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JP2010240597A - Apparatus for cleaning exhaust - Google Patents

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JP2010240597A
JP2010240597A JP2009093270A JP2009093270A JP2010240597A JP 2010240597 A JP2010240597 A JP 2010240597A JP 2009093270 A JP2009093270 A JP 2009093270A JP 2009093270 A JP2009093270 A JP 2009093270A JP 2010240597 A JP2010240597 A JP 2010240597A
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JP
Japan
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catalyst
exhaust gas
nox
converter
flow path
Prior art date
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Application number
JP2009093270A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirohisa Tanaka
裕久 田中
Mari Uenishi
真里 上西
Masashi Taniguchi
昌司 谷口
Yuji Tsutsumi
裕司 堤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daihatsu Motor Co Ltd
Original Assignee
Daihatsu Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Daihatsu Motor Co Ltd filed Critical Daihatsu Motor Co Ltd
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for cleaning exhaust capable of effectively removing NO<SB>x</SB>without enlarging its size. <P>SOLUTION: The apparatus 1 for cleaning exhaust including a gas flow path 2 for exhaust to flow therethrough includes a converter A wherein a catalyst including a composite oxide of a perovskite type comprising Pt and/or Pd represented by formula: ABO<SB>3</SB>is stored, and a converter B wherein a catalyst including a catalyst of selectively reducing NO<SB>x</SB>that comprises Fe and selectively reduces NO<SB>x</SB>in an atmosphere of a reductive gas generated by the action of the catalyst in the converter A is stored, which converter B is disposed downstream of the converter A. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車用エンジンなどの排ガスを浄化するための排ガス浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for purifying exhaust gas such as an automobile engine.

近年、内燃機関から排出されるCOを低減すべく、リーンバーンで運転を行なう、ディーゼルエンジン、リーンバーン・ガソリンエンジンなどの内燃機関が注目されている。
この種の内燃機関から排出される排ガスには酸素が過剰に含まれるため、理論空燃比での燃料によって発生する排ガスの浄化を目的とする三元触媒では、排ガス中のNOxを還元浄化することが困難である。
In recent years, attention has been focused on internal combustion engines such as a diesel engine and a lean burn gasoline engine that operate on a lean burn in order to reduce CO 2 emitted from the internal combustion engine.
Since exhaust gas discharged from this type of internal combustion engine contains excessive oxygen, a three-way catalyst aimed at purifying exhaust gas generated by fuel at the stoichiometric air-fuel ratio reduces and purifies NOx in the exhaust gas. Is difficult.

そこで、HやNHなどの還元性ガスによるNOxの選択的な還元を促進させる、NOx選択還元浄化触媒が提案されている。
例えば、MnO−CeO複合酸化物と、Fe−ゼオライトとの混合物からなり、NHを還元剤として用いる還元反応を促進させるNOx選択還元触媒が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, a NOx selective reduction purification catalyst that promotes selective reduction of NOx by a reducing gas such as H 2 or NH 3 has been proposed.
For example, a NOx selective reduction catalyst that is composed of a mixture of MnO 2 —CeO 2 complex oxide and Fe-zeolite and promotes a reduction reaction using NH 3 as a reducing agent has been proposed (see, for example, Patent Document 1). .

特開2006−136776号公報JP 2006-136776 A

しかし、特許文献1のようなNOx選択還元触媒であっても、ガス流路を通過する排ガスの流量によっては、NOxを十分浄化し切れない場合がある。
一方、還元剤であるNHを排ガス中に含有させるには、排ガスの流路に尿素水溶液を噴射し、尿素を加水分解して流路内にNHを発生させる必要がある。そのため、尿素水溶液を貯めるタンクや尿素水溶液を流路内に噴射する装置が必要となり、設備が大型化するという不具合がある。
However, even if it is a NOx selective reduction catalyst like patent document 1, depending on the flow volume of the exhaust gas which passes a gas flow path, it may not fully purify NOx.
On the other hand, in order to contain NH 3 as a reducing agent in the exhaust gas, it is necessary to inject urea aqueous solution into the exhaust gas flow path to hydrolyze urea to generate NH 3 in the flow path. For this reason, a tank for storing the urea aqueous solution and a device for injecting the urea aqueous solution into the flow path are required, and there is a problem that the facility is enlarged.

本発明の目的は、設備の大型化を抑制しつつ、NOxを効果的に浄化することができる排ガス浄化装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the exhaust gas purification apparatus which can purify NOx effectively, suppressing the enlargement of an installation.

上記目的を達成するために、本発明の排ガス浄化装置は、排ガスが通過するガス流路と、前記ガス流路における相対的に上流側に排ガスと接触するように配置され、Ptおよび/またはPdを含有する一般式ABOで示されるペロブスカイト型複合酸化物を含む上流側触媒と、前記ガス流路における相対的に下流側に排ガスと接触するように配置され、Feを含有し、上流側触媒の作用によって発生した還元性ガスの雰囲気下でNOxを選択的に還元するNOx選択還元触媒を含む下流側触媒とを備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is disposed so as to be in contact with exhaust gas at a relatively upstream side of the gas flow path through which the exhaust gas passes and Pt and / or Pd. An upstream catalyst containing a perovskite complex oxide represented by the general formula ABO 3 containing, and an upstream catalyst disposed in contact with the exhaust gas relatively downstream in the gas flow path, containing Fe And a downstream side catalyst including a NOx selective reduction catalyst that selectively reduces NOx under the atmosphere of the reducing gas generated by the action of the above.

また、本発明の排ガス浄化装置では、前記ペロブスカイト型複合酸化物が、さらに一般式CaTi1−x(式中、Nは、Ptおよび/またはPdを示し、xは0<x<1の数値範囲の原子割合を示す。)で示され、前記NOx選択還元触媒が、Feを担持するゼオライトであることが好適である。 In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the perovskite complex oxide may further include a general formula CaTi 1-x N x O 3 (wherein N represents Pt and / or Pd, and x is 0 <x < It is preferable that the NOx selective reduction catalyst is a zeolite carrying Fe.

本発明の排ガス浄化装置によれば、ガス流路の上流側では、Ptおよび/またはPdを含有するペロブスカイト型複合酸化物を含む上流側触媒の作用によって、排ガス中の還元成分(例えば、Hなど)とNOxとの酸化還元反応が促進され、NOxが浄化される。NOxの還元に伴なって、ガス流路の上流側には還元性ガスが発生する。
一方、ガス流路において上流側触媒よりも下流側では、下流側触媒の作用によって、上流側で発生した還元性ガスとNOxとの酸化還元反応が促進されて、NOxが浄化される。
According to the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, on the upstream side of the gas flow path, the reducing component (for example, H 2) in the exhaust gas is generated by the action of the upstream catalyst containing the perovskite complex oxide containing Pt and / or Pd. Etc.) and NOx are promoted to purify NOx. Along with the reduction of NOx, reducing gas is generated upstream of the gas flow path.
On the other hand, on the downstream side of the upstream side catalyst in the gas flow path, the action of the downstream side catalyst promotes the oxidation-reduction reaction between the reducing gas generated on the upstream side and NOx, thereby purifying NOx.

このように、上流側触媒の下流側において、上流側での還元反応とは独立した還元反応が生じるため、排ガス中のNOxを上流側で浄化し切れなくても、そのNOxを下流側触媒の作用によって浄化することができる。
しかも、その下流側での還元反応に使用される還元性ガスが上流側での還元反応によって生じるため、その還元性ガスを下流側で有効活用することができる。また、還元性ガスをガス流路内に発生させるための装置を別途設ける必要がないため、設備の大型化を抑制することができる。
In this way, since a reduction reaction independent of the reduction reaction on the upstream side occurs on the downstream side of the upstream catalyst, even if the NOx in the exhaust gas cannot be completely purified on the upstream side, the NOx is removed from the downstream catalyst. It can be purified by action.
Moreover, since the reducing gas used for the reduction reaction on the downstream side is generated by the reduction reaction on the upstream side, the reducing gas can be effectively utilized on the downstream side. Moreover, since it is not necessary to separately provide an apparatus for generating the reducing gas in the gas flow path, an increase in the size of the facility can be suppressed.

また、下流側触媒が、Feを含有し、貴金属を不含有のNOx選択還元触媒である場合には、下流側触媒において貴金属の使用をなくすことができるので、触媒コストを低減することができる。   Further, when the downstream catalyst is a NOx selective reduction catalyst that contains Fe and does not contain a noble metal, the use of the noble metal in the downstream catalyst can be eliminated, so that the catalyst cost can be reduced.

本発明の一実施形態を示す排ガス浄化装置のレイアウト図である。1 is a layout diagram of an exhaust gas purification apparatus showing an embodiment of the present invention. 実施例1の排ガス浄化装置におけるガス温度とNOx浄化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gas temperature in the exhaust gas purification apparatus of Example 1, and a NOx purification rate. 実施例2の排ガス浄化装置におけるガス温度とNOx浄化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gas temperature in the exhaust gas purification apparatus of Example 2, and a NOx purification rate. 比較例1の排ガス浄化装置におけるガス温度とNOx浄化率との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the gas temperature and the NOx purification rate in the exhaust gas purification apparatus of Comparative Example 1. 比較例2の排ガス浄化装置におけるガス温度とNOx浄化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gas temperature in the exhaust gas purification apparatus of the comparative example 2, and a NOx purification rate. 比較例3の排ガス浄化装置におけるガス温度とNOx浄化率との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the gas temperature and the NOx purification rate in the exhaust gas purification apparatus of Comparative Example 3.

図1は、本発明の一実施形態を示す排ガス浄化装置のレイアウト図である。
この排ガス浄化装置1は、例えば、リーンバーンで運転を行なう、ディーゼルエンジン、リーンバーン・ガソリンエンジンなどの内燃機関から排出される酸素過剰の排ガスを浄化するためのものであって、内燃機関の排気ポートに連通するガス流路2と、ガス流路2の途中に介在された触媒ユニット3とを備えている。
FIG. 1 is a layout diagram of an exhaust gas purifying apparatus showing an embodiment of the present invention.
The exhaust gas purifying apparatus 1 is for purifying exhaust gas containing excess oxygen discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine or a lean burn gasoline engine that operates on a lean burn, for example. A gas flow path 2 communicating with the port and a catalyst unit 3 interposed in the middle of the gas flow path 2 are provided.

ガス流路2において、触媒ユニット3よりも上流側には、ガス流路2内に水素ガスを供給するための水素供給ライン4が接続されている。水素供給ライン4の上流側には、図示しない水素供給装置(例えば、高圧水素タンク、水素改質器など)が接続されており、この装置から排ガス流量に応じた圧力で水素を供給することによって、ガス流路を通過する排ガスに水素ガスを良好に混合することができる。   In the gas flow path 2, a hydrogen supply line 4 for supplying hydrogen gas into the gas flow path 2 is connected upstream of the catalyst unit 3. A hydrogen supply device (not shown) (for example, a high-pressure hydrogen tank, a hydrogen reformer, etc.) is connected to the upstream side of the hydrogen supply line 4, and hydrogen is supplied from this device at a pressure corresponding to the exhaust gas flow rate. The hydrogen gas can be well mixed with the exhaust gas passing through the gas flow path.

触媒ユニット3は、一般式ABOで示されるペロブスカイト型複合酸化物を含む触媒が収容されるコンバータAと、NOx選択還元触媒が収容されるコンバータBとを備えている。
コンバータAおよびコンバータBは、各触媒が排ガスに接触するように、ガスの流れ方向に沿って、この順に直列に配置される。
The catalyst unit 3 includes a converter A in which a catalyst containing a perovskite complex oxide represented by the general formula ABO 3 is accommodated, and a converter B in which a NOx selective reduction catalyst is accommodated.
Converter A and converter B are arranged in series in this order along the gas flow direction so that each catalyst contacts exhaust gas.

コンバータAの触媒は、例えば、排ガス中のNOxとHとの酸化還元反応の速度を選択的に速めて、NOxの還元を促進させる物質であって、Ptおよび/またはPdを含有している。つまり、コンバータAの触媒は、Ptおよび/またはPdを固溶および/または担持する一般式ABOで示されるペロブスカイト型複合酸化物を含んでいる。
ペロブスカイト型複合酸化物にPtおよび/またはPdが固溶されているとは、Ptおよび/またはPdがペロブスカイト型複合酸化物の結晶格子中に配位することにより、ペロブスカイト型複合酸化物と、Ptおよび/またはPdとが固溶体を形成していることである。
The catalyst of converter A is a substance that selectively accelerates the oxidation-reduction reaction between NOx and H 2 in the exhaust gas to promote the reduction of NOx, and contains Pt and / or Pd. . In other words, the catalyst of converter A contains a perovskite type complex oxide represented by the general formula ABO 3 in which Pt and / or Pd is dissolved and / or supported.
The fact that Pt and / or Pd is dissolved in the perovskite type complex oxide means that Pt and / or Pd is coordinated in the crystal lattice of the perovskite type complex oxide, And / or Pd forms a solid solution.

一方、ペロブスカイト型複合酸化物にPtおよび/またはPdが担持されているとは、Ptおよび/またはPdがペロブスカイト型複合酸化物に固溶することなく、その表面に保持されていることである。
Ptおよび/またはPdを固溶したペロブスカイト型複合酸化物は、下記一般式(1)で示される。
On the other hand, the phrase “Pt and / or Pd is supported on the perovskite complex oxide” means that Pt and / or Pd is not dissolved in the perovskite complex oxide but held on the surface thereof.
A perovskite complex oxide in which Pt and / or Pd is dissolved is represented by the following general formula (1).

ABNO (1)
(式中、Aは、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bは、貴金属を除く遷移元素およびAlから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Nは、Ptおよび/またはPdを示す。)
一般式(1)において、Aで示される希土類元素としては、例えば、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユーロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、Lu(ルテチウム)などが挙げられる。
ABNO 3 (1)
(In the formula, A represents at least one element selected from rare earth elements and alkaline earth metals, B represents at least one element selected from transition elements excluding noble metals and Al, and N represents Pt. And / or Pd.)
In the general formula (1), examples of the rare earth element represented by A include Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pm ( Promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), Lu ( Lutetium).

また、Aで示されるアルカリ土類金属としては、例えば、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、Ra(ラジウム)などが挙げられる。これらの希土類元素およびアルカリ土類金属は、単独使用または2種以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、アルカリ土類金属が挙げられ、さらに好ましくは、Caが挙げられる。   Examples of the alkaline earth metal represented by A include Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), and Ra (radium). These rare earth elements and alkaline earth metals can be used alone or in combination of two or more. Of these, an alkaline earth metal is preferable, and Ca is more preferable.

一般式(1)において、Bで示される貴金属を除く遷移元素およびAlとしては、例えば、周期律表(IUPAC、1990年)において、原子番号21(Sc)〜原子番号30(Zn)、原子番号39(Y)〜原子番号48(Cd)、および、原子番号57(La)〜原子番号80(Hg)の各元素(ただし、貴金属(原子番号44〜47および76〜78)を除く)、Alが挙げられ、好ましくは、Ti(チタン)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Fe(鉄)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)、Zr(ジルコニウム)およびAl(アルミニウム)が挙げられ、さらに好ましくは、Tiが挙げられる。これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   In the general formula (1), as the transition element excluding the noble metal represented by B and Al, for example, in the periodic table (IUPAC, 1990), atomic number 21 (Sc) to atomic number 30 (Zn), atomic number 39 (Y) to atomic number 48 (Cd) and atomic number 57 (La) to atomic number 80 (Hg) (except for noble metals (atomic numbers 44 to 47 and 76 to 78)), Al Preferably, Ti (titanium), Cr (chromium), Mn (manganese), Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), Cu (copper), Zn (zinc), Zr (zirconium) ) And Al (aluminum), and more preferably Ti. These can be used alone or in combination of two or more.

このようなPtおよび/またはPdが固溶された(組成として含有された)ペロブスカイト型複合酸化物は、特に制限されることなく、例えば、特開2004−243305号の段落番号〔0039〕〜〔0059〕の記載に準拠して、複合酸化物を調製するための適宜の方法、例えば、共沈法、クエン酸錯体法、アルコキシド法などの製造方法によって、製造することができる。   Such a perovskite-type composite oxide in which Pt and / or Pd is dissolved (contained as a composition) is not particularly limited, and examples thereof include, for example, paragraph numbers [0039] to [0039] of JP-A-2004-243305. In accordance with the description of [0059], it can be produced by an appropriate method for preparing a composite oxide, for example, a production method such as a coprecipitation method, a citric acid complex method, or an alkoxide method.

そのようにして得られるペロブスカイト型複合酸化物のPtおよび/またはPdの含有量は、例えば、ペロブスカイト型複合酸化物100重量部に対して、その総量が通常20重量部以下であり、好ましくは、0.2〜5重量部である。
より具体的には、Ptおよび/またはPdを固溶したペロブスカイト型複合酸化物は、例えば、下記一般式(2)で示される。
The content of Pt and / or Pd in the perovskite complex oxide thus obtained is, for example, generally 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the perovskite complex oxide, 0.2 to 5 parts by weight.
More specifically, the perovskite complex oxide in which Pt and / or Pd is dissolved is represented by, for example, the following general formula (2).

AB1−x (2)
(式中、Aは、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bは、貴金属を除く遷移元素およびAlから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Nは、Ptおよび/またはPdを示し、xは、0<x<1の数値範囲の原子割合を示す。)
一般式(2)のBサイトにおいて、xは、0<x<1の数値範囲のNの原子割合を示し、好ましくは、0<x≦0.5である。すなわち、Bサイトでは、Ptおよび/またはPdが、0.5以下の原子割合で必ず含まれている。
AB 1-x N x O 3 (2)
(In the formula, A represents at least one element selected from rare earth elements and alkaline earth metals, B represents at least one element selected from transition elements excluding noble metals and Al, and N represents Pt. And / or Pd, and x represents an atomic ratio in a numerical range of 0 <x <1.)
In the B site of the general formula (2), x represents an atomic ratio of N in a numerical range of 0 <x <1, and preferably 0 <x ≦ 0.5. That is, in the B site, Pt and / or Pd is necessarily contained at an atomic ratio of 0.5 or less.

それゆえ、Bサイトでは、Bで示される貴金属を除く遷移元素およびAlから選ばれる少なくとも1種の元素は、1−xの数値範囲の原子割合で含まれている。すなわち、Bサイトにおいて、Ptおよび/またはPdの原子割合xの残余1−xの原子割合で含まれている。xが0<x≦0.5であることから、0.5≦1−x<1であり、Bサイトでは、Bで示される貴金属を除く遷移元素およびAlから選ばれる少なくとも1種の元素は、0.5以上1未満の原子割合で必ず含まれている。   Therefore, at the B site, the transition element excluding the noble metal represented by B and at least one element selected from Al are contained at an atomic ratio in the numerical range of 1-x. That is, the B site contains the atomic ratio of the residual 1-x of the atomic ratio x of Pt and / or Pd. Since x is 0 <x ≦ 0.5, 0.5 ≦ 1-x <1, and at the B site, at least one element selected from Al and a transition element excluding the noble metal represented by B is , And is necessarily contained in an atomic ratio of 0.5 or more and less than 1.

Ptおよび/またはPdを担持したペロブスカイト型複合酸化物は、下記一般式(3)で示される。
N/ABO (3)
(式中、Aは、希土類元素およびアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Bは、貴金属を除く遷移元素およびAlから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、Nは、Ptおよび/またはPdを示す。)
このようなPtおよび/またはPdを担持したペロブスカイト型複合酸化物は、例えば、特開2004−243305号の段落番号〔0039〕〜〔0059〕の記載に準拠して製造された一般式ABOで示されるペロブスカイト型複合酸化物に、特開2004−243305号の段落番号〔0063〕の記載に準拠して、Ptおよび/またはPdを担持することによって、製造することができる。
The perovskite complex oxide supporting Pt and / or Pd is represented by the following general formula (3).
N / ABO 3 (3)
(In the formula, A represents at least one element selected from rare earth elements and alkaline earth metals, B represents at least one element selected from transition elements excluding noble metals and Al, and N represents Pt. And / or Pd.)
Such a perovskite type composite oxide carrying Pt and / or Pd is, for example, a general formula ABO 3 produced according to the description of paragraph numbers [0039] to [0059] of JP-A-2004-243305. The perovskite type complex oxide shown can be produced by supporting Pt and / or Pd in accordance with the description in paragraph No. [0063] of JP-A No. 2004-243305.

そのようにして得られるペロブスカイト型複合酸化物のPtおよび/またはPdの担持量は、例えば、ペロブスカイト型複合酸化物100重量部に対して、総量が通常20重量部以下であり、好ましくは、0.2〜5重量部である。
そして、コンバータAの触媒は、例えば、触媒担体上にコート層として形成することができる。
The amount of Pt and / or Pd supported in the perovskite complex oxide thus obtained is, for example, generally 20 parts by weight or less, preferably 0 parts by weight based on 100 parts by weight of the perovskite complex oxide. 2 to 5 parts by weight.
And the catalyst of converter A can be formed as a coat layer on a catalyst carrier, for example.

触媒担体としては、特に制限されず、例えば、コージェライトなどからなるハニカム状のモノリス担体など、公知の触媒担体が用いられる。
触媒担体上にコート層として触媒層を形成するには、例えば、まず、Ptおよび/またはPdを含有するペロブスカイト型複合酸化物に、水を加えてスラリーとした後、触媒担体上にコーティングし、50〜200℃で1〜48時間乾燥し、さらに、350〜1000℃で1〜12時間焼成すればよい。また、上記した各成分のそれぞれに、水を加えてスラリーとした後、これらスラリーを混合して、触媒担体上にコーティングし、50〜200℃で1〜48時間乾燥し、さらに、350〜1000℃で1〜12時間焼成してもよい。
The catalyst carrier is not particularly limited, and a known catalyst carrier such as a honeycomb monolith carrier made of cordierite or the like is used.
In order to form a catalyst layer as a coating layer on the catalyst support, for example, first, water is added to a perovskite type composite oxide containing Pt and / or Pd to form a slurry, and then coated on the catalyst support. What is necessary is just to dry at 50-200 degreeC for 1 to 48 hours, and also to calcinate at 350-1000 degreeC for 1 to 12 hours. Moreover, after adding water to each of the above-described components to form a slurry, these slurries are mixed, coated on the catalyst support, dried at 50 to 200 ° C. for 1 to 48 hours, and further 350 to 1000 You may bake at 12 degreeC for 1 to 12 hours.

コンバータBのNOx選択還元触媒は、上流側に配置されるコンバータAの触媒作用によって発生する還元性ガス(例えば、NHなど)とNOxとの酸化還元反応の速度を選択的に速めて、NOxの還元を促進させる物質である。
コンバータBの触媒は、Feを含有しており、例えば、Feを担持するゼオライトを含んでいる。
The NOx selective reduction catalyst of the converter B selectively increases the speed of the oxidation-reduction reaction between NOx and a reducing gas (for example, NH 3 ) generated by the catalytic action of the converter A disposed on the upstream side, It is a substance that promotes reduction.
The catalyst of converter B contains Fe, for example, contains zeolite carrying Fe.

ゼオライトとしては、例えば、方沸石、リョウ沸石、毛沸石、ソーダ沸石、モルデン沸石、輝沸石、束沸石、濁沸石などの天然ゼオライト、A型ゼオライト、Y型ゼオライト、X型ゼオライト、L型ゼオライト、エリオナイト、モルデナイト、βゼオライト、ZSM−5型ゼオライトなどの合成ゼオライトが挙げられる。これらは、単独使用または2種以上併用することができる。また、これらのうち、好ましくは、合成ゼオライトが挙げられ、さらに好ましくは、ZSM−5型ゼオライトが挙げられる。   As the zeolite, for example, natural zeolite such as calcite, rhyolite, molybdenite, soda zeolite, mordenite, pyroxene, zeolitic, zeolitic, etc., A type zeolite, Y type zeolite, X type zeolite, L type zeolite, Synthetic zeolites such as erionite, mordenite, β zeolite, and ZSM-5 type zeolite are listed. These can be used alone or in combination of two or more. Moreover, among these, Preferably, a synthetic zeolite is mentioned, More preferably, a ZSM-5 type zeolite is mentioned.

このようなFeを担持するゼオライトは、特に制限されることなく、公知の方法で製造することができる。例えば、ゼオライトを、鉄塩水和物の水溶液に、Feの含有量が、Feを担持したゼオライトにおいて、例えば、0.01〜10.00重量%、好ましくは、0.10〜5.00重量%で分散させ、この分散液を蒸発乾固する。
鉄塩水和物としては、例えば、硝酸鉄水和物として、硝酸第2鉄6水和物、硝酸第2鉄9水和物、硝酸第3鉄6水和物、硝酸第3鉄9水和物が挙げられ、例えば、硫酸鉄水和物として、硫酸第2鉄1水和物、硫酸第2鉄4水和物、硫酸第3鉄6水和物などが挙げられ、例えば、塩化鉄水和物として、塩化第2鉄2水和物、塩化第2鉄4水和物、塩化第3鉄2水和物、塩化第3鉄6水和物などが挙げられる。また、鉄塩水和物の水溶液は、例えば、鉄塩水和物を水に加えて、攪拌混合することにより調製することができる。また、実用的には、硝酸鉄水和物の水溶液などが挙げられ、具体的には、硝酸第2鉄9水和物の水溶液などが挙げられる。
Such a zeolite carrying Fe is not particularly limited, and can be produced by a known method. For example, in the zeolite in which the zeolite is an iron salt hydrate aqueous solution and the Fe content is Fe, for example, 0.01 to 10.00 wt%, preferably 0.10 to 5.00 wt% And the dispersion is evaporated to dryness.
Examples of the iron salt hydrate include, for example, ferric nitrate hexahydrate, ferric nitrate 9 hydrate, ferric nitrate hexahydrate, and ferric nitrate 9 hydrate as iron nitrate hydrate. Examples of the iron sulfate hydrate include ferric sulfate monohydrate, ferric sulfate tetrahydrate, ferric sulfate hexahydrate, and the like. Examples of the hydrate include ferric chloride dihydrate, ferric chloride tetrahydrate, ferric chloride dihydrate, ferric chloride hexahydrate, and the like. The aqueous solution of iron salt hydrate can be prepared, for example, by adding the iron salt hydrate to water and stirring and mixing. Moreover, practically, an aqueous solution of iron nitrate hydrate and the like can be mentioned, and specifically, an aqueous solution of ferric nitrate nonahydrate and the like can be mentioned.

その後、例えば、真空乾燥や通風乾燥などにより水を留去し、例えば、300〜800℃、好ましくは、400〜700℃で熱処理することにより、鉄塩水和物の水溶液に含有されるFeの全量を、ゼオライトに担持させる。こうして、Feを担持したゼオライトを得る。
そのようにして得られるゼオライトのFeの担持量は、例えば、ゼオライト100重量部に対して、通常10.00重量部以下であり、好ましくは、0.10〜5.00重量部である。
Thereafter, the total amount of Fe contained in the aqueous solution of iron salt hydrate is removed by evaporating water, for example, by vacuum drying or ventilation drying, and heat treatment at, for example, 300 to 800 ° C., preferably 400 to 700 ° C. Is supported on zeolite. Thus, a zeolite carrying Fe is obtained.
The amount of Fe supported on the zeolite thus obtained is, for example, usually 10.00 parts by weight or less, preferably 0.10 to 5.00 parts by weight with respect to 100 parts by weight of zeolite.

そして、コンバータBの触媒は、例えば、コンバータAの触媒と同様に、触媒担体上にコート層として形成することができる。
すなわち、触媒担体上にコート層として触媒層を形成するには、例えば、まず、Feを担持したゼオライトに、水を加えてスラリーとした後、触媒担体上にコーティングし、50〜200℃で1〜48時間乾燥し、さらに、350〜1000℃で1〜12時間焼成すればよい。また、上記した各成分のそれぞれに、水を加えてスラリーとした後、これらスラリーを混合して、触媒担体上にコーティングし、50〜200℃で1〜48時間乾燥し、さらに、350〜1000℃で1〜12時間焼成してもよい。
And the catalyst of the converter B can be formed as a coat layer on the catalyst carrier in the same manner as the catalyst of the converter A, for example.
That is, in order to form a catalyst layer as a coating layer on a catalyst carrier, for example, first, water is added to a zeolite carrying Fe to form a slurry, which is then coated on the catalyst carrier, and 1 at 50 to 200 ° C. What is necessary is just to dry for -48 hours, and also baked for 1 to 12 hours at 350-1000 degreeC. Moreover, after adding water to each of the above-described components to form a slurry, these slurries are mixed, coated on the catalyst support, dried at 50 to 200 ° C. for 1 to 48 hours, and further 350 to 1000 You may bake at 12 degreeC for 1 to 12 hours.

この排ガス浄化装置1によれば、ガス流路2には、内燃機関の運転によって発生するガス(H、NOxおよびOなど)および必要により水素供給ライン4から供給されるHを含む排ガスが通過する。
そして、ガス流路2の上流側、つまり、前段コンバータ5(コンバータA)では、上記したペロブスカイト型複合酸化物を含む触媒の作用によって、排ガス中のHとNOxとの酸化還元反応が促進され、NOxが浄化される。このNOxの還元に伴なって、前段コンバータ5内にはN、NOおよび還元性ガス(例えば、NH)などが発生する。
According to this exhaust gas purification apparatus 1, an exhaust gas containing H 2 for the gas flow passage 2, supplied from the gas (H 2, NOx and O 2, etc.) and the hydrogen supply line 4 as required generated by operation of the internal combustion engine Pass through.
Then, on the upstream side of the gas flow path 2, that is, the upstream converter 5 (converter A), the oxidation-reduction reaction between H 2 and NOx in the exhaust gas is promoted by the action of the catalyst containing the perovskite complex oxide. NOx is purified. Along with the reduction of NOx, N 2 , N 2 O, reducing gas (for example, NH 3 ) and the like are generated in the pre-stage converter 5.

一方、後段コンバータ6(コンバータB)では、Feを担持するゼオライトの作用によって、上流側で発生した還元性ガス(例えば、NH)とNOxとの酸化還元反応が促進され、NOxが浄化される。
上記のように、後段コンバータ6において、前段コンバータ5での還元反応とは独立した還元反応が生じるため、排ガス中のNOxを前段コンバータ5で浄化し切れなくても、そのNOxを後段コンバータ6において浄化することができる。
On the other hand, in the latter stage converter 6 (converter B), the action of the zeolite carrying Fe promotes the oxidation-reduction reaction between the reducing gas (for example, NH 3 ) generated upstream and NOx, and purifies NOx. .
As described above, in the rear stage converter 6, a reduction reaction that is independent of the reduction reaction in the front stage converter 5 occurs. Therefore, even if the NOx in the exhaust gas cannot be completely purified by the front stage converter 5, the NOx is passed through the rear stage converter 6. Can be purified.

しかも、後段コンバータ6での還元反応に使用される還元性ガスが、前段コンバータ5での還元反応によって生じるため、その還元性ガスを後段コンバータ6で有効活用することができる。また、還元性ガスをガス流路2内に発生させるための装置を別途設ける必要がないため、設備の大型化を抑制することができる。
さらに、貴金属元素が一般的に高価であるため、工業的製造においては、貴金属元素の使用をできるだけ低減する必要があるところ、排ガス浄化装置1において、コンバータBの触媒が、Feを含有し、貴金属を不含有である場合には、コンバータBで貴金属の使用をなくすことができる。そのため、触媒コストの上昇を抑制することができる。
In addition, since the reducing gas used for the reduction reaction in the post-stage converter 6 is generated by the reduction reaction in the front-stage converter 5, the reducing gas can be effectively used in the post-stage converter 6. Moreover, since it is not necessary to separately provide an apparatus for generating the reducing gas in the gas flow path 2, it is possible to suppress an increase in the size of the facility.
Furthermore, since noble metal elements are generally expensive, it is necessary to reduce the use of noble metal elements as much as possible in industrial production. In the exhaust gas purification apparatus 1, the catalyst of converter B contains Fe, In the case where it contains no noble metal, the converter B can eliminate the use of noble metal. Therefore, an increase in catalyst cost can be suppressed.

また、排ガス浄化装置1は、特に制限されず、各種の産業分野において用いることができる。とりわけ、ディーゼルエンジン、リーンバーン・ガソリンエンジンなど、リーン雰囲気で燃焼反応が生じる内燃機関、また、水素が燃料として供給される、化石燃料と水素とのバイフューエルエンジンなどから排出される排ガスを浄化するための装置として好適である。   Moreover, the exhaust gas purification apparatus 1 is not particularly limited, and can be used in various industrial fields. In particular, it purifies exhaust gas emitted from internal combustion engines that generate a combustion reaction in a lean atmosphere, such as diesel engines and lean-burn / gasoline engines, and bi-fuel engines of fossil fuel and hydrogen that are supplied with hydrogen as fuel. It is suitable as a device for this.

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
製造例1(Ca1.00Ti0.98Pt0.02粉末の製造)
カルシウムイソプロポキシド 15.83g(Ca換算で0.100モル)
チタンイソプロポキシド 27.85g(Ti換算で0.098モル)
白金アセチルアセトナート 0.787g(Pt換算で0.002モル)
上記の成分を、500mL容量の丸底フラスコに入れ、トルエン200mLを加えて攪拌溶解することにより、白金含有混合アルコキシド溶液を調製した。
Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example.
Production Example 1 (Production of Ca 1.00 Ti 0.98 Pt 0.02 O 3 powder)
Calcium isopropoxide 15.83 g (0.100 mol in terms of Ca)
Titanium isopropoxide 27.85 g (0.098 mol in terms of Ti)
Platinum acetylacetonate 0.787 g (0.002 mol in terms of Pt)
A platinum-containing mixed alkoxide solution was prepared by putting the above components into a 500 mL round bottom flask, adding 200 mL of toluene and stirring and dissolving.

次いで、この混合アルコキシド溶液に、脱イオン水を150mL滴下して加水分解することにより、白色の粘稠沈殿物を得た。この沈殿溶液を、室温下、1時間攪拌して反応完結後、減圧下、加温して溶媒および水を留去して乾固した。これにより、黄白色のペロブスカイト型複合酸化物前駆体を得た。
次いで、このペロブスカイト型複合酸化物前駆体を、大気中、電気炉を用いて800℃、2時間熱処理(仮焼)した。こうして、Ca1.00Ti0.98Pt0.02で示される、Ptを組成として含有するペロブスカイト型複合酸化物(Pt含有量=2.809重量%)の黄褐色粉末13.89gを得た。
Next, 150 mL of deionized water was dropped into the mixed alkoxide solution to cause hydrolysis, thereby obtaining a white viscous precipitate. The precipitated solution was stirred at room temperature for 1 hour to complete the reaction, and then heated under reduced pressure to evaporate the solvent and water to dryness. As a result, a yellowish white perovskite complex oxide precursor was obtained.
Next, this perovskite complex oxide precursor was heat-treated (calcined) at 800 ° C. for 2 hours in the atmosphere using an electric furnace. In this manner, 13.89 g of a perovskite complex oxide (Pt content = 2.809 wt%) represented by Ca 1.00 Ti 0.98 Pt 0.02 O 3 and containing Pt as a composition was obtained. Obtained.

このCa1.00Ti0.98Pt0.02粉末をペレット状に加圧成形し、得られた成形品を粉砕した。粉砕によって得られた粒子を、目幅1mmの篩、目幅750μmの篩に順にかけ、1mmの篩を通過し、750μmの篩に残存したものを試験用サンプルとした。
製造例2(Ca1.00Ti0.98Pd0.02粉末の製造)
カルシウムイソプロポキシド 15.83g(Ca換算で0.100モル)
チタンイソプロポキシド 27.85g(Ti換算で0.098モル)
パラジウムアセチルアセトナート 0.609g(Pd換算で0.002モル)
上記の成分を500mL容量の丸底フラスコに入れ、トルエン200mLを加えて攪拌溶解することにより、パラジウム含有混合アルコキシド溶液を調製した。
The Ca 1.00 Ti 0.98 Pt 0.02 O 3 powder was pressure-molded into a pellet and the resulting molded product was pulverized. The particles obtained by the pulverization were sequentially passed through a sieve having a mesh width of 1 mm and a sieve having a mesh width of 750 μm, and the particles that passed through the 1 mm sieve and remained on the sieve having a mesh size of 750 μm were used as test samples.
Production Example 2 (Production of Ca 1.00 Ti 0.98 Pd 0.02 O 3 powder)
Calcium isopropoxide 15.83 g (0.100 mol in terms of Ca)
Titanium isopropoxide 27.85 g (0.098 mol in terms of Ti)
Palladium acetylacetonate 0.609 g (0.002 mol in terms of Pd)
A palladium-containing mixed alkoxide solution was prepared by putting the above components into a 500 mL round bottom flask, adding 200 mL of toluene, and dissolving by stirring.

次いで、この混合アルコキシド溶液に、脱イオン水を150mL滴下して加水分解することにより、白色の粘稠沈殿物を得た。この沈殿溶液を、室温下、1時間攪拌して反応完結後、減圧下、加温して溶媒および水を留去して乾固した。これにより、黄白色のペロブスカイト型複合酸化物前駆体を得た。
次いで、このペロブスカイト型複合酸化物前駆体を、大気中、電気炉を用いて800℃、2時間熱処理(仮焼)した。こうして、Ca1.00Ti0.98Pd0.02で示される、Pdを組成として含有するペロブスカイト型複合酸化物(Pd含有量=1.552重量%)の黄褐色粉末13.71gを得た。
Next, 150 mL of deionized water was dropped into the mixed alkoxide solution to cause hydrolysis, thereby obtaining a white viscous precipitate. The precipitated solution was stirred at room temperature for 1 hour to complete the reaction, and then heated under reduced pressure to evaporate the solvent and water to dryness. As a result, a yellowish white perovskite complex oxide precursor was obtained.
Next, this perovskite complex oxide precursor was heat-treated (calcined) at 800 ° C. for 2 hours in the atmosphere using an electric furnace. In this manner, 13.71 g of a perovskite complex oxide (Pd content = 1.552 wt%) of a perovskite type composite oxide containing Pd as a composition represented by Ca 1.00 Ti 0.98 Pd 0.02 O 3 was obtained. Obtained.

このCa1.00Ti0.98Pd0.02粉末をペレット状に加圧成形し、得られた成形品を粉砕した。粉砕によって得られた粒子を、目幅1mmの篩、目幅750μmの篩に順にかけ、1mmの篩を通過し、750μmの篩に残存したものを試験用サンプルとした。
製造例3(Fe/ゼオライト粉末の製造)
β型ゼオライト粉末19.40gに、硝酸第2鉄9水和物(Fe分13.685重量%に相当)4.384g(Fe換算で0.60g)を含浸させた後、80℃にて24時間通風乾燥した。乾燥後、大気中、電気炉を用いて650℃、1時間熱処理することにより、Fe/ゼオライトで示される、Feを担持したゼオライト(Fe含有量:3.00重量%)の粉末20.00gを得た。
The Ca 1.00 Ti 0.98 Pd 0.02 O 3 powder was pressure-molded into pellets, and the resulting molded product was pulverized. The particles obtained by the pulverization were sequentially passed through a sieve having a mesh width of 1 mm and a sieve having a mesh width of 750 μm, and the particles that passed through the 1 mm sieve and remained on the sieve having a mesh size of 750 μm were used as test samples.
Production Example 3 (Production of Fe / Zeolite Powder)
After impregnating 19.40 g of β-type zeolite powder with 4.384 g of ferric nitrate nonahydrate (corresponding to Fe content of 13.685 wt%) (0.60 g in terms of Fe), Air dried for hours. After drying, heat treatment is performed in the atmosphere using an electric furnace at 650 ° C. for 1 hour, whereby 20.00 g of Fe-supported zeolite (Fe content: 3.00 wt%) powder represented by Fe / zeolite is obtained. Obtained.

このFe/ゼオライト粉末をペレット状に加圧成形し、得られた成形品を粉砕した。粉砕によって得られた粒子を、目幅1mmの篩、目幅750μmの篩に順にかけ、1mmの篩を通過し、750μmの篩に残存したものを試験用サンプルとした。
実施例1〜2および比較例1〜3
製造例1〜3で得られた各サンプルを、下記表1に示すサンプル量・配置形態で、常圧固定床流通反応装置内に配置した。2種類の触媒を上流側と下流側とに分けて配置する場合には、上流側のサンプルと下流側のサンプルとの混合を防止するため、2つのサンプル間をグラスウールで仕切った。
This Fe / zeolite powder was pressure-molded into pellets, and the resulting molded product was pulverized. The particles obtained by the pulverization were sequentially passed through a sieve having a mesh width of 1 mm and a sieve having a mesh width of 750 μm, and the particles that passed through the 1 mm sieve and remained on the sieve having a mesh size of 750 μm were used as test samples.
Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3
Each sample obtained in Production Examples 1 to 3 was placed in a normal pressure fixed bed flow reactor in the sample amount / arrangement form shown in Table 1 below. When the two types of catalysts are arranged separately on the upstream side and the downstream side, the two samples are separated by glass wool in order to prevent mixing of the upstream sample and the downstream sample.

そして、触媒床にモデルガスを流通させながら、触媒床温度を30℃から450℃まで、20℃/分の速度で昇温させ、その間の排ガス浄化率を連続的に測定した。各触媒床温度におけるNOx浄化率を、表1および図2〜図6に示す。表1において、NOx最高浄化率とは、測定温度範囲における最も高い浄化率のことである。
なお、モデルガスとしては、酸素5%、水素3000ppm、プロパン333ppm、二酸化炭素8%、および水蒸気10%を混合した酸化性成分過剰なガスを使用した。本測定結果は、それぞれ温度に対するNOxの浄化率を記載している。
Then, while flowing the model gas through the catalyst bed, the catalyst bed temperature was raised from 30 ° C. to 450 ° C. at a rate of 20 ° C./min, and the exhaust gas purification rate during that time was continuously measured. The NOx purification rate at each catalyst bed temperature is shown in Table 1 and FIGS. In Table 1, the NOx maximum purification rate is the highest purification rate in the measured temperature range.
As the model gas, an oxidizing component excess gas in which 5% oxygen, 3000 ppm hydrogen, 333 ppm propane, 8% carbon dioxide, and 10% water vapor were mixed was used. This measurement result describes the NOx purification rate with respect to the temperature.

Figure 2010240597
Figure 2010240597

図4および図5によると、Ca1.00Ti0.98Pt0.02のサンプル(比較例1)およびCa1.00Ti0.98Pd0.02のサンプル(比較例2)単独では、NOx最高浄化率がそれぞれ63%および41%であった。また、Fe/ゼオライトのサンプル(比較例3)については、図6に示すように、単独では上記のモデルガスに対して触媒活性を示さず、NOxをほぼ浄化できなかった。 According to FIGS. 4 and 5, a sample of Ca 1.00 Ti 0.98 Pt 0.02 O 3 (Comparative Example 1) and a sample of Ca 1.00 Ti 0.98 Pd 0.02 O 3 (Comparative Example 2) ) By itself, the maximum NOx purification rates were 63% and 41%, respectively. In addition, as shown in FIG. 6, the Fe / zeolite sample (Comparative Example 3) alone did not exhibit catalytic activity against the above model gas and could not substantially purify NOx.

これに対し、実施例1のように、Ca1.00Ti0.98Pt0.02のサンプルの下流側にFe/ゼオライトのサンプルを配置した形態では、Fe/ゼオライトが単独では触媒活性を示さないにも関わらず、NOx最高浄化率が66%まで向上されていることが確認された。
また、実施例2のように、Ca1.00Ti0.98Pd0.02のサンプルの下流側にFe/ゼオライトのサンプルを配置した形態では、NOx最高浄化率が54%まで向上されていることが確認された。
On the other hand, as in Example 1, in the form in which the Fe / zeolite sample is arranged on the downstream side of the Ca 1.00 Ti 0.98 Pt 0.02 O 3 sample, Fe / zeolite alone has catalytic activity. Although NO was shown, it was confirmed that the maximum NOx purification rate was improved to 66%.
Moreover, in the embodiment in which the Fe / zeolite sample is arranged downstream of the Ca 1.00 Ti 0.98 Pd 0.02 O 3 sample as in Example 2, the maximum NOx purification rate is improved to 54%. It was confirmed that

さらに、実施例1および2では、下流側触媒に貴金属が含有されていないので、触媒コストの上昇を抑制することができる。   Further, in Examples 1 and 2, since no noble metal is contained in the downstream catalyst, an increase in catalyst cost can be suppressed.

1 排ガス浄化装置
2 ガス流路
5 前段コンバータ(コンバータA)
6 後段コンバータ(コンバータB)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas purification apparatus 2 Gas flow path 5 Previous stage converter (converter A)
6 Rear stage converter (converter B)

Claims (2)

排ガスが通過するガス流路と、
前記ガス流路における相対的に上流側に排ガスと接触するように配置され、Ptおよび/またはPdを含有する一般式ABOで示されるペロブスカイト型複合酸化物を含む上流側触媒と、
前記ガス流路における相対的に下流側に排ガスと接触するように配置され、Feを含有し、上流側触媒の作用によって発生した還元性ガスの雰囲気下でNOxを選択的に還元するNOx選択還元触媒を含む下流側触媒と
を備えることを特徴とする、排ガス浄化装置。
A gas flow path through which the exhaust gas passes;
An upstream catalyst including a perovskite-type composite oxide represented by the general formula ABO 3 that is disposed so as to be in contact with the exhaust gas at a relatively upstream side in the gas flow path and contains Pt and / or Pd;
NOx selective reduction, which is arranged so as to be in contact with the exhaust gas relatively downstream in the gas flow path, selectively contains NOx in an atmosphere of a reducing gas containing Fe and generated by the action of the upstream catalyst. An exhaust gas purification apparatus comprising a downstream catalyst including a catalyst.
前記ペロブスカイト型複合酸化物が、さらに一般式CaTi1−x(式中、Nは、Ptおよび/またはPdを示し、xは0<x<1の数値範囲の原子割合を示す。)で示され、
前記NOx選択還元触媒が、Feを担持するゼオライトであることを特徴とする、請求項1に記載の排ガス浄化装置。
The perovskite-type composite oxide further has a general formula CaTi 1-x N x O 3 (wherein N represents Pt and / or Pd, and x represents an atomic ratio in a numerical range of 0 <x <1. )
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the NOx selective reduction catalyst is a zeolite carrying Fe.
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