[发明专利]催化过滤材料

说明书

提供了一种用于去除流体流中所发现的目标物质的改进的催化过滤材料。该过滤材料包括多孔基材形式的水可润湿高温短纤维，所述短纤维附着于高温含氟聚合物织造粗布。多孔基材具有通过聚合物粘合剂附着(例如，束缚)至其表面的催化剂微粒。任选地，至少一个微孔层位于与过滤材料相邻之处或位于过滤材料中。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2015年12月17日提交的美国临时申请系列号62/268,832、名称为“催化过滤材料”的优先权，其公开通过引用全文纳入本文。

技术领域

本公开涉及改进的催化过滤材料，其可以去除流体流中不期望有的物质。

背景

采用催化过滤器用于各种流体过滤应用。典型地，这些过滤器结合了催化材料(例如，TiO₂、V₂O₅、WO₃、Al₂O₃、MnO₂、沸石、和/或过渡金属化合物及其氧化物)与基质。随着流体通过或穿过基质，流体内的目标物质与催化剂微粒反应以将目标物质转化成更期望的副产物或最终产物，并因此从流体流中除去目标物质。该催化剂的例子包括：

表1：示例性催化剂

制造催化过滤器装置的先前尝试的例子包括Pirsh的美国专利第4,220,633号和美国专利第4,309,386号中提出的那些，其中，过滤袋涂覆有合适的催化剂以促进NO_x的催化还原过程。Tomisawa等人的美国专利第5,051,391号中，公开了催化剂过滤器，其特征在于，由直径0.01μm至1μm的金属氧化物制成的催化剂微粒通过由过滤器和/或催化剂纤维负载。Kalinowski等人的美国专利第4,732,879号中，描述了一种方法，其中，多孔(优选催化活性的)金属氧化物涂层以纤维形式施加到相对无孔的基材上。在Ranly的专利DE 3,633,214A1中，催化剂粉末通过将催化剂插入过滤材料层而结合入多层过滤袋。生产催化过滤装置的其它示例包括：Fujita等人的JP 8-196830中所述的那些，其中，吸附剂、反应物等的微粉末负载在过滤层内部。Sasaki等人的JP 9-155123，在滤布上形成脱氮层。Kaihara等人的JP 9-220466中，催化剂过滤器通过如下制备：用二氧化钛溶胶浸渍玻璃纤维布料，然后其进行热处理并进一步用偏钒酸铵浸渍。Sakanaya等人的JP 4-219124中，为了防止催化剂分离，将用于袋式过滤材料的催化剂填充密实、厚且高度透气的滤布。Plinke等人的美国专利第5,620,669号，过滤器包括具有节点和原纤维结构的膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)的复合纤维，其中，催化剂被束缚(tether)在结构中。Waters等人的美国专利第6331351号教导了化学活性微粒通过聚合物粘合剂附着至多孔基材。微多孔层附着至多孔基材的至少一侧、或附着至多孔基材中。所得到的过滤材料在粉尘可能堵塞活性催化位点之前从过滤流中去除污染物(如粉尘)，并且通过催化或反应去除不期望有的物质。

在过滤操作期间，常规结构通常会出现两个主要问题，即化学劣化和机械劣化。关于化学劣化，过滤器的化学功能可能由于污染而变得毫无用处，这对于几乎所有常规活性过滤装置、特别是催化过滤装置来说都是严重的问题。根据定义，尽管催化剂在催化反应过程中不被消耗，但由于来自流体流的微粒、液体和气体污染物(即，细尘微粒、金属、二氧化硅、盐、金属氧化物、烃、水、酸性气体、磷、碱金属、砷、碱金属氧化物等)，催化过滤器的操作寿命可能有限。因为过滤器内活性微粒上的活性位点被物理掩蔽或化学改变，所以发生失活。除非这些污染物可以从过滤器上脱落，否则过滤器的效率将迅速降低，直至必须更换。此外，在一些情况下，制造中使用的加工助剂可能导致催化剂劣化。存在各种清洁装置以去除过滤器(例如，振动筛滤袋、反向脉冲冲过滤袋和滤芯、反向空气过滤袋等)的粉尘，但是这些装置在去除包埋在过滤材料内的粉尘方面不是特别有效。