專利名稱：包含納米尺寸金屬觸媒微粒的納米纖維及其介質(zhì)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是相關于多個納米使吋金屬觸媒微粒，其部分地嵌入陶瓷納米纖維的表面 內(nèi)。當觸媒納米纖維通過較大微米尺寸纖維支持形成一介質(zhì)，其可用于催化不同液體。
背景技術：
迄今，化學產(chǎn)品制程通常使用流體流動作為介入化學反應于相對地固定觸媒顆粒 或覆蓋有觸媒纖維的手段。此類的觸媒顆?；蚶w維往往破碎成多個微粒，其對壓縮制程的 影響有害。不僅這些微?？赡苁怪瞥淘O備受損及妨害反應產(chǎn)物，且普通環(huán)境規(guī)定在排出制 環(huán)境前，其需以一處理液體過濾。破碎觸媒顆粒必須有所替代。因此，觸媒材料的避免破碎 方法可顯著地改善化學產(chǎn)品制程的效能。其它問題是關于觸媒顆粒的催化反應位至反應物及反應產(chǎn)物間的轉移率，其中觸 媒顆粒具有從幾微米到數(shù)毫米范圍的尺寸大小。通常地，化學反應物通過穿過顆粒的孔洞 而達到觸媒顆粒的內(nèi)表面積。然而，當顆粒的大小增加時，其孔洞的長度亦按比例地增加。 相對較大觸媒顆?？删哂腥绱舜蟮目锥撮L度，其全部催化反應位則無法通過反應物被利用。由美國阿克倫大學所發(fā)表的美國專利6，916，758，其是關于一種纖維觸媒_固定 化系統(tǒng)，此系統(tǒng)可用以固定觸媒，而在化學產(chǎn)品制程間固定觸媒是受到流體流動的支配。纖 維系統(tǒng)是利用例如不同聚合物材料所形成的有機纖維而得。纖維系統(tǒng)可利用電紡合成且在 電紡制程中觸媒是固定在纖維內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
陶瓷納米纖維包含散布部分嵌入于其表面的納米尺寸金屬觸媒粒子。纖維可通過 含有液態(tài)(例如水及/或有機溶劑)成分的電紡溶劑，且其液態(tài)成分含有觸媒前驅(qū)物、陶瓷 前驅(qū)物、及高分子。依據(jù)電紡入纖維，大部分水及/或溶劑會蒸發(fā)且高分子作為粘著劑以用 于陶瓷前驅(qū)物及觸媒前驅(qū)物。通煅燒加熱的結果，可移除任何殘留的水及/或溶劑且排除 高分子(氧化成水及二氧化碳)而僅留下如纖維和觸媒金屬氧化物的陶瓷基質(zhì)。依據(jù)通過 例如聯(lián)氨的強還原劑或通過在場熱能的氫氣的催化，一些觸媒可以轉換成金屬本身，其存 在于陶瓷纖維之內(nèi)及/或內(nèi)。此類的觸媒-陶瓷納米纖維可形成一介質(zhì)，其介質(zhì)是以極度 薄納米纖維支持在例如微米纖維較佳是陶瓷的較厚纖維上。從其組成的納米纖維和介質(zhì)具 有高的耐熱性、耐化學性、及高度多孔性，因此給予低壓降到可使流體經(jīng)其孔洞。觸媒-陶 瓷納米纖維可催化許多反應，且可用于許多應用，例如還原油燃燒過程所產(chǎn)生的有毒氣體， 例如一氧化碳，及用于化學、高分子及藥物工業(yè)的流化床。當為例如過濾器的介質(zhì)時，觸媒 納米微粒仍然完好無損，因此無并至反應介質(zhì)且排除任何觸媒回收之需要。一種含觸媒納米纖維組合物，包含具有多個金屬觸媒納米微粒的一陶瓷納米纖維，其中金屬觸媒納米微粒覆蓋陶瓷納米纖維的表面積約1%至約90%。一種觸媒裝置，包含一支撐結構及具有多個金屬觸媒納米微粒的含觸媒納米纖 維組成物，納米纖維組成物操作地連接支撐結構，且其中所述觸媒納米微粒覆蓋所述陶瓷 納米纖維的表面積約1%至約90%。一種用于制備含觸媒納米纖維的制程，包含下列步驟形成包含一觸媒前驅(qū)物、一 陶瓷前驅(qū)物及一高分子的組成物；電紡所述組成物以形成一納米纖維組成物；以及鍛燒納 米纖維組成物以形成一含觸媒陶瓷納米纖維組成物。


通過閱讀本發(fā)明之詳細說明及圖式，將較易了解本發(fā)明且表明其它特征及優(yōu)點， 其中
圖1為關于以600°c煅燒氧化鋁納米纖維上，鈀-(A，B)及鉬_(C，D)觸媒兩種不同放大 倍率的穿透式電子顯微鏡(TEM)圖2為以本發(fā)明含有氧化鋁支撐超細纖維及于氧化鋁納米纖維上的鈀納米微粒所制 造的催化濾球的立體圖3是說明用以自氣流內(nèi)微粒擷取的質(zhì)量因子與面積比及納米纖維直徑的相關性曲 線圖4是顯示本發(fā)明的觸媒納米纖維介質(zhì)的兩種不同運用例如以盤狀的形式； 圖5. 1是顯示當無使用觸媒-陶瓷納米纖維且在不同溫度時氣體濃度的曲線圖； 圖5. 2是顯示對于利用鈀/氧化鋁觸媒/陶瓷納米纖維反應2，500 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上濃度對溫度的曲線圖5. 3是顯示對于利用鈀/氧化鋁觸媒/陶瓷納米纖維反應6，000 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上濃度對溫度的曲線圖5. 4是顯示對于利用鈀/氧化鋁觸媒/陶瓷納米纖維反應18，000 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上濃度對溫度的曲線圖5. 5是顯示對于利用鈀/氧化鋁觸媒/陶瓷納米纖維反應30，000 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上濃度對溫度的曲線圖5. 6是顯示對于1 cc/min —氧化氮及一氧化碳于0. 001克鈀/氧化鋁觸媒/陶瓷 納米纖維的反應濃度對溫度的曲線圖5. 7是顯示對于1 cc/min —氧化氮及一氧化碳于0. 01克鈀/氧化鋁觸媒/陶瓷納 米纖維的反應濃度對溫度的曲線圖5. 8是顯示對于1 cc/min —氧化氮及一氧化碳于0. 1克鈀/氧化鋁觸媒/陶瓷納 米纖維的反應濃度對溫度的曲線圖5. 9是顯示對于利用Pt/A1203觸媒/陶瓷納米纖維反應3，000 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上濃度對溫度的曲線圖5. 10是顯示對于利用Pt/A1203觸媒/陶瓷納米纖維反應7，500 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上濃度對溫度的曲線圖5. 11是顯示對于利用Pt/A1203觸媒/陶瓷納米纖維反應18，000 ppm 一氧化氮及20, 000 ppm—氧化碳上濃度對溫度的曲線圖；以及
圖5. 12是顯示對于利用Pt/A1203觸媒/陶瓷納米纖維反應30，000 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上濃度對溫度的曲線圖。
具體實施例方式于本發(fā)明說明書中，通過掃描式電子顯微鏡決定微粒、納米纖維及類似和相同的 直徑，以讓本領域具有通常知識者可以清楚地得知。本發(fā)明的陶瓷納米纖維預期地通過電紡不同包含至少一陶瓷前驅(qū)物、至少一觸媒 前驅(qū)物、及有機高分子的溶劑所制得，其中所述前驅(qū)物是預期地溶于例如水及/或有機溶 劑的溶劑內(nèi)。陶瓷前驅(qū)物是本領域之通常知識者所知道的，且包含常含有硅酸鹽的土狀原料， 硅酸鹽是依照由例如化學瓷及電磁的白瓷、通常地所有玻璃、搪瓷、及硅酸鋁所加熱而得。 其它前驅(qū)物包含不同的金屬鹽、不同金屬鹵化物；及有機金屬化合物典型地是金屬有機酯、 金屬有機氧化物、有機醇等的形式。用以形成有機氧化物、有機醇、及鹵化物的金屬包含銦、 鉛、鍺、鎵、鉺、鎘。還有其它適當?shù)慕饘倩衔锇X、鈣、鋯、錳、鈦、鎢、鋅、鈰、鈣、錫、鑭 系元素、錒系元素、或其它過度金屬元素。具有相似高溫度及化學阻抗的材料可能也是適當 的，例如硅(以形成二氧化硅及碳化硅)和碳。較佳陶瓷前驅(qū)物包含鋁、鈦、鋅、及硅的一或 多個。陶瓷前驅(qū)物可以是例如單片結構、像是微?；蚣{米微粒的粒子、顆粒、球團等的形式。金屬鹽可以作為陶瓷前驅(qū)物，但因為他們通常地不溶于前驅(qū)物溶劑中所以還有許 多需要改進的地方。金屬鹵化物前驅(qū)物的例子包含金屬氯化物及金屬氟化物。金屬有機酯較佳例如是甲酸鹽、醋酸鹽、異丙醇鹽、乙醇鹽等，因為它們?nèi)苡诟叻?子溶劑例如聚乙烯吡咯烷酮、乙醇及水。不同陶瓷有機氧化物前驅(qū)物的例子包含含有從1至約12碳原子例如甲醇鹽、乙醇 鹽、正丙基氧化物、異丙醇鹽、且其不同衍生物例如辛醇異丙醇、丁醇鹽等的氧化物。適宜的有機醇前驅(qū)物包含從2至約12碳原子例如乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、其異 構物等。前述的各種不同陶瓷前驅(qū)物是不同于下面列出的各種不同觸媒前驅(qū)物，所以當陶 瓷形成作為基質(zhì)，例如纖維時，在其上及/或其內(nèi)會形成小量各式各樣觸媒。當觸媒作為基 質(zhì)本身時，例如超細纖維，則為例外。預期地使用觸媒前驅(qū)物溶于有機溶劑或水中。此類觸媒前驅(qū)物可由本領域具有 通常知識者可知。適宜觸媒前驅(qū)物包含貴或貴重金屬觸媒本身、各式各樣金屬觸媒是例 如硅酸鹽、氧化物、或利如醋酸酯、乙酰丙酮或鹵化物有機酯等的鹽類。觸媒前驅(qū)物通常地 可以是任何尺寸或形狀例如粒子、微粒子、顆粒等。貴或貴重金屬觸媒的例子包含金、銀、 鉬、鈀、銥、釕、、銠、鋨、及任何其組合物。鈀前驅(qū)物觸媒的例子是鈀環(huán)辛二烯氯化(二氯 (n4-l，5-環(huán)辛二烯)鈀(II)不然就是氯化鈀(C8H12)。環(huán)辛二烯氯化合物可由鉬和銠觸 媒而得。其它金屬觸媒包含釩、鉻、鉬、錳、鐵、鈷、鎳、銅、及沸石、及其組合物。各式觸媒前 驅(qū)物的大小并非重要，只要它們通常地小，即0. 1納米或約1微米的平均直徑，預期地從約0. 5至約200納米，且較佳地從約1至約20納米。例如通過電紡形成陶瓷上，不同觸媒通常 地存在金屬氧化物的行式。依據(jù)100重量份陶瓷纖維前驅(qū)物，觸媒前驅(qū)物的含量通常從約1至約50重量份， 預期地從約1至約25重量份，且較佳地從約1至約15重量份。依據(jù)100重量份陶瓷纖維 前驅(qū)物，本身貴或貴重金屬觸媒粒子含量通常從約1至約50重量份，預期地從約1至約25 重量份，且較佳地從約1至約15重量份。當例如氯化鈀的貴或貴重金屬觸媒是金屬本身時，在電紡程序前它們通常不會溶 在溶劑中且通常必須在其中被分散，例如透過混合，所以在紡絲后它們通常隨機散布及部 分嵌入在陶瓷前驅(qū)物內(nèi)。元素金屬觸媒粒子的形成是本領域具有通常知識者可知。例如， 金屬鹽可以氫氧化鉀、表面活性劑或安定劑、酒石酸鉀及水混合。接著，回流混合物以得到 金屬納米微粒。金屬粒子可以接著以高分子溶劑及陶瓷前驅(qū)物混合，再高溫下紡絲以得到 落入納米纖維的金屬納米微粒。于空氣下加熱至約200到1，200°C足夠高溫后，金屬觸媒通 ?？梢栽偈琴F或貴重金屬氧化物。替代途徑是，當本發(fā)明的陶瓷納米纖維包含貴或貴重金屬觸媒本身時，同樣以高 分子通過電紡陶瓷前驅(qū)物可形成陶瓷納米纖維，接著以通過利用小量的粘著劑等的任何傳 統(tǒng)方式(例如濕式成網(wǎng)(wet laying))加入貴或貴重金屬觸媒至陶瓷納米纖維的表面。濕 式成網(wǎng)可以以金屬或金屬鹽完成。粘著劑固定金屬/金屬鹽于纖維表面上。適宜觸媒前驅(qū)物的例子包含氧化鉻、銅鹽、氯化鐵、氧化鐵、氧化鉬、五氧化二釩、 氧化鈀、醋酸鈀、乙酰丙酮鈀、氯化鉬、醋酸金、氯化鈀、氯化鉬、氯化銠、沸石等。較佳觸媒前 驅(qū)物包含各式各樣金屬觸媒的醋酸鹽及氯化鹽。一或多個觸媒前驅(qū)物例子可以加入電紡溶液或前驅(qū)物組成物中，所以當然所形成 納米纖維包含一或多個不同觸媒。多樣化或不同觸媒的利用造成多用途觸媒系統(tǒng)或總體， 其中許多不同反應可同時地及/或隨后地發(fā)生、或其中可利用相同觸媒-納米纖維反應隨 后的化合物、或隨后的液流加入觸媒-陶瓷納米纖維。任何有機高分子可以利用再有高分子量高分子的制程中，所以合成溶液是非常黏 稠的。通常，有機高分子可能兼容于觸媒前驅(qū)物及可能通過溶劑溶解。在隨后加熱或煅燒 步驟間，有機高分子亦可以消除，即氧化成水或二氧化碳。合宜的有機高分子材料包括聚丙 烯腈、例如聚對苯二甲酸乙二醇酯及聚己內(nèi)酯的聚酯、聚苯乙烯、聚(2-羥乙基甲基丙烯酸 甲酯)、聚偏氟乙烯、聚醚酰亞胺、苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物、聚(二茂鐵雙硅烷)、聚 乙烯氧化物、人造絲、脫氧核糖核酸、分段聚醚聚氨酯、各種尼龍、聚氨酯脲彈性體共聚物、 例如聚乳酸的生物高聚物、三乙基芐基氯化銨、聚乙烯吡咯烷酮、聚己內(nèi)酯、聚醋酸乙烯酯、 聚碳酸酯、聚乙烯醇、醋酸纖維素、聚丙烯酸、聚氨酯、及其混紡纖維。較佳高分子包含聚乙 烯吡咯烷酮、聚乙烯氧化物、及尼龍6。須了解，亦可使用由本領域具通常知識者所知的其它 高分子材料。關于有機高分子，當其含量通常高達300份時，每100重量份陶瓷前驅(qū)物中其含量 預期地是從約10至約300，預期地從約10至約100 ；且較佳地從約10份至約20或25重量 份。部分地，在陶瓷前驅(qū)物上、在有機高分子上、及在觸媒前驅(qū)物上，適宜溶劑可由本 領域具有通常知識者可知。溶劑包含水及/或例如二甲基甲酰胺(DMF)的溶劑、例如乙醇、甲醇或異丙醇的C1-C5醇類、例如丙酮的C3到C8的酮類、四氫呋喃(THF)、二氯甲烷(甲 基纖維素、或例如甲酸或乙酸的Cl到C12羧酸、或其任何組合物。須了解，亦可使用其它溶 劑。關于包含陶瓷前驅(qū)物、有機高分子、觸媒前驅(qū)物或金屬觸媒的電仿溶液的重要方 面，溶劑是由形成不同溶液所形成，且對于電仿制程，組成份可相容。相應地，對于每100重 量份高分子加上陶瓷前驅(qū)物加上觸媒前驅(qū)物，溶劑含量通?？蓮募s500至約2，000的范 圍，預期地從約500至約1，500的范圍，且較佳地從約800至約1，000重量份的范圍。一但陶瓷前驅(qū)物與觸媒前驅(qū)物、有機高分子及溶劑共同電紡以形成納米纖維，隨 后地煅燒，通常煅燒至一氧化物，以形成一陶瓷纖維。子可根據(jù)本發(fā)明而制造的陶瓷納米纖 維的例子包含上述指出的鋁、鈦、鎳-鈦、錳鈦、硅鈣、錫、鉻、鎢、鋅的氧化物、或任何其組合 物。以適宜有機高分子及適宜溶劑通過電紡制程所制造的具體陶瓷列表如表1所述。本發(fā) 明較佳陶瓷包含氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋅、二氧化硅等。本發(fā)明的陶瓷納米纖維可以通過任何合宜的方法制備，包含噴氣法。較佳地， 可利用電紡法及本領域具通常知識者所知的方法，且其一般說明如美國專利6，753, 454 ； W02005/024101 Al，”通過電紡制造高分子納米纖維”、Frenot等人、膠體與界面科學新 見8 (2003),64 75 ；且”通過電紡而得納米結構陶瓷”，Ramaseshan等人，應用物理學雜志 102,111101 O007)；以此參考文獻完全合并的方法。在本發(fā)明的一些方法中，在合宜溶劑 內(nèi)通過溶解有機高分子及觸媒前驅(qū)物(例如觸媒金屬鹽)制備高分子溶液。混合混合物 以確定在溶劑中高分子及觸媒前驅(qū)物均勻分布。例如，可使用超音波混合技術。在其它方 法中，混合步驟發(fā)生在一預定時間(例如約0. 5小時到2小時)升溫時(例如約40°C及約 80°C間)以促進分散度。隨后，加入及混合陶瓷前驅(qū)物。于其它方法中，在加入有機高分子和陶瓷前驅(qū)物前，較佳地將觸媒前驅(qū)物(例如 觸媒金屬鹽)溶于溶劑內(nèi)。添加順序可比避免混合步驟中有機高分子交聯(lián)。本發(fā)明的再一方法中，觸媒前驅(qū)物可以是觸媒材料(例如金屬鹽類)的固態(tài)粒子。 在此實施例中，固態(tài)觸媒前驅(qū)物粒子可分散在包含溶劑、已如溶解的有機高分子、及已溶解 陶瓷前驅(qū)物的溶液中。表A是關于一系列各式各樣陶瓷前驅(qū)物，且各式溶劑和有機高分子，于煅燒后其 可用以形成已指出的陶瓷納米纖維。在一些應用中，觸媒前驅(qū)物可以作為用以其它觸媒的 支撐結構，以形成多重觸媒介質(zhì)。在其它應用中，當以纖維形式時，僅有一觸媒前驅(qū)物形成 觸媒介質(zhì)。表 A
權利要求
1.一種含觸媒納米纖維組成物，其特征在于包含具有多個金屬觸媒納米微粒的 一陶瓷納米纖維，其中所述金屬觸媒納米微粒覆蓋所述陶瓷納米纖維的表面積約1%至約 90%。
2.根據(jù)權利要求1所述的組成物，其特征在于更包含多個陶瓷納米纖維，其中所述陶 瓷納米纖維具有約1至約500納米的平均纖維直徑，且其中所述觸媒納米微粒具有0. 1至 約500納米的平均直徑。
3.根據(jù)權利要求2所述的組成物，其特征在于所述陶瓷納米纖維是來自土狀原料、金 屬鹽、金屬商化物、或有機金屬化合物、或其組合物，且其中觸媒納米微粒是來自貴金屬、貴 重金屬、金屬鹽、金屬氧化物、金屬有機酯、或金屬商化物、或其組合物。
4.根據(jù)權利要求3所述的組成物，其特征在于所述陶瓷納米纖維是來自包含銦、鉛、 鍺、鎵、鉺、鎘、鋁、鈣、鋯、錳、鈦、鎢、鋅、鈰、鈣、錫、鑭系元素、錒系元素、或硅的化合物、或其 組合物，且其中所述觸媒納米微粒是來自包含金、銀、鉬、鈀、銥、釕、銠、鋨、釩、鉻、鉬、錳、 鐵、鈷、鎳、銅、或沸石的化合物、或其組合物。
5.根據(jù)權利要求4所述的組成物，其特征在于所述陶瓷納米纖維是來自包含鋁、鈦、 鋅、或硅的化合物、或其組合物，且其中所述觸媒納米微粒是由包含鉬、鈀、銠、鐵、鈷、鎳、 銅、銀、金、或沸石的化合物、或其任何組合物。
6.根據(jù)權利要求4所述的組成物，其特征在于所述陶瓷納米纖維的平均直徑是約5 至約250納米，且其中所述觸媒的平均直徑是約0. 5至約200納米。
7.根據(jù)權利要求6所述的組成物，其特征在于所述陶瓷納米纖維的平均直徑是約50 至約100納米，且其中所述觸媒的平均直徑是約1至約15納米，且其中所述觸媒納米微粒 覆蓋所述陶瓷納米纖維的表面積約1. 5%至約45%。
8.根據(jù)權利要求1所述的組成物，其特征在于所述組成物更包含多個支撐纖維，所述 組成物是多孔狀。
9.根據(jù)權利要求8所述的組成物，其特征在于所述多個支撐纖維具有約1微米至約5 毫米的平均直徑，且所述多個支撐纖維包含陶瓷纖維、玻璃纖維、金屬纖維、高分子纖維、或 其組合物。
10.根據(jù)權利要求9所述的組成物，其特征在于所述支撐纖維包含氧化鋁超細纖維、 二氧化鈦纖維、鈉玻璃纖維、無堿玻璃纖維、乙玻璃纖維、鐵纖維、鋁纖維、鋼纖維、黃銅纖 維、或青銅纖維、或其組合物。
11.一種觸媒裝置，其特征在于包含一支撐結構及具有多個金屬觸媒納米微粒的一含觸媒納米纖維組成物，所述納米纖維 組成物操作地連接所述支撐結構，且其中所述觸媒納米微粒覆蓋所述陶瓷納米纖維的表面 積約1%至約90%O
12.根據(jù)權利要求11所述的觸媒裝置，其特征在于所述支撐結構包含多個陶瓷支撐纖維。
13.根據(jù)權利要求11所述的觸媒裝置，其特征在于所述支撐結構及所述含觸媒納米 纖維組成物是以多孔膜、多孔床、多孔板、多孔盤、或多孔導管的形式。
14.根據(jù)權利要求11所述的觸媒裝置，其特征在于所述支撐結構是非多孔性，且其中 所述含觸媒納米纖維組成物連接所述支撐結構的一或多個表面。
15.根據(jù)權利要求14所述的觸媒裝置，其特征在于所述支撐結構是一導管且所述含 觸媒納米纖維組成物是操作地連接所述導管的內(nèi)表面，或其中所述支撐表面是一平坦表面 其中所述含觸媒納米纖維組成物是位于所述平坦表面的至少一面上。
16.根據(jù)權利要求13所述的觸媒裝置，其特征在于使用于化學、石化、塑料、藥物、及 水處理工業(yè)，其中所述陶瓷納米纖維具有約1至約500納米的平均纖維直徑，其中所述觸媒 納米微粒具有0. 1至約500納米的平均直徑，且其中所述陶瓷納米纖維是來自土狀原料、金 屬鹽、金屬商化物、或有機金屬化合物、或其組合物，且其中所述觸媒納米微粒是來自貴金 屬、貴重金屬、金屬鹽、金屬氧化物、金屬有機酯、或金屬商化物、或其組合物。
17.根據(jù)權利要求16所述的觸媒裝置，其特征在于所述觸媒裝置包含固化觸媒床或 流化觸媒床，其中所述陶瓷納米纖維是來自包含銦、鉛、鍺、鎵、鉺、鎘、鋁、鈣、鋯、錳、鈦、鎢、 鋅、鈰、鈣、錫、鑭系元素、錒系元素、或硅的化合物、或其組合物，且其中觸媒納米微粒是來 自包含金、銀、鉬、鈀、銥、釕、銠、鋨、釩、鉻、鉬、錳、鐵、鈷、鎳、銅、或沸石的化合物、或其組合 物。
18.根據(jù)權利要求17所述的觸媒裝置，其特征在于所述陶瓷納米纖維的平均直徑是 約50至約100納米，且其中所述觸媒的平均直徑是約1至約12納米，且其中觸媒納米微粒 覆蓋所述陶瓷納米纖維的表面積約1. 5%至約45%，且其中所述支撐結構包含具有1微米至 約5毫米平均直徑的陶瓷支撐纖維。
19.根據(jù)權利要求18所述的觸媒裝置，其特征在于所述支撐結構包含陶瓷纖維、玻璃 纖維、金屬纖維、高分子纖維、或其組合物。
20.根據(jù)權利要求13所述的觸媒裝置，其特征在于用于一有毒氣體的觸媒轉換，其中 所述陶瓷納米纖維具有約1至約500納米的平均纖維直徑，且其中所述觸媒納米微粒具有 約0. 1至約500納米的平均直徑，其中陶瓷納米纖維是來自土狀原料、金屬鹽、金屬鹵化物、 或有機金屬化合物、或其組合物，且其中所述觸媒納米微粒是來自貴金屬、貴重金屬、金屬 鹽、金屬氧化物、金屬有機酯、或金屬商化物、或其組合物。
21.根據(jù)權利要求20所述的觸媒裝置，其特征在于所述有毒氣體包含NOx其中χ包含 1至2、一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氟離子、氯離子、溴離子、氟氣、氯氣、溴氣、酒精、酮、 胺、碳氫化合物、或其任何組合物，其中所述陶瓷納米纖維是來自包含銦、鉛、鍺、鎵、鉺、鎘、 鋁、鈣、鋯、錳、鈦、鎢、鋅、鈰、鈣、錫、鑭系元素、錒系元素、或硅的化合物、或其組合物，且其 中所述觸媒納米微粒是來自包含金、銀、鉬、鈀、銥、釕、銠、鋨、釩、鉻、鉬、錳、鐵、鈷、鎳、銅、 或沸石的化合物、或其組合物。
22.根據(jù)權利要求21所述的觸媒裝置，其特征在于所述陶瓷納米纖維是來自包含鋁、 鈦、鋅、或硅的化合物、或其組合物，且其中所述觸媒納米微粒是來自包含鉬、鈀、銠、鐵、鈷、 鎳、銅、銀、金、或沸石的化合物、或其任何組合物。
23.根據(jù)權利要求22所述的觸媒裝置，其特征在于所述陶瓷納米纖維平均直徑是約 50至約100納米，且其中所述觸媒平均直徑是約1至約15納米，且其中所述觸媒納米微粒 覆蓋所述陶瓷納米纖維的表面積約1. 5%至約45%。
24.根據(jù)權利要求13所述的觸媒裝置，其特征在于所述陶瓷納米纖維具有約1至約 500納米的平均纖維直徑，且其中所述觸媒納米微粒具有0. 1至約500納米的平均直徑，其 中所述陶瓷納米纖維是來自土狀原料、金屬鹽、金屬商化物、或有機金屬化合物、或其組合物，且其中所述觸媒納米微粒是來自貴金屬、貴重金屬、金屬鹽、金屬氧化物、金屬有機酯、 或金屬商化物、或其組合物。
25.根據(jù)權利要求M所述的觸媒裝置，其特征在于所述陶瓷納米纖維是來自包含銦、 鉛、鍺、鎵、鉺、鎘、鋁、鈣、鋯、錳、鈦、鎢、鋅、鈰、鈣、錫、鑭系元素、錒系元素、或硅的化合物、 或其組合物，其中所述觸媒納米微粒是來自包含金、銀、鉬、鈀、銥、釕、銠、鋨、釩、鉻、鉬、錳、 鐵、鈷、鎳、銅、或沸石的化合物、或其組合物，且其中所述陶瓷納米纖維平均直徑是約25至 約250納米，其中所述觸媒平均直徑是約1至約15納米，且其中所述觸媒納米微粒覆蓋所 述陶瓷納米纖維的表面積約1. 5%至約45%。
26.一種用于制備含觸媒納米纖維的制程，其特征在于包含下列步驟形成包含一觸媒前驅(qū)物、一陶瓷前驅(qū)物及一高分子的一組成物；電紡所述組成物以形成一納米纖維組成物；以及鍛燒所述納米纖維組成物以形成一含觸媒陶瓷納米纖維組成物。
27.根據(jù)權利要求沈所述的制程，其特征在于更包含還原所述含觸媒陶瓷納米纖維 組成物以形成一含金屬觸媒陶瓷組成物的步驟。
28.根據(jù)權利要求沈所述的制程，其特征在于所述組成物更包含一溶劑，其中所述溶 劑是一有機溶劑或水、或其組合物。
29.根據(jù)權利要求27所述的制程，其特征在于更包含以所述含金屬觸媒陶瓷組成物 連接多個支撐纖維的步驟，其中所述多個支撐纖維具有約1微米至約5毫米的平均直徑，其 中所述含觸媒納米纖維和多個支撐纖維提供作為一觸媒床或一流化觸媒床的組成，其中所 述催化反應是一化學反應、石化反應、聚合反應、生物反應、或藥物反應，其中所述陶瓷前驅(qū) 物包含土狀原料、金屬鹽、金屬商化物、或有機金屬化合物、或其組合物，且其中所述觸媒前 驅(qū)物包含貴金屬、貴重金屬、金屬鹽、金屬氧化物、金屬有機酯、或金屬鹵化物、或其組合物。
30.根據(jù)權利要求四所述的制程，其特征在于所述陶瓷前驅(qū)物包含銦、鉛、鍺、鎵、鉺、 鎘、鋁、鈣、鋯、錳、鈦、鎢、鋅、鈰、鈣、錫、鑭系元素、錒系元素、或硅、或其組合物，且其中所述 觸媒納米微粒是來自包含金、銀、鉬、鈀、銥、釕、銠、鋨、釩、鉻、鉬、錳、鐵、鈷、鎳、銅、或沸石 的化合物、或其組合物。
31.根據(jù)權利要求30所述的制程，其特征在于所述陶瓷前驅(qū)物包含含有鋁、鈦、鋅、或 硅的化合物、或其組合物，且其中觸媒納米微粒是來自包含鉬、鈀、銠、鐵、鈷、鎳、銅、銀、金、 或沸石的化合物、或其任何組合物，其中所述多個支撐纖維包含陶瓷纖維、玻璃纖維、金屬 纖維、或高分子纖維或其組合物。
32.根據(jù)權利要求30所述的制程，其特征在于所述含觸媒陶瓷納米纖維組成物的陶 瓷納米纖維具有約5至約250納米的平均直徑，且其中所述含觸媒陶瓷納米纖維組成物的 觸媒具有約0. 5至約200納米的平均直徑。
33.根據(jù)權利要求31所述的制程，其特征在于所述陶瓷納米纖維平均直徑約50至約 100納米，其中所述觸媒平均直徑約1至約15納米，其中觸媒覆蓋所述陶瓷納米纖維的表面 積約1. 5%至約45%，且其中所述多個支撐纖維包含氧化鋁超細纖維、二氧化鈦纖維、鈉玻璃 纖維、無堿玻璃纖維、乙玻璃纖維、鐵纖維、鋁纖維、鋼纖維、黃銅纖維、或青銅纖維、或其組 合物。
34.根據(jù)權利要求27所述的制程，其特征在于更包含以所述含金屬觸媒陶瓷組成物連接多個支撐纖維，其中所述多個支撐纖維具有約1微米至約5毫米的平均直徑，其中所述 陶瓷前驅(qū)物包含土狀原料、金屬鹽、金屬商化物、或有機金屬化合物、或其組合物，且其中所 述觸媒前驅(qū)物包含貴金屬、貴重金屬、金屬鹽、金屬氧化物、金屬有機酯、或金屬鹵化物、或 其組合物。
35.根據(jù)權利要求34所述的制程，其特征在于所述多個支撐纖維包含陶瓷纖維、玻 璃纖維、金屬纖維、或高分子纖維或其組合物，其中所述陶瓷前驅(qū)物包含含有銦、鉛、鍺、鎵、 鉺、鎘、鋁、鈣、鋯、錳、鈦、鎢、鋅、鈰、鈣、錫、鑭系元素、錒系元素、或硅的化合物、或其組合 物，且其中所述觸媒納米微粒是來自包含金、銀、鉬、鈀、銥、釕、銠、鋨、釩、鉻、鉬、錳、鐵、鈷、 鎳、銅、或沸石的化合物、或其組合物。
36.根據(jù)權利要求35所述的制程，其特征在于所述陶瓷前驅(qū)物包含含有鋁、鈦、鋅、 或硅的化合物、或其組合物，且其中所述觸媒納米微粒是來自包含鉬、鈀、銠、鐵、鈷、鎳、銅、 銀、金、或沸石的化合物、或其任何組合物，其中所述含觸媒陶瓷納米纖維組成物的陶瓷納 米纖維具有約5至約250納米的平均直徑，其中所述含觸媒陶瓷納米纖維組成物的觸媒具 有約0. 5至約200納米的平均直徑，且其中所述多個支撐纖維包含氧化鋁超細纖維、二氧化 鈦纖維、鈉玻璃纖維、無堿玻璃纖維、乙玻璃纖維、鐵纖維、鋁纖維、鋼纖維、黃銅纖維、或青 銅纖維、或其組合物。
37.根據(jù)權利要求沈所述的制程，其特征在于所述觸媒前驅(qū)物是基于100重量份陶 瓷前驅(qū)物上的約1至約50重量份含量，且其中所述高分子是基于100重量份陶瓷前驅(qū)物上 的約10至約300重量份含量。
38.根據(jù)權利要求沈所述的制程，其特征在于所述組成物更包含一溶劑，其中所述溶 劑是一有機溶劑或水、或其組合物，且其中所述溶劑含量范圍是每100總重量份高分子、陶 瓷前驅(qū)物和觸媒前驅(qū)物的約500至約2000重量份。
39.根據(jù)權利要求38所述的制程，其特征在于所述溶劑是每100重量份高分子、陶瓷 前驅(qū)物和觸媒前驅(qū)物的約500至約1500重量份。
40.根據(jù)權利要求沈所述的制程，其特征在于于溫度約200至約120(TC執(zhí)行鍛燒約 0. 5小時至約6小時。
41.根據(jù)權利要求四所述的制程，其特征在于于溫度約500至約80(TC執(zhí)行鍛燒約1 小十至約2小時。
42.根據(jù)權利要求31所述的制程，其特征在于于溫度約5到少于500°C執(zhí)行還原步驟 且以酒精或胺類化合物作為還原劑，或其中于溫度約500到約1200°C執(zhí)行還原步驟且以氫 氣作為還原劑。
43.一種利用含觸媒納米纖維的制程，其特征在于包含下列步驟提供包含多個金屬觸媒納米微粒的一陶瓷納米纖維在一支撐物上，其中所述觸媒納米 微粒覆蓋所述陶瓷納米纖維的表面積約1%至約90% ；以及以一氣體或液體或其組合物連接所述含觸媒納米纖維，藉此所述觸媒催化所述氣體或 液體或其組合物的組成反應。
44.根據(jù)權利要求43所述的制程，其特征在于提供所述含觸媒納米纖維作為用于一 燃燒氣體過濾器的組成，且其中所述連接包含所述燃燒氣體流通所述過濾器。
45.根據(jù)權利要求44所述的制程，其特征在于所述催化反應是包含NOx其中χ包含1至2、一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氟離子、氯離子、溴離子、氟氣、氯氣、溴氣、酒精、酮、 胺、碳氫化合物、或其任何組合物的氣體。
46.根據(jù)權利要求43所述的制程，其特征在于利用氣體且氣體是一有毒氣體。
47.根據(jù)權利要求46所述的制程，其特征在于提供所述含觸媒納米纖維作為部份多 孔或非多孔導管，且其中提供所述含觸媒納米纖維于所述導管的外表面上或?qū)Ч艿膬?nèi)表面 上。
48.根據(jù)權利要求43所述的制程，其特征在于提供所述含觸媒納米纖維于一多孔支 撐材料的表面上。
49.根據(jù)權利要求44所述的制程，其特征在于所述陶瓷納米纖維具有約1至約500納 米的平均纖維直徑，且其中所述觸媒那米微粒具有0. 1至約500納米的平均直徑，其中所述 陶瓷納米纖維是來自土狀原料、金屬鹽、金屬商化物、或有機金屬化合物、或其組合物，且其 中所述觸媒納米微粒是來自貴金屬、貴重金屬、金屬鹽、金屬氧化物、金屬有機酯、或金屬鹵 化物、或其組合物。
50.根據(jù)權利要求49所述的制程，其特征在于所述陶瓷納米纖維是來自包含銦、鉛、 鍺、鎵、鉺、鎘、鋁、鈣、鋯、錳、鈦、鎢、鋅、鈰、鈣、錫、鑭系元素、錒系元素、或硅、或其組合物， 且其中所述觸媒納米微粒是來自包含金、銀、鉬、鈀、銥、釕、銠、鋨、釩、鉻、鉬、錳、鐵、鈷、鎳、 銅、或沸石的化合物、或其組合物。
51.根據(jù)權利要求50所述的制程，其特征在于所述陶瓷納米纖維平均直徑約50至約 100納米，且其中所述觸媒平均直徑約1至約15納米，且其中所述觸媒納米微粒覆蓋所述陶 瓷納米纖維的表面積約1. 5%至約45%。
全文摘要
陶瓷納米纖維在其表面上包含納米尺寸金屬觸媒粒子。當通過較大纖維支撐觸媒-陶瓷納米纖維以形成一介質(zhì)時，其有效地推動流體流動過程中的各種反應。
文檔編號B01J31/00GK102089077SQ200980117642
公開日2011年6月8日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權日2008年3月20日
發(fā)明者G·R·紐康, 喬治·G·切斯, 思內(nèi)哈·斯瓦敏那森, 斯夫帝·保加瓦, 樸蘇金 申請人:阿克隆大學