CN109661262A - 具有高表面积材料的催化过滤介质及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有增强的催化剂承载能力的过滤器元件包括耐高温无机纤维、至少一种粘结剂和至少一种高表面积催化剂支承材料。另外，一种制作具有至少一种高表面积催化剂支承材料的催化过滤器的方法。

Description

具有高表面积材料的催化过滤介质及其制作方法
技术领域
本公开内容涉及一种包括高表面积材料的催化过滤器，以及用于制作其的方法。本公开内容更具体地涉及通过由添加高表面积材料来增强内部开放表面积来改进催化过滤介质的催化剂承载能力。
背景技术
存在许多工艺，其中生产的流体介质(气态或液体)包含必须与流体介质分离以防止污染或移除危险材料的材料。
为了本说明书的目的，催化过滤介质将在其应用于热气烛形过滤器方面进行描述，但应理解，这仅通过举例，且决不将催化过滤介质限于此应用。
管(烛)形的中空陶瓷多孔过滤器用于从热气体移除颗粒材料。在这些热气体过滤系统中，多孔过滤器捕集包含在热气流中的非期望颗粒，同时允许清洁/过滤的气体穿过过滤器的孔隙进入烛形过滤器的中空中心。清洁/过滤的气体在烛形过滤器的中空中心向上行进，且从烛形过滤器的开口端出现而进入上"清洁"室，且然后从室经由出口端口排出。
大体上，多个烛形过滤器在加压容器中垂直地悬挂在水平地延伸穿过容器的管板上。管板将容器分成两个隔间，载有颗粒的气体在下隔间处进入容器，以及清洁/过滤的气体从上隔间处流出容器来进一步使用或处理或释放入大气。
每个多孔烛形过滤器包括在一端处封闭且在相反端处打开的中空圆筒。烛形过滤器的开口端可具有凸缘，其允许烛形过滤器联接至容器的管板。当载有颗粒的气体穿过多孔烛形过滤器时，颗粒捕集在烛形过滤器的外表面上，且清洁/过滤的气体流过烛形过滤器的孔隙进入其中空中心，向上且离开位于容器的上隔间中的烛形过滤器的开口端，且经由加压容器的出口端口排出。
烛形过滤器可包括凸缘区段和过滤区段，其中凸缘区段中的烛形过滤器壁的厚度大于过滤区段中的烛形过滤器壁的厚度。烛形过滤器可包括凸缘区段和过滤区段，其中凸缘区段中的烛形过滤器壁的密度大于过滤区段中的烛形过滤器壁的密度。
随着空气质量法规变得更严格，对氮氧化物(NOx)释放的限制变得更加严格。用于减少NOx的当前技术是选择性催化还原(SCR)。通常，选择性催化还原利用蜂窝状催化剂支承砖实现。为了正确操作，颗粒材料必须从烟道气体移除，以防止催化剂的堵塞或中毒。利用催化烛形过滤器，嵌入过滤器中的催化剂将NOx转换成氮和水蒸气。该反应消除了系统上的SCR的需要，减少了投资成本且降低了操作成本。将催化剂嵌入过滤器结构中具有过滤颗粒物质和催化还原氮氧化物的好处。
附图说明
图1为烛形过滤器的一个示范性实施例的透视图。
图2为图1中所示的烛形过滤器的截面视图。
图3为包含多个图1和2中所示的烛形过滤器的加压容器的局部截面侧视图。
图4A为具有过滤器的外表面附近的增强表面积层的烛形过滤器的一个示范性实施例的截面视图。
图4B为烛形过滤器的一个示范性实施例的截面视图，其中至少一个高表面积材料跨过过滤器壁的厚度分布。
图4C为具有过滤器的内表面附近的增强表面积层的烛形过滤器的一个示范性实施例的截面视图。
具体实施方式
本公开内容描述了实现催化过滤器的实施例，该催化过滤器能够经得起热气体过滤中遇到的高温，且相比于现有技术的催化过滤器具有增强的催化剂承载能力。高表面积材料向催化剂材料提供了更多结合区域/地点，导致催化剂结合效率提高，以及最终较大的催化活性。增大的表面积允许待使用的催化剂的量(成薄催化剂层形式)减少，同时仍实现足够的催化活性。很大表面积上的单层的催化剂提供优异的催化活性。高表面积材料允许更多催化剂结合至材料，且/或允许较高表面积引起的较高催化效率。
催化过滤器可包括具有壁的中空圆柱形管，壁具有内表面和外表面，包括耐高温无机纤维、至少一种粘结剂、至少一种催化剂材料，以及至少一种高表面积材料。
至少一种高表面积材料可跨过过滤器壁的厚度分布，在一些实施例中，至少一种高表面积材料跨过过滤器壁的厚度基本上均匀分布。在某些实施例中，高表面积材料存在于烛形过滤器的内表面和/或外表面处或附近。在某些实施例中，高表面积材料存在于过滤器内表面和/或外表面附近的单独层中，以形成增强表面积层。增强表面积层可包括与过滤器分开且不同的层，或可采用具有跨过过滤器壁厚度的梯度成分的一体层的形式。
烛形过滤器可通过以下过程来获得：在模具中真空铸造浆料，浆料包含耐高温无机纤维、高表面积材料、粘结剂和载体液体，以形成圆柱形的生坯预型件；
加热生坯预型件来形成刚性过滤器元件；以及
用至少一种催化剂材料处理刚性过滤器元件。
在某些实施例中，烛形过滤器可通过以下过程来获得：在模具中真空铸造浆料，浆料包含耐高温无机纤维、具有催化剂的高表面积材料、粘结剂和载体液体，以形成圆柱形的生坯预型件；以及
加热生坯预型件来形成刚性过滤器元件。
在某些实施例中，烛形过滤器可通过以下过程来获得：在模具中真空铸造浆料，浆料包含耐高温无机纤维、粘结剂和载体液体，以形成圆柱形的生坯预型件；
使生坯预型件与高表面积材料接触；
加热生坯预型件来形成刚性过滤器元件；以及
用催化剂材料处理刚性过滤器元件。
在某些实施例中，烛形过滤器可通过以下过程来获得：在模具中真空铸造浆料，浆料包含耐高温无机纤维、粘结剂和载体液体，以形成圆柱形的生坯预型件；
使生坯预型件与高表面积材料和催化剂材料接触；以及
加热生坯预型件来形成刚性过滤器元件。
在某些实施例中，烛形过滤器可通过以下过程来获得：在模具中真空铸造浆料，浆料包含耐高温无机纤维、高表面积材料、粘结剂和载体液体，以形成圆柱形的生坯预型件；
使生坯预型件与高表面积材料接触；
加热生坯预型件来形成刚性过滤器元件；以及
用催化剂材料处理刚性过滤器元件。
在某些实施例中，烛形过滤器可通过以下过程来获得：在模具中真空铸造浆料，浆料包含耐高温无机纤维、高表面积材料、粘结剂和载体液体，以形成圆柱形的生坯预型件；
使生坯预型件与高表面积材料和催化剂材料接触；以及
加热生坯预型件来形成刚性过滤器元件。
关于上述实施例中的任一者，高表面积材料和/或催化剂材料可存在于含有耐高温无机纤维的浆料中，可施加至生坯预型件或刚性过滤器元件，或它们的组合。如果催化剂材料在生坯预型件的加热或烧制之前施加至过滤器，则加热或烧制温度选择成以免使催化剂的活性较大失活。生坯预型件可在用高表面积材料和/或催化剂材料处理之前和/或之后、并且在加热或烧制之前干燥。
将催化剂加至过滤器可在初始制造过程之后的单独步骤中进行。这可包括包装和运送过滤器至不同处理地点，或至执行附加的催化剂加载步骤的客户。在过滤器的制造期间加入催化剂材料消除了此场外催化剂处理所需的附加步骤，导致了更有效的制造过程。
包括至少一种高表面积材料的溶液或悬液可再施加至生坯预型件和/或刚性过滤器元件，且至少再干燥一次。在某些实施例中，生坯预型件基本上完全浸泡在包括至少一种高表面积材料的溶液或悬液中。
在连同示范性的图1-4阅读时，将容易理解烛形过滤器。应注意，过滤器不限于附图中所示的任何示范性实施例，而是应在宽度和范围上根据本文提供的公开内容理解。
图1为烛形过滤器10的一个示范性实施例的透视图。烛形过滤器10包括具有相反两端的中空本体11，一端是带凸缘的开口端12，而相反端是封闭端14。烛形过滤器10具有内表面(未示出)和外表面16。烛形过滤器可具有凸缘区段18和过滤区段19，其中凸缘区段18中的烛形过滤器壁的厚度大于过滤区段19中的烛形过滤器壁的厚度。
图2为图1中所示的烛形过滤器10的截面视图。烛形过滤器20具有包绕具有相反两端的腔22的中空本体21，一端可选是带凸缘的开口端24，且相反端是封闭端26。烛形过滤器20具有内表面28和外表面30。
图3为包含多个如图1和2中所示的烛形过滤器110的加压容器100的局部截面侧视图。加压容器100包括具有管板120的不透空气的壳体或封壳，管板120将加压容器100分成载有颗粒的气体在此进入加压容器100的下隔间140，以及清洁/过滤气体在此流出加压容器100的上隔间150。管板120包括多个孔口130，孔口130与垫圈组件中的固定件160连通，烛形过滤器110从垫圈组件安装。入口端口170允许载有颗粒的热气流在压力下引入加压容器100的下隔间140中。该热气流被迫穿过如本文所述的烛形过滤器110的多孔壁，因此在烛形过滤器110的外表面上滤出颗粒。清洁/过滤气体从烛形过滤器110的开口端经由固定件160出现而进入上隔间150，且然后经由出口端口180离开加压容器100。
图4A为烛形过滤器50的一个示范性实施例的截面视图。烛形过滤器50包括具有相反两端的中空本体51，一端是开口端52，而相反端是封闭端53。烛形过滤器50包括过滤器50的外表面附近的高表面积层54。
图4B为烛形过滤器50的一个示范性实施例的截面视图。烛形过滤器50包括具有相反两端的中空本体51，一端是开口端52，而相反端是封闭端53。至少一种高表面积材料56跨过过滤器壁50的厚度分布。
图4C为烛形过滤器50的一个示范性实施例的截面视图。烛形过滤器50包括具有相反两端的中空本体51，一端是开口端52，而相反端是封闭端53。烛形过滤器50包括过滤器50的内表面附近的高表面积层58。
耐高温无机纤维可用于可经得起包括过滤器的热气体过滤系统的操作温度的过滤器中。在无限制的情况下，可用于制备过滤器的适合的无机纤维包括高氧化铝多晶纤维、耐火陶瓷纤维如氧化铝-硅酸盐(铝硅酸盐)纤维、氧化铝-氧化镁-二氧化硅纤维、高岭土纤维、铝酸钙纤维、碱土硅酸盐纤维如氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维或氧化镁-二氧化硅纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维或其组合。
在某些实施例中，最终的过滤器包括至少大约重量上百分之50的无机纤维。在某些实施例中，最终的烛形过滤器元件包括至少大约重量上百分之60的无机纤维。在某些实施例中，最终的烛形过滤器元件包括至少大约重量上百分之70的无机纤维。在某些实施例中，最终的烛形过滤器元件包括至少大约重量上百分之80的无机纤维。在某些实施例中，最终的烛形过滤器元件包括至少大约重量上百分之85的无机纤维。在某些实施例中，最终的烛形过滤器元件包括至少大约重量上百分之90的无机纤维。
根据某些实施例，用于制备烛形过滤器的无机纤维包括陶瓷纤维。在无限制的情况下，适合的陶瓷纤维包括氧化铝纤维、铝硅酸盐纤维、氧化铝-硼硅酸盐纤维、氧化铝-氧化锆-硅酸盐纤维、氧化锆-硅酸盐纤维、氧化锆纤维和类似纤维。有用的氧化铝-硅酸盐陶瓷纤维可从Unifrax I LLC(Tonawanda，New York)购得，商品注册商标为FIBERFRAX。FIBERFRAX纤维展示出高达大约1540℃的操作温度和高达大约1870℃的熔点。FIBERFRAX纤维可容易地形成耐高温烛形过滤器。
铝硅酸盐纤维可包括大约重量上百分之40到大约重量上百分之60的Al2O3，以及大约重量上百分之60到大约重量上百分之40的SiO2。铝硅酸盐纤维可包括大约重量上百分之50的Al2O3和大约重量上百分之50的SiO2。铝硅酸盐纤维可包括大约重量上百分之30的Al2O3和大约重量上百分之70的SiO2。铝硅酸盐纤维可包括大约重量上百分之45到大约重量上百分之51的Al2O3，以及大约重量上百分之46到大约重量上百分之52的SiO2。铝硅酸盐纤维可包括大约重量上百分之30到大约重量上百分之70的Al2O3，以及大约重量上百分之30到大约重量上百分之70的SiO2。铝-二氧化硅-氧化镁玻璃纤维可包括大约重量上百分之64到大约重量上百分之66的SiO2，大约24重量上百分之到大约25重量上百分之的Al2O3，以及大约重量上百分之9到大约重量上百分之10的MgO。
E玻璃纤维通常包括大约重量上百分之52到大约重量上百分之56的SiO2，大约重量上百分之16到大约重量上百分之25的CaO，大约重量上百分之12到大约重量上百分之16的Al2O3，大约重量上百分之5到大约重量上百分之10的B2O3，达到大约重量上百分之5的MgO，达到大约重量上百分之2的氧化钠和氧化钾，以及痕量的氧化铁和氟化物，其中典型成分是重量上百分之55的SiO2，重量上百分之15的Al2O3，重量上百分之7的B2O3，重量上百分之3的MgO，重量上百分之19的CaO，以及痕量上述材料。
在无限制的情况下，可用于制备烛形过滤器的生物可溶碱土硅酸盐纤维的适合实例包括通过引用并入本文中的美国专利号6953757、6030910、6025288、5874375、5585312、5332699、5714421、7259118、7153796、6861381、5955389、5928075、5821183和5811360。
可使用的适合耐高温生物可溶无机纤维包括而不限于碱土硅酸盐纤维，例如氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维或氧化镁-硅酸盐纤维、铝酸钙纤维、氧化钾-氧化铝-铝酸盐纤维、氧化钾-氧化铝-硅酸盐纤维，或钠-氧化铝-硅酸盐纤维。
根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维可包括镁的氧化物和二氧化硅的混合物的纤维化产品。这些纤维通常称为硅酸镁纤维。硅酸镁纤维大体上包括大约重量上百分之60到大约重量上百分之90的二氧化硅、大于重量上百分之0到大约重量上百分之35的氧化镁和重量上百分之5或更少的杂质的纤维化产品。根据某些实施例，碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之65到大约重量上百分之86的二氧化硅、大约重量上百分之14到大约重量上百分之35的氧化镁，以及重量上百分之5或更少的杂质的纤维化产品。根据某些实施例，碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之70到大约重量上百分之86的二氧化硅、大约重量上百分之14到大约重量上百分之30的氧化镁，以及重量上百分之5或更少的杂质的纤维化产品。适合的硅酸镁纤维可从Unifrax I LLC(Tonawanda，New York)购得，商品注册商标为ISOFRAX。市售ISOFRAX纤维大体上包括大约重量上百分之70到大约重量上百分之80的二氧化硅、大约重量上百分之18到大约重量上百分之27的氧化镁和重量上百分之4或更少的杂质的纤维化产品。在某些实施例中，纤维包括大约重量上百分之85的二氧化硅和重量上百分之15的氧化镁的纤维化产品。
根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维可包括钙、镁的氧化物和二氧化硅的混合物的纤维化产品。这些纤维通常称为氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维。根据某些实施例，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包括大约重量上百分之45到大约重量上百分之90的二氧化硅、大于重量上百分之0到大约重量上百分之45的氧化钙、大于重量上百分之0到大约重量上百分之35的氧化镁，以及重量上百分之10或更少的杂质的纤维化产品。根据某些实施例，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维可包括大于重量上百分之71.25到大约重量上百分之85的二氧化硅、大于重量上百分之0到大约重量上百分之20的氧化镁、大约重量上百分之5到大约重量上百分之28.75的氧化钙，以及重量上百分之0到大约重量上百分之5的氧化锆的纤维化产品。
有用的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维从Unifrax I LLC(Tonawanda，New York)购得，商品注册商标为INSULFRAX。在某些实施例中，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包括大约重量上百分之61到重量上百分之67的二氧化硅、大约重量上百分之27到大约重量上百分之33的氧化钙，以及大约重量上百分之2到大约重量上百分之7的氧化镁的纤维化产品。在其它实施例中，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包括大约重量上百分之79的二氧化硅、大约重量上百分之18的氧化钙，以及大约重量上百分之3的氧化镁。其它适合的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维以商品名SUPERWOOL 607、SUPERWOOL 607 MAX和SUPERWOOL HT从Thermal Ceramics(Augusta, Georgia)购得。SUPERWOOL 607纤维包括大约重量上百分之60到大约重量上百分之70的二氧化硅，大约重量上百分之25到大约重量上百分之35的氧化钙，大约重量上百分之4到大约重量上百分之7的氧化镁，以及痕量的氧化铝。SUPERWOOL 607 MAX 纤维包括大约重量上百分之60到大约重量上百分之70的二氧化硅，大约重量上百分之16到大约重量上百分之22的氧化钙，以及大约重量上百分之12到大约重量上百分之19的氧化镁，以及痕量的氧化铝。SUPERWOOL HT纤维包括大约重量上百分之74的二氧化硅、大约重量上百分之24的氧化钙，以及痕量的氧化镁、氧化铝和氧化铁。
根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维可包括钙和铝的氧化物混合物的纤维化产品。根据某些实施例，铝酸钙纤维的至少重量上百分之90包括大约重量上百分之50到大约重量上百分之80的氧化钙、大约重量上百分之20到小于重量上百分之50的氧化铝，以及重量上百分之10或更少杂质的纤维化产品。根据其它实施例，铝酸钙纤维的至少重量上百分之90包括大约重量上百分之50到大约重量上百分之80的氧化铝、大约重量上百分之20到小于重量上百分之50的氧化钙，以及重量上百分之10或更少杂质的纤维化产品。根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维可包括钾、钙和铝的氧化物混合物的纤维化产品。根据某些实施例，氧化钾-氧化铝-硅酸盐纤维包括大约重量上百分之10到大约重量上百分之50的氧化钙、大约重量上百分之50到大约重量上百分之90的氧化铝、大于重量上百分之0到大约重量上百分之10的氧化钾，以及重量上百分之10或更少的杂质的纤维化产品。
根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维可包括镁、二氧化硅、锂和锶的氧化物混合物的纤维化产品。根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之65到大约重量上百分之86的二氧化硅、大约重量上百分之14到大约重量上百分之35的氧化镁、氧化锂和氧化锶。根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之65到大约重量上百分之86的二氧化硅、大约重量上百分之14到大约重量上百分之35的氧化镁、大于重量上百分之0到大约重量上百分之1的氧化锂，以及大于重量上百分之0到大约重量上百分之5的氧化锶。
根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维可包括镁、二氧化硅、锂和锶的氧化物混合物的纤维化产品。根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之65到大约重量上百分之86的二氧化硅、大约重量上百分之14到大约重量上百分之35的氧化镁、氧化锂和氧化锶。根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之65到大约重量上百分之86的二氧化硅、大约重量上百分之14到大约重量上百分之35的氧化镁、大于重量上百分之0到大约重量上百分之1的氧化锂，以及大于重量上百分之0到大约重量上百分之5的氧化锶。根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之14到大约重量上百分之35的氧化镁，以及大于重量上百分之0到大约重量上百分之0.45的氧化锂。根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之14到大约重量上百分之35的氧化镁，以及大于重量上百分之0到大约重量上百分之5的氧化锶。根据某些实施例，生物可溶碱土硅酸盐纤维包括大约重量上百分之70或更多的二氧化硅、氧化镁，以及大于重量上百分之0到大约重量上百分之10的氧化铁。
无机纤维可通过切碎或切割缩短。纤维可使用任何适合的切碎或切割方法来切碎，例如，模切、铡刀切碎和/或水射流切割。当纤维具有方向性或是层状而不是随机布置的时，无机纤维可结合纤维制造工艺来切碎或切割。在某些实施例中，无机纤维可为熔喷纤维、熔纺纤维、熔体拉伸纤维和/或粘性纺丝纤维。烛形过滤器可包括纺丝和喷丝的无机纤维的共混物。
烛形过滤器还包括粘结剂或一种以上的粘结剂的混合物。适合的粘结剂包括有机粘结剂、无机粘结剂和/或它们的组合。根据某些实施例，烛形过滤器包括一种或多种有机粘结剂。适合的有机粘结剂的实例包括但不限于天然树脂、合成树脂或淀粉。
烛形过滤器还可包括补充或替代有机粘结剂的至少一种无机粘结剂材料。无机粘结剂可为任何已知适用于粘结陶瓷纤维的那些。在无限制的情况下，适合的无机粘结剂材料包括胶体分散体，如，胶体二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、锌、氧化镁或它们的组合。在某些实施例中，至少一种无机粘结剂是氨稳定的。在某些实施例中，至少一种无机粘结剂包括氨稳定的胶体二氧化硅分散体。
无机粘结剂可包括粘土。粘土可为煅烧或未煅烧的，且可包括但不限于绿坡缕石、球粘土、膨润土、锂蒙脱石、高岭土、蓝晶石、蒙脱石、坡缕石、皂石、海泡石、硅线石或其组合。
烛形过滤器可包括至少一种催化剂材料。催化剂的各种组合可施加至过滤器表面处和/或附近，且/或跨过过滤器壁的厚度轮廓分布。在无限制的情况下，适合的催化剂包括二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、三氧化铝、二氧化锰、沸石和过渡金属及其氧化物。
催化剂材料可提供多个功能，即，其可促进两个或多个反应，可选为同时地。备选地，催化剂材料的组合可用于实现多个功能。
催化剂施加于过滤器的高表面积材料。在过滤器的操作期间，当气体穿过过滤器的包含高表面积材料(催化剂材料与其结合)的部分时，气体内的污染物将与催化剂上的活性地点反应，以将污染物转化成更期望的副产物，例如，将氮氧化物还原至氮和水/蒸气。对于NOx的催化，用于催化过滤器的操作条件在大约200℃到大约600℃的范围中。
烛形过滤器可包括至少一种高表面积材料，其分布至烛形过滤器壁的厚度各处，或在烛形过滤器的内表面和/或外表面附近的层中，或两者。通过图示而不是限制，至少一种高表面积材料的适合实例包括微细玻璃纤维、微纤维、微多孔纤维、催化剂级纤维、沸石、碳纳米管和其它纳米材料和纳米颗粒。
在无限制的情况下，适合的微细玻璃纤维包括Laucha玻璃微纤维，其可从UnifraxI LLC (Tonawanda, New York)购得。这些高拉伸强度的纤维具有从0.25到5.0微米的平均直径，具有0.5到5m2/g之间的高比表面积(SSA)、较长的长度与直径比(L:D)，且可由多种玻璃化学制品构成，如，A、B、C和E玻璃。
在无限制的情况下，适合的催化剂级纤维包括Saffil CG纤维，其可从Unifrax ILLC (Tonawanda, New York)购得。这些微多孔高纯度氧化铝纤维展现出极高的表面积。孔隙率的均匀分布，小氧化铝微晶的存在和纤维直径的均匀性导致具有150到200m2/g的高比表面积的多孔纤维。
在某些实施例中，烛形过滤器包括硅铝酸盐纤维、胶体二氧化硅、可选的催化剂材料，以及还可选的至少一种高表面积材料。
在某些实施例中，组分的浆料湿法铺设在之前的圆柱形/管形模具上。真空施加至模具的开口端，以从浆料取得大部分水分，从而形成湿的圆柱形"生坯"管，即，粘合剂固化之前。生管然后干燥来形成预形件结构。然后加热预形件，结果是刚性的过滤器元件。
在预形件干燥之后，其可冷却至室温，且在包括至少一种高表面积材料和可选的至少一种催化剂材料的溶液或悬液中接触、浸渍或另外浸泡至少一次。在某些实施例中，预形件浸入包括至少一种高表面积材料和可选的至少一种催化剂材料的溶液或悬液中。在某些实施例中，预形件完全浸渍有至少一种高表面积材料，可选达到饱和点。在其它实施例中，预形件部分地浸渍有至少一种高表面积材料，以在过滤器的内表面和/或外表面上形成增强表面积层。
在某些实施例中，包括至少一种高表面积材料的溶液或悬液扩散、涂刷、喷涂、涂覆或另外施加至生坯预型件。
包括至少一种高表面积材料的溶液或悬液可在经历干燥步骤之前和/或之后施加至生坯预型件和/或刚性过滤器元件多次。
在第一实施例中，提供了过滤器元件，其包括耐高温无机纤维、至少一种粘结剂和至少一种高表面积催化剂支承材料。
在第一实施例的过滤器元件中，至少一种催化剂材料可结合至至少一种高表面积催化剂支承材料的表面，或由至少一种高表面积催化剂支承材料的表面吸收，或吸收到其上。
在第一和后续实施例的过滤器元件中，至少一种高表面积催化剂支承材料可跨过过滤器元件的厚度分布。
在第一和后续实施例的过滤器元件中，至少一种高表面积催化剂支承材料可跨过过滤器元件的厚度基本上均匀地分布。
在第一和后续实施例的过滤器元件中，至少一种高表面积催化剂支承材料可在过滤器元件表面附近，以形成增强表面积层。
在前一实施例的过滤器元件中，增强表面积层可为一体层，其具有跨过过滤器元件的厚度的至少部分的梯度成分。
在第二实施例中，前两个实施例的过滤器元件可包括中空圆柱形管，其具有带内表面和外表面的壁。
在第二实施例的过滤器元件中，至少一种高表面积催化剂支承材料可存在于过滤器元件的内表面和/或外表面附近的层中，以形成增强表面积层。
在第二实施例的过滤器元件中，至少一种高表面积催化剂支承材料可存在于过滤器元件的外表面附近的层中，以形成增强表面积层。
在第二实施例的过滤器元件中，至少一种高表面积材料可存在于过滤器元件的内表面附近的层中，以形成增强表面积层。
在以上实施例中的任一个的过滤器元件中，耐高温无机纤维可包括高氧化铝多晶纤维、耐火陶瓷纤维、氧化铝-硅酸盐纤维、氧化铝-氧化镁-硅酸盐纤维、高岭土纤维、铝酸钙纤维、碱土硅酸盐纤维、氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维、氧化镁-硅酸盐纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维或其组合中的至少一者。
在前述实施例的过滤器元件中，耐火陶瓷纤维可包括：
铝硅酸盐纤维，其包括大约重量上百分之30到大约重量上百分之70的氧化铝和大约重量上百分之30到大约重量上百分之70的二氧化硅的纤维化产品，或
氧化铝-硅酸盐纤维，其包括大约重量上百分之60到大约重量上百分之90的二氧化硅、大于重量上百分之0到大约重量上百分之35的氧化镁和重量上百分之5或更少的杂质的纤维化产品，或
氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维，其包括大约重量上百分之45到大约重量上百分之90的二氧化硅、大于重量上百分之0到大约重量上百分之45的氧化钙，以及大于重量上百分之0到大约重量上百分之35的氧化镁的纤维化产品。
在以上实施例中任一个的过滤器元件中，至少一种粘结剂可包括无机粘结剂。
在前述实施例的过滤器元件中，无机粘结剂可包括选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、锌、氧化镁、氧化锆或其组合构成的集合的胶体金属氧化物分散体。
在以上实施例中任一个的过滤器元件中，高表面积材料可包括微细玻璃纤维、微纤维、多孔纤维、催化剂级纤维、沸石、碳纳米管、纳米材料或它们的组合中的至少一者。
在前述实施例的过滤器元件中，高表面积材料可包括微细玻璃纤维或微多孔纤维或催化剂级纤维中的任一者。
在以上实施例中任一个的过滤器元件中，至少一种催化剂材料可包括二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、三氧化铝、二氧化锰、沸石、过渡金属及其氧化物或其组合中的至少一者。
尽管已经结合各种实施例描述了催化过滤器和制备催化过滤器的方法，但应理解，可使用其它类似的实施例，或可对所述实施例制作出改型和添加来用于执行同一功能。将理解的是，本文所述的实施例仅为示范性，且本领域的技术人员可进行变型和改型，而不脱离本发明的精神和范围。此外，公开的所有实施例不一定在备选方案中，因为各种实施例可组合来提供期望的结果。

Claims (21)

1.一种过滤器元件，其包括耐高温无机纤维、至少一种粘结剂和至少一种高表面积催化剂支承材料。
2.根据权利要求1所述的过滤器元件，其特征在于，至少一种催化剂材料结合至所述至少一种高表面积催化剂支承材料的表面、由所述至少一种高表面积催化剂支承材料的表面吸收，或吸收到所述至少一种高表面积催化剂支承材料的表面上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的过滤器元件，其特征在于，所述至少一种高表面积催化剂支承材料跨过所述过滤器元件的厚度分布。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的过滤器元件，其特征在于，所述至少一种高表面积催化剂支承材料跨过所述过滤器元件的厚度基本上均匀地分布。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的过滤器元件，其特征在于，所述至少一种高表面积催化剂支承材料在所述过滤器元件的表面附近，以形成增强表面积层。
6.根据权利要求5所述的过滤器元件，其特征在于，所述增强表面积层为一体层，其具有跨过所述过滤器元件的厚度的至少部分的梯度成分。
7.根据权利要求5至权利要求6中任一项所述的过滤器元件，其特征在于，所述过滤器元件包括具有壁的中空圆柱形管，所述壁带有内表面和外表面。
8.根据权利要求7所述的过滤器元件，其特征在于，所述至少一种高表面积催化剂支承材料存在于所述过滤器元件的内表面和/或外表面附近的层中，以形成增强表面积层。
9.根据权利要求8所述的过滤器元件，其特征在于，所述至少一种高表面积催化剂支承材料存在于所述过滤器元件的外表面附近的层中，以形成所述增强表面积层。
10.根据权利要求8所述的过滤器元件，其特征在于，所述至少一种高表面积材料存在于所述过滤器元件的内表面附近的层中，以形成所述增强表面积层。
11.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的过滤器元件，其特征在于，所述耐高温无机纤维包括高氧化铝多晶纤维、耐火陶瓷纤维、氧化铝-硅酸盐纤维、氧化铝-氧化镁-硅酸盐纤维、高岭土纤维、铝酸钙纤维、碱土硅酸盐纤维、氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维、氧化镁-硅酸盐纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维或其组合中的至少一者。
12.根据权利要求11所述的过滤器元件，其特征在于，所述耐火陶瓷纤维包括铝硅酸盐纤维，所述铝硅酸盐纤维包括大约重量上百分之30到大约重量上百分之70的氧化铝和大约重量上百分之30到大约重量上百分之70的二氧化硅的纤维化产品。
13.根据权利要求11所述的过滤器元件，其特征在于，所述生物可溶纤维包括氧化镁-硅酸盐纤维，所述氧化镁-硅酸盐纤维包括大约重量上百分之60到大约重量上百分之90的二氧化硅、大于重量上百分之0到大约重量上百分之35的氧化镁和重量上百分之5或更少的杂质的纤维化产品。
14.根据权利要求11所述的过滤器元件，其特征在于，所述生物可溶纤维包括氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维，所述氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包括大约重量上百分之45到大约重量上百分之90的二氧化硅、大于重量上百分之0到大约重量上百分之45的氧化钙，以及大于重量上百分之0到大约重量上百分之35的氧化镁的纤维化产品。
15.根据权利要求1至权利要求14中任一项所述的过滤器元件，其特征在于，所述至少一种粘结剂包括无机粘结剂。
16.根据权利要求15所述的过滤器元件，其特征在于，所述无机粘结剂包括选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、锌、氧化镁、氧化锆或其组合构成的集合的胶体金属氧化物分散体。
17.根据权利要求1至权利要求16中任一项所述的过滤器元件，其特征在于，所述高表面积材料包括微细玻璃纤维、微纤维、多孔纤维、催化剂级纤维、沸石、碳纳米管、纳米材料或它们的组合中的至少一者。
18.根据权利要求17所述的过滤器元件，其特征在于，所述高表面积材料包括微细玻璃纤维。
19.根据权利要求17所述的过滤器元件，其特征在于，所述高表面积材料包括微多孔纤维。
20.根据权利要求17所述的过滤器元件，其特征在于，所述高表面积材料包括催化剂级纤维。
21.根据权利要求1至权利要求20中任一项所述的过滤器元件，其特征在于，所述至少一种催化剂材料包括二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、三氧化铝、二氧化锰、沸石、过渡金属及其氧化物或它们的组合中的至少一者。
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