专利名称：包含纳米尺寸金属触媒微粒的纳米纤维及其介质的制作方法
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。
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°c煅烧氧化铝纳米纤维上，钯-(A，B)及钼_(C，D)触媒两种不同放大 倍率的穿透式电子显微镜(TEM)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—氧化碳上浓度对温度的曲线图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—氧化碳上浓度对温度的曲线图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—氧化碳上浓度对温度的曲线图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—氧化碳上浓度对温度的曲线图5. 6是显示对于1 cc/min —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5. 7是显示对于1 cc/min —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5. 8是显示对于1 cc/min —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5. 9是显示对于利用Pt/A1203触媒/陶瓷纳米纤维反应3，000 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上浓度对温度的曲线图5. 10是显示对于利用Pt/A1203触媒/陶瓷纳米纤维反应7，500 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上浓度对温度的曲线图5. 11是显示对于利用Pt/A1203触媒/陶瓷纳米纤维反应18，000 ppm 一氧化氮及20, 000 ppm—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/A1203触媒/陶瓷纳米纤维反应30，000 ppm 一氧化氮及 20, 000 ppm—氧化碳上浓度对温度的曲线图。
具体实施例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、 钼、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-l，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钼和铑触 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°C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、氯化钼、醋酸金、氯化钯、氯化钼、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Cl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 ； W02005/024101 Al，”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 O007)；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勻分布。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°C及约 80°C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
权利要求
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、金属商化物、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、或金属商化物、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、钼、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钼、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%O
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、金属商化物、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、或金属商化物、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、钼、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、或金属商化物、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χ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、钼、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钼、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、金属商化物、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、 或金属商化物、或其组合物。
25.根据权利要求M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、钼、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.根据权利要求沈所述的制程，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.根据权利要求沈所述的制程，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、金属商化物、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.根据权利要求四所述的制程，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、钼、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钼、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、金属商化物、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、钼、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钼、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.根据权利要求沈所述的制程，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.根据权利要求沈所述的制程，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.根据权利要求沈所述的制程，其特征在于于温度约200至约120(TC执行锻烧约 0. 5小时至约6小时。
41.根据权利要求四所述的制程，其特征在于于温度约500至约80(TC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°C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°C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χ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、金属商化物、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、钼、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%。
全文摘要
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。
文档编号B01J31/00GK102089077SQ200980117642
公开日2011年6月8日 申请日期2009年3月19日 优先权日2008年3月20日
发明者G·R·纽康, 乔治·G·切斯, 思内哈·斯瓦敏那森, 斯夫帝·保加瓦, 朴苏金 申请人:阿克隆大学