CN102089077A

CN102089077A - 包含纳米尺寸金属触媒微粒的纳米纤维及其介质

Info

Publication number: CN102089077A
Application number: CN2009801176427A
Authority: CN
Inventors: 乔治·G·切斯; G·R·纽康; 斯夫帝·保加瓦; 朴苏金; 思内哈·斯瓦敏那森
Original assignee: University of Akron
Current assignee: University of Akron
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2011-06-08
Also published as: EP2398588A2; US20110052467A1; WO2009117114A2; KR101282155B1; BRPI0909272A8; WO2009117114A3; BRPI0909272A2; EP2398588A4; CA2718882C; CA2718882A1; KR20100127832A; US8535632B2

Abstract

陶瓷纳米纤维在其表面上包含纳米尺寸金属触媒粒子。当通过较大纤维支撑触媒-陶瓷纳米纤维以形成一介质时，其有效地推动流体流动过程中的各种反应。

Description

包含纳米尺寸金属触媒微粒的纳米纤维及其介质

技术领域

本发明是相关于多个纳米使吋金属觸媒微粒，其部分地嵌入陶瓷纳米纤维的表面内。当觸媒纳米纤维通过较大微米尺寸纤维支持形成一介质，其可用于催化不同液体。

背景技术

迄今，化学产品制程通常使用流体流动作为介入化学反应于相对地固定触媒颗粒或覆盖有触媒纤维的手段。此类的触媒颗粒或纤维往往破碎成多个微粒，其对压缩制程的影响有害。不仅这些微粒可能使制程设备受损及妨害反应产物，且普通环境规定在排出制环境前，其需以一处理液体过滤。破碎触媒颗粒必须有所替代。因此，触媒材料的避免破碎方法可显著地改善化学产品制程的效能。

其它问题是关于触媒颗粒的催化反应位至反应物及反应产物间的转移率，其中触媒颗粒具有从几微米到数毫米范围的尺寸大小。通常地，化学反应物通过穿过颗粒的孔洞而达到触媒颗粒的内表面积。然而，当颗粒的大小增加时，其孔洞的长度亦按比例地增加。相对较大触媒颗粒可具有如此大的孔洞长度，其全部催化反应位则无法通过反应物被利用。

由美国阿克伦大学所发表的美国专利6,916,758 ，其是关于一种纤维触媒-固定化系统，此系统可用以固定触媒，而在化学产品制程间固定触媒是受到流体流动的支配。纤维系统是利用例如不同聚合物材料所形成的有机纤维而得。纤维系统可利用电纺合成且在电纺制程中触媒是固定在纤维内。

发明内容

陶瓷纳米纤维包含散布部分嵌入于其表面的纳米尺寸金属触媒粒子。纤维可通过含有液态(例如水及/或有机溶剂)成分的电纺溶剂，且其液态成分含有触媒前驱物、陶瓷前驱物、及高分子。依据电纺入纤维，大部分水及/或溶剂会蒸发且高分子作为粘着剂以用于陶瓷前驱物及触媒前驱物。通煅烧加热的结果，可移除任何残留的水及/或溶剂且排除高分子(氧化成水及二氧化碳)而仅留下如纤维和触媒金属氧化物的陶瓷基质。依据通过例如联氨的强还原剂或通过在场热能的氢气的催化，一些触媒可以转换成金属本身，其存在于陶瓷纤维之内及/或内。此类的触媒-陶瓷纳米纤维可形成一介质，其介质是以极度薄纳米纤维支持在例如微米纤维较佳是陶瓷的较厚纤维上。从其组成的纳米纤维和介质具有高的耐热性、耐化学性、及高度多孔性，因此给予低压降到可使流体经其孔洞。触媒-陶瓷纳米纤维可催化许多反应，且可用于许多应用，例如还原油燃烧过程所产生的有毒气体，例如一氧化碳，及用于化学、高分子及药物工业的流化床。当为例如过滤器的介质时，触媒纳米微粒仍然完好无损，因此无并至反应介质且排除任何触媒回收之需要。

一种含触媒纳米纤维组合物，包含：具有多个金属触媒纳米微粒的一陶瓷纳米纤维，其中金属触媒纳米微粒覆盖陶瓷纳米纤维的表面积约1%至约90%。

一种触媒装置，包含：一支撑结构及具有多个金属触媒纳米微粒的含触媒纳米纤维组成物，纳米纤维组成物操作地连接支撑结构，且其中所述触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1%至约90%。

一种用于制备含触媒纳米纤维的制程，包含下列步骤：形成包含一触媒前驱物、一陶瓷前驱物及一高分子的组成物；电纺所述组成物以形成一纳米纤维组成物；以及锻烧纳米纤维组成物以形成一含触媒陶瓷纳米纤维组成物。

附图说明

通过阅读本发明之详细说明及图式，将较易了解本发明且表明其它特征及优点，其中：

图1为关于以600℃煅烧氧化铝纳米纤维上，钯-(A,B)及铂-(C,D)触媒两种不同放大倍率的穿透式电子显微镜(TEM)图；

图2为以本发明含有氧化铝支撑超细纤维及于氧化铝纳米纤维上的钯纳米微粒所制造的催化滤球的立体图；

图3是说明用以自气流内微粒撷取的质量因子与面积比及纳米纤维直径的相关性曲线图；

图4是显示本发明的触媒纳米纤维介质的两种不同运用例如以盘状的形式；

图5.1是显示当无使用触媒-陶瓷纳米纤维且在不同温度时气体浓度的曲线图；

图5.2是显示对于利用钯/氧化铝触媒/陶瓷纳米纤维反应2,500 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳上浓度对温度的曲线图；

图5.3是显示对于利用钯/氧化铝触媒/陶瓷纳米纤维反应6,000 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳上浓度对温度的曲线图；

图5.4是显示对于利用钯/氧化铝触媒/陶瓷纳米纤维反应18,000 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳上浓度对温度的曲线图；

图5.5是显示对于利用钯/氧化铝触媒/陶瓷纳米纤维反应30,000 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳上浓度对温度的曲线图；

图5.6是显示对于1 cc/min一氧化氮及一氧化碳于0.001克钯/氧化铝触媒/陶瓷纳米纤维的反应浓度对温度的曲线图；

图5.7是显示对于1 cc/min一氧化氮及一氧化碳于 0.01克钯/氧化铝触媒/陶瓷纳米纤维的反应浓度对温度的曲线图；

图5.8是显示对于1 cc/min一氧化氮及一氧化碳于 0.1克钯/氧化铝触媒/陶瓷纳米纤维的反应浓度对温度的曲线图；

图5.9是显示对于利用Pt/Al2O3触媒/陶瓷纳米纤维反应3,000 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳上浓度对温度的曲线图；

图5.10是显示对于利用Pt/Al2O3触媒/陶瓷纳米纤维反应7,500 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳上浓度对温度的曲线图；

图5.11是显示对于利用Pt/Al2O3触媒/陶瓷纳米纤维反应18,000 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳上浓度对温度的曲线图；以及

图5.12是显示对于利用Pt/Al2O3触媒/陶瓷纳米纤维反应30,000 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳上浓度对温度的曲线图。

具体实施方式

于本发明说明书中，通过扫描式电子显微镜决定微粒、纳米纤维及类似和相同的直径，以让本领域具有通常知识者可以清楚地得知。

本发明的陶瓷纳米纤维预期地通过电纺不同包含至少一陶瓷前驱物、至少一触媒前驱物、及有机高分子的溶剂所制得，其中所述前驱物是预期地溶于例如水及/或有机溶剂的溶剂内。

陶瓷前驱物是本领域之通常知识者所知道的，且包含常含有硅酸盐的土状原料，硅酸盐是依照由例如化学瓷及电磁的白瓷、通常地所有玻璃、搪瓷、及硅酸铝所加热而得。其它前驱物包含不同的金属盐、不同金属卤化物；及有机金属化合物典型地是金属有机酯、金属有机氧化物、有机醇等的形式。用以形成有机氧化物、有机醇、及卤化物的金属包含铟、铅、锗、镓、铒、镉。还有其它适当的金属化合物包含铝、钙、锆、锰、钛、钨、锌、铈、钙、锡、镧系元素、锕系元素、或其它过度金属元素。具有相似高温度及化学阻抗的材料可能也是适当的，例如硅(以形成二氧化硅及碳化硅)和碳。较佳陶瓷前驱物包含铝、钛、锌、及硅的一或多个。陶瓷前驱物可以是例如单片结构、像是微粒或纳米微粒的粒子、颗粒、球团等的形式。

金属盐可以作为陶瓷前驱物，但因为他们通常地不溶于前驱物溶剂中所以还有许多需要改进的地方。

金属卤化物前驱物的例子包含金属氯化物及金属氟化物。

金属有机酯较佳例如是甲酸盐、醋酸盐、异丙醇盐、乙醇盐等，因为它们溶于高分子溶剂例如聚乙烯吡咯烷酮、乙醇及水。

不同陶瓷有机氧化物前驱物的例子包含含有从1至约12碳原子例如甲醇盐、乙醇盐、正丙基氧化物、异丙醇盐、且其不同衍生物例如辛醇异丙醇、丁醇盐等的氧化物。

适宜的有机醇前驱物包含从2至约12碳原子例如乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、其异构物等。

前述的各种不同陶瓷前驱物是不同于下面列出的各种不同触媒前驱物，所以当陶瓷形成作为基质，例如纤维时，在其上及/或其内会形成小量各式各样触媒。当触媒作为基质本身时，例如超细纤维，则为例外。

预期地使用触媒前驱物溶于有机溶剂或水中。此类触媒前驱物可由本领域具有通常知识者可知。适宜触媒前驱物包含贵或贵重金属触媒本身、各式各样金属触媒是例如硅酸盐、氧化物、或利如醋酸酯、乙酰丙酮或卤化物有机酯等的盐类。触媒前驱物通常地可以是任何尺寸或形状例如粒子、微粒子、颗粒等。贵或贵重金属触媒的例子包含金、银、铂、钯、铱、钌、、铑、锇、及任何其组合物。钯前驱物触媒的例子是钯环辛二烯氯化(二氯(n4-1,5-环辛二烯)钯(II)不然就是氯化钯(C8H12)。环辛二烯氯化合物可由铂和铑触媒而得。其它金属触媒包含钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、及沸石、及其组合物。各式触媒前驱物的大小并非重要，只要它们通常地小，即0.1纳米或约1微米的平均直径，预期地从约0.5至约200纳米，且较佳地从约1至约20纳米。例如通过电纺形成陶瓷上，不同触媒通常地存在金属氧化物的行式。

依据100重量份陶瓷纤维前驱物，触媒前驱物的含量通常从约1至约50重量份，预期地从约1至约25重量份，且较佳地从约1至约15重量份。依据100重量份陶瓷纤维前驱物，本身贵或贵重金属触媒粒子含量通常从约1至约50重量份，预期地从约1至约25重量份，且较佳地从约1至约15重量份。

当例如氯化钯的贵或贵重金属触媒是金属本身时，在电纺程序前它们通常不会溶在溶剂中且通常必须在其中被分散，例如透过混合，所以在纺丝后它们通常随机散布及部分嵌入在陶瓷前驱物内。元素金属触媒粒子的形成是本领域具有通常知识者可知。例如，金属盐可以氢氧化钾、表面活性剂或安定剂、酒石酸钾及水混合。接着，回流混合物以得到金属纳米微粒。金属粒子可以接着以高分子溶剂及陶瓷前驱物混合，再高温下纺丝以得到落入纳米纤维的金属纳米微粒。于空气下加热至约200到1,200℃足够高温后，金属触媒通常可以再是贵或贵重金属氧化物。

替代途径是，当本发明的陶瓷纳米纤维包含贵或贵重金属触媒本身时，同样以高分子通过电纺陶瓷前驱物可形成陶瓷纳米纤维，接着以通过利用小量的粘着剂等的任何传统方式(例如湿式成网(wet laying))加入贵或贵重金属触媒至陶瓷纳米纤维的表面。湿式成网可以以金属或金属盐完成。粘着剂固定金属/金属盐于纤维表面上。

适宜触媒前驱物的例子包含氧化铬、铜盐、氯化铁、氧化铁、氧化钼、五氧化二钒、氧化钯、醋酸钯、乙酰丙酮钯、氯化铂、醋酸金、氯化钯、氯化铂、氯化铑、沸石等。较佳触媒前驱物包含各式各样金属触媒的醋酸盐及氯化盐。

一或多个触媒前驱物例子可以加入电纺溶液或前驱物组成物中，所以当然所形成纳米纤维包含一或多个不同触媒。多样化或不同触媒的利用造成多用途触媒系统或总体，其中许多不同反应可同时地及/或随后地发生、或其中可利用相同触媒-纳米纤维反应随后的化合物、或随后的液流加入触媒-陶瓷纳米纤维。

任何有机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，有机高分子可能兼容于触媒前驱物及可能通过溶剂溶解。在随后加热或煅烧步骤间，有机高分子亦可以消除，即氧化成水或二氧化碳。合宜的有机高分子材料包括聚丙烯腈、例如聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚己内酯的聚酯、聚苯乙烯、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯)、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺、苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物、聚(二茂铁双硅烷)、聚乙烯氧化物、人造丝、脱氧核糖核酸、分段聚醚聚氨酯、各种尼龙、聚氨酯脲弹性体共聚物、例如聚乳酸的生物高聚物、三乙基苄基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮、聚己内酯、聚醋酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚丙烯酸、聚氨酯、及其混纺纤维。较佳高分子包含聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯氧化物、及尼龙6。须了解，亦可使用由本领域具通常知识者所知的其它高分子材料。

关于有机高分子，当其含量通常高达300份时，每100重量份陶瓷前驱物中其含量预期地是从约10至约300，预期地从约10至约100；且较佳地从约10份至约20或25重量份。

部分地，在陶瓷前驱物上、在有机高分子上、及在触媒前驱物上，适宜溶剂可由本领域具有通常知识者可知。溶剂包含水及/或例如二甲基甲酰胺(DMF)的溶剂、例如乙醇、甲醇或异丙醇的C1-C5醇类、例如丙酮的C3到C8的酮类、四氢呋喃(THF)、二氯甲烷(甲基纤维素、或例如甲酸或乙酸的C1到C12羧酸、或其任何组合物。须了解，亦可使用其它溶剂。

关于包含陶瓷前驱物、有机高分子、触媒前驱物或金属触媒的电仿溶液的重要方面，溶剂是由形成不同溶液所形成，且对于电仿制程，组成份可相容。相应地，对于每100重量份高分子加上陶瓷前驱物加上触媒前驱物，溶剂含量通常可从约500至约2, 000的范围，预期地从约500至约1, 500的范围，且较佳地从约800至约1, 000重量份的范围。

一但陶瓷前驱物与触媒前驱物、有机高分子及溶剂共同电纺以形成纳米纤维，随后地煅烧，通常煅烧至一氧化物，以形成一陶瓷纤维。子可根据本发明而制造的陶瓷纳米纤维的例子包含上述指出的铝、钛、镍-钛、锰钛、硅钙、锡、铬、钨、锌的氧化物、或任何其组合物。以适宜有机高分子及适宜溶剂通过电纺制程所制造的具体陶瓷列表如表1所述。本发明较佳陶瓷包含氧化铝、二氧化钛、氧化锌、二氧化硅等。

本发明的陶瓷纳米纤维可以通过任何合宜的方法制备，包含喷气法。较佳地，可利用电纺法及本领域具通常知识者所知的方法，且其一般说明如美国专利6,753,454；WO2005/024101 A1，”通过电纺制造高分子纳米纤维”、Frenot等人、胶体与界面科学新见8 (2003)，64 75；且”通过电纺而得纳米结构陶瓷”，Ramaseshan等人，应用物理学杂志102,111101 (2007)；以此参考文献完全合并的方法。在本发明的一些方法中，在合宜溶剂内通过溶解有机高分子及触媒前驱物(例如触媒金属盐)制备高分子溶液。混合混合物以确定在溶剂中高分子及触媒前驱物均匀分布。例如，可使用超音波混合技术。在其它方法中，混合步骤发生在一预定时间(例如约0.5小时到2小时)升温时(例如约40℃及约80℃间)以促进分散度。随后，加入及混合陶瓷前驱物。

于其它方法中，在加入有机高分子和陶瓷前驱物前，较佳地将触媒前驱物(例如触媒金属盐)溶于溶剂内。添加顺序可比避免混合步骤中有机高分子交联。

本发明的再一方法中，触媒前驱物可以是触媒材料(例如金属盐类)的固态粒子。在此实施例中，固态触媒前驱物粒子可分散在包含溶剂、已如溶解的有机高分子、及已溶解陶瓷前驱物的溶液中。

表A是关于一系列各式各样陶瓷前驱物，且各式溶剂和有机高分子，于煅烧后其可用以形成已指出的陶瓷纳米纤维。在一些应用中，触媒前驱物可以作为用以其它触媒的支撑结构，以形成多重触媒介质。在其它应用中，当以纤维形式时，仅有一触媒前驱物形成触媒介质。

表A

具体电纺制程将于本发明阐明，需注意，亦可利用例如含量、温度、时间等的不同条件、及其它制程和技术。

电纺陶瓷溶液包含0.888克重的铝有机酯陶瓷前驱物，其是醋酸铝，及0.91克重的聚乙烯吡咯烷酮[高分子]相互混合在20克重的溶剂(水中含40 wt%乙醇)。溶解0.07克的氯化钯[触媒前驱物]使其成为一混合物并利用磁力搅拌器以40℃混合至隔夜。前驱物溶液加入于3毫升其端点具有不锈钢针头的玻璃注射器。利用注射泵以每分钟3.0毫升涌出此溶液，且不锈钢针头装在约20公分以上接地铝箔收集器。当铝箔接地时，提供负20千瓦电荷至针头。少量的高分子混合物形成在针头的端点。电力克服表面张力及已移除少量高分子混合物的喷口且拉至已接地的铝箔。高分子喷口带有陶瓷前驱物和触媒前驱物。在这期间，溶剂可以蒸发及/或闪蒸出。从注射针头至铝箔收集器的纤维直径缩小是有5个数量级。所得的沉积纳米纤维具有从约100到约200纳米的平均直径，且含纳有分散在其中及外露的触媒前驱物的陶瓷前驱物、有机高分子的随机组合物，其部分嵌合在纳米纤维中。挤出机喷嘴，即针头及/或接地金属板，可以连续地移动使得纳米纤维非位在一个位置以形成一组或一堆材料，但宁可保留纤维的形状是为具体的样式或不然。

纳米纤维组成物通过煅烧行热处理以将陶瓷前驱物转化为氧化物，通过转化有机高分子为水及二氧化碳以将其排除、以及转化触媒前驱物为氧化物。因此，上述指出陶瓷前驱物通常转化至金属氧化物，其是转化为氧化铟、氧化铅、氧化锗、氧化镓、氧化铒、氧化镉、氧化铝、氧化钙、氧化锆、氧化锰、氧化钛、氧化钨、氧化锌、氧化铈、氧化钙、氧化锡、各种镧系元素的氧化物、各种锕系元素的氧化物、及各种过渡金属的氧化物。当利用元素型触媒金属或合金行金属粒子，它们可能无可能无法依据触媒转化为氧化物。因此，上述指出的触媒前驱物通常转化为其氧化物，贵或贵重金属例如氧化金、氧化银、氧化铂、氧化钯、氧化铱、氧化钌、氧化铑、及氧化锇、和氧化钒、氧化铬、氧化钼、氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜、及各种沸石的氧化物。煅烧温度应完全依据陶瓷前驱物、触媒前驱物、极高分子的类型，但通常从约200℃或约500℃至约1200℃的范围，预期地从约500℃至约800℃，且较佳地从哕600℃至约700℃。煅烧时间可以从约0.5至约6、且预期地从约1至约2小时。在煅烧步骤期间，纤维通常萎缩，但仍维持其形状。亦在此步骤期间，其已经知道因相位分离，故所形成的金属氧化触媒通常迁移至超细纤维的表面。意即，纳米纤维的短直径可使触媒氧化物较自由地移动至纤维表面就可能发生有较大、较厚、氧化铝支撑结构。金属氧化物触媒浓度和加热速率决定金属氧化物触媒粒子的大小。

煅烧步骤后，于选择性金属触媒还原典型金属氧化物触媒至元素型金属触媒或至金属合金中，但无还原至陶瓷氧化物纤维，纳米纤维在低或环境温度或高温选择性地顺从一选择性化学还原步骤。低或环境温度还原剂包含各种具有从1至12个碳原子，例如甲醇或乙醇或或聚乙二醇的醇类、或例如联氨的强氨类化合物。低或环境温度还原反应通常发生在温度约5℃至约少于500℃的范围内，预期地从约5℃至约40℃或约100℃，且较佳地从15℃至约30℃，且搅拌时间通常约2至约48小时，预期地从约10至约30小时，且较佳地从约15小时至约25小时。高温还原反应通常利用氢气及温度从约500℃至约1200℃的范围内，且预期地从约550℃至约800℃，并通常反应从约0.5至6小时及预期地从约1小时至约4小时。还原步骤的重要方面是还原温度须在合宜的范围内，如上述指出，以还原金属氧化物至金属元素但仍有陶瓷氧化纤维的化学性质，即无还原反应。金属及/或金属合金氧化物环境或升温反应应该完全从触媒至催化剂。

若无还原例如各种纳米纤维的陶瓷基材上或内的触媒，可以是上述提及的贵或贵重金属及其它金属的氧化物。若还原时，在例如纳米纤维的陶瓷基材的触媒通常是金属或例如前述包含金、银、铂、钯、铱、钌、铑、锇及其任何组合物的贵或贵重元素。进一步在陶瓷基材上的金属触媒包含钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、或沸石的化合物、或其任何组合物。

已锻烧及还原的纳米纤维具有约1至约500纳米的平均纤维直径，预期地从约5或约25至约250纳米，且较佳地从约50至约100纳米，而通过电子显微镜或穿透式电子显微镜测量金属触媒或金属氧化物触媒粒子的平均直径尺寸从约0.1至约500，期望地从约0.5至200，且较佳的从约2至约5纳米。纳米纤维的含量对于表面积的比例是相当高。表面积对纤维含量的比例约约4/D。故1 nm纤维具有4×10⁹ m面容比，而100 nm纤维具有4×10⁷ m面容比。具有约100微米或更大的常见纺织品有4×10⁴或较小的面容比。本发明的纳米纤维的表面积/含量比从约0.4×10⁹ m至约4,000×10⁹ m (4×10¹² m)。制备后，纳米纤维可以卷起或其它收集以用于随后之使用。

本发明的触媒-陶瓷纳米纤维的显著优点是作为分散粒子或相的触媒部分地嵌入在纳米纤维中、及亦在纳米纤维之内，因此纳米纤维是自由连续的触媒覆盖在其上。通过已揭示本发明的触媒覆盖的纳米纤维表面积的含量可完全超过宽范围但亦可典型地小。表面积覆盖范围依据纳米纤维的总表面积可以是从约1%至约75%，预期地从约1.5%至约60%、或从约1.5%至约45%、或从约1.5%至约30%、或较佳地从约2%至约15%、或从约2%至约10%。与各种习知覆盖技术相比，如此小含量的触媒导致节省相当多的花费。

触媒-陶瓷微米纤维形成各种不同、有效的、及效率高的多孔结构例如一或多个梭织或非梭织层、垫、膜等，因此根据液体流经路径，在纳米纤维上外露的触媒造成不同化学及/或生物反应例如杀菌、灭除、转化等。

触媒-陶瓷纳米纤维介质所得不同纤维或转换结构的形成方法可以是任何可预期的方式例如在浆体及真空中通过放置纤维在相互的顶端、编织各种纳米纤维及支撑结构纤维、或以微米纤维混合纳米纤维，使纤维形成在层、垫结构、膜等。预期方法是通过放置触媒-陶瓷纳米纤维到水中并增加或支撑纤维以制造其浆体，随后地加入粘合剂及操作地其它预期的添加剂，到一模具及抽出真空以移除水和形成例如垫、网层等。

当无需要时，支撑结构是完全可预期的增强触媒-陶瓷纳米纤维所以形成触媒-纳米纤维介质，例如不会因流体流经而断裂的纤维。通常可利用任何支撑结构或强化介质例如具有约1微米至约1或约5毫米、且预期地从5 微米至约20或约50、或约100微米平均直径的各种超细纤维。支撑或强化纤维介质可以是任何传统材料例如陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维、高阻抗塑料或高分子纤维等。具体支撑纤维的例子包含各种陶瓷超细纤维例如氧化铝超细纤维、二氧化钛超细纤维等。玻璃纤维包含钠玻璃、无碱玻璃、乙玻璃等。利用金属纤维是对反应无传授不利影响，且可包含铁、铝、钢、黄铜或青铜等。亦可利用各种薄金属、高分子或陶瓷网格、网状物、或网。支撑纤维可通常地置于触媒-陶瓷纳米纤维介质或包含介质的液体流动入口内的过滤器任何地方，且任意地流经，但可预期地置于过滤器液体流动的出口。其例子包含中空圆筒用以空气处理、汽车上相似于机油滤清器的褶缸等。其它具体例子是依据流体流经的方向例如有毒气体流经，中空圆筒其中其外壁包含其内、其外表面、或其外内表面存有支撑结构的触媒-陶瓷纳米纤维。其它具体实施例是一圆筒其中支撑材料是固体，较佳地非多孔状，例如若液体流经圆筒的内区域，触媒-陶瓷纳米纤维介质或过滤器可置于金属或陶瓷片内内部或表面、或如液体材料流过圆筒的外表面则可置于固体圆筒的外表面。

如前所述，触媒-陶瓷纳米纤维介质或过滤器为多孔状，因此仅发生液体流经的低压降。经多孔材料的低压降是根据流量、材料的厚度、液体的流速、及流量面积。对于液体的阻力是达西定律(Christie j. Geankoplis，传输过程和操作单元第3版，普伦蒂斯霍尔，英格伍德克里夫，NJ，1993)所定义的通透性的颠倒。

其中Q (m³/s)是流量，A (m²)是液体流经的过滤器面积，k (m²)是通透性，μ (kg/m/s)是液体流速，△P是压力降(N/m²)，而L (m)是过滤器厚度。

当压力降非常大时，过滤器或触媒-陶瓷纳米纤维介质具有大体上10^-11 m²或更大的通透性，且预期地10^-10或更大。过滤器或介质的孔洞通常非常高，例如约0.8或更高，较佳地约0.9或更高，且较佳的至少约0.94或更高。

多个触媒-陶瓷纳米纤维介质或过滤器可位在流体流内例如为烟斗、导管、管子、水道、连续反应容器等的管道。管道的形状通常可以是任何形状例如圆形、方形、矩形等。各种不同配置或结构可以因此存在用以反应化合物。例如，每一多个过滤器或介质可以具有一或多个不同触媒，或二或多个此类的介质可以具有常见的触媒，或不同流体可以加在流体流不同的位置等。因此，各种液体的多处理类型可以存在例如催化一个反应的一个过滤器或介质、催化第二反应的第二过滤器或介质等，或包含多个触媒在其中催化二或多个不同反应的一个单独介质或过滤器等。进一步，在流体流中不同液体可以加到不同位置等。

因此显而易见的可以利用大量不同形态的液体反应系统处理各种液体，例如有毒气体，或造成一或多个化学反应、一或多个生物反应、一或多个单体或聚合体反应、或一或多个药学反应等。本发明的一些优点因此包含于下列：

优点：

1. 使用后，触媒-纳米纤维介质可简单还原。

2. 纳米纤维比超细纤维具有更高的表面积。因此，因为它们的高表面积与体积比及大长径比，触媒-纳米纤维介质比超细纤维将具有较高的效能。

3. 多样触媒-纳米纤维可以通过多个介质例如加入各包含一或多个不同触媒的过滤器或圆盘提供给液体。

4. 通过利用各包含不同触媒的触媒-纳米纤维介质或通过利用一或多个包含多种触媒的此类介质而可以随后地发生各种反应。

5. 触媒的浓度可以通过调整纳米纤维内的触媒含量或通过控制加到超细纤维-纳米纤维介质的触媒-轴承纳米纤维含量而受控制。

6. 由于介质内触媒含量远小于当使用触媒覆盖触媒粒子的纤维故节省大量成本。

应用

本发明的触媒-陶瓷纳米纤维介质或过滤器对处理例如从燃烧过程例如在连接至车用发动机的触媒转化器、或发电厂内的导管所产生的有毒气体的液体非常合适，其中烟气是从煤块、石油、天然气等所散发。本发明的介质或过滤器造成氧化反应及/或还原大量有毒气体、转换实质部份或所有至安全气体、或将其清除或根除的还原反应。有毒气体包含燃烧过程的多余、危险、有毒组成份例如NOx、一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氟离子、氯离子、溴离子、氟气、氯气、溴气、酒精、例如丙酮的酮类、胺、碳氢化合物等，其中x是1至2。已反应、转化、消除等的有毒气体含量是非常大地且通常地依据例如有毒气体浓度、其流量、反应温度、过滤介质的厚度、纤维上触媒含量等的因子。有毒气体的预期反应含量通常从约10%到约99%甚至100%的范围，预期地至少约30%或约至少50%，且较佳地至少80%，或至少约90%或至少约95%，或至少约97%体积。各种触媒-纳米纤维过滤器的形式且包含不同配置、系统、矩阵、过滤器、夹式盒等的形式，如上述所提及的那些。

下列例子用于说明即解释本发名并不限制本发明之态样。

根据本发名所制得的触媒-陶瓷纳米纤维包含元素型触媒的小粒子于其中和其上，其中露出多个粒子但部分嵌入于表面内或除此之外贴附在纳米纤维的表面且同样的如图1所示。参阅图1A及1C，图中利用固体条所指示范围是100纳米。图1B及1D，利用固体条所指示范围是0.5微米。图1A=氧化铝纤维、钯粒子，1B=氧化铝纤维、铂粒子，1C和1D是氧化铝纤维及氧化铂粒子。

选择性地，本发明的触媒-陶瓷纳米纤维填充体为球体形式如图2所示。其球体是利用0.5克氧化铝陶瓷微米纤维作为支撑纤维、0.02克淀粉浆、0.053克氧化铝陶瓷纳米纤维、1毫升氧化铝粘合剂、及25滴烯酸于四公升的水所制得。纳米纤维包含氧化铝纳米粒子并部分嵌入于其中。触媒-陶瓷纳米纤维和微米纤维于水中相互混合以形成一有黏合剂和淀粉浆的浆体。纤维浆体搅动至少1到约24小时以将纤维含粘合剂完全混合。通过真空透过至于丝网的滤膜(典型沃特曼113)将浆体抽出。纤维形成一滤泥，其加热(120℃，2小时接着是600℃，2小时)以干燥球体且以决定粘合剂。

图3是关于前述汇集在具有3微米直径的支撑纤维及具有150纳米平均粒子大小所制得的粒子含量一相对质量因子。纳米纤维含量的变化是表示为面积比，即纳米纤维的表面积对微米纤维的表面积。在大部份应用中较大质量因子的纤维具有高俘获效率或较低压力降。意即，从图3 所示，较小直径的纳米纤维在收集粒子于其上是有较多效能。显示于图中的曲线可于计算机模式中计算用以解释直接撷取或布朗运动粒子俘获机制及气体通过纤维的滑流运动。气相是在大气压力及室温的空气。根据加入纤维介质的纳米纤维含量，空气的张力速度是每一秒2公尺且过滤器多孔性从约0.92到0.96而变化。粒子是坚硬实心球体。

多样的触媒-陶瓷过滤器可以用于处理例如气体或液体的流体并以造成具体反应的各触媒-陶瓷过滤器，因此发生各种随后反应以达到预期产物。图4A是随后反应的例子其中三种触媒-陶瓷纳米纤维介质用于在连续-流动系统中一系列反应。意即

其它实施例显示于图4B，其中具有不同触媒的每一过滤介质加入搅拌反应釜且各种反应同时发生。图4(A)相对于4(B)的优点是选择性地改善以得到产物A4。在两者案例触媒介质是盘状的形式可以简单地从管道或导管中移除且再利用。提供各种触媒顺序的工业例子是石油加氢脱硫工艺。石油流经一系列的触媒床如图4A，其中第一触媒-陶瓷介质可以是较便宜的触媒，其通过例如钒及/或氧化镍的染质而安置。随后触媒介质再将石油加氢脱硫。

实例1

下列实例是关于不同进入一氧化氮浓度对一氧化氮分解的影响。

在本例中，执行试验并无任何样品(过滤器)在1 cc/min用以一氧化氮及一氧化碳两者研究温度的影响。一氧化氮及一氧化碳浓度并无改变，当温度从事温改变上升至350℃时，形成二氧化氮、二氧化碳及氧化亚氮气体且显示再增加温度时反应可能发生。此试验(比照试验)的结果显示于图5.1。在此浓度(ppm)为体积/体积比(v/v)。

催化的滤剂介质，其包含掺杂于氧化铝触媒(92 wt%钯关于氧化铝)上的0.053克钯，测试一氧化氮-一氧化碳反应。一氧化氮的流速从0.3 cm³/min到约1.5 cm³/min，当一氧化碳流速保持不变(即1.0 cm³/min)。表1阐明详细测试参数包含过滤介质的钯触媒。

表1 钯触媒过滤介质的测试参数

*计算的值和计算阐述如下。

钯触媒粒子的表面积可通过计算而得50 m²/g。详细的计算和假设显示如下。

假设：触媒粒子是球面形状。

触媒粒子的平均直径是10 nm。

钯密度为12,024 kg/m³=12.024×106 g/m³

触媒粒子的体积为

触媒粒子的面积为

触媒粒子每克钯的总面积

在微米先为过滤盘的触媒的表面积是以下列的设定作计算。

假设：过滤球的直径=2.2公分

过滤球的厚度=1.4公分

加入过滤球的陶瓷纳米纤维的质量=0.053克

陶瓷纳米纤维内的钯的质量=9.2%

每一触媒粒子的一半表面露出以反应

过滤球的体积：

过滤球的质量：

过滤介质内过滤球内的钯质量密度：

在1立方公尺过滤介质的总表面积：

图5.2显示以大约2,500 ppm一氧化氮及20,000 ppm一氧化碳的浓度分布对温度图。所有反应的压力降是约0.779 kPa。相似范围中可用于触媒转化器，其将会于后描述。一氧化氮和一氧化碳之浓度大约与室温相同直到反应温度达到约100到200℃。当温度升高时，于300℃整个一氧化氮会完全转换至氮气及氧化亚氮，且整个一氧化氮消散和一氧化碳部分地转化至二氧化碳。

图5.3、5.4及5.5显示如图5.2相似结果。在较低一氧化氮浓度下，用以整个一氧化氮还原反应的温度观察到较低，当所需用以完全消散一氧化氮的温度观察到是350℃用于约6,000 ppm一氧化氮且仍有一氧化碳且其可观察到是350℃用于约18,000 ppm一氧化氮，及一氧化碳会完全转化至二氧化碳(图5.3和图5.4)。

当一氧化氮浓度较高时，有较高一氧化碳消耗量。当一氧化碳的流速同于一氧化氮时，其可观察到在同一温度两者皆消散。图5.5显示一氧化氮的流速高于一氧化碳。在此反应中一氧化碳完全消散在350℃的反应下且一氧化氮还原至最小未反应浓度如预期上述方程式的反应机制。

实例2

钯触媒含量变化。

掺杂氧化铝纳米纤维的钯触媒含量随过滤器而变化且一氧化氮和一氧化碳气体两者在1 cm³/min恒定流速下测量过滤器。当一氧化碳浓度是约20,000 ppm，在触媒含量中变化的效果是通过维持一氧化氮约18,000 ppm浓度测试。纳米纤维(钯+氧化铝纳米纤维)的总含量从每一具有固定含量微米纤维的过滤器样本从0.001变化到0.10克。详细的条件如表2所示。图5.6至图5.8显示一氧化氮-一氧化碳反应在0.001/克、0.01/克及0.1/克氧化钯掺杂在氧化铝纳米纤维上的结果。0.053克钯掺杂氧化铝纳米纤维的结果显示于图5.4中。较高触媒浓度，于较低温度中一氧化氮完全反应且分解的开始温度亦很低。

表2 钯触媒过滤介质的测试条件

*已计算的值和计算阐述如下。

实例3

铂触媒上的反应

一氧化氮浓度的影响

在一氧化碳固定流速(1.0 cm³/min)时，包含0.053/克铂渗染在具有0.5/克氧化铝微米纤维的氧化铝纳米纤维(9.5 wt%铂关于氧化铝)催化过滤介质与从0.3~1.5 cm³/min可变流速流动的一氧化氮共同测试。反应条件显示在表3且以相同的方法计算如同钯但有21.45 kg/m²铂密度。图5.9显示浓度相对于温度的曲线图。一氧化氮和一氧化碳的浓度约同如室温直到反应温度达到约150℃。在低入口一氧化氮浓度，整个一氧化氮还原的温度较低。在浓度约18,000 ppm一氧化氮中，一氧化氮在350℃完全反应，300℃用以试验7,500 ppm的入口浓度，而250℃则用以3,000 ppm入口浓度。反应结果绘如图5.9到5.12。在此试验中一氧化氮流速大于一氧化碳，一氧化氮无法完全反应且结果绘如在图5.12中。

表3

*已计算的值和计算阐述如下。

实例4

相似于在上文中实例1、2及3所述的方法，当铂触媒含量可变化时，结果相似于当钯含量变化所得的结果。意即，当利用大量含量铂触媒时，一氧化碳至二氧化碳的转换和一氧化氮至氮气或氧化亚氮的转换是在增加地低温度所得。

实例5

在上文所述的方法中，当利用铑触媒-陶瓷过滤纳米纤维时，对于一氧化氮浓度和铑触媒含量的结果相似于当利用钯和铂触媒的结果。

实例6

本发明的各种触媒-陶瓷纳米纤维介质应用的其它大面积是作为关于化学、石油化学、塑料、药物及水处理工业的一固定或流化床触媒。固定床触媒和流化床触媒应用通常关于液相、较佳地液体、流经包含有以颗粒或纤维形式存在的固相的颗粒固相。通常，床是位于有液体通常流经向上流过的水平位置虽然可存在许多其它配置。当包装管柱、化学反应、吸附等时，本发明的触媒-陶瓷纳米纤维介质的如此操作的例子包含过滤、热传递、质量传递。在固定床触媒情况中，触媒-陶瓷纳米纤维介质包含在液体中，其大到足够从液体转移至固体粒子的动量的速度平衡触媒-陶瓷纳米纤维和任何支撑介质的反引力，所以床增广到流体如相。支撑可以是前述例如各种微米纤维或其它支撑已催化陶瓷纳米纤维的结构且通过参考数据以此完全合并。当床增广时，其仍有其顶端具有液体尽其所能流经床的水平表面在床稳定时。然而，在流动液体的影响下，多孔率更大且各别的陶瓷纳米纤维将移动。不管是固定或流动，床的结构通常包含具有非催化反应支撑例如金属、耐热、陶瓷等的任何预期形状的壳体。

具有关于固化床和流化床的各种结构存在如本领域具有通常知识者所知，因此可以利用本发明。在本发明中，支撑可以是前文所阐述例如各种微米纤维或支撑已催化-陶瓷纳米纤维的其它结构。通常，床的方向是平行且通常具有流体向上流经虽然其它配置可存在。在流化床的情况中，流体向上流动通过支撑结构和触媒-陶瓷纳米纤维、或本发明的触媒-陶瓷纳米尺寸粒子。固化或流化床，需注意，包含前述的触媒-陶瓷纳米纤维介质于其中，因此关于制备各种触媒-陶瓷纳米纤维、可使用触媒各种型态、可使用不同型态的陶瓷、触媒-陶瓷纳米纤维介质的多孔性等，其可通过参考数据以完全合并。

关于化学工业，触媒-陶瓷纳米纤维介质可以用于催化各种不同型态的化学反应以形成现存的化学化合物和新化学化合物等。其它化学使用是在涂料和覆盖的面积内其中触媒-陶瓷纳米纤维可以是用于中和或反应各种不同溶剂以形成环境无害的化合物，例如水及/或二氧化碳、醋酸盐、氯化物、或溴化物等的形成。还有其它化学使用包含利用钯、铂、铑触媒将聚苯乙烯转换至乙苯、高分子转换、利用铜、银、锌触媒从甲醇到甲基乙烯基酮、及在已支撑铑触媒上氯乙酸的羰基。其它反应包含通过钒磷酸盐触媒氧化线性及分枝烷烃、烯烃氢甲酰化、芳香烃的烷化、异构化、烷基芳香烃的烷基转移、脱氢作用、氢甲酰化、选择的氧化作用、胺化反应、卤化反应、芳香烃的酰化、亲核性芳香取代反应、消除和加成反应、寡聚和易位作用、不对称触媒和反应、固定酵素的生物催化反应等。

关于石油化工业，本发明的触媒-陶瓷纳米纤维介质可以利用以实行三种通用过程，即流体媒裂法、异构化、及重构。许多如通常知识者可知的其它制程亦存在。流体媒裂法包含大分子的分裂、一般碳氢化合物、至小且有用分子。异构化通常包含石化片段例如用于制造汽油的碳氢化合物及转化直链分子到支链分子。重构是利用触媒与各种促进剂一起使触媒更有效。本发明触媒-陶瓷纳米纤维介质的特定用途包含制造用以加热、冷却的石油气、及制造粒子；石脑油或轻石油的产品；可以进一步制造而得汽油的中间产物；用于各种车用发动机的石油产品；用于喷气发动机、拖拉机等的煤油产品；柴油和热燃油的产品；润滑油的产品；用于流化床反应堆，例如橡胶、氯乙烯、聚乙烯、及苯乙烯等的高分子(即多个单体)产品。

塑料工业的利用包含催化各种聚合反应以形成聚合物，以促进其交联，且以控制其分子量。

关于水纯化工业，触媒-纳米纤维可以用于通过消灭其细菌例如通过使用钛或锌触媒以得到各种形式纯水。

触媒-陶瓷纳米纤维可以利用在制药业以催化各种反应，例如铃木反应、铃木宫反应；且形成药物化合物、生物化合物、药物、及中间化合物，就像举例来说n-烷基取代苯胺、(4-溴甲基)苯甲醚的羰基化及沙坦类为基础的药物。

按照专利法规，较佳模式和较佳实施例已经阐述于前；本发明之范畴不应被限制，而是通过附属权利要求的范畴。

Claims

1.一种含触媒纳米纤维组成物，其特征在于：包含：具有多个金属触媒纳米微粒的一陶瓷纳米纤维，其中所述金属触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1%至约90%。

2.根据权利要求1所述的组成物，其特征在于：更包含多个陶瓷纳米纤维，其中所述陶瓷纳米纤维具有约1至约500纳米的平均纤维直径，且其中所述触媒纳米微粒具有0.1至约500纳米的平均直径。

3.根据权利要求2所述的组成物，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维是来自土状原料、金属盐、金属卤化物、或有机金属化合物、或其组合物，且其中触媒纳米微粒是来自贵金属、贵重金属、金属盐、金属氧化物、金属有机酯、或金属卤化物、或其组合物。

4.根据权利要求3所述的组成物，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维是来自包含铟、铅、锗、镓、铒、镉、铝、钙、锆、锰、钛、钨、锌、铈、钙、锡、镧系元素、锕系元素、或硅的化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自包含金、银、铂、钯、铱、钌、铑、锇、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、或沸石的化合物、或其组合物。

5.根据权利要求4所述的组成物，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维是来自包含铝、钛、锌、或硅的化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是由包含铂、钯、铑、铁、钴、镍、铜、银、金、或沸石的化合物、或其任何组合物。

6.根据权利要求4所述的组成物，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维的平均直径是约5至约250纳米，且其中所述触媒的平均直径是约0.5至约200纳米。

7.根据权利要求6所述的组成物，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维的平均直径是约50至约100纳米，且其中所述触媒的平均直径是约1至约15纳米，且其中所述触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1.5%至约45%。

8.根据权利要求1所述的组成物，其特征在于：所述组成物更包含多个支撑纤维，所述组成物是多孔状。

9.根据权利要求8所述的组成物，其特征在于：所述多个支撑纤维具有约1微米至约5毫米的平均直径，且所述多个支撑纤维包含陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维、高分子纤维、或其组合物。

10.根据权利要求9所述的组成物，其特征在于：所述支撑纤维包含氧化铝超细纤维、二氧化钛纤维、钠玻璃纤维、无碱玻璃纤维、乙玻璃纤维、铁纤维、铝纤维、钢纤维、黄铜纤维、或青铜纤维、或其组合物。

11.一种触媒装置，其特征在于：包含：

一支撑结构及具有多个金属触媒纳米微粒的一含触媒纳米纤维组成物，所述纳米纤维组成物操作地连接所述支撑结构，且其中所述触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1%至约90%。

12.根据权利要求11所述的触媒装置，其特征在于：所述支撑结构包含多个陶瓷支撑纤维。

13.根据权利要求11所述的触媒装置，其特征在于：所述支撑结构及所述含触媒纳米纤维组成物是以多孔膜、多孔床、多孔板、多孔盘、或多孔导管的形式。

14.根据权利要求11所述的触媒装置，其特征在于：所述支撑结构是非多孔性，且其中所述含触媒纳米纤维组成物连接所述支撑结构的一或多个表面。

15.根据权利要求14所述的触媒装置，其特征在于：所述支撑结构是一导管且所述含触媒纳米纤维组成物是操作地连接所述导管的内表面，或其中所述支撑表面是一平坦表面其中所述含触媒纳米纤维组成物是位于所述平坦表面的至少一面上。

16.根据权利要求13所述的触媒装置，其特征在于：使用于化学、石化、塑料、药物、及水处理工业，其中所述陶瓷纳米纤维具有约1至约500纳米的平均纤维直径，其中所述触媒纳米微粒具有0.1至约500纳米的平均直径，且其中所述陶瓷纳米纤维是来自土状原料、金属盐、金属卤化物、或有机金属化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自贵金属、贵重金属、金属盐、金属氧化物、金属有机酯、或金属卤化物、或其组合物。

17.根据权利要求16所述的触媒装置，其特征在于：所述触媒装置包含固化触媒床或流化触媒床，其中所述陶瓷纳米纤维是来自包含铟、铅、锗、镓、铒、镉、铝、钙、锆、锰、钛、钨、锌、铈、钙、锡、镧系元素、锕系元素、或硅的化合物、或其组合物，且其中触媒纳米微粒是来自包含金、银、铂、钯、铱、钌、铑、锇、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、或沸石的化合物、或其组合物。

18.根据权利要求17所述的触媒装置，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维的平均直径是约50至约100纳米，且其中所述触媒的平均直径是约1至约12纳米，且其中触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1.5%至约45%，且其中所述支撑结构包含具有1微米至约5毫米平均直径的陶瓷支撑纤维。

19.根据权利要求18所述的触媒装置，其特征在于：所述支撑结构包含陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维、高分子纤维、或其组合物。

20.根据权利要求13所述的触媒装置，其特征在于：用于一有毒气体的触媒转换，其中所述陶瓷纳米纤维具有约1至约500纳米的平均纤维直径，且其中所述触媒纳米微粒具有约0.1至约500纳米的平均直径，其中陶瓷纳米纤维是来自土状原料、金属盐、金属卤化物、或有机金属化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自贵金属、贵重金属、金属盐、金属氧化物、金属有机酯、或金属卤化物、或其组合物。

21.根据权利要求20所述的触媒装置，其特征在于：所述有毒气体包含NOx其中x包含1至2、一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氟离子、氯离子、溴离子、氟气、氯气、溴气、酒精、酮、胺、碳氢化合物、或其任何组合物，其中所述陶瓷纳米纤维是来自包含铟、铅、锗、镓、铒、镉、铝、钙、锆、锰、钛、钨、锌、铈、钙、锡、镧系元素、锕系元素、或硅的化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自包含金、银、铂、钯、铱、钌、铑、锇、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、或沸石的化合物、或其组合物。

22.根据权利要求21所述的触媒装置，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维是来自包含铝、钛、锌、或硅的化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自包含铂、钯、铑、铁、钴、镍、铜、银、金、或沸石的化合物、或其任何组合物。

23.根据权利要求22所述的触媒装置，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维平均直径是约50至约100纳米，且其中所述触媒平均直径是约1至约15纳米，且其中所述触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1.5%至约45%。

24.根据权利要求13所述的触媒装置，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维具有约1至约500纳米的平均纤维直径，且其中所述触媒纳米微粒具有0.1至约500纳米的平均直径，其中所述陶瓷纳米纤维是来自土状原料、金属盐、金属卤化物、或有机金属化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自贵金属、贵重金属、金属盐、金属氧化物、金属有机酯、或金属卤化物、或其组合物。

25.根据权利要求24所述的触媒装置，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维是来自包含铟、铅、锗、镓、铒、镉、铝、钙、锆、锰、钛、钨、锌、铈、钙、锡、镧系元素、锕系元素、或硅的化合物、或其组合物，其中所述触媒纳米微粒是来自包含金、银、铂、钯、铱、钌、铑、锇、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、或沸石的化合物、或其组合物，且其中所述陶瓷纳米纤维平均直径是约25至约250纳米，其中所述触媒平均直径是约1至约15纳米，且其中所述触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1.5%至约45%。

26.一种用于制备含触媒纳米纤维的制程，其特征在于：包含下列步骤：

形成包含一触媒前驱物、一陶瓷前驱物及一高分子的一组成物；

电纺所述组成物以形成一纳米纤维组成物；以及

锻烧所述纳米纤维组成物以形成一含触媒陶瓷纳米纤维组成物。

27.根据权利要求26所述的制程，其特征在于：更包含还原所述含触媒陶瓷纳米纤维组成物以形成一含金属触媒陶瓷组成物的步骤。

28.根据权利要求26所述的制程，其特征在于：所述组成物更包含一溶剂，其中所述溶剂是一有机溶剂或水、或其组合物。

29.根据权利要求27所述的制程，其特征在于：更包含以所述含金属触媒陶瓷组成物连接多个支撑纤维的步骤，其中所述多个支撑纤维具有约1微米至约5毫米的平均直径，其中所述含触媒纳米纤维和多个支撑纤维提供作为一触媒床或一流化触媒床的组成，其中所述催化反应是一化学反应、石化反应、聚合反应、生物反应、或药物反应，其中所述陶瓷前驱物包含土状原料、金属盐、金属卤化物、或有机金属化合物、或其组合物，且其中所述触媒前驱物包含贵金属、贵重金属、金属盐、金属氧化物、金属有机酯、或金属卤化物、或其组合物。

30.根据权利要求29所述的制程，其特征在于：所述陶瓷前驱物包含铟、铅、锗、镓、铒、镉、铝、钙、锆、锰、钛、钨、锌、铈、钙、锡、镧系元素、锕系元素、或硅、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自包含金、银、铂、钯、铱、钌、铑、锇、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、或沸石的化合物、或其组合物。

31.根据权利要求30所述的制程，其特征在于：所述陶瓷前驱物包含含有铝、钛、锌、或硅的化合物、或其组合物，且其中触媒纳米微粒是来自包含铂、钯、铑、铁、钴、镍、铜、银、金、或沸石的化合物、或其任何组合物，其中所述多个支撑纤维包含陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维、或高分子纤维或其组合物。

32.根据权利要求30所述的制程，其特征在于：所述含触媒陶瓷纳米纤维组成物的陶瓷纳米纤维具有约5至约250纳米的平均直径，且其中所述含触媒陶瓷纳米纤维组成物的触媒具有约0.5至约200纳米的平均直径。

33.根据权利要求31所述的制程，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维平均直径约50至约100纳米，其中所述触媒平均直径约1至约15纳米，其中触媒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1.5%至约45%，且其中所述多个支撑纤维包含氧化铝超细纤维、二氧化钛纤维、钠玻璃纤维、无碱玻璃纤维、乙玻璃纤维、铁纤维、铝纤维、钢纤维、黄铜纤维、或青铜纤维、或其组合物。

34.根据权利要求27所述的制程，其特征在于：更包含以所述含金属触媒陶瓷组成物连接多个支撑纤维，其中所述多个支撑纤维具有约1微米至约5毫米的平均直径，其中所述陶瓷前驱物包含土状原料、金属盐、金属卤化物、或有机金属化合物、或其组合物，且其中所述触媒前驱物包含贵金属、贵重金属、金属盐、金属氧化物、金属有机酯、或金属卤化物、或其组合物。

35.根据权利要求34所述的制程，其特征在于：所述多个支撑纤维包含陶瓷纤维、玻璃纤维、金属纤维、或高分子纤维或其组合物，其中所述陶瓷前驱物包含含有铟、铅、锗、镓、铒、镉、铝、钙、锆、锰、钛、钨、锌、铈、钙、锡、镧系元素、锕系元素、或硅的化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自包含金、银、铂、钯、铱、钌、铑、锇、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、或沸石的化合物、或其组合物。

36.根据权利要求35所述的制程，其特征在于：所述陶瓷前驱物包含含有铝、钛、锌、或硅的化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自包含铂、钯、铑、铁、钴、镍、铜、银、金、或沸石的化合物、或其任何组合物，其中所述含触媒陶瓷纳米纤维组成物的陶瓷纳米纤维具有约5至约250纳米的平均直径，其中所述含触媒陶瓷纳米纤维组成物的触媒具有约0.5至约200纳米的平均直径，且其中所述多个支撑纤维包含氧化铝超细纤维、二氧化钛纤维、钠玻璃纤维、无碱玻璃纤维、乙玻璃纤维、铁纤维、铝纤维、钢纤维、黄铜纤维、或青铜纤维、或其组合物。

37.根据权利要求26所述的制程，其特征在于：所述触媒前驱物是基于100重量份陶瓷前驱物上的约1至约50重量份含量，且其中所述高分子是基于100重量份陶瓷前驱物上的约10至约300重量份含量。

38.根据权利要求26所述的制程，其特征在于：所述组成物更包含一溶剂，其中所述溶剂是一有机溶剂或水、或其组合物，且其中所述溶剂含量范围是每100总重量份高分子、陶瓷前驱物和触媒前驱物的约500至约2000重量份。

39.根据权利要求38所述的制程，其特征在于：所述溶剂是每100重量份高分子、陶瓷前驱物和触媒前驱物的约500至约1500重量份。

40.根据权利要求26所述的制程，其特征在于：于温度约200至约1200℃执行锻烧约0.5小时至约6小时。

41.根据权利要求29所述的制程，其特征在于：于温度约500至约800℃执行锻烧约1小十至约2小时。

42.根据权利要求31所述的制程，其特征在于：于温度约5到少于500℃执行还原步骤且以酒精或胺类化合物作为还原剂，或其中于温度约500到约1200℃执行还原步骤且以氢气作为还原剂。

43.一种利用含触媒纳米纤维的制程，其特征在于：包含下列步骤：

提供包含多个金属触媒纳米微粒的一陶瓷纳米纤维在一支撑物上，其中所述触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1%至约90%；以及

以一气体或液体或其组合物连接所述含触媒纳米纤维，藉此所述触媒催化所述气体或液体或其组合物的组成反应。

44.根据权利要求43所述的制程，其特征在于：提供所述含触媒纳米纤维作为用于一燃烧气体过滤器的组成，且其中所述连接包含所述燃烧气体流通所述过滤器。

45.根据权利要求44所述的制程，其特征在于：所述催化反应是包含NOx其中x包含1至2、一氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氟离子、氯离子、溴离子、氟气、氯气、溴气、酒精、酮、胺、碳氢化合物、或其任何组合物的气体。

46.根据权利要求43所述的制程，其特征在于：利用气体且气体是一有毒气体。

47.根据权利要求46所述的制程，其特征在于：提供所述含触媒纳米纤维作为部份多孔或非多孔导管，且其中提供所述含触媒纳米纤维于所述导管的外表面上或导管的内表面上。

48.根据权利要求43所述的制程，其特征在于：提供所述含触媒纳米纤维于一多孔支撑材料的表面上。

49.根据权利要求44所述的制程，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维具有约1至约500纳米的平均纤维直径，且其中所述触媒那米微粒具有0.1至约500纳米的平均直径，其中所述陶瓷纳米纤维是来自土状原料、金属盐、金属卤化物、或有机金属化合物、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自贵金属、贵重金属、金属盐、金属氧化物、金属有机酯、或金属卤化物、或其组合物。

50.根据权利要求49所述的制程，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维是来自包含铟、铅、锗、镓、铒、镉、铝、钙、锆、锰、钛、钨、锌、铈、钙、锡、镧系元素、锕系元素、或硅、或其组合物，且其中所述触媒纳米微粒是来自包含金、银、铂、钯、铱、钌、铑、锇、钒、铬、钼、锰、铁、钴、镍、铜、或沸石的化合物、或其组合物。

51.根据权利要求50所述的制程，其特征在于：所述陶瓷纳米纤维平均直径约50至约100纳米，且其中所述触媒平均直径约1至约15纳米，且其中所述触媒纳米微粒覆盖所述陶瓷纳米纤维的表面积约1.5%至约45%。