JPH067641A - 窒素酸化物除去材、及び窒素酸化物除去方法 - Google Patents

窒素酸化物除去材、及び窒素酸化物除去方法

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JPH067641A
JPH067641A JP5021788A JP2178893A JPH067641A JP H067641 A JPH067641 A JP H067641A JP 5021788 A JP5021788 A JP 5021788A JP 2178893 A JP2178893 A JP 2178893A JP H067641 A JPH067641 A JP H067641A
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nitrogen oxide
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oxygen
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JP5021788A
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Tatsuo Miyadera
達雄 宮寺
Kiyohide Yoshida
清英 吉田
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Riken Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
Riken Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定燃焼装置および酸素過剰条件で燃焼する
ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等からの燃焼排
ガスのように、窒素酸化物及び一酸化炭素、炭化水素等
の未燃焼分に対する理論反応量以上の酸素を含有する燃
焼排ガスから、効率良く窒素酸化物を除去することがで
きる窒素酸化物除去材を提供する。 【構成】 多孔質の無機酸化物に銀又は銀酸化物を担持
した浄化材基材を、SO2に接触させて処理した窒素酸化
物除去材であって、好ましくは、多孔質の無機酸化物が
アルミナ又はアルミナ系複合酸化物であり、銀又は銀酸
化物の担持量が、多孔質の無機酸化物に対して0.1〜
15重量%(元素換算値)である。また、好ましいSO2
による処理では、上記の浄化材基材1gあたり、0.0
2〜1mmolのSO2 に接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は窒素酸化物と過剰の酸素
を含む燃焼排ガスから、窒素酸化物を効果的に除去する
ことのできる方法、及びそれに用いる窒素酸化物除去材
に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】自動車
用エンジン等の内燃機関や、工場等に設置された燃焼機
器、家庭用ファンヒーターなどから排出される各種の燃
焼排ガス中には、過剰の酸素とともに一酸化窒素、二酸
化窒素等の窒素酸化物(一般にNOx と呼ばれる)が含ま
れている。ここで、窒素酸化物とは一般に、一酸化窒素
及び/又は二酸化窒素を指し、また、「過剰の酸素を含
む」とは、その排ガス中に含まれる一酸化炭素、水素、
炭化水素等の未燃焼成分を燃焼するのに必要な理論酸素
量より多い酸素を含むことを意味する。
【0003】このような窒素酸化物は酸性雨の原因の一
つとされ、環境上の大きな問題となっている。そのた
め、各種燃焼機器が排出する排ガス中の窒素酸化物を除
去するさまざまな方法が検討されている。
【0004】過剰の酸素を含む燃焼排ガスから窒素酸化
物を除去する方法として、特に大規模な固定燃焼装置
(工場等の大型燃焼機等)に対しては、アンモニアを用
いる選択的接触還元法が実用化されている。
【0005】しかしながら、上記の方法においては、窒
素酸化物の還元剤として用いるアンモニアが高価である
こと、また未反応のアンモニアが排出しないように排ガ
ス中の窒素酸化物濃度を計測しながらアンモニア注入量
を制御しなければならないこと、さらに装置が大型とな
ること等の問題点がある。
【0006】また、別な方法として、水素、一酸化炭
素、炭化水素等のガスを還元剤として用い、窒素酸化物
を還元する非選択的接触還元法があるが、この方法で
は、効果的な窒素酸化物の低減除去を実行するためには
排ガス中の酸素との理論反応量以上の還元剤を添加しな
ければならず、還元剤を多量に消費する欠点がある。こ
のため非選択的接触還元法は、実際上は、理論空燃比付
近で燃焼した残存酸素濃度の低い排ガスに対してのみ有
効となり、汎用性に乏しく実際的でない。
【0007】そこで、ゼオライト又はそれに遷移金属を
担持した触媒を用いて、排ガス中の酸素との理論反応量
以下の還元剤を添加して窒素酸化物を除去する方法が提
案された(たとえば、特開昭63-100919 号、同63-28372
7 号、特開平1-130735号、及び日本化学会第59春季年会
(1990年)2A526、同第60秋季年会 (1990年)3L420、3L42
2 、3L423 等) 。
【0008】しかしながら、これらの方法では、水分を
含まないような模擬排ガスに対しては高い効率で窒素酸
化物を除去することはできるが、実際の排ガスでは水分
を10%程度含有するので、窒素酸化物の除去率が著し
く低下することがわかった。また、これらの方法では、
窒素酸化物の還元反応の最適温度が400 〜600 ℃程度と
比較的高くなる不都合もある。
【0009】また、メタノールを排ガス中に添加し、こ
のメタノール含有排ガスを300℃程度でアルミナに接
触させ、窒素酸化物を低減する方法(「触媒」vol.33、
No.2、59ページ、1991年)も提案されているが、この方
法では窒素酸化物の低減特性が低く、実際的ではない。
【0010】したがって、本発明の目的は、固定燃焼装
置および酸素過剰条件で燃焼するガソリンエンジン、デ
ィーゼルエンジン等からの燃焼排ガスのように、窒素酸
化物及び一酸化炭素、炭化水素等の未燃焼分に対する理
論反応量以上の酸素を含有する燃焼排ガスから、効率良
く窒素酸化物を除去することができる窒素酸化物除去
材、及び窒素酸化物除去方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、多孔質の無機酸化物に銀又は銀酸
化物を担持した浄化材基材をSO2 で処理した除去材を用
い、炭素数が2以上の炭化水素、または、炭素原子を2
個以上、酸素原子を1個以上有する脂肪族含酸素有機化
合物を排ガス中の窒素酸化物の量に見合った量だけ添加
して、上記窒素酸化物除去材に所定の温度で接触させて
やれば、水分を10%程度含有する排ガスであっても窒
素酸化物を効果的に除去することができることを発見
し、本発明を完成した。
【0012】すなわち、窒素酸化物と、共存する未燃焼
成分に対する理論反応量より多い酸素とを含む燃焼排ガ
スから窒素酸化物を除去する本発明の窒素酸化物除去材
は、多孔質の無機酸化物に銀又は銀酸化物を担持した浄
化材基材を、SO2 に接触させて処理したことを特徴とす
る。
【0013】また、上記の窒素酸化物除去材を用いて、
窒素酸化物と、共存する未燃焼成分に対する理論反応量
より多い酸素とを含む燃焼排ガスから窒素酸化物を除去
する本発明の方法は、炭素数が2以上の炭化水素の1種
以上、又は炭素原子を2個以上、酸素原子を1個以上有
する脂肪族含酸素有機化合物の1種以上を前記排ガスに
添加し、前記炭化水素又は前記脂肪族含酸素有機化合物
を添加した排ガスを前記窒素酸化物除去材に200〜6
00℃で接触させることにより、前記窒素酸化物と、前
記炭化水素又は前記脂肪族含酸素有機化合物とを反応さ
せて前記窒素酸化物を除去することを特徴とする。
【0014】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
は、排ガス中に、炭素数が2以上の炭化水素、又は炭素
原子を2個以上、酸素原子を1個以上有する脂肪族含酸
素有機化合物の1種以上を添加し、これらの添加物質を
含有する排ガスを、多孔質の無機酸化物に銀又は銀酸化
物を担持した後にSO2 で処理してなる窒素酸化物除去材
に接触させ、排ガス中に添加した物質と排ガス中の窒素
酸化物とを反応させて窒素酸化物を除去する。
【0015】まず、排ガスに添加した炭化水素又は脂肪
族含酸素有機化合物と排ガス中の窒素酸化物との反応サ
イトとなる除去材としては、多孔質の無機酸化物に銀又
は銀酸化物を担持し、これをSO2 に接触させて処理した
ものを用いる。
【0016】多孔質の無機酸化物としては、多孔質のア
ルミナ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの複合酸化
物等を使用することができるが、好ましくはγ−アルミ
ナ、又はアルミナ系複合酸化物を用いる。
【0017】本発明では、上記したγ−アルミナ、アル
ミナ系複合酸化物等の無機酸化物に銀又は銀酸化物を担
持したものを浄化材基材とするが、銀又は銀酸化物の担
持量は、無機酸化物の重量の0.1〜15重量%(元素
換算値)とするのが好ましい。銀又は銀酸化物の担持量
が上記範囲の下限値未満では、銀の担持による窒素酸化
物の除去効果が顕著とはならず、また、上限値を超す量
の銀を担持しても窒素酸化物の除去率の向上はみられな
い。より好ましくは、銀又は銀酸化物の担持量を無機酸
化物の重量の0.5〜10重量%とする。
【0018】なお、無機酸化物への銀又は銀酸化物の担
持は、硝酸銀等の水溶液に上述した多孔質の無機酸化物
を浸漬し、70℃程度で乾燥後、70〜550 ℃で段階的に
昇温して焼成することにより行うことができる。この焼
成を水素等の還元性ガス流通下で行った場合は、さら
に、酸素等の酸化性ガスを含む気流下で焼成した後、使
用することが望ましい。
【0019】上述した方法により多孔質の無機酸化物に
銀又は銀酸化物を担持した浄化材基材を得たら、次に、
これをSO2 ガスに接触させる。SO2 による浄化材基材の
処理では、多孔質の無機酸化物に銀又は銀酸化物を担持
してなる浄化材基材1gあたり、0.02〜1mmolのSO
2 を接触させるのが好ましい。SO2 により処理してなる
浄化材を用いると、排ガス中の炭化水素(脂肪族含酸素
有機化合物を含む)が酸素により直接酸化されないで、
炭化水素(脂肪族含酸素有機化合物を含む)と窒素酸化
物との反応が良好に起こるものと思われる。
【0020】窒素酸化物除去材(銀又は銀酸化物を担持
したγ−アルミナ等の無機酸化物をSO2 で処理したも
の)は、ペレット状、粉末状、ハニカム状、フォーム
状、板状等の状態で、排ガス導管の途中に設置する。な
お、上述した除去材がペレット状や粉末状の場合には、
ケーシングに入れて排ガス導管の途中に設置するのが実
際的である。また、(a) 耐熱性に優れたコージェライト
やムライト、又は他のセラミック材、もしくは(b) 金属
からなるハニカム状やフォーム状の成形体(担体)の表
面に、銀又は銀酸化物を担持した粉末状の無機酸化物を
公知の方法(たとえばウォッシュコート法等)によりコ
ートしたり、又は無機酸化物を成形体にコートした後、
銀又は銀酸化物を担持し、これを上述した条件でSO2
より処理してもよい。
【0021】窒素酸化物除去材を設置した部位で、炭化
水素又は脂肪族含酸素有機化合物と、窒素酸化物との反
応が生じるのであるから、排ガス中に炭化水素又は脂肪
族含酸素有機化合物を添加するのはこの除去材を設置し
た部位の上流側となる。
【0022】本発明では、炭素数が2以上の炭化水素、
又は炭素原子を2個以上、酸素原子を1個以上有する脂
肪族含酸素有機化合物を排ガスに添加する。脂肪族含酸
素有機化合物としては、アルコール、ケトン、アルデヒ
ド、カルボン酸、エーテル、エステル等が挙げられる。
アルコールは、炭素数が2以上の脂肪族の一価アルコー
ルである。この中では特に、エタノールやプロパノール
(n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール)
等の比較的低分子量のアルコールを用いるのがよい。な
お、メタノールを用いると、窒素酸化物との反応が良好
に進行しない。また、ケトンとしては、特にアセトン等
を用いるのが好ましい。さらにカルボン酸としても、カ
ルボン酸中の炭素数(カルボキシル基の炭素を含む)が
2以上のものを用いる。特に、酢酸が好適である。アル
デヒドとしてはアセトアルデヒドが好ましい。
【0023】また、本発明では、添加した物質と窒素酸
化物との反応が起きる除去材の設置部位における排ガス
の温度を200〜600℃に保つ。排ガスの温度が20
0℃未満であると添加した物質と窒素酸化物との反応特
性が低下し、良好な窒素酸化物の除去を行うことができ
ない。一方、600℃を超す温度とすると添加した物質
自身の燃焼が始まり、これらの物質の添加による窒素酸
化物の還元除去が効率良く行えない。なお、排ガス中に
添加する炭化水素や脂肪族含酸素有機化合物の種類によ
り、除去材近傍の排ガス温度を多少変化させるのが好ま
しい。
【0024】
【実施例】本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳
細に説明する。実施例1 市販のペレット状のγ−アルミナ約10g(直径1.5mm
、長さ約6mm)を硝酸銀水溶液に浸漬し、70℃で乾
燥後、5容量%の水素を含む窒素気流下、100℃、1
25℃、150℃、及び200℃で各2時間、次に30
0℃で30分焼成後、窒素ガスで水素をパージしてか
ら、水、炭酸ガス、酸素を各10%含有する窒素気流
下、300℃、400℃、及び500℃で各2時間、5
50℃で5時間焼成し、γ−アルミナに対して2重量%
の銀(元素換算値)を担持したペレット状の浄化材基材
を得た。
【0025】この浄化材基材(約10g)を300℃
で、表1に示すガス組成にSO2 を添加したガス(SO2
373ppm)に1時間接触させて、SO2 2mmolで処理
した窒素酸化物除去材を得た。
【0026】得られた除去材を反応管に充填し、表1に
示す組成のガス(一酸化窒素、二酸化炭素、酸素、エタ
ノール、及び窒素からなる乾燥成分の合計100容量%
に、さらに水分10容量%を添加したもの)を毎分2リ
ットル(標準状態)の流速で流して、反応管内の排ガス
温度を250〜550℃とし、エタノールと窒素酸化物
とを反応させた。
【0027】反応管通過後のガス中の窒素酸化物(一酸
化窒素と二酸化窒素の合計量)の濃度を化学発光式窒素
酸化物分析計により測定し、窒素酸化物の除去率を求め
た。結果を表2に示す。
【0028】 表1 成分 濃度(容量割合) 一酸化窒素 500 ppm 二酸化炭素 10 % 酸素 10 % エタノール 500 ppm 窒素 残部 水分 上記した成分からなるガス量に対して10%
【0029】比較例1 実施例1と同様にして浄化材基材を得た。この浄化材基
材(SO2 に接触させないもの)を用い、他は実施例1と
同様にして反応管通過後のガス中の窒素酸化物(一酸化
窒素と二酸化窒素の合計量)の濃度を化学発光式窒素酸
化物分析計により測定し、窒素酸化物の除去率を求め
た。試験結果を表2に示す。
【0030】実施例2 実施例1と同一の窒素酸化物除去材を用い、また、表1
に示すガス成分において、エタノールの代わりにプロピ
レンを混合したものを用い、他は実施例1と同様にして
窒素酸化物の除去試験を行った。ここで、ガス中のプロ
ピレンの量は、水分を除いたガス量の500ppm とし
た。試験結果を表2に示す。
【0031】比較例2 実施例1と同様にして浄化材基材を得た。この浄化材基
材(SO2 に接触させないもの)を用い、他は実施例2と
同様にして窒素酸化物の除去試験を行った。試験結果を
表2に示す。
【0032】 表2 窒素酸化物除去率(%) 例No. 250℃ 300℃ 350℃ 400℃ 450℃ 500℃ 550℃ 実施例1(1) 82.9 96.6 96.5 92.0 79.9 62.5 44.2 実施例2(2) − 16.0 29.7 60.7 66.9 64.1 43.2 比較例1(1) 76.0 92.0 92.0 87.0 78.0 63.0 45.0 比較例2(2) − 0 2.3 17.2 57.3 56.7 37.8 表2注(1):エタノールを添加した。 (2):プロピレンを添加した。
【0033】表2からわかるように、同様の浄化材基材
を用い、同種の添加物質を用いた場合(実施例1と比較
例1、実施例2と比較例2がそれぞれ対応する)、SO2
に接触して処理した浄化材を用いたものが、SO2 による
処理を施していない浄化材(基材)を用いたものより特
に低温域で高い窒素酸化物除去率を示す。すなわち、実
施例1と比較例1とを比較すると、低温域で実施例1の
ほうが良好な窒素酸化物の除去率を示し、また、実施例
2と比較例2とを比較すると、実施例2のほうが良好な
窒素酸化物の除去率を示す。この場合も、特に低温域で
の窒素酸化物除去率が高い。
【0034】実施例3 実施例1と同様の方法で粉末状γ−Al2 3 (平均粒径
40μm、比表面積200m2 /g)に2重量%の銀
(元素換算値)を担持させた。得られた銀担持γ−Al2
3 粉末を、市販のコージェライト製ハニカム成形体
(直径30mm、長さ35mm、セル数400/平方イン
チ)の表面にウォッシュコート法によりコートした。コ
ート量は約3gであった。
【0035】得られたハニカム成形体を、実施例1と同
様に乾燥、焼成し、実施例1と同様にSO2 処理し、窒素
酸化物除去材を得た。
【0036】得られた除去材について、実施例1と同様
にして窒素酸化物の除去率を求めた。結果を表3に示
す。 表3 窒素酸化物除去率(%) 例No. 250℃ 300℃ 350℃ 400℃ 450℃ 500℃ 550℃ 実施例3 82.0 95.0 96.0 92.3 80.0 63.0 45.0
【0037】この窒素酸化物除去材も、実施例1の除去
材と同等の窒素酸化物除去率を与えることがわかる。
【0038】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明による窒素
酸化物除去材を用いれば、過剰の酸素を含む排ガス中の
窒素酸化物を効率良く除去することができる。また、本
発明の方法では、排ガス中に水分が10%程度含まれて
いた場合でも窒素酸化物の除去を効率良く行うことがで
きる。
【0039】本発明の窒素酸化物除去材、及び除去方法
は、各種燃焼機、自動車等の排ガスに含まれる窒素酸化
物の除去に広く利用することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 清英 埼玉県熊谷市末広四丁目14番1号 株式会 社リケン熊谷事業所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素酸化物と、共存する未燃焼成分に対
    する理論反応量より多い酸素とを含む燃焼排ガスから窒
    素酸化物を除去するための除去材であって、多孔質の無
    機酸化物に銀又は銀酸化物を担持した浄化材基材を、SO
    2 に接触させて処理したことを特徴とする窒素酸化物除
    去材。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の窒素酸化物除去材にお
    いて、前記多孔質の無機酸化物がアルミナ又はアルミナ
    系複合酸化物であることを特徴とする窒素酸化物除去
    材。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の窒素酸化物除去
    材において、前記銀又は銀酸化物の担持量が、前記多孔
    質の無機酸化物に対して0.1〜15重量%(元素換算
    値)であることを特徴とする窒素酸化物除去材。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の窒素
    酸化物除去材において、前記浄化材基材1gあたり、
    0.02〜1mmolのSO2 に接触させてなることを特徴と
    する窒素酸化物除去材。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の窒素
    酸化物除去材を用いて、窒素酸化物と、共存する未燃焼
    成分に対する理論反応量より多い酸素とを含む燃焼排ガ
    スから窒素酸化物を除去する方法であって、炭素数が2
    以上の炭化水素の1種以上、又は炭素原子を2個以上、
    酸素原子を1個以上有する脂肪族含酸素有機化合物の1
    種以上を前記排ガスに添加し、前記炭化水素又は前記脂
    肪族含酸素有機化合物を添加した排ガスを前記窒素酸化
    物除去材に200〜600℃で接触させることにより、
    前記窒素酸化物と、前記炭化水素又は前記脂肪族含酸素
    有機化合物とを反応させて前記窒素酸化物を除去するこ
    とを特徴とする窒素酸化物除去方法。
JP5021788A 1991-07-23 1993-01-14 窒素酸化物除去材、及び窒素酸化物除去方法 Pending JPH067641A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5658543A (en) * 1992-12-28 1997-08-19 Kabushiki Kaisha Riken Exhaust gas cleaner and method for cleaning same

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