过滤制品以及它们的制造和使用方法技术

基材包括用于从环境空气去除挥发性有机化合物的转化催化剂。基材包括至少一个多孔壁。转化催化剂位于所述至少一个基材多孔壁的孔内。

Filter products and their manufacture and use

Substrates include conversion catalysts for removing volatile organic compounds from ambient air. The substrate comprises at least one porous wall. The conversion catalyst is located in the hole of the porous wall of at least one base material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】过滤制品以及它们的制造和使用方法背景本申请要求2016年11月02日提交的美国临时申请系列第62/416,287号的优先权，其要求2016年10月20日提交的美国临时申请系列第62/410,472号的优先权，本文以它们作为基础并将它们全文分别通过引用结合于本文。
本公开一般地涉及用于从目标气流去除挥发性有机化合物的过滤制品以及所述制品的制造和使用方法。
技术介绍
室内环境质量对于人体健康起到重要作用。从建筑物、家具材料和消费产品散发出来的甲醛(HCHO)是室内环境中最主要的挥发性有机化合物(VOC)之一。已知甲醛导致鼻腔肿瘤，对眼睛、呼吸道、和皮肤的各种膜的刺激。由于对空气中甲醛对健康的不利影响的关注不断增长，希望在住宅和工作场所完全消除甲醛或至少消除至达到其最大允许暴露水平(例如，≤0.1ppm)。实践中，特别感兴趣的是在低温(特别是室温)下消除甲醛。去除甲醛的现有方法调查揭示了催化氧化是以最小能量输入持续且完全地消除甲醛的唯一方法。为了符合低能量需求和室内空气清洁的低甲醛浓度要求，需要极为活性的催化剂。目前已知的最具有活性的催化剂是支撑的铂(Pt)，已经证实其甚至是在室温下对于甲醛氧化也是有效的。虽然目前对于开发新的Pt基催化剂已经具有了显著的进展，但是同时具有催化有效性和成本有效性特性的过滤器仍然是待开发的。已经使用基于其他过渡金属的催化剂，但是这些催化剂在使用过程中老化并且有效性通常随时间快速损失。因此，存在对于廉价的更持久的催化过滤器的需求，其在较低温度(例如，室温)下对于从室内环境空气去除VOC具有耐久性和足够的稳定性。
技术实现思路
根据本公开的实施方式，揭示了用于从目标气体去除挥发性有机化合物的制品。在实施方式中，制品包括基材和转化催化剂。在实施方式中，基材包括至少一个多孔分隔壁。在实施方式中，所述至少一个多孔分隔墙包括小于约3000m2/m3的表面积和约45％至约70％的孔隙度。在实施方式中，转化催化剂位于基材的多孔分隔壁的孔内。根据本公开的实施方式，揭示了用于从目标气体去除挥发性有机化合物的制品的形成方法。在实施方式中，方法包括使得基材与包含催化剂盐的前体溶液接触。在实施方式中，方法包括对经过接触的基材进行烧制，以形成具有至少一个基材的多孔分隔壁的转化催化剂。在参见具体阐述了示例性实施方式的以下具体描述和附图之前，应理解的是，本专利技术技术不限于具体描述所述或者附图所示的细节或方法。例如，本领域技术人员会理解的是，与附图之一所示的实施方式或者与实施方式之一相关的文字所述相关的特征和属性可良好地应用于其他附图所示或者其他文字所述的其他实施方式。附图说明当考虑如下详细描述时，可以更好地理解本公开，并且除了上文所述之外的特征、方面和优势会变得显而易见。此类详细描述参考了如下附图。图1是根据本公开和实施例1的实施方式的过滤制品的部分截面图。图2和3是比较例1所述的常规过滤制品的部分截面图。图4图示显示对于实施例1所述的6个过滤器，累积清洁质量(CCM)(g)/催化剂负载(g)与基材负载孔隙度(％)/基材表面积(m2/m3)的线性关系。图5图示显示相比于常规过滤制品，本公开的过滤制品的过滤效率(FE)与时间关系。具体实施方式除非另外定义，否则，本文中所使用的所有技术和科学术语都具有本公开所属领域普通技术人员通常所理解的同样含义。虽然在本公开的实施或测试中可以采用类似于或等同于本文所述那些的任意方法和材料，但是下面描述了示例性方法和材料。用于从目标气体去除VOC的常规催化过滤制品不同于本公开的过滤制品。常规过滤制品包括填充床中由球粒支撑的催化剂。这种常规方案具有数种限制，包括：球粒的高表面积使得所有的催化剂快速暴露于目标气体，这可能导致催化剂的快速老化(特别是在非贵金属催化剂的情况下)；用于使得目标气体与催化剂之间的接触表面积最大化的填充床的常规设计方案可能导致非贵金属催化剂的快速降解和短的使用寿命；以及较低表面积的填充床具有较长的床长度，这可能要求较大的基建投资以实现填充床中足够的反应时间。另一种常规过滤制品包括用于催化剂的散装固体支撑(bulksolidsupports)。这种常规方案也有数种限制，包括：通常使得表面上的催化剂负载最大化以增加与目标气体的相互作用；通常来说，没有保护催化剂免受与目标气体的立即相互作用以改善催化剂的使用寿命；散装固体支撑体内的任何催化剂通常对于目标气体来说是不可及的，这是由于散装固体支撑的表面上的催化剂的大负载或者扩散时间不足导致的。常规过滤制品使用含贵金属的催化剂(例如，金、银、铂)以增加催化剂的使用寿命。但是，贵金属正变得难以获得且越来越昂贵。本文揭示了用于从目标气体去除挥发性有机化合物(VOC)的过滤制品。本公开的过滤制品包括：基材，所述基材包括至少一个多孔分隔壁；和转化催化剂，所述转化催化剂位于基材的所述至少一个多孔分隔壁的壁内或者孔内。在实施方式中，基材包括多个多孔分隔壁，其限定了多个相邻的流通式通道。本公开的转化催化剂沉积在或者负载在基材多孔分隔壁的壁内或孔内。在实施方式中，至少95重量百分比(重量％)或更多(例如，98重量％)的转化催化剂位于基材多孔分隔壁的壁内或孔内。因此，小于5重量％(例如，小于2重量％)的转化催化剂位于基材多孔分隔壁的壁上。本公开的过滤制品受益于负载在壁内的转化催化剂。这是相比于壁上的转化催化剂或者在壁内和壁上等量的转化催化剂的常规负载技术而言。由于转化催化剂的壁内负载，本公开的过滤制品实现了出乎意料的VOC过滤。本文中，术语“在壁内”、“在壁中”、“在壁厚度内”、“壁中”、“孔内”、和“孔内”可互换使用来描述转化催化剂相对于基材多孔分隔壁的位置，包括：负载和分散在基材多孔分隔壁中的至少一个的内表面、孔、和/或“孔颈”内；在被壁表面所限定的基材多孔分隔壁中的至少一个的整个厚度上分布；位于与基材分隔壁毗邻的孔内，所述基材分隔壁限定了所述多个相邻流通式通道；和/或不是在壁上的限定了所述多个相邻流通式通道的明显连续层。图1是根据本公开的实施方式，包含壁内转化催化剂的约61％孔隙度单体式基材的横截面部分的扫描电子显微镜(SEM)图像。图1的基材孔隙度在催化剂负载之前是约65％。转化催化剂102(显示为白色区域)位于由壁表面110限定的壁106(显示为灰色区域)的孔104(开放孔，显示为厚度T1内的黑色区域)内。壁表面限定了开放的流通式通道108。本公开提供了基材中的催化剂的壁内负载，这提供了出乎意料的VOC过滤结果。不受限于任何特定理论，当目标气体流动通过流通式通道时，壁内负载的催化剂没有立即暴露于目标气体。相反地，仅位于壁内且最靠近流通式通道的催化剂首先发生暴露。但是，随着过滤操作持续进行，目标气体可以扩散进入壁中，并与催化剂相互作用。也就是说，催化剂的降解可以在壁表面110开始并随时间朝向壁中心向内前进。在流通式基材的情况下，催化剂降解可开始于相对壁表面上，并随着目标气体扩散进入壁中朝向壁中心前进。在壁流式基材的情况下(例如，端部堵塞住的柴油型颗粒过滤器)，催化剂降解可开始于一个壁表面上，并随着目标气体扩散穿过壁中朝向相对壁表面前进。不受限于任何特定理论，催化剂的降解可归结于目标气体中的VOC在催化剂表面上的中间反应产物累本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制品，其包括：蜂窝基材，其包括限定了多个相邻的流通式通道的多个多孔分隔壁，所述多孔分隔壁包括约1500m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.20 US 62/410,472;2016.11.02 US 62/416,2871.一种制品，其包括：蜂窝基材，其包括限定了多个相邻的流通式通道的多个多孔分隔壁，所述多孔分隔壁包括约1500m2/m3至约3000m2/m3的表面积和约45％至约70％的孔隙度，位于蜂窝基材的多孔分隔壁的孔内的转化催化剂，和所述转化催化剂从目标气体去除挥发性有机化合物。2.如权利要求1所述的制品，其特征在于，大于或等于95重量％的转化催化剂位于多孔分隔壁的孔内。3.如权利要求1或2所述的制品，其特征在于，小于5重量％的转化催化剂位于多孔分隔壁的壁上。4.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，所述多孔分隔壁中的至少一个在相邻流通式通道之间具有大于或等于约177微米的厚度。5.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，所述多孔分隔壁在相邻流通式通道之间具有约254微米至约635微米的厚度。6.如前述任一项权利要求所述的制品，其特征在于，所述蜂窝基材包括堇青石、多铝红柱石，或其组合。7.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，所述转化催化剂基本不含贵金属或贵金属氧化物。8.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，所述蜂窝基材包括约100至约400个流通式通道每平方英寸。9.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，所述多孔分隔壁内的孔具有约10微米至约50微米的平均孔径。10.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，所述转化催化剂具有约20微米至约50微米的平均粒度。11.如前述任一项权利要求所述的制品，其特征在于，所述挥发性有机化合物是甲醛。12.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，所述转化催化剂包括以下至少一种的氧化物：锰、钼、锡、铈、钪、钛、钒、铬、铁、钴、镍，及其组合。13.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，当在所述多孔分隔壁的孔内负载所述转化催化剂时，所述多孔分隔壁包括约35％至约60％的孔隙度。14.如前述权利要求中任一项所述的制品，其特征在于，所述多个流通式通道的横截面面积是蜂窝基材的总横截面面积的约60％至约90％。15.一种甲醛过滤制品，其包括：基材，其包括限...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·M·彼汉，A·霍尔德，B·Y·约翰逊，E·兹马耶夫，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US