JPH0970540A - 炭化水素燃焼用電気伝導性触媒及びその燃焼方法 - Google Patents

炭化水素燃焼用電気伝導性触媒及びその燃焼方法

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JPH0970540A
JPH0970540A JP7251767A JP25176795A JPH0970540A JP H0970540 A JPH0970540 A JP H0970540A JP 7251767 A JP7251767 A JP 7251767A JP 25176795 A JP25176795 A JP 25176795A JP H0970540 A JPH0970540 A JP H0970540A
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Japan
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catalyst
combustion
electrically conductive
hydrocarbons
temperature
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JP7251767A
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Hidekazu Kikuchi
英一 菊地
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Tokyo Gas Co Ltd
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Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】炭化水素燃焼用の電気伝導性触媒であっ
て、La1-XXMO3 (式中AはSr、Ca又はAg、
MはMn、Co又はFe、x=0〜0.8である。但
し、AがSrのときは、MはMn、Co又はFeであ
り、AがCa又はAgのときは、MはMnである)から
なることを特徴とする炭化水素燃焼用電気伝導性触媒及
び炭化水素を含むガスを該電気伝導性触媒に通すことを
特徴とする炭化水素の燃焼方法。 【効果】炭化水素、特にメタン又はメタンを含有する炭
化水素の酸化燃焼用触媒として優れた触媒性能を有し、
通電により急速に加熱されて活性化するため、都市ガス
等の燃焼時やガソリンエンジン等のスタ−トアップ時に
おける炭化水素類の排出量低減などにきわめて有効であ
る。このため、例えば従来では必要であった予熱バ−ナ
−等が不要となる等優れた効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素燃焼用の
電気伝導性触媒及びこの電気伝導性触媒を使用する炭化
水素の燃焼方法に関する。
【0002】
【従来の技術】触媒燃焼、すなわち各種燃料ガスを触媒
により燃焼させる手法は、固体触媒上に燃料ガスを空気
と接触させて酸化反応を行わせ、無害なCO2とH2Oに
変化させると同時に熱エネルギーを発生させるものであ
るが、この触媒燃焼は(1)広い燃料濃度範囲(空気/
燃料比)で燃焼が進み、火炎燃焼が不可能な希薄混合気
でも燃焼が可能である、(2)炭化水素(HC)や一酸
化炭素(CO)を完全燃焼して熱NOxを含まないクリ
ーンな燃焼ガスを得ることができる、(3)燃焼開始温
度が低く、燃焼面の温度が均一であり、燃焼器の形態を
自由にできる等の諸特徴を有している。
【0003】また、ガスエンジン、ガスタ−ビン、発電
用等のボイラ−、或いは加熱炉などでは、その燃料ガス
として都市ガスその他、メタン、エタン、プロパン、ブ
タン等を含む燃料ガスが使用されている。しかし、これ
らの燃焼時に排出されるガスにはNOxやSOx、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)や一酸化炭素(CO)が含有されている。これらの
うち特に未燃焼の炭化水素は冷間燃焼開始時の排ガス中
に多量に含まれており、このためその未燃焼の炭化水素
は酸化して除去する必要がある。
【0004】上記排ガス中の未燃焼炭化水素を酸化除去
する手法の一つとしては、適当な酸化触媒を使用して燃
焼させることが考えられるが、酸化触媒は低温で有効な
ものは少なく、通常、ある程度の高温で有効に作用す
る。この点、炭化水素類が特にメタンの場合には、それ
が難燃性であることから低温着火性の点で難点があり、
このためメタンを含む未燃焼の炭化水素類を酸化触媒に
より有効に燃焼除去するためにはその触媒を加熱して温
度を高くする必要があり、例えば排ガスの加熱を行う予
熱バ−ナ−が必要である。
【0005】ところで、導電性を有する触媒への通電に
よるジュ−ル熱で触媒を加熱することができる通電触媒
は、反応に必要なときにのみ通電して加熱し、触媒反応
を促進させることができることから、閉空間におけるメ
タンその他を含む都市ガス等の燃料炭化水素類の燃焼、
或いは未燃炭化水素の酸化除去、例えばガソリンエンジ
ン車などの冷間始動時(すなわちスタ−トアップ時)に
おける炭化水素類排出量の低減などに有効であると考え
られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、酸化物超
伝導体がCOの酸化反応に対して通電触媒として優れた
特性を示すことを先に明らかにしたが、これ以外の各種
複合酸化物について、炭化水素類の酸化燃焼用の通電触
媒としての有効性に関して各種多方面から実験、検討を
進めたところ、各種複合酸化物の中でも特定の複合酸化
物が炭化水素類、特にメタンやメタンを含む炭化水素類
の燃焼用として優れた通電触媒活性を示すことを見い出
した。すなわち本発明は、以下に述べる特定の複合酸化
物からなる炭化水素燃焼用の電気伝導性触媒を提供する
ことを目的とし、またこの電気伝導性触媒を使用するこ
とにより炭化水素類を酸化燃焼させる方法を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、炭化
水素燃焼用の電気伝導性触媒であって、La1-XXMO
3 (式中、AはSr、Ca又はAg、MはMn、Co又
はFe、x=0〜0.8である。但し、AがSrのとき
は、MはMn、Co又はFeであり、AがCa又はAg
のときは、MはMnである)で示される複合酸化物から
なることを特徴とする炭化水素燃焼用電気伝導性触媒を
提供する。
【0008】また、本発明は、炭化水素を含むガスをL
1-XXMO3 (式中、AはSr、Ca又はAg、Mは
Mn、Co又はFe、x=0〜0.8である。但し、A
がSrのときは、MはMn、Co又はFeであり、Aが
Ca又はAgのときは、MはMnである)で示される複
合酸化物からなる電気伝導性触媒に通すことを特徴とす
る炭化水素の酸化燃焼方法を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】ここで上記複合酸化物La1-XX
MO3 は、主としてペロブスカイト型(Perovsk
ite type)の結晶構造を有している。同式中、
AがCa又はAgのときは、MはMnであるが、具体的
にはLa1-XAgXMnO3 及びLa1-XCaXMnO3
して示すことができる。また、式中AがSrのときは、
MがMn、Co又はFeのうちの何れかとなるが、具体
的にはLa1-XSrXMnO3 、La1-XSrXCoO3
びLa1-XSrXFeO3 として示すことができる。また
これら式中、xの値は、好ましくは0〜0.8の範囲で
あり、より好ましくは0〜0.6の範囲である。
【0010】また、上記複合酸化物La1-XXMO3
(式中、AはSr、Ca又はAg、MはMn、Co又は
Fe、x=0〜0.8である。但し、AがSrのとき
は、MはMn、Co又はFeであり、AがCa又はAg
のときは、MはMnである)は、蒸発乾固法、固相反応
法、共沈法(炭酸塩法)等各種手法で製造することがで
きる。その一例として、蒸発乾固法による場合の態様に
ついて述べると、例えばまず各金属の酢酸塩、硝酸塩等
の各原料金属の塩を水に溶解して混合水溶液とした後、
攪拌しながら蒸発乾固する。次いで金属塩混合物を、例
えば温度350℃程度で分解させた後、粉砕混合し、例
えば温度850℃程度で焼成する。
【0011】上記のようにして製造される複合酸化物は
通常粉末状の結晶として得られる。その使用に際して
は、通電により加熱する必要があるが、加熱用電源とし
ては直流、交流の何れも使用可能である。この複合酸化
物を粉末状のままで使用する場合の態様としては、その
触媒粉末を層状に充填、収容し、これに通電して加熱す
ることにより用いることができる。また、その触媒粉末
を例えば円筒形状等のペレットに成形し、例えばその両
端に電極を形成して通電用成形触媒とすることもでき
る。この成形に際しては必要に応じて適度の加圧をする
のが望ましく、これにより成形体として所定強度を保持
するとともに、触媒として使用するに際し適度の通気性
を保持し、通電時に電流を均一に伝導することができ
る。また本発明に係る上記複合酸化物の粉末は、そのま
ま成形することができるが、必要に応じて適宜適当なバ
インダ−を混合使用してもよい。
【0012】図5は本発明の触媒を使用する装置の一態
様を模式的に示したものである。図5中、Aはガス流、
Bは導管(反応管)、Cは電気伝導性酸化触媒である。
またDは電源、Eは電源Dからの導線であり、操作時に
電源Dから電流が加えられ、触媒Cの前後両面の導電性
電極を通して触媒Cが所定温度に加熱される。Fは酸化
処理済みガス流である。なお、図5に示す態様では横型
であるが、本発明の触媒はこの種固体触媒を使用する場
合に用いられる適宜の形式で適用することができる。ま
た加熱用電気エネルギ−としては、直流とは限らず、交
流による誘導加熱或いは誘電加熱であっても差し支えな
く、この場合には例えば導管反応管の外部から触媒加熱
用の電気エネルギ−を加える態様等で実施される。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
がこの実施例に限定されないことは勿論である。本実施
例では、各種供試触媒を下記のとおりに調製し、各供試
触媒に対する各種性能試験を実施した。
【0014】《供試触媒の調製》 (1)ペロブスカイト型、K2NiF4型、スピネル型の
各種複合酸化物を蒸発乾固法で調製した。原料出発物質
としては酢酸塩又は硝酸塩を使用したが、金属の種類如
何により各々下記の物質を用いた。各種複合酸化物に対
応するこれらの金属酢酸塩原料又は金属硝酸塩原料の混
合水溶液をホットプレ−ト上で加熱しながら攪拌して水
分を蒸発させた後、温度110℃で一晩乾燥させた。 酢酸塩:La、Na、K、Ca、Sr、Mn、Co、C
u 硝酸塩:Fe、Ba、Ag
【0015】(2)、(1)で得られた乾燥物を粉砕混
合して温度350℃で(昇温速度5℃/min)、1時
間熱分解させた後、さらにこれを粉砕混合した。(3)
次いで、その粉砕混合物をアルミナ製るつぼに入れて温
度850℃で(昇温速度10℃/min)、5時間焼成
して目的の各種複合酸化物の粉末を得た。なお、Coを
含む複合酸化物については、Coがアルミナと反応して
しまうため、Pt製るつぼを使用した。以下の性能試験
において、その供試触媒として粉末触媒を用いる場合に
は、この段階の各粉末触媒を通常の常圧固定床流通式反
応装置中に層状にセットして使用した。
【0016】上記で得た各粉末触媒を円筒状ペレットの
形状に成形して供試触媒とする場合には、以下(4)〜
(5)のように調製した。(4)、上記(1)〜(3)
で得た各触媒粉末3gをそれぞれ円筒状ペレット(直
径:13mm、長さ:6mm)に成形した後、このペレ
ットをアルミナセラミックス製の焼成ボ−ド上で(Co
を含む触媒では、上記と同じ理由でPtるつぼを使用し
た)、空気中、上記焼成温度と同じ温度850℃で1時
間焼結後、室温まで徐冷して焼結体を得た。このペレッ
ト焼結体に温度測定用の熱電対を挿入するための貫通孔
(直径:3mm)を開けた。
【0017】(5)次いで、各円筒状ペレット焼結体の
上面(一方の端面)に銀製の導電性接着剤を塗布した
後、空気中、温度650℃で10min(分)乾燥させ
た。また、下面(他方の端面)についても同様に銀製の
導電性接着剤の塗布、乾燥を行い、両者を両電極とし
た。この両電極面に通電用導線を導電性接着剤で固定
し、こうして得た銀電極付き円筒状ペレット焼結体を通
電用触媒とし、以下の燃焼性能試験(燃焼活性試験)用
の供試触媒とした。
【0018】《性能試験》以上の諸工程で得た各通電供
試触媒を、これが円筒状ペレット触媒の場合には内径2
0mmのステンレス製の反応管(図7で云えばB、その
中に酸化触媒層Cとして)中にセットし、また粉末触媒
の場合には通常の常圧固定床流通式反応装置(立型)中
に層状に充填、セットし、各供試触媒毎に以下の各条件
下で通電(電流)量及び温度上昇の有無及びその変化、
メタンの燃焼性能等を調べた。通電には可変直流電源を
使用した。図1〜図5はこれらの試験の結果を示すもの
である。
【0019】まず図1(a)〜(b)はLa1-XSrX
nO3 からなるペレット状供試触媒について、そのx値
如何と通電時の昇温特性を調べたものである。ここでは
通電開始以降における通電(電流)量及び温度上昇の有
無及び変化を経時的に示している。本試験においては各
供試触媒への通過ガスとしてヘリウム(He)を使用
し、流速を100cm3 /minにし、印加電圧は3V
とした。図1(a)〜(b)のとおり、まずx=1.0
(図中:■印)の供試触媒では電流自体流れず(すなわ
ち電気伝導性ではなく)、したがってこれは通電により
加熱されることがなく、電気伝導性触媒として不適当で
あることを示している。
【0020】これに対して、x=0〜0.5の場合に
は、通電開始直後から通電量が急速に増大し、これに伴
い急速に加熱されている。通電量に対する温度上昇の傾
向は経時的に幾分の(僅かな)ずれはあるが、通電量の
変化は温度上昇の変化に直接関与、関連し、両者はほぼ
対応している。図1(a)のとおり、加熱温度の上昇傾
向は、通電開始後10min(分)程度で温度約500
℃前後にも達し、以降この温度はx=0(図中:○
印)、x=0.3(図中:□印)、x=0.4(図中:
◇印)及びx=0.5(図中:▽印)の何れの場合にも
さらに上昇している。またx=0.2(図中:△印)の
場合にも、それらに比べれば幾分の差異はあるが、相当
の温度上昇傾向を示している。
【0021】図2は、同じくLa1-XSrXMnO3 から
なるペレット状供試触媒について、そのx値如何による
通電開始時以降におけるメタンの酸化率〔=転化率:C
4conversion(%)〕を試験した結果を示
すものである。試験用のガスとしてはCH4 :5000
ppm、O2 :10%、He:残部(バランス)の混合
ガスを使用し、これを50cm3 /minの速度で供給
し、電圧3Vの直流電流を供給した。ここで「CH4
化率(%)」とは、触媒層Dへの供給ガス中のCH4
度をX、導管B中、触媒Cからの出口部におけるCH4
濃度をYとし、次式(1)により算出したものであり、
この点以下の酸化性能試験についても同じである。な
お、触媒Cの出口部におけるCH4 濃度Yはガスクロマ
トグラフにより分析した。
【0022】
【数 1】
【0023】図2のとおり、メタンの酸化率は通電開始
時点から急速に上昇し、10min経過後には、x=0
〜0.5の何れの場合にも、メタンの酸化率60%以上
の値を示している。図1(a)〜(b)のとおり、通電
開始直後から通電量が急速に増大し、急速に加熱されて
昇温するが、メタンの酸化率はこれとほぼ比例し対応し
て急速に上昇している。なお、この酸化率は、供給電源
をオフとすると(図中180minの時点)直ちにゼロ
%となってしまうが、これは各供試触媒が供給ガスによ
り急速に冷却され、酸化触媒能を失うことを示してい
る。またx=1.0(図中:■印)の場合、メタンの酸
化率は当初からゼロであるが、これは図1(a)〜
(b)に示す結果と対応している。
【0024】図3は、同じくLa1-XSrXMnO3 のペ
レット状供試触媒について、x=0〜1.0の範囲で変
動させ、反応温度500℃、550℃及び600℃にお
けるメタン酸化率如何について試験をした結果である。
試験用のガスとしてはCH4:5000ppm、O2
10%、He:残部(バランス)の混合ガスを用い、こ
れを50cm3 /minの供給速度で供給した。この場
合供試触媒の加熱は、可変直流電源の電圧を制御し、そ
れぞれ上記各温度なるように調整しながら実施した。
【0025】図3のとおり、La1-XSrXMnO3 触媒
についてのメタン(CH4 )酸化率(%)は、反応温度
が高い方が有効であるが、温度500℃、温度550℃
及び温度600℃の何れの温度においても、CH4 酸化
率(%)はx=0.5及びその前後のときに最大を示し
た。また、例えば温度600℃においては、x=0〜
0.7の範囲で58%前後以上のCH4 酸化率を示し、
x=0.4〜0.6の範囲では約65%以上のCH4
化率を示している。
【0026】図4は、La0.5Sr0.5MnO3(=ペ
ロブスカイト型)、La0.8Sr0.2CoO3(=ペロ
ブスカイト型)、 La0.8Sr0.2FeO3(=ペロブ
スカイト型)、 La1.8Sr0.2CuO4(=K2Ni
4型)、La1.8Ba0.2CuO4(=K2NiF
4型)、 MnFe24(=スピネル型)及びCuF
24(=スピネル型)の各種複合酸化物粉末をペレッ
ト状供試触媒とし、メタン酸化率の温度依存性を試験し
た結果である。この試験では触媒量はともに0.05g
を使用し、試験用ガスとしてはCH4 :5000pp
m、O2 :10%、He:残部(バランス)の混合ガス
を使用し、これを50cm3 /minの供給速度で供給
した。
【0027】図4のとおり、 La0.5Sr0.5MnO3
(図中:○印)、La0.8Sr0.2CoO3(図中:△
印) 及び La0.8Sr0.2FeO3(図中:□印)に
おけるメタンの酸化率は温度上昇とともに急速に上昇
し、温度650℃では80%前後もの酸化率を示してい
る。これに対して〜については、その酸化率は温度
上昇に伴い幾分上昇はするが、これら〜のうち
La1.8Sr0.2CuO4(図中:◇印)でもメタン酸化
率は650℃でも40%弱にしか達していない。このよ
うに本発明に係る触媒の優れた通電酸化触媒効果は明ら
かである。
【0028】また表1は、本発明の複合化合物La1-X
XMO3 において、AをそれぞれSr、Ca及びAg
とし、MをMnとした場合におけるメタンの転化率(酸
化率)を示し(ペレット状供試触媒、温度500℃、5
50℃及び600℃)、さらに表2は、La1-XAgX
nO3 のペレット状供試触媒について電圧1.5Vで実
施した通電による自己加熱特性(Self-heati
ng property)を示すものである。
【0029】まず、表1のとおり、Ag及びCaを含む
複合化合物であるLa0.95Ag0.05MnO3、La0.9
0.1MnO3 及び La0.9Ca0.1MnO3 の場合に
も、LaMnO3 やLa0.9Sr0.1MnO3 の場合と同
じく優れた通電触媒効果が得られる。また表2のとお
り、La1-XAgXMnO3 の温度は、x値如何によって
幾分の差異はあるが、通電開始と同時に急速に上昇して
おり、表1に示す触媒効果とほぼ対応していることが分
かる。
【0030】
【表 1】
【0031】
【表 2】
【0032】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に係る電気伝導性
触媒は、炭化水素、特にメタン又はメタンを含有する炭
化水素の酸化燃焼用触媒として優れた触媒性能を有し、
通電により急速に加熱されて活性化する。このため触媒
を使用した都市ガスの燃焼用(都市ガスを空気に混合し
て触媒を通過させる)やガスエンジン、ガソリンエンジ
ン、或いは諸燃焼機器等からの排ガス中の未燃炭化水素
(主としてメタン)の酸化、燃焼用電気伝導性触媒とし
てきわめて有効に使用することができる。またガソリン
エンジンその他のスタ−トアップ時の炭化水素類の排出
量低減などに有効であるため、従来では必要であった、
予熱バ−ナ−等が不要となる等優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】La1-XSrXMnO3 中、xの値如何による通
電開始時以降における通電(電流)量及び温度上昇の有
無及び変化を示した図。
【図2】La1-XSrXMnO3 について、xの値如何に
よる通電開始時以降におけるメタンの転化(酸化)率の
変化を示す図。
【図3】La1-XSrXMnO3 について、x=0〜1.
0の範囲で変動させた場合の反応温度500℃、550
℃及び600℃におけるメタンの転化率如何を示す図。
【図4】 La0.5Sr0.5MnO3、 La0.8Sr
0.2CoO3、 La0.8Sr0.2FeO3、 La1.8
0.2CuO4、 La1.8Ba0.2CuO4 、 MnF
24 及び CuFe24の各種複合酸化物について
実施したメタンの転化(酸化)性能及び温度依存性を示
す図。
【図5】本発明の触媒を使用する装置の一態様を模式的
に示した図。
【符号の説明】
A ガス流 B 導管(反応管) C 電気伝導性酸化触媒 D 電源 E 電源Dからの導線 F 酸化処理済みガス流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/78 ZAB F23C 11/00 306 23/89 ZAB B01D 53/36 ZABZ F23C 11/00 306 104Z

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭化水素燃焼用の電気伝導性触媒であっ
    て、La1-XXMO3 (式中、AはSr、Ca又はA
    g、MはMn、Co又はFe、x=0〜0.8である。
    但し、AがSrのときは、MはMn、Co又はFeであ
    り、AがCa又はAgのときは、MはMnである)で示
    される複合酸化物からなることを特徴とする炭化水素燃
    焼用電気伝導性触媒。
  2. 【請求項2】上記複合酸化物がLa1-XSrXMnO3
    (式中、x=0〜0.6である)からなる複合酸化物で
    ある請求項1記載の炭化水素燃焼用電気伝導性触媒。
  3. 【請求項3】上記複合酸化物がLa1-XSrXMnO3
    (式中、x=0.4〜0.6である)からなる複合酸化
    物である請求項2記載の炭化水素燃焼用電気伝導性触
    媒。
  4. 【請求項4】上記複合酸化物がLa1-XCaXMnO3
    (式中、x=0〜0.6である)からなる複合酸化物で
    ある請求項1記載の炭化水素燃焼用電気伝導性触媒。
  5. 【請求項5】上記複合酸化物がLa1-XAgXMnO3
    (式中、x=0〜0.6である)からなる複合酸化物で
    ある請求項1記載の炭化水素燃焼用電気伝導性触媒。
  6. 【請求項6】上記炭化水素が、メタン又はメタンを主成
    分とする炭化水素である請求項1、2、3、4又は5記
    載の炭化水素燃焼用電気伝導性触媒。
  7. 【請求項7】炭化水素を含むガスをLa1-XXMO3
    (式中、AはSr、Ca又はAg、MはMn、Co又は
    Fe、x=0〜0.8である。但し、AがSrのとき
    は、MはMn、Co又はFeであり、AがCa又はAg
    のときは、MはMnである)で示される複合酸化物から
    なる電気伝導性触媒に通すことを特徴とする炭化水素の
    燃焼方法。
  8. 【請求項8】上記炭化水素がメタン又はメタンを主成分
    とする炭化水素である請求項7記載の炭化水素の燃焼方
    法。
JP7251767A 1995-09-04 1995-09-04 炭化水素燃焼用電気伝導性触媒及びその燃焼方法 Pending JPH0970540A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018001140A (ja) * 2016-07-08 2018-01-11 日本特殊陶業株式会社 排気ガス浄化用触媒体
JP2019155258A (ja) * 2018-03-12 2019-09-19 大阪瓦斯株式会社 メタン除去システム及びメタン除去方法
CN111542389A (zh) * 2017-12-11 2020-08-14 株式会社吉思科 催化剂活化方法及使用该方法选择性去除氮氧化物的方法
US12415158B2 (en) 2020-07-07 2025-09-16 Daphne Technology SA Apparatus and method for electron irradiation scrubbing

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