアルカリ金属10を担持
し、下層のアルカリ金属10の担持濃度を触媒担持層2
のアルカリ金属21の担持濃度と同等以上とする。濃度
差による触媒担持層2中のアルカリ金属21の下層への
拡散が防止され、耐久試験後の触媒担持層2中のアルカ
リ金属濃度の低下が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン用排ガス浄化触媒に関し、詳しくは、ディーゼルエン
ジンからの排ガス中に含まれる有害成分である一酸化炭
素(CO)、炭化水素(HC)及び可溶性有機成分(S
OF)を浄化するとともに、硫酸塩(サルフェート)の
排出量を低減する排ガス浄化触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】ガソリンエンジンについては、排ガスの
厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排
ガス中の有害成分は確実に減少されてきている。しか
し、ディーゼルエンジンについては、有害成分がパティ
キュレート(炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒
子、高分子量炭化水素微粒子等)として排出されるとい
う特異な事情から、規制も技術の進歩もガソリンエンジ
ンに比べて遅れており、確実に排ガスを浄化できる排ガ
ス浄化装置の開発が望まれている。
【0003】現在までに開発されているディーゼルエン
ジン用排ガス浄化装置としては、大きく分けてトラップ
型の排ガス浄化触媒を用いたトラップ型排ガス浄化装置
と、オープン型の排ガス浄化触媒を用いたオープン型排
ガス浄化装置とが知られている。トラップ型の排ガス浄
化触媒としては、セラミック製の目封じタイプのハニカ
ム体(ディーゼルパティキュレートフィルタ(DP
F))等が知られている。この排ガス浄化触媒を用いた
排ガス浄化装置では、DPF等で排ガスを濾過してパテ
ィキュレートを捕集し、圧損が上昇すればバーナ等で蓄
積したパティキュレートを燃焼させることによりDPF
等を再生するようになっている。また、パティキュレー
トの捕集とともにCO、HC及びSOFを酸化・分解さ
せるべく、DPF等の担体基材にアルミナ等により触媒
担持層を形成し、この触媒担持層に白金(Pt)等を担
持させた排ガス浄化触媒も検討されている。
【0004】一方、オープン型の排ガス浄化触媒として
は、セラミック製のストレートフロータイプのハニカム
体等からなる担体基材と、この担体基材にアルミナ等に
より形成された触媒担持層と、この触媒担持層にガソリ
ンエンジンと同様に担持されたPt等とからなるものが
知られている。このオープン型排ガス浄化装置によれ
ば、Pt等の触媒作用によりCO等の酸化・分解が可能
である。
【0005】しかし、上記白金等をもつトラップ型又は
オープン型排ガス浄化装置では、Pt上でSO2 と酸素
とが反応してサルフェートが生成するとともに、触媒担
持層が排ガス中のSO2 を吸着し、高温時にSO2 がP
t等の触媒作用により酸化されてSO3 として排出され
てしまう。特に、ディーゼルエンジンにおいては、排ガ
ス中に酸素ガスも充分存在し、この酸素ガスによってS
2 が酸化されてSO 3 として排出されやすい。そし
て、SO2 はパティキュレートとして測定されないが、
SO3 はパティキュレートとして測定される。また、S
3 は排ガス中に多量に存在する水蒸気と容易に反応し
て硫酸ミストを形成し、サルフェートとして排出されて
しまう。このため、これらの排ガス浄化装置では、高温
時にサルフェートの排出によりパティキュレート量が増
大するという問題がある。 かかる実情から、特開平4
−250851号公報にはチタニア担体にPt等の触媒
貴金属を担持し、さらに酸化能を抑制してサルフェート
の排出を抑制するためにアルカリ金属、アルカリ土類金
属及び希土類元素から選ばれる金属を担持させたディー
ゼルエンジン用排ガス浄化触媒が開示されている。
【0006】また本願出願人は、シリカ,ゼオライトな
どからなる触媒担持層に触媒貴金属とともにアルカリ金
属を担持し、これによりCOやHCの酸化分解性能を維
持しつつサルフェートの排出を抑制したディーゼルエン
ジン用排ガス浄化触媒を提案している(特願平7−74
139号、本願出願時未公知)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒貴
金属とともにアルカリ金属を担持した上記のディーゼル
エンジン用排ガス浄化触媒では、200〜600℃の使
用温度域で耐久試験を行うと、サルフェートの生成量の
抑制効果が低下してしまうという不具合が明らかとなっ
た。
【0008】本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされ
たものであり、CO等の酸化・分解性能を従来と同等以
上に維持するとともに、耐久試験後のSO3 及びサルフ
ェートの生成量の増大を抑制することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のディーゼルエンジン用排ガス浄化触媒の特色は、セ
ラミック担体にアルカリ金属を担持した第1担持層と、
第1担持層表面に形成され多孔質担体に触媒貴金属とア
ルカリ金属を担持した第2担持層とを備え、第1担持層
のアルカリ金属の担持濃度を第2担持層のアルカリ金属
の担持濃度と同等以上としたことにある。
【0010】
【発明の実施の形態】第2担持層の基材を構成する多孔
質担体は、アルミナ、シリカ、チタニア、ゼオライト、
シリカ−アルミナ及びチタニア−アルミナ等の耐火性無
機酸化物により形成することができる。耐火性無機酸化
物は、平均粒径が20μm以下、比表面積が10m2
g以上のものであることが好ましい。耐火性無機酸化物
が20μmを超える平均粒径であり、かつ10m2 /g
未満の比表面積であれば、十分なSOFの分解性能が得
られない虞れがある。なお第2担持層は、シリカ−アル
ミナの耐火性無機酸化物により形成することがCO等の
浄化率向上の点で好ましい。
【0011】第1担持層は、例えばメタル担体基材に被
覆形成することができる。また第1担持層がセラミック
からなるペレット担体基材やモノリス担体基材を兼ねる
ように構成してもよい。したがってその材質は、第2担
持層と同様の多孔質担体又はコーディエライトなどのセ
ラミックとすることができ、第2担持層と同種であって
もよいし異種とすることもできる。
【0012】触媒貴金属としては、代表的なPt、パラ
ジウム(Pd)、ロジウム(Rh)の他、ルテニウム
(Ru)、オスニウム(Os)及びイリジウム(Ir)
の少なくとも一種を採用することができる。例えば、P
tの担持量は、排ガス浄化触媒の単位容積当り、0.0
1〜10.0g/Lであることが好ましい。Ptの担持
量が0.01g/L未満では、十分な酸化・分解性能が
得られない虞れがある。逆に、10.0g/Lを超えて
Ptを担持しても、酸化・分解性能の向上が僅かであ
り、排ガス浄化触媒が高価となる。特に、Ptの担持量
が0.1〜3.0g/Lである場合は酸化・分解性能と
コストとの両面で好ましい。
【0013】Pdの担持量は、排ガス浄化触媒の単位容
積当り、0.01〜20.0g/Lであることが好まし
い。Pdの担持量が0.01g/L未満では、十分な酸
化・分解性能が得られない虞れがある。逆に、20.0
g/Lを超えてPdを担持しても、酸化・分解性能の向
上が僅かであり、排ガス浄化触媒が高価となる。特に、
Pdの担持量が0.5〜3.0g/Lである場合は酸化
・分解性能とコストとの両面で好ましい。
【0014】Rhの担持量は、排ガス浄化触媒の単位容
積当り、0.01〜1.0g/Lであることが好まし
い。Rhの担持量が0.01g/L未満では、十分な酸
化・分解性能が得られない虞れがある。逆に、1.0g
/Lを超えてRhを担持しても、酸化・分解性能の向上
が僅かであり、排ガス浄化触媒が高価となる。特に、R
hの担持量が0.05〜0.5g/Lである場合は酸化
・分解性能とコストとの両面で好ましい。
【0015】アルカリ金属としては、リチウム(L
i)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウ
ム(Rb)、セシウム(Cs)、フランシウム(Fr)
の少なくとも一種を採用することができる。第2担持層
中のアルカリ金属の担持濃度は、複数種類のアルカリ金
属の場合は合計量で、排ガス浄化触媒の単位容積当り
0.01〜0.1mol/Lであることが好ましい。担
持濃度が0.01mol/L未満では、十分な酸化・分
解性能が得られない虞れがある。また、0.1mol/
Lを超えて担持しても、酸化・分解性能の向上が僅かで
あり、排ガス浄化触媒が高価となる。特に、担持濃度が
0.01〜0.05mol/Lである場合は酸化・分解
性能とコストとの両面で好ましい。
【0016】本発明の最大の特色は、第1担持層のアル
カリ金属の担持濃度を第2担持層のアルカリ金属の担持
濃度と同等以上としたことにある。例えばカリウム
(K)の融点は63.65℃であるなど、アルカリ金属
は融点が低く、例えば200〜600℃の触媒使用温度
域で溶融して移動し易くなると考えられる。そのため従
来の排ガス浄化触媒では、使用中にアルカリ金属がコー
ディエライトなどからなる担体基材やメタル担体に被覆
形成されたアルミナコート層の内部に拡散し、耐久試験
後のサルフェート抑制効果を得られない原因となってい
た。
【0017】しかし本願発明では、下地の第1担持層中
にもアルカリ金属が担持され、しかもその担持濃度は表
層の第2担持層と同等以上となっている。したがって使
用中又は耐久試験中の熱により第2担持層中のアルカリ
金属が移動し易くなっても、下層の第1担持層中に存在
するアルカリ金属により第1担持層への移動が抑制さ
れ、従来生じていた濃度差による拡散を抑制することが
できる。そしてアルカリ金属がPt等の触媒貴金属に何
らかの形で作用し、CO等の酸化・分解性能を維持しつ
つ、SO3 の生成を抑制することが可能となる。
【0018】なお第2担持層中のアルカリ金属の担持濃
度は0.01mol/L以上であることが好ましいか
ら、第1担持層中のアルカリ金属の担持濃度も0.01
mol/L以上とすることが望ましい。また第1担持層
中のアルカリ金属の担持濃度が高くなり過ぎると、使用
中に逆に第2担持層中に拡散して触媒貴金属の酸化活性
を低下させる場合があるので、第1担持層中のアルカリ
金属の担持濃度は第2担持層中のアルカリ金属の担持濃
度の2倍以内に止めることが好ましい。
【0019】また第1担持層と第2担持層にそれぞれ担
持されるアルカリ金属は、異種であってもよいが、同種
とすることが望ましい。
【0020】
【実施例】以下、実施例によりさらに具体的に説明す
る。 (実施例1)図1に本実施例の排ガス浄化触媒の概略構
成図を示す。この排ガス浄化触媒は、コーディエライト
製のハニカム担体(1)と、ハニカム担体(1)表面に
被覆されたコート層(2)と、ハニカム担体(1)に担
持されたK(10)と、コート層(2)に担持されたP
t(20)及びK(21)とから構成されている。つま
りハニカム担体(1)が第1担持層を構成し、コート層
(2)が第2担持層を構成している。
【0021】この排ガス浄化触媒を製造した方法を以下
に詳細に説明することで、本実施例の排ガス浄化触媒の
構成の詳細な説明に代える。コーディエライト製のスト
レートフロータイプのハニカム担体(1)(400セル
/in2 、直径80mm、長さ95mm)を用意する。
このハニカム担体(1)に所定濃度の硝酸カリウム水溶
液の所定量を吸水させ、500℃で1時間熱処理して、
ハニカム担体(1)1リットル当たり0.05molの
K(10)を担持させ、第1担持層を形成した。
【0022】次に、シリカとアルミナを重量比でSiO
2 :Al2 3 =9:1となるように含むスラリーを調
製し、Kを担持したハニカム担体をこのスラリーに浸漬
し引き上げて余分なスラリーを吹き払った後、100℃
で1時間乾燥し500℃で1時間焼成して、ハニカム担
体(1)1リットル当たり100gのコート層(2)を
形成した。
【0023】次に、コート層(2)が形成されたハニカ
ム担体(1)を所定濃度のテトラアンミンヒドロキシド
白金溶液に1時間浸漬し、引き上げた後余分な水滴を吹
き払い、100℃で6時間乾燥後300℃1時間熱処理
してアンミン等を除去してPt(20)を担持した。P
t(20)の担持量はハニカム担体(1)1リットル当
たり1.5gである。そしてさらに所定濃度の硝酸カリ
ウム水溶液の所定量を吸水させ、500℃で1時間熱処
理してハニカム担体(1)1リットル当たり0.03m
olのK(21)を担持させて第2担持層を形成し、実
施例1の排ガス浄化触媒を得た。 (実施例2)ハニカム担体(1)中のK(10)の担持
濃度を、ハニカム担体(1)1リットル当たり0.1m
olとしたこと以外は実施例1と同様にして実施例2の
排ガス浄化触媒を調製した。 (実施例3)ハニカム担体(1)中のK(10)の担持
濃度を、ハニカム担体(1)1リットル当たり0.3m
olとしたこと以外は実施例1と同様にして実施例3の
排ガス浄化触媒を調製した。 (実施例4)ハニカム担体(1)中のK(10)の担持
濃度を、ハニカム担体(1)1リットル当たり0.5m
olとしたこと以外は実施例1と同様にして実施例4の
排ガス浄化触媒を調製した。 (実施例5)ハニカム担体(1)中のK(10)の担持
濃度を、ハニカム担体(1)1リットル当たり0.7m
olとしたこと以外は実施例1と同様にして実施例5の
排ガス浄化触媒を調製した。 (実施例6)ハニカム担体(1)中のK(10)の担持
濃度を、ハニカム担体(1)1リットル当たり1.0m
olとしたこと以外は実施例1と同様にして実施例6の
排ガス浄化触媒を調製した。 (比較例1)ハニカム担体(1)中にK(10)を担持
しなかったこと以外は実施例1と同様にして比較例1の
排ガス浄化触媒を調製した。 (試験)上記のそれぞれの排ガス浄化触媒をディーゼル
エンジンの排気系に取付け、それぞれ入りガス温度20
0℃で100時間運転する耐久試験を行った。その後
2.6Lディーゼルエンジンの排気系に取付け、回転数
2000rpm、入りガス温度500℃で1時間運転す
るエージング処理を行った後、入りガス温度を50℃ず
つ降温させて触媒前後のPM(パティキュレート マテ
リアル)を分析するとともにHC量を測定した。結果を
PMゼロ%低減温度及びHC50%浄化温度に換算して
図2に示す。
【0024】なお、PMゼロ%低減温度とは、高温にな
るほど増加するサルフェートの生成量がサルフェートを
除いたSOFなどPM成分の低減量と同じ値になる温度
をいい、PMゼロ%低減温度が高温側になるほどサルフ
ェートの生成が抑制されていることを意味している。ま
たHC50%浄化温度とは、触媒前の排ガス中のHCの
50%が浄化される温度をいい、HC50%浄化温度が
低いほどHCの酸化力が高いことを意味している。 (評価)図2より、ハニカム担体(1)中のK(10)
の担持濃度が高くなるほどPMゼロ%低減温度が上昇
し、サルフェートの生成が抑制されていることがわか
る。特にK(10)の担持濃度が0.1mol/L以上
であればPMゼロ%低減温度は400℃以上となり、サ
ルフェートの生成抑制に特に効果的である。
【0025】一方、ハニカム担体(1)中のK(10)
の担持濃度が高くなるほどHC50%浄化温度が増大す
る傾向が見られるので、K(10)の担持濃度はHC5
0%浄化温度が230℃未満である0.5mol/L未
満とすることが望ましいこともわかる。このようにハニ
カム担体(1)中のK(10)の担持濃度が高すぎると
HCの浄化活性が低下するのは、コート層(2)中にK
(10)が拡散してコート層(2)中のKの濃度が高く
なり過ぎ、Ptの活性が阻害されるからであろうと推察
される。
【0026】したがって上記実施例の条件下において
は、ハニカム担体(1)に担持するK(10)の担持濃
度としては0.1〜0.5mol/Lが最適である。 (実施例7)図3に本実施例の排ガス浄化触媒の概略構
成図を示す。この排ガス浄化触媒は、メタル担体(3)
と、メタル担体(3)表面に被覆されたアルミナコート
層(4)と、アルミナコート層(4)表面に形成された
触媒担持層(5)と、アルミナコート層(4)に担持さ
れたK(40)と、触媒担持層(5)に担持されたPt
(50)及びK(51)とから構成されている。つまり
アルミナコート層(4)が第1担持層を構成し、触媒担
持層(5)が第2担持層を構成している。
【0027】この排ガス浄化触媒を製造した方法を以下
に詳細に説明することで、本実施例の排ガス浄化触媒の
構成の詳細な説明に代える。容積0.9Lのメタル担体
(3)をアルミナスラリーに浸漬し、引き上げて余分な
スラリーを吹き飛ばした後、100℃で1時間乾燥し、
500℃で1時間熱処理してアルミナコート層(4)を
形成した。アルミナコート層(4)のコート量は、メタ
ル担体(3)1リットル当たり50gである。
【0028】このアルミナコート層(4)をもつメタル
担体(3)に所定濃度の硝酸カリウム水溶液の所定量を
吸水させ、500℃で1時間熱処理して、メタル担体
(3)1リットル当たり0.03molのK(40)を
担持させ、第1担持層を形成した。次に、シリカとアル
ミナを重量比でSiO2 :Al2 3 =9:1となるよ
うに含むスラリーを調製し、K(40)を担持したアル
ミナコート層(4)をもつメタル担体(3)をこのスラ
リーに浸漬し引き上げて余分なスラリーを吹き払った
後、100℃で1時間乾燥し500℃で1時間焼成し
て、メタル担体(3)1リットル当たり100gの触媒
担持層(5)を形成した。
【0029】次に、触媒担持層(5)が形成されたメタ
ル担体(3)を所定濃度のテトラアンミンヒドロキシド
白金溶液に1時間浸漬し、引き上げた後余分な水滴を吹
き払い、100℃で1時間乾燥後300℃1時間熱処理
してアンミン等を除去してPt(50)を担持した。P
t(50)の担持量はメタル担体(3)1リットル当た
り1.5gである。そしてさらに所定濃度の硝酸カリウ
ム水溶液の所定量を吸水させ、500℃で1時間熱処理
してメタル担体(3)1リットル当たり0.03mol
のK(51)を担持させて第2担持層を形成し、実施例
7の排ガス浄化触媒を得た。 (実施例8)アルミナコート層4中のK(40)の担持
濃度を、メタル担体(3)1リットル当たり0.05m
olとしたこと以外は実施例7と同様にして実施例8の
排ガス浄化触媒を調製した。 (実施例9)アルミナコート層4中のK(40)の担持
濃度を、メタル担体(3)1リットル当たり0.1mo
lとしたこと以外は実施例7と同様にして実施例9の排
ガス浄化触媒を調製した。 (実施例10)アルミナコート層4中のK(40)の担
持濃度を、メタル担体(3)1リットル当たり0.2m
olとしたこと以外は実施例7と同様にして実施例10
の排ガス浄化触媒を調製した。 (実施例11)アルミナコート層4中のK(40)の担
持濃度を、メタル担体(3)1リットル当たり0.3m
olとしたこと以外は実施例7と同様にして実施例11
の排ガス浄化触媒を調製した。 (比較例2)アルミナコート層4中のK(40)の担持
濃度を、メタル担体(3)1リットル当たり0.01m
olとしたこと以外は実施例7と同様にして比較例2の
排ガス浄化触媒を調製した。 (比較例3)アルミナコート層4中にK(40)を担持
しなかったこと以外は実施例7と同様にして比較例3の
排ガス浄化触媒を調製した。 (試験・評価)上記のそれぞれの排ガス浄化触媒を実施
例1と同様にして試験し、結果を図4に示す。図4よ
り、アルミナコート層(4)中のK(40)の担持濃度
が高くなるほどPMゼロ%低減温度が上昇し、サルフェ
ートの生成が抑制されていることがわかる。特にK(4
0)の担持濃度が0.03mol/L以上であれば、P
Mゼロ%低減温度は400℃以上となり、サルフェート
の生成の抑制に特に効果的である。
【0030】一方、アルミナコート層(4)中のK(4
0)の担持濃度が高くなるほどHC50%浄化温度が増
大する傾向が見られるので、K(40)の担持濃度はH
C50%浄化温度が250℃未満である0.2mol/
L未満とすることが望ましいこともわかる。したがって
上記実施例の条件下においては、アルミナコート層
(4)に担持するK(40)の担持濃度としては0.0
3〜0.2mol/Lが最適である。
【0031】なお、上記実施例ではアルカリ金属として
Kのみを用いているが、K以外のアルカリ金属を単独で
あるいは複数種類併用しても本実施例と同様の効果が得
られる。また触媒貴金属についても上記実施例ではPt
しか用いていないが、他の触媒貴金属でも同様の効果が
得られることはいうまでもない。
【0032】
【発明の効果】すなわち本発明のディーゼルエンジン用
排ガス浄化触媒によれば、触媒貴金属とともに存在する
アルカリ金属の拡散が防止されているので、耐久試験後
にも初期と同様のサルフェート生成抑制効果と酸化活性
が得られ、触媒性能の低下が防止されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の排ガス浄化触媒の構成を説
明する概略断面図である。
【図2】ハニカム担体(1)中のK(10)の担持濃度
とPMゼロ%低減温度及びHC50%浄化温度との関係
を示すグラフである。
【図3】本発明の実施例7の排ガス浄化触媒の構成を説
明する概略断面図である。
【図4】アルミナコート層(4)中のK(40)の担持
濃度とPMゼロ%低減温度及びHC50%浄化温度との
関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1:ハニカム担体(第1担持層) 2:コート層
(第2担持層) 3:メタル担体 4:アルミナコ
ート層(第1担持層) 5:触媒担持層(第2担持層)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 教夫 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 坂野 幸次 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 笠原 光一 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャタ ラー工業株式会社内 (72)発明者 青野 紀彦 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャタ ラー工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック担体にアルカリ金属を担持し
    た第1担持層と、 該第1担持層表面に形成され多孔質担体に触媒貴金属と
    アルカリ金属を担持した第2担持層とを備え、 該第1担持層のアルカリ金属の担持濃度は該第2担持層
    のアルカリ金属の担持濃度と同等以上であることを特徴
    とするディーゼルエンジン用排ガス浄化触媒。
JP7219047A 1995-08-28 1995-08-28 ディーゼルエンジン用排ガス浄化触媒 Pending JPH0957099A (ja)

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