用于机舱空气污染控制的吸附和催化组合的制作方法

用于机舱空气污染控制的吸附和催化组合
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年7月9日提交的美国临时专利申请第63/049,937号的优先权，其公开内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及用于空气净化的组合物、装置和方法。更特别地，本公开涉及催化剂-吸附剂材料、其制备的装置和系统、方法，以及其用于从空气中去除气态污染物的方法。


背景技术：

4.传统的污染物处理系统和吸着剂材料面临许多挑战，包括改进长期性能、提高制造操作效率以及降低生产成本。许多吸着剂材料通常适于一种类型的吸附应用，而不能去除其它类型的污染物。
5.飞机机舱空气净化是去除挥发性有机化合物(voc)等多种污染物至关重要的一个例子。供应给飞机机舱空气的空气部分来源于由飞机发动机或辅助动力装置压缩的环境空气。这种空气中可能含有存在于大气中或由飞机设备泄漏引起的各种voc。传统催化剂需要的温度高于这些voc浓度很高的时候(例如烟雾事件期间)通常可用的温度。
6.因此，仍然需要可有效地同时去除多种污染物的装置、方法和组合物。


技术实现要素：

7.以下呈现了对本公开的各个方面的简化概述，以提供对这些方面的基本理解。本发明内容并不是本公开的详尽综述。发明内容既不旨在标识本公开的关键或重要元素，也不旨在描绘本公开的特定实施方案的任何范围或权利要求的任何范围。发明内容的唯一目的是以简化形式呈现本公开的一些概念来作为稍后呈现的更详细描述的序言。
8.在本公开的一个方面，一种用于从气流中去除污染物的系统包括：基材；催化剂-吸附剂材料，其设置在基材上，所述催化剂-吸附剂材料包括吸附剂材料和催化剂材料。在至少一个实施方案中，催化剂-吸附剂材料适于在20-150℃的第一温度吸附污染物并在120-300℃的第二温度催化吸附的污染物。
9.在至少一个实施方案中，吸附剂材料包括硅胶、氧化铝、活性碳、八面沸石、菱沸石、斜发沸石、丝光沸石、硅沸石、沸石x、沸石y、超稳定沸石y、zsm沸石、钾沸石、β沸石、金属有机骨架、金属氧化物、聚合物或树脂中的一种或多种。
10.在至少一个实施方案中，吸附剂材料包括碱性金属氧化物或碱改性或碱土改性金属氧化物中的一种或多种。
11.在至少一个实施方案中，吸附剂材料包括钾改性的氧化锰或钠交换沸石中的一种或多种。
12.在至少一个实施方案中，催化剂材料包括锰、铂、钯或铈中的一种或多种。
13.在至少一个实施方案中，催化剂-吸附剂材料包含铂颗粒和氧化锰，铂颗粒的直径
为2纳米至5纳米。
14.在至少一个实施方案中，催化剂-吸附剂材料包含铂颗粒、锰和铈，铂颗粒的直径为2纳米至5纳米。
15.在至少一个实施方案中，催化剂-吸附剂材料包括铂改性氧化铝和钾改性氧化锰。
16.在至少一个实施方案中，催化剂-吸附剂材料包括铂改性氧化铝、钾改性氧化锰和沸石。
17.在至少一个实施方案中，污染物包括一种或多种挥发性有机化合物。
18.在至少一个实施方案中，一种或多种挥发性有机化合物包括戊酸、乙醛、甲苯、涡轮机油化合物、多元醇酯、磷酸三甲苯酯、磷酸酯、液压流体化合物、喷气燃料化合物、十二烷、丙酸或羧酸中的一种或多种。
19.在至少一个实施方案中，污染物包括so2、nh3、no2、no或甲醛中的一种或多种。
20.在至少一个实施方案中，催化剂-吸附剂材料包括形成在基材上的载体涂层(washcoat)，该载体涂层包含吸附剂材料和催化剂材料的物理混合物。
21.在至少一个实施方案中，载体涂层包含聚合物粘结剂。在至少一个实施方案中，聚合物粘结剂选自由以下组成的组：聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃共聚物、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚丁二烯共聚物、氯化橡胶、丁腈橡胶、聚氯丁二烯、乙烯-丙烯-二烯弹性体、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(乙烯基酯)、聚(乙烯基卤化物)、聚酰胺、纤维素聚合物、聚酰亚胺、丙烯酸聚合物、乙烯基丙烯酸聚合物、苯乙烯丙烯酸聚合物、聚乙烯醇、热塑性聚酯、热固性聚酯、聚(苯醚)、聚(苯硫醚)、氟化聚合物、聚(四氟乙烯)聚偏二氟乙烯、聚(氟乙烯)氯/氟共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、聚酰胺、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸/苯乙烯丙烯酸共聚物、胶乳、有机硅聚合物以及其组合。
22.在至少一个实施方案中，载体涂层包含无机粘结剂。在至少一个实施方案中，无机粘结剂包括硅溶胶或氧化铝溶胶中的一种或多种。
23.在本公开的另一个方面，一种用于从气流中去除污染物的系统包括：在第一基材上的第一催化剂-吸附剂材料层；和第二催化剂-吸附剂材料层，其在第一基材下游的第二基材上。在至少一个实施方案中，第一催化剂-吸附剂材料层或第二催化剂-吸附剂材料层中的一个或多个适于在20-150℃的第一温度吸附污染物并在120-300℃的第二温度催化吸附的污染物。
24.在本公开的另一个方面，一种用于从气流中去除污染物的系统包括：第一催化剂-吸附剂材料层，其用于吸附污染物和/或从污染物中产生中间化合物；和第二催化剂-吸附剂材料层，其在第一催化剂-吸附剂材料层的下游。在至少一个实施方案中，第二催化剂-吸附剂材料层适于在从第一催化剂-吸附剂材料层和/或中间化合物解吸之后转化污染物。
25.在本公开的另一方面，一种用于从气流中去除污染物的系统包括：基材；以及设置在基材上的催化剂-吸附剂材料。在至少一个实施方案中，催化剂-吸附剂材料包括：包含吸附剂材料的第一层；和包含催化剂材料的第二层。在至少一个实施方案中，第一层设置在基材上方，第二层设置在第一层上方。
26.在本公开的另一个方面，一种用于从飞机机舱空气中去除污染物的飞机环境控制系统包括本文所述的任何系统。
27.在本公开的另一个方面，飞机环境控制系统包括用于从飞机机舱空气中去除污染
物的催化转化器，该催化转化器包括本文描述的任何系统的系统。
28.在本公开的另一个方面，一种从气流中去除污染物的方法包括：使气流与包含至少一种吸附剂材料和至少一种催化剂材料的催化剂-吸附剂接触；和将催化剂-吸附剂加热到150℃以上的温度以促进至少一部分吸附的污染物的催化转化。在至少一个实施方案中，催化剂-吸附剂在接触期间保持在低于200℃的第一温度以吸附污染物。
29.如本文所用，术语“吸附剂”或“吸附剂材料”是指可在其结构内粘附气体分子、离子或其它物质(例如，从空气中去除co2)的材料。具体材料包含但不限于粘土、金属有机骨架、活性氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛碳、沸石(例如，分子筛沸石)、聚合物、树脂以及任何这些组分或其上负载有气体吸附剂材料的其它组分(例如，如本文所述的吸附剂的各个实施方案)。某些吸附剂材料可以优先地或选择性地粘附特定物种。
30.同样如本文所用，术语“催化剂-吸附剂”是指具有双重催化和吸附特性的材料。举例来说，催化剂-吸附剂层在与分子物质接触时可催化分子物质转化成一种或多种副产物，并且也可能够吸附分子物质和/或一种或多种副产物。催化剂-吸附剂层还可能够吸附不可被催化剂-吸附剂层催化反应的其它分子物质。
31.如本文所用，术语“吸附容量”是指在具体操作条件(例如温度和压力)下吸附剂材料可吸附的一定量的化学物质的工作容量。当以mg/g为单位给出时，吸附容量的单位对应于每克吸着剂所吸附气体的毫克数。
32.同样如本文所使用的，术语“颗粒”是指材料的离散部分的集合，每个离散部分的最大尺寸范围为0.1μm到50mm。颗粒的形态可以是结晶的、半结晶的或无定形的。除非另外说明，否则本文公开的大小范围可以是平均(mean/average)或中值大小。还应注意，颗粒不必是球形的，而是可以呈立方体、圆柱体、圆盘或如本领域的普通技术人员将理解的任何其它合适的形状的形式。“粉末”和“颗粒”可以是颗粒的类型。
33.同样如本文所用，术语“整料”是指特定材料的单个整体块。所述单个整体块可以呈例如砖、盘或杆的形式，并且可以含有用于增加气流/分布的通道。在某些实施方案中，多个整料可布置在一起以形成期望的形状。在某些实施方案中，整料可具有蜂窝形状，其具有多个平行通道，每个平行通道具有正方形、六边形或另一其它形状。
34.同样如本文所用，术语“分散剂”是指有助于将固体颗粒以悬浮状态维持在流体介质中，并且抑制或减少颗粒在流体介质中的附聚或沉降的化合物。
35.同样如本文所用，术语“粘结剂(binder)”是指当包括在涂层、层或膜(例如，基材上的洗涤涂覆的涂层、层或膜)中时，促进从涂层、层或膜的一个外表面到相对的外表面形成连续或基本上连续的结构、均匀或半均匀地分布在涂层、层或膜中，并且促进对形成涂层、层或膜的表面的粘附以及在表面与涂层、层或膜之间的附着的材料。
36.同样如本文所用，术语“料流”或“流”广义地是指可含有固体(例如，微粒)、液体(例如，蒸气)和/或气态混合物的任何流动气体。
37.同样如本文所用，术语“挥发性有机化合物”或“voc”是指在室温下具有升高的蒸气压的有机化学分子。这类化学分子具有低沸点并且大量分子在室温下蒸发和/或升华，从而从液相或固相转变为气相。常见的voc包括但不限于甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、丙烷、己烷、环己烷、柠檬烯、蒎烯、乙醛、己醛、乙酸乙酯、丁醇等。
38.同样如本文所用，术语“未净化空气”或“未净化空气料流”是指以处于或高于被认
为讨厌、被视为对人类健康具有不利影响(包括短期和/或长期影响)和/或对设备的操作造成不利影响的水平的浓度或含量含有一种或多种污染物的任何料流。举例来说，在某些实施方案中，以如下浓度含有甲醛的料流为未净化空气料流：依据由职业安全与健康管理局(occupational safety&health administration)规定的“作用水平”标准，作为八小时时间加权平均浓度计算的每百万份空气料流大于0.5份甲醛。在某些实施方案中，以如下浓度含有甲醛的料流为未净化空气料流：依据中国(china)的国家标准，作为八小时时间加权平均浓度计算的每百万份空气料流大于0.08份甲醛。未净化空气可包括但不限于甲醛、臭氧、一氧化碳(co)、voc、甲基溴、水、含胺化合物(例如氨)、硫氧化物、硫化氢和氮氧化物。
39.同样如本文所用，术语“净化空气”或“净化空气料流”是指以比被视为是未净化空气料流中的一种或多种污染物的浓度或含量低的浓度或含量含有一种或多种污染物的任何料流。
40.同样如本文所用，术语“基材”是指将催化剂放置到其上或其内的材料(例如，金属、半金属、半金属氧化物、金属氧化物、聚合物、陶瓷、纸、纸浆/半纸浆产品等)。在某些实施方案中，基材可呈具有含有多个催化颗粒和/或吸附剂颗粒的载体涂层的固体表面的形式。载体涂层可通过制备含有指定固体含量(例如，30-50重量％)的催化颗粒和/或吸附剂颗粒的浆料，然后将其涂覆到基材上并且干燥以提供洗涂层来形成。在某些实施方案中，基材可为多孔的，并且可将载体涂层沉积在孔的外部和/或内部。
41.同样如本文所用，术语“氮氧化物”是指含有氮和氧的化合物，包括但不限于一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮、叠氮化亚硝酰、氧杂四唑(ozatetrazole)、三氧化二氮、四氧化二氮、五氧化二氮、三硝基胺、亚硝酸盐、硝酸盐、硝鎓、亚硝鎓、过氧亚硝酸盐或其组合。
42.同样如本文所用，术语“硫化合物”是指含有硫的化合物，包括但不限于硫氧化物(一氧化硫、二氧化硫、三氧化硫、一氧化二硫、二氧化二硫)、硫化氢或其组合。
43.同样如本文所用，如与所测量的量结合使用的术语“约”是指所测量的量中的正常变量，正如期望的，本领域的技术人员以与目标的测量以及测量设备的精确度相称的仔细水平进行测量和操作。例如，当“约”修饰一个值时，其可以解释为意指值可以变化
±
1％。
44.如本文所讨论的，表面积是根据din iso 9277:2003-05(其为din 66131的修订版本)通过布鲁诺尔-艾米特-泰勒(brunauer-emmett-teller，bet)方法确定的，所述表面积被称为“bet表面积”。比表面积是通过多点bet测量在范围为0.05
–
0.3p/p0的相对压力内确定的。
附图说明
45.在附图的图中，通过举例而非限制的方式展示了本公开，在附图中：
46.图1描绘根据本公开的一实施方案的说明性空气流系统；
47.图2a描绘根据本公开的一实施方案的在其上形成有催化剂-吸附剂材料涂层的示例性基材的横截面；
48.图2b描绘根据本公开的一实施方案的在基材的表面上形成的催化剂-吸附剂材料涂层的横截面；
49.图3显示了根据本公开的一实施方案的氧化锰多晶型物i的x射线衍射光谱；和
50.图4为图解根据本公开的一实施方案的在基材上形成催化剂-吸附剂材料的方法
的流程图。
具体实施方式
51.本文所述的实施方案涉及用于从空气中去除污染物的催化剂-吸附剂材料和系统。更具体地，可将催化剂-吸附剂材料并入室内空气、机舱空气(例如飞机机舱空气)和阴极空气净化系统中，所述系统可被设计成去除有毒的化学污染物，如甲醛、戊酸、乙醛、甲苯、臭氧、一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、胺(包括氨)、硫化合物(包括硫醇)、氯化烃和其它碱或酸性化学物质。催化剂-吸附剂材料可包括吸附剂，例如，这些吸附剂与催化剂物理混合在一层或多层载体涂层中，或存在于载体涂层的特定层中。在一些实施方案中，吸附剂材料可以作为区域实施，例如在前表面处的催化剂段上，使得当voc被解吸时，它们通过下游voc氧化催化剂以从空气流中去除。在一些实施方案中，污染物在20-150℃(例如，20-40℃、40-60℃、60-80℃、80-100℃、100-120℃或120-150℃)的温度下吸附并在120-300℃(例如，120-150℃、150-200℃、200-250℃或250-300℃)的温度下解吸/催化。在一些实施方案中，吸附温度低于解吸/催化温度。
52.本文所述的某些实施方案被考虑用于飞机机舱空气处理。飞机通常在更高的高度飞行，以实现更省油的运行。在高海拔地区，大气中的臭氧含量高，在某些海拔地区遇到的臭氧羽流具有甚至更高的臭氧浓度。大气中臭氧的存在可以提供对紫外线的保护，但吸入时也会有害。这种空气和存在于飞机机舱内的空气除了臭氧之外还包含许多其他成分，包括nox、挥发性有机化合物(“voc”)和其他不需要的化合物和颗粒物。来自大气的空气通常通过飞机的发动机供应到机舱。随着外部空气进入发动机的压缩机，它被压缩并加热到更高的压力和温度。来自发动机的加热和加压空气，通常称为“引气(bleed air)”，通过控制抽取空气量的引气端口从压缩机中抽取。引气被送入环境控制系统(“ecs”)。引气通过催化剂和ecs后(在此期间可以去除臭氧和其他污染物并调节温度和压力)，有时引气循环到空调机组，在空调机组进一步冷却到设定温度以引入到机舱。
53.本公开的实施方案可用于降低供应到飞机机舱空气的空气的voc含量，以提高乘客和机组人员的舒适度或健康。通过混合吸附剂，例如沸石(例如脱铝y、高硅铝比(sar)β、zsm等)或钾促进的氧化锰与高活性voc氧化催化剂(例如铂和/或锰基的等)，当催化剂-吸附剂材料处于例如约120℃(例如，在烟雾事件期间)时，可以捕获诸如戊酸之类的化合物，并在运行中随后加热催化剂-吸附剂到例如200℃时氧化那些voc。voc的这种高温氧化还将延长转化器的使用寿命，并为随后的低温voc暴露循环再生吸附剂，从而提供强大的催化剂-吸附剂系统，该系统可以在飞机上可用的广泛温度范围内发挥作用。
54.此外，这些实施方案有利地允许典型的voc如戊酸、乙醛或甲苯的高吸附容量，从而这些化合物可以在低温下被还原，并且还具有高催化活性以转化预吸附的voc或在气流处于正常工作温度时直接转化空气污染物。这些实施方案还允许在不使用紫外线(uv)辐射或电的情况下进行有效的催化，并且没有光催化化学。
55.本公开的实施方案另外允许形成催化剂-吸附剂过滤器，其即使在长期操作之后也没有可检测的气味。
56.图1描绘根据本公开的一实施方案的说明性空气流系统100。系统100包括过滤器单元104、环境控制系统(ecs)，例如飞机ecs，以及内部机舱102，例如飞机机舱。如图1所示，
过滤器单元104和ecs 106彼此流体联接并且与内部机舱102流体联接，使得建立再循环空气流动路径108。当各种污染物(如voc和臭氧)累积在机舱102中时，如本文所述，内部空气通过过滤器单元104再循环以使用催化剂-吸附剂过滤器来催化和/或吸附污染物。然后，净化空气通过ecs 106，可对其进行另外过滤(例如，以去除灰尘和其它微粒)，并且可在再循环回到内部机舱102中之前对其进行加热或冷却。过滤后的内部机舱空气可再循环至ecs106并与引气混合(例如，在通过过滤器单元104之后)。然后将再循环的机舱空气和处理过的引气的混合物供应到内部机舱102。
57.气流系统100的实施方案仅为说明性的，并且应当理解，本文所述的催化剂-吸附剂过滤器的实施方案可并入用于处理空气的其它系统，如汽车通风系统、用于处理大气的空气控制系统、加湿/除湿系统、除臭系统、voc洗涤系统、用于汽车、家庭或工业用途的燃料电池系统中的阴极空气的处理系统以及其它系统。
58.图2a和2b描绘根据本公开的一实施方案形成的催化剂-吸附剂过滤器200的横截面。催化剂-吸附剂过滤器200包括基材210，其被说明为呈具有穿过其中形成的空气通道215的蜂窝过滤器的形式。应当理解，蜂窝过滤器仅为说明性的，并且可使用其它过滤器形状。催化剂-吸附过滤器200还包括位于基材210内壁上的催化剂-吸附剂材料层220。在一些实施方案中，可以在催化剂-吸附剂材料层220上方包括一个或多个额外的催化剂-吸附剂材料层。在一些实施方案中，催化剂-吸附剂材料可以是叠层的形式，其中至少一层包含吸附剂材料并且至少一层包含催化层。例如，基材210上方的第一层可以是吸附剂层，并且第一层上方的第二层可以是催化剂层。
59.在某些实施方案中，过滤器主体可呈开孔泡沫、蜂窝或非织造过滤器主体的形式。在某些实施方案中，过滤器主体的材料可为陶瓷(例如，多孔陶瓷)、金属、聚合泡沫、塑料、纸、纤维(例如，聚合纤维)或其组合。举例来说，在某些实施方案中，过滤器主体可由聚氨酯纤维或聚氨酯泡沫形成。在某些实施方案中，过滤器主体可为金属整体式过滤器主体、陶瓷整体式过滤器主体、纸过滤器主体、聚合物过滤器主体或陶瓷纤维整体式基材。在某些实施方案中，过滤器主体可为hvac管道、空气过滤器或百叶窗表面。在某些实施方案中，过滤器主体可为便携式空气过滤器，或设置在如机动运输工具、有轨运输工具、船艇、飞机或航天器的运输工具中的过滤器。
60.在某些实施方案中，催化剂-吸附剂材料可被配制成浆料并且洗涤涂覆到过滤器主体上。在某些实施方案中，在过滤器主体上的催化剂-吸附剂材料的负载量相对于过滤器主体的体积可在约0.5g/in3至约4g/in3的范围内。在某些实施方案中，催化剂-吸附剂材料可涂覆到过滤器主体上，并且可在固体基材上形成单个催化剂-吸附剂层或多个催化剂-吸附剂层。如果将多个催化剂-吸附剂层涂覆在固体基材上，那么层的组成可变化，或替代地，所有催化剂-吸附剂层可具有相同的组成。
61.在某些实施方案中，催化剂-吸附剂材料的催化剂可包含锰、铂、钯或铈中的一种或多种。在某些实施方案中，催化剂包含直径为至少2纳米(例如，2至5纳米或2至10纳米)的铂颗粒。在某些实施方案中，催化剂包含铂改性氧化铝。在一些实施方案中，催化剂包含铂，其中大部分铂处于pt0氧化态。本领域技术人员应理解，pt0氧化态可通过几种示例性方法实现，包括但不限于：向制剂中添加还原剂，使其在煅烧过程中起到还原铂的作用；在受控环境中煅烧，例如在氮气或氢气存在下；选择倾向于pt0状态的铂前体材料；或在有利于从铂
中释放结合氧的高温下煅烧。在某些实施方案中，催化剂包括钾改性的氧化锰。在某些实施方案中，催化剂-吸附剂材料的催化剂可包括催化金属氧化物。催化金属氧化物可包括氧化锰、氧化钴、氧化钼、氧化铬、氧化铜或氧化铈中的一种或多种。在某些实施方案中，金属氧化物可为稀土金属氧化物。
62.在某些实施方案中，催化金属氧化物为氧化锰。在某些实施方案中，氧化锰为无定形的或至少部分无定形的。在某些实施方案中，氧化锰为半结晶的。在某些实施方案中，氧化锰可包括隐钾锰矿、水钠锰矿、复水锰矿、氧化锰多晶型i(具有图3所示的x射线衍射(xrd)谱)、不良结晶的隐钾锰矿、无定形氧化锰、其多晶型物、无定形氧化锰或其混合物。当存在氧化锰多晶型物i时，在一些实施方案中，氧化锰可以表现出对于
°
2θ在20-80范围内的xrd图，其具有至少以下
°
2θ峰和强度：对于36-38的
°
2θ，100％；41-43的
°
2θ，》20％；56-58的
°
2θ，《50％；65-67的
°
2θ》20％，其中百分比对应于与36-38的
°
2θ处的主峰相比的相对强度。
63.在某些实施方案中，催化剂材料按催化剂-吸附剂材料的总重量计的存在量为约10wt％至约90wt％、约20wt％至约90wt％、约30wt％至约90wt％、约30wt％至约80wt％、约40wt％至约80wt％，或约40wt％至约70wt％。
64.在某些实施方案中，催化剂-吸附剂材料的吸附剂包括选自以下的吸附剂：氧化铝、氧化锰、硅胶、活性碳、八面沸石、菱沸石、斜发沸石、丝光沸石、硅沸石、沸石x、沸石y、超稳定沸石y、zsm沸石(例如、zsm-5、zsm-11)、钾沸石、β沸石、金属有机骨架、金属氧化物、聚合物、树脂以及其组合。在一些实施方案中，吸附剂材料是碱性金属氧化物，例如碱金属、碱土金属或各种过渡金属的混合氧化物(例如，mgal2o4尖晶石)。
65.在某些实施方案中，吸附剂可包括吸附剂材料，其可包括在如碳、氧化物(例如，氧化铝、二氧化硅)或沸石的载体材料上的主要吸附剂(如上文讨论的一种或多种)。
66.在某些实施方案中，吸附剂包含活性碳。活性碳可为合成活性碳，或者基于或衍生自木材、泥煤、椰子壳、褐煤、石油沥青、石油焦、煤焦油沥青、果核、坚果、贝壳、锯末、木粉、合成聚合物、天然聚合物以及其组合。
67.在某些实施方案中，吸附剂包括呈粉末形式的多个多孔颗粒。在某些实施方案中，颗粒/粉末的平均尺寸在约1.0μm至约100μm的范围内。在某些实施方案中，平均尺寸在约5.0μm至约50μm的范围内。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约20m2/g至约3,000m2/g或更大。
68.在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约50m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约100m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约250m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约500m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约600m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约700m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约800m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约900m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,000m2/g至约3,000m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,000m2/g至约2,750m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,000m2/g至约2,500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,100m2/g至约2,500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,200m2/g至约2,
500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,300m2/g至约2,500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,400m2/g至约2,500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,500m2/g至约2,500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,600m2/g至约2,500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,700m2/g至约2,500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,800m2/g至约2,500m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,800m2/g至约2,400m2/g。在某些实施方案中，吸附剂的bet表面积为约1,800m2/g至约2,300m2/g。
69.在某些实施方案中，吸附剂为bet表面积为约1,000m2/g至约2,500m2/g的活性碳。在某些实施方案中，吸附剂为bet表面积为约1,800m2/g至约2,300m2/g的活性碳。
70.为了增加在本公开的实施方案中利用的多孔载体的容量，可活化吸附剂。活化可包括使吸附剂(例如，颗粒)经受各种条件，包括但不限于环境温度、真空、惰性气体流或其任何组合，持续足够的时间以活化吸附剂。在某些实施方案中，可通过煅烧活化吸附剂。
71.在某些实施方案中，催化剂材料与吸附剂材料的重量:重量比为1:1至7:1。在某些实施方案中，重量:重量比为2:1至5:1。在某些实施方案中，重量:重量比可为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1或在它们之间定义的子范围的任何组合。在某些实施方案中，重量:重量比可为1:1至1:5。在某些实施方案中，重量:重量比可为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5或在它们之间定义的子范围的任何组合。
72.在某些实施方案中，催化剂-吸附剂材料可另外包含粘合剂。可用于本实施方案的粘结剂的实例包括但不限于勃姆石、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、乙酸锆、二氧化铈及其组合。合适的聚合物粘结剂的实例可包括但不限于：聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃共聚物、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚丁二烯共聚物、氯化橡胶、丁腈橡胶、聚氯丁二烯、乙烯-丙烯-二烯弹性体、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(乙烯基酯)、聚(乙烯基卤化物)、聚酰胺、纤维素聚合物、聚酰亚胺、丙烯酸、乙烯基丙烯酸、苯乙烯丙烯酸、聚乙烯醇、热塑性聚酯、热固性聚酯、聚(苯醚)、聚(苯硫醚)、氟化聚合物(如聚(四氟乙烯)、聚偏二氟乙烯、聚(氟乙烯))和氯/氟共聚物(如乙烯-三氟氯乙烯共聚物)、聚酰胺、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸/苯乙烯丙烯酸共聚物胶乳和有机硅聚合物。
73.在某些实施方案中，当干燥并且沉积到过滤器主体上时，粘结剂或粘结剂混合物相对于催化剂-吸附剂材料的总重量的存在量为约1wt％至约30wt％。在某些实施方案中，聚合物粘结剂的存在量为约10wt％至约30wt％、约15wt％至约30wt％、约5wt％至约25wt％、约5wt％至约20wt％、约10wt％至约20wt％，或约15wt％至约20wt％。
74.在某些实施方案中，催化剂-吸附剂材料包括分散剂。分散剂可包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的一种或多种。在某些实施方案中，分散剂为非离子丙烯酸共聚物。
75.图4为图解根据本公开的一实施方案的形成催化剂-吸附剂材料的方法400的流程图。方法400在其中形成浆料的框402处开始。浆料包含金属氧化物催化剂和吸附剂，其可通过将金属氧化物催化剂和吸附剂溶解在水溶液中而形成。
76.在某些实施方案中，浆料进一步包含氧化物粘结剂或聚合物粘结剂，如上所述。
77.在某些实施方案中，浆料另外包含分散剂。分散剂可包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的一种或多种。
78.在某些实施方案中，浆料另外包括氧化剂，其可改进氮氧化物的去除效率。氧化剂可选自硝酸、次氯酸盐、过硫酸盐、过氧化物、高锰酸盐或氯酸盐。
79.在某些实施方案中，浆料另外包括可改进浆料稳定性的碱性组分，如氢氧化物、氨或碳酸盐。在某些实施方案中，浆料的ph可在2和12之间，或在4和10之间调节。
80.在框404处，将浆料涂覆到基材例如过滤器主体上。基材可包括选自聚合泡沫、聚合纤维、非织造织物、陶瓷或纸浆产品(例如，纸)的材料。在某些实施方案中，基材包括包含聚氨酯的聚合泡沫。在某些实施方案中，基材呈蜂窝形式。在某些实施方案中，基材是金属的。
81.在框406处，将浆料干燥以在基材上形成催化剂-吸附剂材料。在某些实施方案中，在约80℃至约250℃的温度下执行干燥。在某些实施方案中，聚合物粘结剂相对于涂层的总重量的存在量为约1wt％至约30wt％。
82.应注意，方法400的框不是限制性的，并且在某些实施方案中，可执行它们各自方法的框中的一些或全部。在某些实施方案中，一个或多个框可基本上同时执行。一些框可被完全省略或重复。
83.说明性实施例
84.阐述以下实施例以帮助理解本公开，并且以下实施例当然不应被解释为特定地限制本文描述和要求保护的实施方案。将在本领域的技术人员的范围内的包含替换现在已知或以后开发的所有等效物的实施方案的此类变化和调配物的改变或实验设计的微小改变都被视为落入并入本文的实施方案的范围内。
85.以下实施例通过将所述组合物的载体涂层施加到具有400cpsi的孔密度的陶瓷蜂窝基材上而制备，其量为每in3基材体积约2g催化剂-吸附剂。
86.在120℃下对戊酸吸附一小时评价了尺寸为约1英寸直径
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0.85英寸长度的催化剂-吸附剂涂覆的蜂窝芯，然后将催化剂加热至约250℃。在评估期间，在催化剂-吸附剂入口处戊酸的浓度为约8至9ppm，其流动使得体积时空速(vhsv)为约100,000/小时。主要通过在120℃吸附的去除效率报告为在一小时内从气流中去除的戊酸量除以在同一时间段内到催化剂-吸附剂入口的戊酸总质量流量。随后将催化剂-吸附剂加热至约250℃，然后冷却以建立稳态，以测定约200℃和150℃下戊酸的去除效率。
87.实施例1
88.基于组合物的总重量，本实施例的催化剂-吸附剂载体涂层的组成为pt(2.5％)、pd(7.1％)、mno2(4.7％)、sio2(3.1％)和al2o3(80.6％)。载体涂层组合物的余量是氧化铝溶胶粘结剂材料。
89.通过将由浸渍有pd前体溶液并煅烧至500℃的mn/sio2/al2o3载体材料组成的催化剂-吸附剂粉末和浸渍有pt前体溶液的al2o3载体材料组合形成水性浆料来制备具有载体涂层的整料。将浆料以约2.0g/in3的负载量涂布在整体基材上并煅烧至500℃。
90.该实施例显示在120℃下1小时后具有73.1％的平均戊酸去除效率。在150℃下的稳态戊酸去除效率在200℃下分别为52.6％和90.4％。
91.实施例2
92.本实施例的催化剂-吸附剂载体涂层具有pt(1.5％)、pd(4.3％)、mno2(42.8％)、sio2(1.9％)和al2o3(48.4％)的组成。载体涂层组合物的余量是氧化铝溶胶粘结剂材料。
93.通过将由浸渍有pd前体溶液的mn/sio2/al2o3载体材料组成的催化剂-吸附剂粉末和浸渍有pt前体溶液的al2o3载体材料(每种都已经煅烧至500℃)组合，首先形成水性浆料来制备具有载体涂层的整料。接下来，将氧化锰粉末添加到该浆料中，使得总固体的40％是额外的氧化锰粉末。将最终浆料以约2.0g/in3的负载量涂布在整体基材上并煅烧至300℃。
94.该实施例显示在120℃下1小时后具有80.3％的平均戊酸去除效率。在150℃下的稳态戊酸去除效率在200℃下分别为66.5％和91.8％。
95.实施例3
96.本实施例的催化剂-吸附剂载体涂层具有pt(1.9％)和mno2(93.2％)的组成。载体涂层组合物的余量是粘结剂材料。
97.通过用pt前体溶液浸渍氧化锰粉末并与氧化铝溶胶粘结剂和水混合形成浆料来制备具有载体涂层的整料。将浆料以约2.0g/in3的负载量涂布在整体基材上并煅烧至300℃。
98.该实施例显示在120℃下1小时后具有81.3％的平均戊酸去除效率。在150℃下的稳态戊酸去除效率在200℃下分别为75.6％和93.2％。
99.实施例4
100.本实施例的催化剂-吸附剂载体涂层具有k(5％)和mno2(90.3％)的组成。载体涂层组合物的余量是粘结剂材料。
101.通过用koh浸渍氧化锰粉末并煅烧至300℃并与硅溶胶粘结剂和水混合形成浆料，制备具有载体涂层的整料。将浆料以约2.0g/in3的负载量涂布在整体基材上并煅烧至300℃。
102.该实施例显示在120℃下1小时后具有76.4％的平均戊酸去除效率。在150℃下的稳态戊酸去除效率在200℃下分别为79.7％和91.6％。
103.实施例5
104.该实施例的催化剂-吸附剂载体涂层具有pt(1.5％)、mno2(74.6％)和β-沸石(20％)的组成。载体涂层组合物的余量是粘结剂材料。
105.通过用pt前体溶液浸渍氧化锰粉末并与氧化铝溶胶粘结剂和占总固体20％的量的β-沸石粉末混合形成浆料来制备具有载体涂层的整料。将浆料以约2.0g/in3的负载量涂布在整体基材上并煅烧至300℃。
106.该实施例显示在120℃下1小时后具有69.0％的平均戊酸去除效率。在150℃下的稳态戊酸去除效率在200℃下分别为59.6％和92.3％。
107.实施例6
108.本实施例的催化剂-吸附剂载体涂层具有pt(1.0％)、al2o3(47％)、k(2.4％)和mno2(44.7％)的组成。载体涂层组合物的余量是氧化铝溶胶粘结剂材料。
109.通过将由浸渍有pt前体溶液、煅烧至500℃的al2o3载体材料组成的催化剂-吸附剂粉末和浸渍有koh、煅烧至300℃的氧化锰组合形成水性浆料来制备具有载体涂层的整料。将k改性的氧化锰粉末添加到该浆料中，使得总固体的40％是k/mno2粉末。将最终浆料以约2.0g/in3的负载量涂布在整体基材上并煅烧至300℃。
110.该实施例显示在120℃下1小时后具有72.0％的平均戊酸去除效率。在150℃下的稳态戊酸去除效率在200℃下分别为65.2％和91.2％。
111.实施例7
112.通过将浸渍有pd前体溶液的mn/sio2/al2o3载体材料的催化剂-吸附剂粉末和浸渍有pt前体溶液的al2o3载体材料(每种都已经煅烧至500℃)组合，首先形成水性浆料来制备具有载体涂层的整料。接下来，将氧化锰粉末添加到该浆料中，使得该浆料的总固体的20％是额外的氧化锰粉末。最后，将沸石粉末以等于最终浆料固体的20％固体的量添加到先前制备的浆料中。将该最终浆料以约2.5g/in3的负载量涂布在整体基材上并煅烧至300℃。
113.该实施例显示在120℃下1小时后具有83.8％的平均戊酸去除效率。在150℃下的稳态戊酸去除效率在200℃下分别为70.6％和91.5％。
114.在前面的描述中，阐述了许多如具体的材料、尺寸、过程参数等的具体细节，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。在一个或多个实施方案中，特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式组合。如本文所用的词语“实例”或“例示性”是指用作实例、例子或说明。本文中描述为“实例”或“例示性”的任何方面或设计并不一定被解释为优于或胜于其它方面或设计。实际上，使用词语“示例”或“示例性”旨在以具体方式呈现概念。如本技术中所用，术语“或”旨在表示包容性“或”而不是排他的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文显而易见，“x包括a或b”旨在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果x包括a，x包括b或x包括a和b两者，那么“x包括a或b”在上述任何情况下都满足。另外，除非本文中另外指示或明显与上下文相矛盾，否则在描述本文中所述的材料和方法的上下文中(尤其在以下权利要求书的上下文中)使用术语“一种(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”以及类似指示物应被解释为涵盖单数和复数。
115.除非本文中另外指明，否则对本文中值范围的叙述仅旨在用作单独地提及落入所述范围的每个单独值的速记方法，并且每个单独值结合到本说明书中，如同在本文中单独地叙述一样。除非本文中另外指明或明显与上下文相矛盾，否则本文所述的所有方法均可以以任何合适的顺序执行。
116.整个说明书中提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”、“实施方案”或“一些实施方案”意味着结合实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包含于本公开的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各处出现的短语，如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”并不一定指代本公开的相同的实施方案。此外，在一个或多个实施方案中，特定特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式组合。
117.应理解，以上描述旨在为说明性的而非限制性的。在阅读和理解以上描述之后，许多其它实施方案对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，应参考所附权利要求书以及此类权利要求书所赋予的等效物的全部范围来确定本公开的范围。本文所提供的任何和所有实例或示例性语言(例如“如”)的使用仅旨在更好地说明材料和方法，并且除非另外要求，否则并不对范围造成限制。本说明书中的语言不应解释为指示任何未要求的元件是本公开的材料和方法的实践所必需的。
118.尽管已经参考特定实施方案描述本文公开的实施方案，但应理解，这些实施方案仅是说明本公开的原理和应用。对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开的方法和设备进行各种修改和变化。因此，希望本公开包含在所附权利要求书以及其等效物的范围内的修改和变化，并且出于说明而非限制的目
的呈现上述实施方案。