(57)【要約】  本発明は、第１の複数のコア／シェル触媒金属繊維および任意の第２の複数の補強繊維を含む繊維の織られているまたは不織の混合物を含む金属繊維フェルトであって、前記触媒金属繊維は、第１の金属を含むコア、および触媒金属を含むシェルを含み、前記触媒金属は、貴金属、卑金属またはそれらの組み合わせであり、補強繊維の平均直径は、存在する場合、触媒金属繊維の平均直径より大きい、金属繊維フェルトを提供する。金属繊維フェルトは、内燃機関および他の環境および／または化学的触媒プロセスからの排気ガス流中の汚染物質の緩和に使用される触媒物品において有用である。
2020513306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複数のコア／シェル触媒金属繊維を含むしわ付きフェルトの形態の織られたまたは不織の繊維の混合物を含む金属繊維フェルトであって、前記触媒金属繊維は、第１の金属を含むコア、および触媒金属を含むシェルを含み、前記触媒金属は、貴金属、卑金属またはそれらの組み合わせである、金属繊維フェルト。
【請求項２】
前記繊維の混合物が第２の複数の補強繊維をさらに含み、前記補強繊維の平均直径は、前記触媒金属繊維の平均直径より大きい、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項３】
前記触媒金属繊維の平均直径が約１０ミクロン以下であり、前記補強繊維の平均直径が約１５ミクロン以上である、請求項２に記載の金属繊維フェルト。
【請求項４】
前記触媒金属繊維の平均直径が約５ミクロン以下であり、前記補強繊維の平均直径が約２０ミクロン以上である、請求項３に記載の金属繊維フェルト。
【請求項５】
前記補強繊維が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、および鉄／クロム合金からなる群から選択される金属を含む、請求項２に記載の金属繊維フェルト。
【請求項６】
前記第１の金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、および貴金属からなる群から選択される、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項７】
前記触媒繊維のシェルが約１００ｎｍ以下の平均厚さを有する、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項８】
前記触媒繊維のシェルが卑金属および貴金属を含む、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項９】
前記卑金属が、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、ＷおよびＡｌからなる群から選択される、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項１０】
前記複数の触媒金属繊維が、第１の貴金属または卑金属を含むシェルを有する繊維の第１の群、および第２の貴金属または卑金属を含むシェルを有する繊維の第２の群を含む、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項１１】
前記第１の貴金属がＲｈであり、前記第２の貴金属がＰｄである、請求項１０に記載の金属繊維フェルト。
【請求項１２】
前記貴金属が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈおよびその混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項１３】
約２０％〜約９５％の空隙容積を有する、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項１４】
前記繊維の混合物によって担持された触媒および／または吸着剤コーティングをさらに含む、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項１５】
追加の触媒コーティングまたは吸着剤コーティングを実質的に含まない、請求項１に記載の金属繊維フェルト。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の金属繊維フェルトの複数の層を含む三次元マトリックスを含む、触媒物品。
【請求項１７】
前記三次元マトリックスが、前記金属繊維フェルトの複数のしわ付き層を、その間の平らな金属層と共に含む、請求項１６に記載の触媒物品。
【請求項１８】
前記金属繊維フェルト層または前記平らな金属層の少なくとも１つが、触媒コーティングまたは吸着剤コーティングを担持している、請求項１７に記載の触媒物品。
【請求項１９】
前記平らな金属層も前記金属繊維フェルトで形成されているか、または前記平らな金属層が金属箔で形成されているかのいずれかである、請求項１７に記載の触媒物品。
【請求項２０】
ジャケットをさらに含み、前記ジャケットは前記三次元マトリックスをその中に包んでいる、請求項１６に記載の触媒物品。
【請求項２１】
平方インチ当たりのセル（ｃｐｓｉ）が約６０〜約９００ｃｐｓｉのセル密度を有する、請求項１６に記載の触媒物品。
【請求項２２】
フロースルー物品またはウォールフローフィルターの形態の、請求項１６に記載の触媒物品。
【請求項２３】
前記三次元マトリックスを加熱するために作動的に配置された加熱エレメント、または、前記触媒物品の少なくとも１つのコンポーネントに電気接続され、前記触媒物品の抵抗加熱のための電流を送達すように適合させた電気端子をさらに含む、請求項１６に記載の触媒物品。
【請求項２４】
内燃機関の下流にあり、かつ前記内燃機関と流体連通状態である、請求項１６に記載の触媒物品を含む排気ガス処理システム。
【請求項２５】
前記触媒物品が、ディーゼル酸化触媒、選択的還元触媒、希薄ＮＯｘトラップ、三元触媒およびアンモニア酸化触媒からなる群から選択される、請求項２４に記載の排気ガス処理システム。
【請求項２６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の金属繊維フェルトに排気流を通すことを含む、排気ガス流を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの排気ガスの処理に、化学品生産プロセスにおける利用に、または、他のガスもしくは液体廃棄物流の処理に有用な触媒物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼エンジン、例えばディーゼルエンジンは、燃料の希薄な条件下の高い空燃比で運転することによって優れた燃費を使用者に提供する。しかし、ディーゼルエンジンは粒子物質（ＰＭ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を含有する排気ガスの排出をもたらす。ここで、ＮＯｘは、とりわけ一酸化窒素および二酸化窒素を含めた、窒素酸化物の様々な化学種を表す。排気粒子物質の２種の主な成分は、可溶性有機分画（ＳＯＦ）およびすす分画である。ＳＯＦは層中のすすにおいて凝縮し、一般に未燃焼ディーゼル燃料および潤滑油に由来する。ＳＯＦは、排気ガスの温度に応じて、蒸気またはエアゾール（すなわち液体凝縮物の微細な小滴）としてディーゼル排気中に存在し得る。すすは、主に炭素の粒子で構成される。
【０００３】
アルミナなどの高融点金属酸化物支持体に分散した白金族金属（ＰＧＭ）などの貴金属を含む酸化触媒は、炭化水素および一酸化炭素ガス状汚染物質の両方を、二酸化炭素および水に汚染物質の酸化を触媒することによって転化するためにディーゼルエンジンの排気を処理することに使用されることで知られている。そのような触媒は、一般にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と呼ばれる設備に含まれており、排気が大気に放出される前にそれを処理するよう、ディーゼル動力系統からの排気流動経路中に配置されている。通常、そのようなディーゼル酸化触媒は、１種または複数の触媒コーティング組成物が堆積されるセラミックまたは金属基材上に形成される。ガス状ＨＣおよびＣＯの排出ならびに粒子物質（ＳＯＦ部分）の転化に加えて、ＰＧＭを含む酸化触媒は、ＮＯ２へのＮＯの酸化を促進する。触媒は一般に、着火温度、またはＴ５０とも呼ばれる５０％の転化が得られる温度によって規定される。
【０００４】
白金（Ｐｔ）はやはり、硫黄の存在下では、ＤＯＣ中でＣＯおよびＨＣを酸化する最も効果的な白金族金属である。希薄条件下で高温熟成した後、Ｐｄが高温での焼結に対してＰｔを安定化するので、Ｐｔ系ＤＯＣにＰｄを加えることに、利点があり得る。パラジウム（Ｐｄ）系触媒を使用する主な利点の１つは、Ｐｔと比較して、Ｐｄの低いコストである。しかしながら、Ｐｔを伴わないＰｄ系ＤＯＣは、特にＨＣ貯蔵材料と共に使用されると、高いＣＯおよびＨＣ酸化の着火温度を通常示し、その結果、可能性としてＨＣおよび／またはＣＯ着火の遅れを引き起こす可能性がある。この理由のために、負の相互作用を極小化しながら正の相互作用を極大化する触媒を設計するように注意しなければならない。
【０００５】
内燃機関の排気を処理するのに使用される触媒は、エンジン作動の最初の低温始動期間などの、比較的低温で作動している期間でそれほど効果的でないが、それは、排気中の有害な成分の効果的な触媒転化が生じるためにはエンジン排気が十分に高温でないからである。この目的のために、通常、炭化水素であるガス状汚染物質を吸着し、初期の低温始動期間の間にそれを保持するための触媒処理システムの一部としてゼオライトであってもよい吸着剤物質を含むことが当業界で公知である。排気ガス温度が上昇するにつれて、吸着された炭化水素は吸着剤から追いやられ、より高い温度で触媒処理にかけられる。
【０００６】
ガソリンの直接噴射および部分的な希薄燃焼エンジンなどの希薄燃焼エンジンならびにディーゼルエンジンからの排気からＮＯｘを低減する１つの効果的な方法は、希薄燃焼エンジンを運転する条件下でのＮＯｘのトラッピングおよび貯蔵、ならびに化学量論的もしくは富化エンジン運転条件下での、または富化条件を誘発するために排気中に噴射された外部燃料を含む希薄エンジンの運転下での、トラップされたＮＯｘの低減を必要とする。希薄運転周期は一般に、１分〜２０分の間にあり、富化運転周期は、可能な限り燃料を保持するために一般に短い（１〜１０秒）。ＮＯｘ転化効率を高めるために、短く頻繁な再生は、長いが頻繁でない再生より有利である。したがって、希薄ＮＯｘトラップ触媒は、一般にＮＯｘをトラップする機能および三元転化機能を提供しなければならない。
【０００７】
幾つかの希薄ＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）系はアルカリ土類を含んでいる。例えば、ＮＯｘ吸着剤成分は、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａの酸化物などのアルカリ土類金属酸化物を含む。他の希薄ＬＮＴシステムは、Ｃｅ、Ｌａ、ＰｒまたはＮｄの酸化物などの希土類金属酸化物を含むことができる。ＮＯｘ吸着剤は、触媒ＮＯｘ酸化および還元のためのアルミナ支持体に分散した白金などの白金族金属触媒と組み合わせて使用することができる。ＬＮＴ触媒は、循環する希薄（トラップモード）、および富化（再生モード）排気の条件下に作動し、その間にエンジンから出たＮＯはＮ２に転化される。
【０００８】
希薄燃焼エンジンの排気からＮＯｘを低減する別の効果的な方法は、選択接触還元（ＳＣＲ）触媒の存在下にアンモニアまたは炭化水素などの適切な還元剤を用いる希薄燃焼エンジンを運転する条件下でのＮＯｘの反応を必要とする。適切なＳＣＲ触媒は、金属含有ゼオライトなどの金属含有モレキュラーシーブを含む。有用なＳＣＲ触媒コンポーネントは、６００℃未満の温度でＮＯｘ排気成分の還元を効果的に触媒することができ、その結果、低い排気温度を通常伴う低負荷の条件下でさえ、低減したＮＯｘ水準が達成される。
【０００９】
これらの観察は、より厳しくなる排出規制と共に、低いエンジン排気温度でＣＯ、ＨＣおよびＮＯ排出を管理する、ＣＯ、ＨＣおよびＮＯ酸化能力が改善された排出ガス処理システムを開発する必要性を推進きた。さらに、ＮＯｘ（ＮＯおよびＮＯ２）排出の窒素への還元のための排出ガス処理システムの開発は、ますます重要になっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、および貴金属からなる群から選択されるものなどの第１の金属を含むコア、ならびに貴金属からなる群から選択されるものなどの触媒金属を含むシェルを含む触媒金属繊維を記載する。また、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、および貴金属からなる群から選択される第１の金属を含むコア、ならびに例えば貴金属からなる群から選択される触媒金属を含むシェルを含む触媒金属繊維を含む、金属繊維フェルトが開示される。
【００１１】
また、本明細書において開示される金属繊維フェルトを含む触媒物品が開示される。また、本明細書において開示される触媒物品を含む排気ガス処理システム、および、本明細書において記載される物品またはシステムに排気流を通すことを含む排気ガス流を処理する方法が開示される。また、本明細書において開示される金属繊維フェルトを含む触媒物品を含む、生産および／または環境保全の化学プロセスのための触媒システムが開示される。またさらに、本開示は、本明細書において記載される物品またはシステムに液体またはガス状の流れを通すことを含む、生産および／または環境保全の化学プロセスのための方法に関する。
【００１２】
本開示は、以下の実施形態を含むがこれらに限定されない。
【００１３】
実施形態１：第１の複数のコア／シェル触媒金属繊維を含むしわ付きフェルト（波形フェルト）の形態の織られたまたは不織の繊維の混合物を含む金属繊維フェルトであって、前記触媒金属繊維は、第１の金属を含むコア、および触媒金属を含むシェルを含み、前記触媒金属は、貴金属、卑金属またはそれらの組み合わせである、金属繊維フェルト。
【００１４】
実施形態２：前記繊維の混合物が第２の複数の補強繊維をさらに含み、前記補強繊維の平均直径は、前記触媒金属繊維の平均直径より大きい、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００１５】
実施形態３：前記触媒金属繊維の平均直径が約１０ミクロン以下であり、前記補強繊維の平均直径が約１５ミクロン以上である、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００１６】
実施形態４：前記触媒金属繊維の平均直径が約５ミクロン以下であり、前記補強繊維の平均直径が約２０ミクロン以上である、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００１７】
実施形態５：前記第１の金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、および貴金属からなる群から選択される、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００１８】
実施形態６：前記補強繊維が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、および鉄／クロム合金からなる群から選択される金属を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００１９】
実施形態７：前記触媒繊維のシェルが約１００ｎｍ以下の平均厚さを有する、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２０】
実施形態８：前記触媒繊維のシェルが卑金属および貴金属を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２１】
実施形態９：前記卑金属が、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、ＷおよびＡｌからなる群から選択される、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２２】
実施形態１０：前記複数の触媒金属繊維が、第１の貴金属を含むシェルを有する繊維の第１の群、および第２の貴金属を含むシェルを有する繊維の第２の群を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２３】
実施形態１１：前記第１の貴金属がＲｈであり、前記第２の貴金属がＰｄである、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２４】
実施形態１２：前記貴金属が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈおよびその混合物からなる群から選択される、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２５】
実施形態１３：約２０％〜約９５％の空隙容積を有する、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２６】
実施形態１４：前記繊維の混合物によって担持された触媒および／または吸着剤コーティングをさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２７】
実施形態１５：追加の触媒コーティングまたは吸着剤コーティングを実質的に含まない、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト。
【００２８】
実施形態１６：先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルトの複数の層を含む三次元マトリックスを含む、触媒物品。
【００２９】
実施形態１７：前記三次元マトリックスが、金属繊維フェルトの複数のしわ付き層（波形層）を、その間の平らな金属層と共に含む、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【００３０】
実施形態１８：前記金属繊維フェルト層または前記平らな金属層の少なくとも１つが、触媒コーティングまたは吸着剤コーティングを担持している、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【００３１】
実施形態１９：前記平らな金属層も前記金属繊維フェルトで形成されているか、または前記平らな金属層は金属箔で形成されているかのいずれかである、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【００３２】
実施形態２０：ジャケットをさらに含み、前記ジャケットは前記三次元マトリックスをその中に包んでいる、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【００３３】
実施形態２１：平方インチ当たりのセル（ｃｐｓｉ）が約６０〜約９００ｃｐｓｉのセル密度を有する、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【００３４】
実施形態２２：フロースルー物品またはウォールフローフィルターの形態の、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【００３５】
実施形態２３：前記三次元マトリックスを加熱するために作動的に配置された加熱エレメント、または、前記触媒物品の少なくとも１つのコンポーネントに電気接続され、前記触媒物品の抵抗加熱のための電流を送達するように適合させた電気端子をさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【００３６】
実施形態２４：内燃機関の下流にあり、かつ前記内燃機関と流体連通状態である、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品を含む排気ガス処理システム。
【００３７】
実施形態２５：前記触媒物品が、ディーゼル酸化触媒、選択的還元触媒、希薄ＮＯｘトラップ、三元触媒およびアンモニア酸化触媒からなる群から選択される、先の実施形態のいずれかに記載の排気ガス処理システム。
【００３８】
実施形態２６：先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルトに排気流を通すことを含む、排気ガス流を処理する方法。
【００３９】
本開示のこれらおよび他の特色、態様ならびに利点は、下記に簡単に説明する添付の図面と共に以下の詳細な説明を読めば明白になるであろう。本開示は、本開示において述べられる、または任意の１つまたは複数の請求項において記述される、特色または要素の２、３、４以上の任意の組み合わせを含み、これは、そのような特色または要素が、本明細書において特定の実施形態の記載または請求項において明白に組み合わせられているか、そうでなければ述べられているかどうかにかかわらない。本開示は、本開示の任意の分離可能な特色または要素が、その様々な態様および実施形態のいずれにおいても、本開示の文脈が明確に他に規定しない限り、結合可能であることが意図されると見なされるべきであるように、全体論的に読み取られることを意図する。
【００４０】
本発明の実施形態の理解を得るために、添付図面が参照されるが、これは必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、また参照番号は、本発明の例示の実施形態の構成要素を指す。図面は単なる例示であり、本発明を限定するものと解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による触媒金属繊維の断面図である。
【図２ａ】本発明の１つの実施形態による触媒物品の透視図である。
【図２ｂ】図２ａの触媒物品の一部の拡大図である。
【図２ｃ】図２ａの触媒物品の一部の拡大図である。
【図３】図３ａ〜ｄは、本発明のしわ付き金属繊維フェルトの例示の断面形状を図示する。
【図４】本発明の１つの実施形態による電気加熱される触媒物品を図示する。
【図５】本発明の金属繊維フェルトを含む、例示の排出処理システムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
用語「排気流」または「排気ガス流」は、固体または液体粒子物質を含んでいてもよい流れるガスの任意の組み合わせを指す。流れは、特定の非ガス状成分、例えば液体小滴、固体微粒子などを含んでいてもよいガス状成分を含む。内燃機関の排気流は、一般に、燃焼生成物、不完全燃焼の生成物、窒素酸化物、燃焼性および／または炭素質粒子物質（すす）ならびに未反応の酸素および／または窒素をさらに含む。
【００４３】
用語「工場廃水」は、使用された、溶解または懸濁した廃物を含んでいる水を指す。
【００４４】
用語「化学プロセス」は、化学プラントまたは化学工業において使用されるのと類似するかそれに関連する技術を普通使用して、化学品（複数可）または物質（複数可）の組成を変化させる生産においてまたは工業規模で、使用されるように意図する方法を指す。
【００４５】
用語「触媒物品」は、所望の反応を促進するために使用されるエレメントを指す。
【００４６】
用語「機能性物品」は、所望の反応を促進するためおよび／または吸着剤機能を与えるために使用される；すなわち、１種または複数の触媒および／または吸着剤組成物を含有するエレメントを指す。
【００４７】
用語「本質的に同一」とは、例えば±６％、±５％、±４％、±３％、±２％、±１％、±０．５％、±０．４％、±０．３％、±０．２％、±０．１％または±０．０５％の許容範囲内を意味する。
【００４８】
本明細書において冠詞「ａ」および「ａｎ」は、その冠詞の文法上の対象が１つまたは複数（すなわち少なくとも１）であることを意味する。本明細書において引用されるいかなる範囲も両端を含む。全体を通して使用される用語「約」は、小さな変動を記載し説明するために使用される。例えば、「約」は、その数値が、±５％、±４％、±３％、±２％、±１％、±０．５％、±０．４％、±０．３％、±０．２％、±０．１％または±０．０５％修正されてもよいということを意味し得る。数値はすべて、明示的に示されていようとなかろうと、用語「約」によって修正される。用語「約」によって修正される数値は、特異的な特定値を含む。例えば「約５．０」は５．０を含む。
【００４９】
「貴金属成分」は、貴金属または酸化物などのそれらの化合物を指す。貴金属は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金および金である。
【００５０】
「白金族金属成分」は白金族金属またはそれらの化合物、例えば酸化物を指す。白金族金属はルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金である。
【００５１】
貴金属成分および白金族金属成分はまた、そのか焼または使用で、分解するか、または触媒活性型に、普通は金属または金属酸化物に転化する、任意の化合物、錯体などを指す。
【００５２】
触媒金属繊維
コア／シェルまたはクラッド構造を有する本発明の触媒金属繊維は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｂｅｖｋの米国特許出願公開第２０１５／０１１８５９９号に開示されている方法によって製造されてもよい。例えば、コアおよびシェル（クラッド法）を含む最初の複合繊維は、より小さな断片へ切断されるか、またはまず機械的に縮小され、次いでより小さな断片へ切断される。より小さな断片は金属マトリックスに挿入され、全体構造は一連の縮小工程で機械的にさらに縮小されてもよい。所望のフィラメントサイズが得られるまで、そのプロセスが繰り返されてもよい。次いでマトリックスは、個々のクラッドフィラメントを曝露して化学的に除去されてもよい。
【００５３】
最初の複合繊維は、シェル材料の管にコア材料のロッドを挿入することにより形成されてもよいが、または、代替として、コア材料のロッドはシェル材料の箔層で包まれてもよい。機械式縮小は、スウェージング、延伸、押出およびローリングなどを含む。
【００５４】
本発明の触媒活性なクラッド金属繊維は、平均で約１μｍ、約２μｍ、または約３μｍ〜約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍまたは約１０μｍのコア直径を有していてもよい。他の実施形態において、コアは、約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、または、約６０μｍ〜約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍまたは約１５０μｍの平均直径を有していてもよい。シェル厚さがナノ規模であるので、これらのコア直径範囲はまた、完成したクラッド繊維またはクラッドフィラメントの平均直径を表わす。本発明の触媒活性なクラッド金属繊維は、直径が小さいので、幾何学的に外側の表面積は大きく、したがって排気ガスを接触させる触媒表面積が大きい。
【００５５】
繊維のコアに使用される金属は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、および貴金属からなる群から選択することができる。シェル（クラッド法）は、有利にはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒおよびそれらの合金からなる群から選択される触媒活性な金属成分を含む。例えば、シェルはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈまたはそれらの合金を含む。シェルは単一の施されたクラッド層を含んでもよい。代替として、シェルは、異なる金属、例えばＰｔの層を覆うＰｄの層またはＰｄの層を覆うＰｔの層を含んでもよい複数の施された層を含んでもよい。他の可能性のある組み合わせは、Ｐｄの層を覆うＲｈの層、Ｒｈの層を覆うＰｄの層、Ｐｄの層を覆うＡｕの層、Ａｕの層を覆うＰｄの層、Ｒｈの層を覆うＰｔの層、Ｐｔの層を覆うＲｈの層などを含むがこれらに限定されない。多層は１を超える、例えば２、３または４層を含む。
【００５６】
本発明の触媒活性なクラッド金属繊維には、平均で、例えば、約１ｎｍ、約２ｎｍまたは約３ｎｍ〜約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍまたは約１０ｎｍ厚のシェル（クラッド法）厚さがあってもよい。他の実施形態において、シェルには約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍまたは、約４０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍまたは約１００ｎｍの平均厚さがあってもよい。シェルは一続きで、全体コアをカバーしてもよい。本発明の幾つかの実施形態において、シェルまたはクラッドは一続きでなく、すべての場所のコアをカバーしない。平均厚さは繊維全体にわたるものである。例えば２０ｎｍ以上のより大きなクラッド厚さは、例えば、クラッドがＡｇまたはＲｕを含んでいる場合、適切である。
【００５７】
貴金属（および／または下記のような卑金属）を含むシェル（クラッド法）の質量パーセントは、クラッド金属繊維の合計質量に対して約０．０１％〜約２．０％であってもよい。例えば、シェルは、クラッド金属繊維の合計質量に対して約０．０２質量％、約０．０４質量％、約０．０６質量％、約０．０８質量％または約０．１質量％〜約０．１４質量％、約０．１８質量％、約０．２２質量％、約０．２５質量％、約０．３５質量％、約０．４２質量％、約０．４６質量％、約０．５０質量％、約０．５５質量％、約０．６５質量％、約０．７５質量％、約１．０質量％、約１．２５質量％、約１．５質量％、約１．７５質量％または約２．０質量％であってもよい。
【００５８】
本発明の他の実施形態において、クラッドはまた卑金属成分を含んでもよく、これを唯一の触媒活性金属として使用することができるが、または、貴金属と組み合わせて使用することができる。卑金属は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｗおよびアルミニウムを含んでよいがこれらに限定されない。幾つかの実施形態において、卑金属成分はクラッドフィラメントの製作中に貴金属と共に含まれていてもよいが、または、それは、クラッドフィラメントが曝露される正常運転条件下で自然に貴金属と組み合わせてもよい（合金）。特に、フィラメントのコアからの卑金属は、クラッドフィラメントの高温曝露中に貴金属クラッドに移動（合金形成）する場合がある。例えば、ＮｉコアおよびＰｔシェルを含むフィラメントは、高温曝露後、ＮｉコアおよびＰｔＮｉシェルを含むフィラメントに転換し得る。コアの組成、シェルの組成および高温曝露の条件（例えば温度、時間および周囲の環境）に応じて、無限の数の合金構造および組成が可能である。
【００５９】
また、貴金属および卑金属の両方を含む複数のクラッド層、例えば、Ｐｔの層を覆うＣｕの層、Ｃｕの層を覆うＰｔの層、Ｐｄの層を覆うＣｕの層、Ｃｕの層を覆うＰｄの層、Ｐｔの層を覆うＮｉの層、Ｎｉの層を覆うＰｔの層、Ｐｔの層を覆うＦｅの層、Ｎｉの層を覆うＰｔの層などが、本発明の範囲内に含まれる。３、４または５層などの２層以上のクラッド層もまた可能である。
【００６０】
本発明において利用される触媒金属繊維１０の例示の断面図は、図１に説明され、第１のクラッド層１４および任意の第２のクラッド層１６に取り囲まれた金属コア１２を示す。
【００６１】
金属繊維フェルト
本発明の一実施形態において、クラッドフィラメントは、非触媒の補強構造繊維と一緒に金属繊維フェルトに組み込まれてもよい。これらの構造補強繊維またはフィラメントは、直径が、平均で、例えば約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍまたは約１０μｍ〜約１１μｍ、約１２μｍ、約１３μｍ、約１４μｍ、約１５μｍ、約１６μｍ、約１７μｍ、約１８μｍ、約１９μｍ、約２０μｍ、約２１μｍ、約２２μｍ、約２３μｍ、約２４μｍ、約２５μｍ、約３０μｍ、約３５μｍ、約４０μｍ、約４５μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍまたは約１５０μｍである。一実施形態において、補強繊維は、直径が平均して触媒繊維より大きい。金属繊維フェルトの補強構造繊維は、本質的に同じ平均直径を有し、一様であってもよいが、または代替として、様々な大きさ、長さおよび形状の範囲を有していてもよい。
【００６２】
金属繊維フェルトの構造補強フィラメントの金属は、元素金属または金属合金、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、ＮｉＣｒ合金、ステンレス鋼もしくはＦｅＣｒ合金である。重要な要件は、その物理的な一体性を維持しつつ金属フェルトの製作を可能にするために十分な安定性を、金属または合金が有しているということである。また、補強フィラメントの組成も、フィラメントが使用される環境に依存する。例えば、アルミニウムおよび銅は、特に５００−６００℃未満などの低温での使用に適合しているが、高温および酸化耐性を有する、ＦｅＣｒおよびＮｉＣｒの合金などの他の金属および合金は、より高温度での使用に、より適切である。
【００６３】
適切で市販のステンレス鋼金属合金はＨａｙｎｅｓ  ２１４合金と特定される。この合金および他の有用なニッケルを含む合金は、参照により本明細書に組み込まれる、例えばＨｅｒｃｈｅｎｒｏｅｄｅｒらの米国特許第４，６７１，９３１号に記載されている。これらの合金は、酸化および高温への高い耐性で特徴付けられる。特異的な例は、質量で約７５質量％ニッケル、約１６質量％クロム、約４．５質量％アルミニウム、約３質量％鉄、任意にイットリウム以外の１種または複数の微量の希土類金属、約０．０５質量％炭素、および製鋼時の不純物を含んでいる。Ｈａｙｎｅｓ  ２３０合金もまた本明細書において有用であり、質量で約２２質量％クロム、約１４質量％タングステン、約２質量％モリブデン、約０．１０質量％炭素、微量のランタン、残部ニッケルを含有する組成を有する。
【００６４】
適切な合金はまた、実質的に鉄であるかまたは主要な成分が鉄であるもの、例えばＦｅＣｒ合金およびフェライト系ステンレス鋼を含む。ＦｅＣｒ合金は、ニッケル、クロムおよびアルミニウムを含んでいてもよく、これらの金属の合計は、有利には少なくとも合金の約１５質量％（質量パーセント）、例えば約１０〜約２５質量％のクロム、約１〜約８質量％のアルミニウムおよび、０〜約２０質量％のニッケル、残部鉄を含んでもよい。ＦｅＣｒ合金はＦｅＣｒＡｌ合金を含み、それは例えば約１０〜約２５質量％のクロム、約３〜約８質量％のアルミニウム、任意の微量の希土類金属および／または別の遷移金属および残部鉄を含んでいる。適切なＦｅＣｒＡｌ合金はＦｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）、質量でＦｅ７２．８／Ｃｒ２２／Ａｌ５／Ｙ０．１／Ｚｒ０．１の合金である。
【００６５】
参照により本明細書に組み込まれる、Ａｇｇｅｎらの米国特許第４，４１４，０２３号に記載されているものなどの「フェライト系」ステンレス鋼もまた適切である。適切なフェライト系ステンレス鋼合金の例は、約２０質量％クロム、約５質量％アルミニウム、セリウム、ランタン、ネオジム、イットリウムおよびプラセオジム、または２種以上のそのような希土類金属の混合物から選択される、約０．００２質量％〜約０．０５質量％の少なくとも１種の希土類金属、残部鉄および微量の製鋼時の不純物を含んでいる。
【００６６】
フェライト系ステンレス鋼およびＨａｙｎｅｓ合金２１４および２３０は、すべてステンレス鋼であると考えられ、本発明において有用な高温抵抗性、酸化耐性（または腐食耐性）の金属合金の例である。
【００６７】
アルミニウム合金は、例えば銅、亜鉛、マグネシウム、マンガン、シリコンまたはスズの１つまたは複数を含んでいてもよい。銅合金は、例えば亜鉛、スズ、アルミニウム、シリコン、ニッケル、鉄またはマンガンの１つまたは複数を含んでいてもよい。
【００６８】
本発明で使用される適切な金属合金は、例えば、長期間にわたって「高い」温度、例えば約５００℃〜約１２００℃（約９３２°Ｆ〜約２０１２°Ｆ）に耐えることができることが必要である。他の高温抵抗性、耐酸化性の金属合金は公知であり適切であり得る。
【００６９】
コア／シェル触媒繊維のコアの金属と、補強フィラメントの金属は、同じでも異なっていてもよい。補強フィラメントに適切である、本明細書に記載されるいかなる金属も、コアに適切であってよく、逆もまた同じである。貴金属、例えば、銀またはルテニウムも含まれる。重要な要件は、コアおよびクラッドの金属または合金が、コアおよびクラッドの両方の物理的な一体性を維持しつつ、クラッドフィラメントの製作を可能にするのに十分な適合性を有することである。クラッドフィラメントが機械式縮小技法によって製造された場合、コア金属は有利には白金族金属クラッドと適合する機械的性質を有する。例としてはＮｉ、ＮｉＣｒ合金、Ｃｕ、ならびにＡｇおよびＲｕを含む貴金属を含む。また、コアの組成は、フィラメントが使用される環境に依存する。例えば、アルミニウム、銅および銀は、特に５００−６００℃未満などの低温での使用に適するが、ＦｅＣｒ合金などの高温および酸化耐性を有する、他の金属および合金は、より高温度での使用により適切である。
【００７０】
本発明の金属フェルト基材において組み合わせるクラッド繊維と補強構造繊維の質量比は、クラッド（触媒）繊維の組成および密度、構造繊維の組成および密度、クラッド（触媒）繊維の厚さ、補強構造繊維の厚さ、クラッド（触媒金属）の厚さ、ならびに十分な排気ガス処理を達成するために必要なクラッド金属の量（質量）を含むがこれらに限定されない、多くの要因に依存する。例えば、触媒繊維は、補強繊維を含む金属フェルトの合計質量の約５〜１００質量％（質量パーセント）を含んでもよい。例えば、金属フェルト中の触媒繊維と補強繊維の質量比は、約１：２０、約１：１５、約１：１０、約１：５または、約１：２〜約２：１、約５：１、約１０：１、約１５：１または約２０：１（例えば約１：１）である。
【００７１】
本発明の重要な利点は、クラッド繊維またはフィラメントが、繊維またはフィラメント表面で触媒活性金属を利用することができることによって触媒となるということである。金属繊維フェルトに組み込まれ、続いて、三次元のモノリス構造（金属繊維フェルト基材）に集成された場合、構造はそれ自体、当業界で一般に公知の触媒コーティングを施すことを必要とせずに触媒として機能する。さらに追加される触媒組成物のないことで、低い背圧、触媒金属シェルへの排気ガスの高速の拡散および良好な長期的硫黄耐性を含む恩恵をもたらす。さらに、金属繊維フェルトは、低温始動条件などの低温排気条件中にオンデマンドで急速な電気抵抗加熱を可能にする。
【００７２】
本発明の別の実施形態において、クラッド繊維は十分に厚いので、追加の補強繊維を必要とせずに、金属繊維フェルトに組み込まれる十分な構造安定性を与えることができる。例えば、そのようなクラッド繊維に適切な平均直径は、約５μｍ、約７μｍ、約１０μｍ、約１５μｍ、約２０μｍまたは、約２５μｍ〜約３０μｍ、約３５μｍ、約４０μｍまたは約５０μｍである。例えば、一実施形態において、比較的厚いクラッド繊維（例えば５μｍを超えるまたは１０μｍを超える、または１５μｍを超えるまたは２０μｍを超える平均直径を有するクラッド繊維）は、補強繊維のない状態で、または実質的に補強繊維なしで使用される。この実施形態において、比較的厚いクラッド繊維は、クラッド中に上記に示す少なくとも１種の卑金属を含むことができ、クラッドは、貴金属が実質的にないか、または任意に貴金属を含んでいてもよい。
【００７３】
本発明に有用な金属繊維フェルトは、不織のクラッド繊維またはフィラメント、および任意に構造補強繊維またはフィラメントの絡み合ったランダムアレイを含んでもよい。代替として、金属繊維フェルトは織られた繊維またはフィラメントを含んでもよい。別の実施形態において、構造繊維は織られているが、クラッド繊維は不織である。別の実施形態において、構造補強繊維は不織であるが、クラッド繊維は織られている。
【００７４】
適切な金属繊維フェルトは、平均で約５０μｍ、約７５μｍ、約１００μｍ、約１２５μｍ、約１５０μｍ、約１７５μｍ、約２００μｍまたは、約２２５μｍ〜約２５０μｍ、約２７５μｍ、約３００μｍ、約３２５μｍ、約３５０μｍ、約３７５μｍ、約４００μｍ、約４２５μｍ、約４５０μｍ、約４７５μｍまたは約５００μｍ厚であってもよい。金属繊維フェルトは、代替としてはるかに厚く、例えば平均で約２００μｍ〜約１インチ（２５，４００μｍ）、例えば約３００μｍ〜約２０，０００μｍ、約４００μｍ〜約１８，０００μｍ、約５００μｍ〜約１５，０００μｍ、または約６００μｍ〜約１２，０００μｍの厚さであってもよい。
【００７５】
金属繊維フェルトは非常に多孔性で、それによってその厚さの全体にわたって大きい空隙容積（空隙）または「空間」を示す。例えば、金属繊維フェルトの空隙容積は、金属フェルトの合計容積の、平均で約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、約５０％または、約５５％〜約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％または約９５％である。この空隙容積は、さらに下記に論じる触媒または吸着剤組成物（機能性組成物）の適用前のものである。幾つかの実施形態において、空隙容積は、触媒および／または吸着剤組成物で処理される／装填される前に、金属フェルトの合計容積の、平均で、約２０％〜約９５％または約５０％〜約９５％であってもよい。
【００７６】
クラッドフィラメントの一体性が保持されており、他の場合にフィラメントが分解され破壊されない限り、金属繊維フェルトがどんなプロセスによって製造されるかは重要ではない。金属繊維フェルトは、例えば圧縮下で金属繊維を焼結させることを含むプロセスによって製造される。方法は、例えばＫｏｔｔｈｏｆｆらの米国特許出願公開第２０１１／０２０９４５１号に教示され、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００７７】
触媒物品
本発明の追加の実施形態において、クラッドフィラメントを含む金属繊維フェルトは、積み重ねるか、巻くか、巻きつけるか、折り重ねて、複数の金属繊維フェルト層を有する三次元構造をもたらすことができる。さらに、積み重ねた、巻いた、巻きつけたまたは折り重ねた、しわ（波形）がある金属繊維フェルトは、複数の金属繊維フェルト層および複数の通路（ガス流出流路）を有する三次元構造を与え、流路が開いていて流体流動が通り抜けるように構造の入口面から出口面に通り抜けて延在する。繊維フェルトを含む通路壁は、流動ガスが、その中に組み込まれた触媒繊維と接触するように大きい幾何学的な表面積を与える。しわなしでさえ、金属繊維フェルトの空隙によって、三次元構造の入口面から出口面に複数のランダムおよび屈曲したガス流出流路が生じる。しわ付き層はまた、閉じ込め層と称される平らな中間の層によって分離されてもよい。金属繊維フェルトを含む三次元構造はまた、金属繊維フェルト基材と称することができる。
【００７８】
金属ジャケットまたはマントル４２内に包まれた金属繊維フェルトの複数の層４４を含む、触媒物品４０の一実施形態が、図２ａおよび図２ｂに示されている。図２ｃは、図２ａのさらに拡大した図を示し、本発明のコイル状のしわ付き金属フェルト５２の多層が、間に挾まっている金属箔５０の閉じ込め層と共に見ることができる。図２ａに示される型の例示の触媒物品は、直径５．６６インチ、長さ３インチおよび名目通路密度４００ｃｐｓｉを有している。
【００７９】
本発明のクラッドフィラメントを含む金属繊維フェルトは、施された表面構造がなく平坦であってもよい。代替として、本発明の別の実施形態において、金属繊維フェルトは有利にはしわがあってもよい。しわは従来の手段／装置を用いて達成されてもよい。様々な非限定的なしわ形状は図３ａ−３ｄに示される。
【００８０】
クラッドフィラメントを含む金属繊維フェルト基材を含む触媒物品は、入口端、出口端および軸の長さおよび軸の幅を有する。物品の入口端は「上流」末端または「前方」末端と同意語である。出口端は「下流」末端または「後部」末端と同意語である。上流端は排気ガスの供給源、例えば内燃機関の方にある。
【００８１】
本物品において、しわ付き層および閉じ込め層の両方は金属繊維フェルトを含んでもよい。代替として、しわ付き層は金属繊維フェルトを含んでもよく、閉じ込め層は金属箔を含んでもよく；または、しわ付き層は金属箔を含んでもよく、閉じ込め層は金属繊維フェルトを含んでもよい。
【００８２】
閉じ込め箔は、例えば当業界で一般に公知の平らな箔、平らなエッチング孔のある箔、またはマイクロリップル箔である。閉じ込め箔は、しわ付き金属層間の追加の支持箔、例えばしわ付き金属繊維フェルト層である。平らな閉じ込め箔は、例えば約１０μｍ〜約１５０μｍ、または約２５μｍ〜約１２５μｍ、または約４０μｍ〜約９５μｍの厚さを有している。
【００８３】
複数の金属フェルト層を含む、積み重ねた、巻いた、巻きつけたまたは折り重ねた組成物は、積み重ねた、巻いた、巻きつけたまたは折り重ねた、三次元構造を有するマトリックスを与える。マトリックスは、図２ａに示されるような金属ジャケットまたはマントルに挿入されてもよく、マトリックスの周辺はマントル内部に結合されてもよい。金属層は、ろう付けにより一緒に融合されてもよい。通路開口部は、図２ｂおよび２ｃに明瞭に目に見える。
【００８４】
しわの加工条件に応じて、積み重ねた、巻いた、巻きつけたまたは折り重ねた組成物によって形成された通路は、様々な大きさまたは形状、例えば、台形、長方形、正方形、三角形、六角形などを有することができる。通常、本発明の物品は、ガス流動に垂直な断面積の平方インチ当たりのセル（通路）（ｃｐｓｉ）が約６０〜約５００ｃｐｓｉまたは最大約９００ｃｐｓｉ、例えば約２００〜約４００ｃｐｓｉであるセル密度を有する。
【００８５】
その上に塗工された機能性触媒または吸着剤組成物が不浸透性の基材壁の存在により１つの側面からのみ排気ガスと接触する、従来のセラミックまたは金属箔基材と異なり、本発明の金属繊維フェルト基材の多孔性の壁は、フェルト内に組み込まれたクラッド繊維およびフィラメントの、フェルトの両側からの排気ガスとの接触を可能にする。これによって、クラッドフィラメント表面に対するガス状汚染物質の拡散の制約を極小化し、また機能性物品の圧力損失を低減する。十分に大きい空隙容積分画の金属繊維フェルトに関しては、排気ガスが、開放された通路を下がり、また通路の多孔性壁内に移動し、それによって拡散の制約をさらに極小化することができる。
【００８６】
本発明の一実施形態において、異なるクラッドを含むフィラメントが、同じ繊維フェルトに組み合わせられてもよい。フェルトは、これによってＣＯおよび炭化水素の酸化、ならびにＮＯｘの還元などの複数の触媒機能を可能にし得る。例えば、Ｐｄクラッドを含むフィラメントは、Ｒｈクラッドを含むフィラメントと組み合わせて、ＰｄおよびＲｈのクラッドフィラメントがフェルトの全体にわたって一様に分布し、互いに近接するようにしてもよい。代替として、フェルトの異なる領域にＰｄおよびＲｈクラッドフィラメントを製作中に分離することができよう。金属繊維フェルトモノリスなどの三次元構造にフェルトを積み重ねるか、巻くか、巻きつけるか、折り重ねる場合、異なるクラッドを有する繊維は、構造の幅および長さの全体にわたって一様に分布してもよく、または、それらは特異的な領域に分離されてもよい。例えば、１種のクラッドを有するフィラメントは構造の入口端に分離されてもよいが、異なるクラッドを有するフィラメントが出口端に分離されていてもよい。
【００８７】
したがって、金属繊維フェルトを含む触媒物品は、一端に向かってある触媒機能を、他端に向かって別の触媒機能を有する「帯域設定」がされていてもよい。「帯域」は、物品の任意の軸方向の長さ、例えば、軸方向の長さの約５％、約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％または約５０％〜約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％または約９５％であってもよい。
【００８８】
金属繊維フェルトは少なくとも２種の異なる触媒繊維を含んでもよい。少なくとも２種の異なる触媒繊維は、金属繊維フェルト中で任意の質量比、例えば、約１：２０、約１：１５、約１：１０、約１：５または約１：２〜約２：１、約５：１、約１０：１、約１５：１または約２０：１（例えば約１：１）であってもよい。
【００８９】
本発明の一実施形態において、触媒シェル金属は、電気めっきおよび無電解めっきを含む方法によってコア繊維に施されてもよい。これは、個々の繊維もしくはフィラメントに、または金属繊維フェルトに組み込まれた繊維およびフィラメントの集合体に行うことができる。代替として、フェルトにしわを付け（任意）、その後、積み重ね、巻き、巻きつけまたは折り重ねて三次元構造（金属フェルト基材）にした後、シェル材料を金属フェルトの繊維に施すことができる。したがって、クラッド繊維は、本質的に同じ平均直径を有し、一様であってもよいが、または代替として、様々な大きさ、長さおよび形状の範囲を有していてもよい。
【００９０】
本触媒物品は電気加熱するのに適切である。電気加熱される触媒は、例えば触媒コンバーター集合体の内部の加熱コイルまたは加熱エレメントを含んでいる。加熱コイルまたはエレメントは電気エネルギーを用いて活性化される。例えば、エンジンが始動した直後に、加熱コイルまたはエレメントに電気は通され、エンジン排気によって通常達成されるよりはるかに高速に触媒を運転温度まで上げる。本発明のクラッドフィラメントがそれ自体金属で構成されているので、それらは、電気エネルギーを用いて活性化された場合、加熱エレメントとしても直接機能することができ、フィラメント表面に触媒活性なクラッドの非常に高速の加熱が結果として得られる。金属フェルト中の他の構造の金属繊維と組み合わせ、続いて、三次元金属フェルト基材に形成された場合、クラッドフィラメントおよび構造フィラメントの両方を含む基材全体は、触媒フィラメントおよび任意に施される塗工組成物の高速の昇温および着火を与える加熱エレメントとして機能する。
【００９１】
「電気加熱される触媒物品」は、１個または複数の加熱コイルまたはエレメントがそれに付随していることを意味する。本触媒物品にはそれに付随する１個または複数の加熱コイルまたはエレメントがあってもよい。代替として、本触媒物品は、追加の加熱コイルまたはエレメントを含まない電気加熱される触媒物品としてそれ自体適切であり得る。例えば、本触媒物品は、物品を電気加熱（電気抵抗加熱）するための、電圧を印加することができる電気端子を含んでもよい。例えば図４を参照のこと。これは、本発明による金属フェルト６２の複数の層を含有し、また、触媒物品を加熱するための加熱エレメント６４を触媒物品の外部近位に有する触媒物品６０を図示している。加熱エレメント６４は、加熱エレメントへの電力の送達のためにバッテリーなどのエネルギー源（図示せず）に効果的に接続される。代替として、触媒物品６０は、バッテリーなどのエネルギー源（図示せず）から触媒物品６０に電流を直接送達するために、電気端子６６および６６’を含むことができ、物品がそれ自体抵抗加熱を与える。簡潔さのため、熱の供給源は両方とも図４の同じ実施形態中に示されるが、通常一緒には用いられない。
【００９２】
触媒または吸着性コーティング
しかし、本発明のある実施形態において、繊維上におよびその金属繊維フェルト基材の空隙内に配置された触媒または吸着性組成物を含む機能性コーティング組成物をさらに含むことは有利であり得る。一実施形態において、機能性コーティングは触媒組成物を含むことができる。別の実施形態において、機能性コーティングは吸着性組成物を含むことができる。触媒および吸着性組成物の両方を含む機能性コーティングも含まれる。
【００９３】
ある実施形態の触媒および／または吸着剤組成物は、金属繊維上に配置され、それに接着している。触媒および／または吸着剤組成物はまた、多孔性金属繊維フェルトの空隙内にある（空隙を占める）。空隙内の触媒および／または吸着剤組成物は、金属繊維またはフィラメントに接着している。触媒および／または吸着剤組成物は、金属繊維上をフェルトの内部に向かって、および／または金属繊維上をフェルト表面に配置されてもよい。したがって、触媒および／または吸着剤組成物は、繊維フェルトの内部全体にわたって分布してよく、また繊維フェルトの表面に配置されてもよい。
【００９４】
触媒および／または吸着剤組成物はまた、三次元構造に積み重ね、巻き、巻きつけまたは折り重ねる前に、本物品の金属箔および／または閉じ込め金属フェルトに別々に施されてもよい。金属箔に堆積させる触媒および／または吸着剤組成物は、金属繊維フェルト内に配置されたものと同じでも異なっていてもよい。その上に、金属繊維フェルトは、追加の触媒組成物を含まなくてよく（触媒コーティングはない）、金属箔閉じ込め層は触媒コーティングを含んでいてもよい。閉じ込め層は金属箔または金属フェルトのいずれを含んでもよい。
【００９５】
金属フェルト空隙中、金属フェルト表面、または金属箔表面に存在する触媒および／または吸着剤組成物は、本明細書において「機能性コーティング」、とりわけ「触媒コーティング」または「吸着剤コーティング」と称されてもよい。
【００９６】
本発明のある実施形態の触媒組成物は、触媒活性金属および支持体を含む。触媒活性金属は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＶもしくはＣｏなどの卑金属であり、または、貴金属、例えば白金族金属である。例えば、ガス状汚染物質の処理に有用な本触媒組成物は、支持体粒子上に、白金族金属（ＰＧＭ）、例えば、白金、パラジウムまたはロジウムを含む。白金族金属成分は、例えば約１：１０〜約１０：１、例えば約１：５〜約５：１の質量比で白金およびパラジウムの混合物を含んでもよい。活性金属は、元素金属として、または金属化合物、一般に酸化物化合物として存在してもよい。
【００９７】
触媒および／または吸着剤組成物は、機能的に活性な種をさらに含む１種または複数の支持体（高融点無機固体酸化物多孔質粉体）を含んでもよい。触媒組成物は、一般に、触媒活性種をそこに有する支持体を含有するウォッシュコートの形態で施されてもよい。吸着剤組成物は、一般に、吸着活性種を含有するウォッシュコートの形態で施されてもよい。触媒および吸着剤成分はまた、単一のウォッシュコート中に組み合わせられてもよい。ウォッシュコートは、液体ビヒクル中の支持体の指定された固形分（例えば約１０〜約６０質量％）を含有するスラリーを製造することによって形成され、次いで、金属繊維フェルトまたは三次元金属繊維フェルト基材に施され、乾燥され、か焼されコーティング層を与える。複数のコーティング層が施される場合、各層が施された後、および／または幾つかの所望の多層が施された後、基材は乾燥されか焼される。
【００９８】
触媒および／または吸着剤組成物は、結合剤、例えば、酢酸ジルコニルなどの適切な前駆体に由来するＺｒＯ２結合剤を、または硝酸ジルコニルなどの他の適切なジルコニウム前駆体を使用して製造されてもよい。酢酸ジルコニル結合剤は、熱による熟成後、例えば、触媒が少なくとも約６００℃、例えば、約８００℃以上の高温および約５％以上の高水蒸気環境に曝露された場合、均質で無傷のままであるコーティングを与える。他の可能性として適切な結合剤は、アルミナおよびシリカを含むがこれらに限定されない。アルミナ結合剤は、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムおよびアルミニウムオキシヒドロキシドを含む。アルミニウム塩およびアルミナのコロイド形態もまた使用されてよい。シリカ結合剤は、ケイ酸塩およびコロイダルシリカを含むＳｉＯ２の様々な形態を含む。結合剤組成物は、ジルコニア、アルミナおよびシリカの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００９９】
本触媒および／または吸着剤機能性組成物は、金属繊維フェルト基材容積に対して、例えば約０．１ｇ／ｉｎ３〜約８．０ｇ／ｉｎ３；約０．３ｇ／ｉｎ３〜約７．０ｇ／ｉｎ３；または約０．４ｇ／ｉｎ３、約０．５ｇ／ｉｎ３、約０．６ｇ／ｉｎ３、約０．７ｇ／ｉｎ３、約０．８ｇ／ｉｎ３、約０．９ｇ／ｉｎ３または約１．０ｇ／ｉｎ３〜約１．５ｇ／ｉｎ３、約２．０ｇ／ｉｎ３、約２．５ｇ／ｉｎ３、約３．０ｇ／ｉｎ３、約３．５ｇ／ｉｎ３、約４．０ｇ／ｉｎ３、約４．５ｇ／ｉｎ３、約５．０ｇ／ｉｎ３、約５．５ｇ／ｉｎ３、約６．０ｇ／ｉｎ３、約６．５ｇ／ｉｎ３、約７．０ｇ／ｉｎ３または約７．５ｇ／ｉｎ３または約８ｇ／ｉｎ３の装填率（濃度）で金属繊維フェルト上／中に存在する。これは、基材の容積当たりの触媒コーティングの乾燥固形分質量を指す。これらの装填水準はまた、閉じ込め箔に施される触媒および／または吸着剤機能性コーティングに関係する。
【０１００】
金属繊維フェルトの大きい空隙容積は、機能性組成物の高い装填率を可能にする。これは、機能のパフォーマンスを極大化するために触媒または吸着性種の高い装填率を必要とする用途のための特別の利点である。例えば、機能性組成物は、合計質量（機能性組成物および金属フェルト）を約５０％まで含んでもよい。例えば、機能性組成物は、乾燥固形分を基準として金属フェルト＋機能性組成物の合計質量の約２％、約５％、約１０％、約１５％、約２０％または約２５％〜約３０％、約４０％、約４５％または約５０％を含んでもよい。
【０１０１】
本機能性物品は、例えば、排気ガス流が、三次元金属繊維フェルト構造の入口端から入り、入口端から出口端へ延在する、複数のガス流動通路を通過した後、反対の出口端から出る、フロースルー物品であってもよい。一定の機能性組成物の高い装填率では、金属繊維フェルトを含む通路壁は、機能性組成物で効果的に完全に充填され／塞がれ、その結果、壁を通るガスの流動は拡散による場合以外は不可能となる。本機能性触媒および／または吸着剤組成物は、機能性組成物を用いてコーティングする前に存在する金属繊維フェルト基材の元の空隙容積の約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％または約５０％〜約６０％、約７０％、約８０％、約９５％または約１００％を占めることができる。
【０１０２】
不浸透性の基材壁の存在により、機能性組成物が１つの側面からのみ排気ガスと接触する、従来のセラミックまたは金属箔基材と異なり、本発明の塗工金属繊維フェルト基材の多孔性壁は、フェルトの両側からの排気ガスとの機能性組成物の接触を可能にする。このことで、より厚いコーティングの利用が可能になり、特に金属フェルト空隙容積の１００％未満が機能性触媒および／または吸着性組成物によって占められている場合、機能のパフォーマンスの拡散の制約が極小化する。
【０１０３】
幾つかの実施形態において、本機能性物品は、例えば、三次元金属繊維フェルト構造の入口端から入る排気ガス流は、物品の出口端から出る前にフェルトの壁を通過しなければならないウォールフロー物品であってもよい。通路壁（金属フェルト）が排気ガスの通過を可能にするのに十分な空隙率を有している場合のみ、そのような配列は可能である。フェルトが、追加で施される触媒または吸着剤コーティングのないクラッドフィラメントで構成される実施形態に関しては、フェルトの空隙率は、物品の濾過効率と圧力損失の平衡をとるために最適化されなければならない。フェルトが、クラッドフィラメントおよび追加で施される触媒または吸着剤コーティングで構成される実施形態に関しては、フェルトおよび触媒の空隙率、または吸着剤装填率は、両方とも物品の濾過効率と圧力損失の平衡をとるために最適化されなければならない。どちらの事例においても、任意の触媒または吸着剤コーティングを含む金属繊維フェルトの空隙容積は、金属フェルトの合計容積の、平均で約２０％、約２５％、約３０％、３５％、約４０％、約４５％、約５０％または、約５５％〜約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％または約９０％であってもよい。
【０１０４】
物品セルの一部は、物品の入口および／または出口面で完全にまたは部分的に遮断されてもよく、例えばセルがほぼ一つおきに完全にまたは部分的に入口面および／または出口面で遮断される。そのような物品はウォールフロー物品を提供してもよい。
【０１０５】
とりわけ、クラッドフィラメントを含む三次元構造（例えば金属フェルトモノリス）に施される機能性触媒組成物は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、希薄ＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、三元転化触媒（ＴＷＣ）、アンモニア酸化触媒（ＡＭＯｘ）または選択接触還元触媒（ＳＣＲ）を含んでもよい。
【０１０６】
とりわけ、機能性吸着性組成物は、炭化水素またはアンモニアなどのガス状成分を吸着するためのゼオライトなどのモレキュラーシーブを含んでもよく、または、それはＮＯ２、ＳＯ２およびＳＯ３などの酸性ガスを吸着するための、アルカリ土類酸化物または炭酸塩などの塩基性物質を含んでもよい。
【０１０７】
触媒活性金属が堆積する支持体材料は、例えば、ガソリンまたはディーゼルエンジン排気に関連する温度などの高温で化学的および物理的な安定性を示す高融点金属酸化物を含む。例示の金属酸化物としては、アルミナ、シリカジルコニア、チタニア、セリア、プラセオジミア、酸化スズなど、ならびに、原子ドープした組み合わせを含み、活性アルミナなどの大表面積または活性化化合物を含む、それらの物理的混合物または化学的組み合わせを含む。
【０１０８】
金属酸化物の組み合わせとしては、シリカアルミナ、セリアジルコニア、プラセオジミアセリア、アルミナジルコニア、アルミナ・セリア・ジルコニア、ランタナアルミナ、ランタナ・ジルコニア・アルミナ、バリアアルミナ、バリア・ランタナ・アルミナ、バリア・ランタナ・ネオジミア・アルミナおよびアルミナセリアなどが含まれる。例示のアルミナは大細孔ベーマイト、ガンマアルミナおよびデルタ／シータアルミナを含む。例示の方法において出発材料として使用される有用な市販アルミナは、高かさ密度ガンマアルミナ、低または中位かさ密度の大細孔ガンマアルミナ、および低かさ密度の大細孔ベーマイトおよびガンマアルミナなどの活性アルミナを含む。
【０１０９】
「ガンマアルミナ」または「活性アルミナ」とも称されるアルミナ支持材などの、大表面積の金属酸化物支持体は、通常、６０ｍ２／ｇを超える、多くの場合、最大約２００ｍ２／ｇ以上のＢＥＴ表面積を示す。例示の高融点金属酸化物は、約５０〜約３００ｍ２／ｇの比表面積を有する大表面積γアルミナを含む。そのような活性アルミナは、通常、アルミナのガンマおよびデルタ相の混合物であるが、しかし、また相当な量のイータ、カッパおよびシータアルミナ相を含んでいてもよい。「ＢＥＴ表面積」は、Ｎ２吸着によって表面積を求めるＢｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、Ｔｅｌｌｅｒ法を指す、通常の意味を有する。望ましくは、活性アルミナは、約６０〜約３５０ｍ２／ｇ、例えば約９０〜約２５０ｍ２／ｇの比表面積を有する。
【０１１０】
ある実施形態において、本明細書において開示される触媒組成物に有用な金属酸化物支持体は、Ｓｉドープアルミナ材料などのドープしたアルミナ材料（１−１０％のＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を含むがこれらに限定されない）、Ｓｉドープチタニア材料などのドープしたチタニア材料（１−１０％のＳｉＯ２−ＴｉＯ２を含むがこれらに限定されない）、またはＳｉドープＺｒＯ２（５−３０％のＳｉＯ２−ＺｒＯ２を含むがこれらに限定されない）などのドープしたジルコニア材料である。
【０１１１】
有利には、高融点金属酸化物は、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムまたはそれらの組み合わせなどの、１種または複数の追加の卑金属酸化物材料でドープされてもよい。金属酸化物ドーパントは、一般に、触媒組成物の質量に対して約１〜約２０質量％の量で存在する。ドーパント酸化物材料は、ＮＯ２、ＳＯ２またはＳＯ３などの酸性ガスのための吸着剤として高融点金属酸化物支持体または機能の高温安定性を改善する役目をしてもよい。
【０１１２】
ドーパント金属酸化物は初期の湿式含浸技法を使用して、またはコロイド性混合酸化物粒子の添加によって導入することができる。好ましいドープした金属酸化物は、バリアアルミナ、バリアジルコニア、バリアチタニア、バリア・ジルコニア・アルミナおよびランタナジルコニアなどを含む。
【０１１３】
したがって、触媒組成物中の高融点金属酸化物または高融点混合金属酸化物は、一般にアルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、セリア、例えばバルクのセリア、酸化マンガン、ジルコニアアルミナ、セリアジルコニア、セリアアルミナ、ランタナアルミナ、バリアアルミナ、シリカ、シリカアルミナおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。塩基性金属酸化物を用いるさらなるドーピングは、バリアアルミナ、バリアジルコニア、バリアチタニア、バリア・ジルコニア・アルミナおよびランタナジルコニアなどを含むがこれらに限定されない追加の有用な高融点酸化物支持体を提供する。
【０１１４】
触媒組成物は、上記に命名された高融点金属酸化物のいずれかを、任意の量で含んでもよい。例えば触媒組成物中の高融点金属酸化物は、少なくとも約１５、少なくとも約２０、少なくとも約２５、少なくとも約３０または少なくとも約３５質量％（質量パーセント）のアルミナを含んでもよい。この場合、質量％は触媒組成物の乾燥合計質量に基づく。触媒組成物は、例えば約１０〜約９９質量％のアルミナ、約１５〜約９５質量％のアルミナ、または約２０〜約８５質量％のアルミナを含んでもよい。
【０１１５】
触媒組成物は、例えば、触媒組成物の質量に対して約１５質量％、約２０質量％、約２５質量％、約３０質量％または約３５質量％〜約５０質量％、約５５質量％、約６０質量％、約６５質量％または約７０質量％のアルミナを含む。
【０１１６】
有利には、触媒組成物はセリア、アルミナおよびジルコニア、またはドープしたそれらの組成物を含んでもよい。
【０１１７】
金属繊維フェルト基材に塗工された触媒組成物は、乾燥した組成物の質量に対して約０．１質量％、約０．５質量％、約１．０質量％、約１．５質量％または約２．０質量％〜約３質量％、約５質量％、約７質量％、約９質量％、約１０質量％、約１２質量％、約１５質量％、約１６質量％、約１７質量％、約１８質量％、約１９質量％または約２０質量％、存在する貴金属を含んでもよい。
【０１１８】
触媒組成物の貴金属は、例えば、金属繊維フェルトを含む三次元構造の容積に対して約５ｇ／ｆｔ３、１０ｇ／ｆｔ３、約１５ｇ／ｆｔ３、約２０ｇ／ｆｔ３、約４０ｇ／ｆｔ３または約５０ｇ／ｆｔ３〜約７０ｇ／ｆｔ３、約９０ｇ／ｆｔ３、約１００ｇ／ｆｔ３、約１２０ｇ／ｆｔ３、約１３０ｇ／ｆｔ３、約１４０ｇ／ｆｔ３、約１５０ｇ／ｆｔ３、約１６０ｇ／ｆｔ３、約１７０ｇ／ｆｔ３、約１８０ｇ／ｆｔ３、約１９０ｇ／ｆｔ３、約２００ｇ／ｆｔ３、約２１０ｇ／ｆｔ３、約２２０ｇ／ｆｔ３、約２３０ｇ／ｆｔ３、約２４０ｇ／ｆｔ３または約２５０ｇ／ｆｔ３、存在する。
【０１１９】
高融点金属酸化物支持体および触媒活性金属に加えて、触媒組成物は、ランタン、バリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、ニオブ、ハフニウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、エルビウム、イッテルビウム、マンガン、鉄、クロム、スズ、亜鉛、ニッケル、コバルトもしくは銅の酸化物の任意の１つまたは組み合わせをさらに含んでもよい。
【０１２０】
酸化、ＬＮＴおよび三元触媒は、有利には高融点金属酸化物支持体に分散された白金族金属（ＰＧＭ）を含む。
【０１２１】
機能性触媒および／または吸着剤組成物は、（また）、触媒が低温で炭化水素をＣＯ２に酸化することができない（低温始動）、車両の起動中にエンジン排気から炭化水素（ＨＣ）を吸着するのに有用な吸着剤を含む。排気の温度が、触媒中の白金族金属が活性になるところまで上昇すると、炭化水素は吸着剤から放出され、続いてＣＯ２に酸化される。任意の公知の炭化水素貯蔵材料、例えば、ゼオライトまたはゼオライト類似の材料などの微孔性材料を使用することができる。好ましい実施形態において、炭化水素貯蔵材料はゼオライトである。ゼオライトは、フォージャサイト、チャバザイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、超安定性ゼオライトＹ、ＺＳＭ−５ゼオライト、オフレタイトまたはベータゼオライトなどの天然または合成ゼオライトであってもよい。好ましいゼオライト吸着剤物質は、大きいシリカ−アルミナ比を有している。ゼオライトは、少なくとも約５：１、好ましくは少なくとも約５０：１のシリカ／アルミナモル比を有してもよく、約５：１〜１０００：１、５０：１〜５００：１、ならびに約２５：１〜３００：１の範囲が有用である。好ましいゼオライトは、ＺＳＭ、Ｙおよびベータゼオライトを含む。とりわけ好ましい吸着剤は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｂｕｒｋらの米国特許第６，１７１，５５６号に開示されている型のベータゼオライトを含んでもよい。
【０１２２】
ＳＣＲ触媒は、卑金属（例えば、銅および／または鉄）イオン交換モレキュラーシーブ（例えばＣｕ−ＹまたはＦｅ−ベータ）または例えばＶ２Ｏ５／ＷＯ３／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２などのバナジア系組成物を含むがこれらに限定されない。卑金属イオン交換ゼオライトは、例えば参照により本明細書に組み込まれる、Ｂｏｏｒｓｅらの米国特許第７，９９８，４２３号に記載されている。ＳＣＲ触媒の一例はＣｕＣＨＡ、例えば銅ＳＳＺ−１３である。ＳＡＰＯなどのチャバザイトと同様の構造を示すモレキュラーシーブもまた効果的であると分かる。したがって、ＣｕＳＡＰＯ、例えば銅ＳＡＰＯ−３４もまた、適切である。さらに適切なＳＣＲ組成物もまた、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｔａｎｇらの米国特許第９，０１７，６２６号、Ｍｏｈａｎａｎらの米国特許第９，２４２，２３８号およびＳｔｉｅｂｅｌｓらの米国特許第９，３５２，３０７号に開示されている。例えば、そのようなＳＣＲ組成物は、バナジア／チタニア触媒およびＣｕ−ゼオライトを含む、またはＣｕ−含有モレキュラーシーブおよびＦｅ含有モレキュラーシーブの混合物を含む組成物を含む。
【０１２３】
モレキュラーシーブは、一般に四面体型部位を含む、酸素イオンの外延的な三次元網目構造を有し、比較的一様な細孔の大きさの細孔分布を有する材料を指す。ゼオライトは、シリコンおよびアルミニウムをさらに含むモレキュラーシーブの特異的な例である。触媒層中の「非ゼオライト支持体」または「非沸石支持体」に対する言及は、ゼオライトでなく、会合、分散、含浸または他の適切な方法によって貴金属、安定剤、促進剤、結合剤などを受け取る材料を指す。そのような非沸石支持体の例は、大表面積高融点金属酸化物を含むがこれらに限定されない。大表面積高融点金属酸化物支持体は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、セリア、ランタナ、バリアおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される、活性化された化合物を含むことができる。
【０１２４】
例えばＳＣＲ触媒に組み込まれる有用なモレキュラーシーブは、八員環の細孔開口および二重六員環の第二構成単位、例えば、以下の構造型を有するもの：ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＳＡＳ、ＳＡＴまたはＳＡＶを有する。同じ構造型を有する、ＳＡＰＯ、ＡｌＰＯおよびＭｅＡＰＯ材料などのありとあらゆる同位体の骨格材料が含まれる。
【０１２５】
アルミノケイ酸塩ゼオライト構造は、骨格に異種同形で置換されるリンまたは他の金属を含まない。すなわち、上位語「ゼオライト」はアルミノケイ酸塩およびアルミノリン酸塩を含むが、「アルミノケイ酸塩ゼオライト」はＳＡＰＯ、ＡｌＰＯおよびＭｅＡＰＯ材料などのアルミノリン酸塩材料を除外する。
【０１２６】
八員環小細孔モレキュラーシーブはアルミノケイ酸塩、ホウケイ酸塩およびガロケイ酸塩、ＭｅＡＰＳＯおよびＭｅＡＰＯを含む。これらは、ＳＳＺ−１３、ＳＳＺ−６２、天然チャバザイト、ゼオライトＫ−Ｇ、Ｌｉｎｄｅ  Ｄ、Ｌｉｎｄｅ  Ｒ、ＬＺ−２１８、ＬＺ−２３５、ＬＺ−２３６、ＺＫ−１４、ＳＡＰＯ−３４、ＳＡＰＯ−４４、ＳＡＰＯ−４７、ＺＹＴ−６、ＣｕＳＡＰＯ−３４、ＣｕＳＡＰＯ−４４およびＣｕＳＡＰＯ−４７を含むがこれらに限定されない。特異的な実施形態において、八員環小細孔モレキュラーシーブは、ＳＳＺ−１３およびＳＳＺ−６２などのアルミノケイ酸塩組成物を有する。
【０１２７】
１つまたは複数の実施形態において、八員環小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ結晶構造を有し、ＣＨＡ結晶構造、ＳＡＰＯ、ＡｌＰＯおよびＭｅＡＰＯを有するアルミノケイ酸塩ゼオライトからなる群から選択される。特に、ＣＨＡ結晶構造を有する八員環小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ結晶構造を有するアルミノケイ酸塩ゼオライトである。特異な実施形態において、ＣＨＡ結晶構造を有する八員環小細孔モレキュラーシーブは、ＳＳＺ−１３およびＳＳＺ−６２などの、アルミノケイ酸塩組成物を有する。銅および鉄を含むチャバザイトはＣｕＣＨＡおよびＦｅＣＨＡと名付けられる。
【０１２８】
モレキュラーシーブは沸石（ゼオライト）であってもよいが、または非沸石であってもよい。沸石および非沸石のモレキュラーシーブはいずれも、国際ゼオライト連合がＣＨＡ構造とも称するチャバザイト結晶構造を有する。沸石チャバザイトは、近似式（Ｃａ，Ｎａ２，Ｋ２，Ｍｇ）Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１２．６Ｈ２Ｏ（すなわち、水和したケイ酸カルシウムアルミニウム）を有するゼオライト族の天然に存在するテクトケイ酸塩鉱物を含む。沸石チャバザイトの３つの合成形態が、Ｄ．  Ｗ．  Ｂｒｅｃｋ“Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｉｅｖｅｓ，”  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ出版、１９７３年に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。Ｂｒｅｃｋによって報告された３つの合成形態は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｂａｒｒｅｒら、Ｊ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．、１９５６年２８２２頁に記載されているゼオライトＫ−Ｇ；英国特許第８６８，８４６号（１９６１）に記載されているゼオライトＤ；およびＭｉｌｔｏｎの米国特許第３，０３０，１８１号に記載されているゼオライトＲである。ゼオライトチャバザイト、ＳＳＺ−１３の別の合成形態の合成は米国特許第４，５４４，５３８号に記載されている。チャバザイト結晶構造を有する非沸石モレキュラーシーブ、シリコアルミノリン酸塩３４（ＳＡＰＯ−３４）の合成形態の合成は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｏｋらの米国特許第４，４４０，８７１号およびＶａｎ  Ｄｅｎらの米国特許第７，２６４，７８９号に記載されている。チャバザイト構造を有する、また別の合成の非沸石モレキュラーシーブ、ＳＡＰＯ−４４を製造する方法は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｉｕらの米国特許第６，１６２，４１５号に記載されている。ＣＨＡ構造を有するモレキュラーシーブは、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｚｏｎｅｓの米国特許第４，５４４，５３８号、およびＺｏｎｅｓらの同第６，７０９，６４４号に開示される方法に従って、製造されてもよい。適切なゼオライトはまたベータゼオライトおよびＹゼオライトを含む。
【０１２９】
本モレキュラーシーブは、例えば銅または鉄を含有する。銅または鉄はモレキュラーシーブのイオン交換部位に存在し、またモレキュラーシーブと会合し得るが、細孔「中に」あるのではない。例えば、か焼すると、交換されていない銅塩は、ＣｕＯに分解し、本明細書において「遊離の銅」または「可溶性銅」とも称される。遊離の卑金属は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｂｕｌｌらの米国特許第８，４０４，２０３号に開示されるように、有利であり得る。遊離の卑金属の量は、イオン交換された卑金属の量より少なくても、等しくても、または多くてもよい。モレキュラーシーブと会合した卑金属はすべて、任意の卑金属含有モレキュラーシーブの一部である。
【０１３０】
ＬＮＴ触媒は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｗａｎの米国特許第８，４７５，７５２号、およびＷａｎらの同第９，３２１，００９号に教示される。ＬＮＴ触媒は、空気と燃料の比（λ）が１を超える（すなわちλ＞１．０）、運転の希薄な期間の間にＮＯｘの貯蔵を促進することによって作動し、また、空気と燃料の比（λ）が１未満である（すなわちλ＜１．０）富化期間の間に、貯蔵されたＮＯｘのＮ２への還元を触媒すると考えられる。幾つかのＬＮＴ触媒は、特定の温度より上でＮＯｘを放出する。この温度はＬＮＴコーティングの組成物に依存する。
【０１３１】
ＬＮＴ触媒組成物は、通常、高融点金属酸化物支持体に分散されたＮＯｘ吸着剤および白金族金属成分を含む。ＬＮＴ触媒組成物は、任意に酸素貯蔵成分などの他の成分を含んでもよい。
【０１３２】
適切なＮＯｘ吸着剤は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびそれらの混合物から選択されるアルカリ土類元素の塩基性酸化化合物、および／またはセリウム（セリア成分）などの希土類成分の酸化化合物を含む。希土類化合物は、ランタン、ネオジムまたはプラセオジムの１つまたは複数をさらに含んでもよい。
【０１３３】
貴金属クラッドフィラメントを含む本機能性金属繊維フェルトは、例えばＮＯｘまたは硫黄化合物をトラップし放出するのに有用である吸着剤をさらに含んでもよい。吸着剤は、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、希土類酸化物およびモレキュラーシーブなどの材料を含むがこれらに限定されない。さらに、本機能性繊維フェルトはまた、炭化水素（ＨＣ）をトラップし放出するのに有用である吸着剤を含んでもよい。吸着剤は、モレキュラーシーブおよびゼオライトなどの材料を含むがこれらに限定されない。
【０１３４】
ＡＭＯｘ触媒は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｂｏｏｒｓｅらの米国特許出願公開第２０１１／０２７１６６４号に教示される。アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）触媒は、排気ガス流からアンモニアを除去するのに効果的である、支持された貴金属成分であってもよい。貴金属はルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀または金を含んでもよい。貴金属成分は、また貴金属の物理的な混合物、化学的組み合わせまたは原子ドープされた組み合わせを含んでもよい。貴金属成分は例えば白金を含む。白金は、ＡＭＯｘ触媒の合計質量に対して約０．００８％〜約２質量％の量で存在してもよい。
【０１３５】
ＡＭＯＸ触媒の貴金属成分は、一般に大表面積の高融点金属酸化物支持体に堆積させる。適切な大表面積の高融点金属酸化物の例は、アルミナ、シリカ、チタニア、セリアおよびジルコニア、ならびにそれらの物理的な混合物、化学的組み合わせおよび／または原子ドープされた組み合わせを含む。特定の実施形態において、高融点金属酸化物は、例えばシリカアルミナ、非晶性または結晶性アルミノケイ酸塩、アルミナジルコニア、アルミナランタナ、アルミナクロミア、アルミナバリア、アルミナセリアなどの混合酸化物を含んでいてもよい。例示の高融点金属酸化物は、約５０〜約３００ｍ２／ｇの比表面積を有する大表面積γ−アルミナを含む。
【０１３６】
ＡＭＯＸ触媒は、例えばＣＨＡ、ＦＡＵ、ＢＥＡ、ＭＦＩおよびＭＯＲ型のものから選択される沸石または非沸石のモレキュラーシーブを含んでいてもよい。モレキュラーシーブは、酸化物に支持された白金成分と物理的に混合されてもよい。代替の実施形態において、白金は、モレキュラーシーブの外表面上に、または通路、空洞またはケージ中に分布してもよい。
【０１３７】
ＴＷＣ触媒組成物、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｋｅｉｔｈらの米国特許第４，１７１，２８８号およびＡｒｎｏｌｄらの同第８，８１５，１８９号に開示されている。ＴＷＣ触媒は、通常、例えば、大表面積の高融点金属酸化物支持体、例えば大表面積のアルミナコーティングに配置された１つまたは複数の白金族金属を含む。高融点金属酸化物支持体は、ジルコニア、チタニア、アルカリ土類金属酸化物、例えばバリア、カルシヤまたはストロンチア、または最も普通には希土類金属酸化物、例えば、セリア、ランタナおよび２種以上の希土類金属酸化物の混合物などの材料によって熱による劣化に対して安定化されてもよい。ＴＷＣ触媒も酸素貯蔵成分を含むように配合することができる。
【０１３８】
本発明の物品は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、希薄ＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、三元触媒（ＴＷＣ）、アンモニア酸化触媒（ＡＭＯｘ）および選択接触還元（ＳＣＲ）触媒から選択される１つまたは複数の触媒組成物を含んでもよい。
【０１３９】
ある実施形態において、本発明の物品は、追加の触媒または吸着性コーティングの適用を含まない本発明のクラッドフィラメントのみを含む三次元構造（例えば金属フェルトモノリス）を含んでもよい。そのような物品は、例えば、ＤＯＣ、ＴＷＣまたはＡＭＯｘ触媒物品であってもよい。例示のＤＯＣ物品は、ＰｔまたはＰｔ／Ｐｄ合金でクラッドしたフィラメントを含むことができる。例示のＴＷＣ物品は、Ｐｄでクラッドしたフィラメント、Ｒｈでクラッドしたフィラメント、Ｐｄ／Ｒｈ合金でクラッドしたフィラメント、一部はＰｄでクラッドし、他はＲｈでクラッドしたフィラメントの混合物、または一部はＰｄでクラッドし、一部はＲｈでクラッドし、一部はＰｔでクラッドしたフィラメントの混合物を含むことができる。例示のＡＭＯｘ物品は、Ｐｔでクラッドしたフィラメントを含むことができる。
【０１４０】
他の実施形態において、本発明の物品は、追加の触媒または吸着性コーティングを適用した本発明のクラッドフィラメントを含む三次元構造（例えば金属フェルトモノリス）を含んでもよい。そのような物品は、例えば、ＤＯＣ、ＴＷＣ、ＬＮＴ、ＳＣＲまたはＡＭＯｘ触媒物品であってもよい。例示のＤＯＣ物品は、ＰｔまたはＰｔ／Ｐｄ合金でクラッドし、ベータゼオライトなどの吸着性コーティングをさらに含むフィラメントを含むことができる。例示のＴＷＣ物品は、Ｐｄでクラッドし、セリアまたはアルミナに分散されたＲｈを含む触媒コーティングをさらに含むフィラメントを含むことができる。例示のＬＮＴ物品は、Ｐｔでクラッドし、アルカリ土類酸化物または炭酸塩材料およびセリアを含む吸着性コーティングをさらに含むフィラメントを含むことができる。例示のＳＣＲ物品は、Ｐｔでクラッドし、Ｃｕ交換ゼオライトを含む吸着性コーティングをさらに含むフィラメントを含むことができる。例示のＡＭＯｘ物品は、Ｐｔでクラッドし、Ｃｕ交換ゼオライトを含む吸着性コーティングをさらに含むフィラメントを含むことができる。
【０１４１】
本発明の可能性のある機能性触媒物品のためのこれらの例は、例示であり限定されるものではないことを意図する。追加して施される触媒または吸着剤コーティングを含む、または含まないクラッドフィラメントの多数の他の組み合わせが可能である。
【０１４２】
幾つかの実施形態において、触媒組成物は、貴金属を実質的に含まず、例えば白金族金属を実質的に含まない。「実質的に含まない」とは、例えば「少ないか無」を意味し、例えば、「意図的に添加されていないこと」および微量のみおよび／または故意でない量を有することを意味する。例えば、それは、示された組成物全体の質量に対して２質量％（質量％）未満、１．５質量％未満、１．０質量％未満、０．５質量％、０．２５質量％未満または０．０１質量％未満を意味する。
【０１４３】
貴金属クラッド繊維またはフィラメントを含む本発明の金属繊維フェルト基材は、有利には帯域設定されたコーティング、すなわち、三次元繊維フェルト構造の入口端に触媒および／またはある機能を有する吸着剤コーティング層、および出口端に異なる機能を有する異なる触媒コーティング層を含有するコーティングをさらに含んでもよい。帯域設定されたコーティング層は重なってもよい（上に載せてもよい）。任意の１つのコーティング層は、入口端から出口端（または出口端から入口端）の方へ、金属フェルト基材の軸方向の長さの約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％または約９０％延在してもよい。任意の１つのコーティング層は基材の軸方向の長さ全体に延在してもよい。
【０１４４】
触媒および／または吸着剤コーティング層は、別の触媒および／または吸着剤コーティング層の上に完全に載せても、上に部分的に載せてもよい。代替として、２種の異なるコーティング層は、基材の反対の末端から延在し、重ならなくてもよい。２つの異なるコーティング層は隣接してもよい。
【０１４５】
最終のコーティング組成物は、１つまたは複数のコーティング層を含む。したがって、最終のコーティング組成物は複数の機能を有していてもよく、施されたコーティング層それぞれは、同じまたは異なる機能を有していてもよい。
【０１４６】
排気ガス処理システム
また、本機能性物品を含む排気ガス処理システムが開示される。本発明の典型的なシステムは複数の物品を含んでいる。これらの物品は、例えば、還元剤注入器、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、希薄ＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、三元触媒（ＴＷＣ）、触媒すすフィルター（ＣＳＦ）、選択接触還元触媒（ＳＣＲ）またはアンモニア酸化触媒（ＡＭＯｘ）を含んでもよい。本発明のシステムの物品は、追加の触媒または吸着性コーティングの適用を含まない本発明のクラッドフィラメントを含む三次元構造（例えば金属フェルトモノリス）、追加の触媒または吸着性コーティングまたは当業界で公知の標準的セラミックまたは金属性基材に施された触媒または吸着性コーティングの適用を含む本発明のクラッドフィラメントを含む三次元構造（例えば金属フェルトモノリス）を含んでもよい。本発明のシステムは、塗工した物品または塗工していない物品の任意の組み合わせを含んでもよい。
【０１４７】
本発明のシステムの一実施形態は、クラッドフィラメント、当業界で公知のセラミックウォールフローフィルターに塗工されたＣＳＦ物品、還元剤注入器、当業界で公知のセラミックフロースルーモノリスに塗工されたＳＣＲ物品、および当業界で公知のセラミックフロースルーモノリスに塗工されたＡＭＯｘ物品をさらに含む金属フェルト基材を含むＤＯＣ物品を（上流側からに下流に）含んでもよい。本発明の別の実施形態は、クラッドフィラメントとそれに施されたゼオライト吸着剤コーティング、セラミックウォールフローフィルターに塗工されたＣＳＦ物品、還元剤注入器、セラミックフロースルーモノリスに塗工されたＳＣＲ物品およびセラミックフロースルーモノリスに塗工されたＡＭＯｘ物品をさらに含む金属フェルト基材を含むＤＯＣ物品を含んでもよい。本発明のなお別の実施形態は、クラッドフィラメントとそれに施されたゼオライト吸着剤コーティングをさらに含む金属フェルト基材を含むＤＯＣ物品、セラミックウォールフローフィルターに塗工されたＣＳＦ物品、還元剤注入器、セラミックフロースルーモノリスに塗工されたＳＣＲ物品およびクラッドフィラメントとそれに施されたゼオライト吸着剤コーティングをさらに含む金属フェルト基材を含むＡＭＯｘ物品を含んでもよい。本発明のなお別の例示の実施形態は、クラッドフィラメントとそれに施されたアルカリ土類吸着剤コーティングをさらに含む金属フェルト基材を含むＬＮＴ物品、セラミックウォールフローフィルターに塗工されたＣＳＦ物品、還元剤注入器、セラミックフロースルーモノリスに塗工されたＳＣＲ物品、およびクラッドフィラメントとそれに施されたゼオライト吸着剤コーティングをさらに含む金属フェルト基材を含むＡＭＯｘ物品を含んでいてもよい。また、より少数の物品を含むシステム（例えばＡＭＯＸ触媒物品を含まない）も可能である。
【０１４８】
別の実施形態は、クラッドフィラメントをさらに含む金属フェルト基材を含む、床下の位置に配置されたＴＷＣ物品を含んでもよい。別の実施形態は、クラッドフィラメントをさらに含む金属フェルト基材を含む、接近した位置に配置されたＴＷＣ物品を含んでもよい。なお別の実施形態は、クラッドフィラメントをさらに含む金属フェルト基材を含む、接近した位置に配置されたＴＷＣ物品を含んでもよいが、標準的セラミックフロースルーモノリスに塗工された追加のＴＷＣ物品は、床下の位置に配置される。なお別の実施形態は、クラッドフィラメントをさらに含む金属フェルト基材を含むＴＷＣ物品を含んでもよく、ここで、物品の入口から入る排気ガスが物品の出口から出る前にフェルトの壁を通過しなければならないように、金属フェルト基材は構成されている。
【０１４９】
本機能性物品を含むシステムとしてのこれらの実施形態は、例示であり限定されるものではないことを意図する。本発明のクラッドフィラメントを利用する物品の多数の他の組み合わせが可能である。
【０１５０】
すすフィルターは、非触媒または触媒の（ＣＳＦ）ウォールフローフィルターであってもよい。すすフィルターに塗工されたＳＣＲ触媒も含まれていてもよい。
【０１５１】
一例の排出処理システムが図５に図示され、それは、排出処理システム２０の概略の表現を描く。示すように、排出処理システムは、希薄燃焼エンジンなどのエンジン２２の下流に直列で複数の触媒コンポーネントを含むことができる。触媒コンポーネントの少なくとも１つは、本明細書において説明する、本発明の金属フェルトを含む。本発明の触媒組成物は多数の追加の触媒材料と組み合わせることができ、追加の触媒材料に比較して様々な位置に配置することができる。図５は、直列の５種の触媒コンポーネント、２４、２６、２８、３０、３２を図示する；しかし、触媒コンポーネントの合計数は様々であってもよく、５種のコンポーネントは単に１つの例である。
【０１５２】
下記の表１は、本発明の排出処理システムの様々なシステム配列を提示する。表中のコンポーネントＡ−Ｅに対する言及は図５中の同じ名称を用いて相互参照することができる。各コンポーネントは、エンジンはコンポーネントＡの上流にあり、これはコンポーネントＢの上流にあり、これはコンポーネントＣの上流にあり、これはコンポーネントＤの上流にあり、これはコンポーネントＥ（存在する場合）の上流にあるように、排気導管によって次のコンポーネントに接続されることが留意される。当業者には認められるように、表１に列挙された配列において、コンポーネントＡ、Ｂ、Ｃ、ＤまたはＥの１つまたは複数のいずれかをウォールフローフィルターなどの粒子フィルターに配置することができる。例えば、幾つかの実施形態において、フィルター上のＳＣＲ触媒（ＳＣＲｏＦ）を、例えば、表１中のＳＣＲコンポーネントの代わりに用いることができる。
【０１５３】
【表１】
2020513306.tif 000003
【０１５４】
本触媒物品は、内燃機関、例えばガソリンおよびディーゼルエンジンの排気ガス流の処理に適切である。また、物品は、移動しない工業的プロセス（例えば発電所）からの排出物の処理に、および、例えば、周囲空気（しかし屋内の空気に限定されない）または例えば、液体流（しかし産業および／または都市の廃水に限定されない）からの有害物または毒物の除去に適切である。また、本物品は、触媒の使用を必要とする化学品生産プロセスにおいて使用するのに適切である。
【０１５５】
液体流からの有害物または毒物の除去、または化学品生産プロセスにおける触媒作用としての本物品の使用の例には、産業および／または都市の廃水からの硫化物の元素硫黄への選択酸化による精製、産業廃棄物および／または都市廃水における、炭化水素汚染物質および／または他の望ましくない有機化合物の酸化、溶解した硝酸塩および亜硝酸塩の選択接触還元による飲用水の脱窒素、植物油の選択的接触水素化、および不飽和炭化水素（アセチレン型を含むがこれらに限定されない）または他の望ましくない不飽和有機化合物の選択的接触水素化を含むがこれらに限定されない。
【０１５６】
本開示はまた、以下のさらなる実施形態を含むがこれらに限定されない。
【０１５７】
さらなる実施形態１：アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金、および貴金属からなる群から選択される第１の金属を含むコア、ならびに貴金属からなる群から選択される触媒金属を含むシェルを含む触媒金属繊維を含む金属繊維フェルト。
【０１５８】
さらなる実施形態２：金属繊維の直径は、平均で、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍまたは約１０μｍ；または平均で約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍまたは約１５０μｍである、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１５９】
さらなる実施形態３：シェルが、平均で、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍまたは約１０ｎｍ厚であり；または、シェルは、平均で約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍまたは約１００ｎｍ厚である、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６０】
さらなる実施形態４：シェルが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒおよびそれらの合金からなる群から選択される金属成分を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６１】
さらなる実施形態５：シェルが、卑金属；例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、ＷおよびＡｌからなる群から選択される卑金属をさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６２】
さらなる実施形態６：金属フェルトが、異なるシェルを有する触媒繊維を含み；例えば、金属フェルトは、第１の貴金属を含むシェルを含む第１の繊維、および第２の貴金属を含むシェルを含む第２の繊維を含み；例えば、金属フェルトは、Ｐｄを含むシェルを有する第１の繊維、およびＲｈを含むシェルを有する第２の繊維を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６３】
さらなる実施形態７：金属フェルトが、異なるシェルを有する触媒繊維を含み、異なる触媒繊維は、本質的にフェルトの全体にわたって一様に分布し、または、代替として、異なる触媒繊維はフェルトの異なる領域において分離している、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６４】
さらなる実施形態８：シェルがＰｔ、ＰｄもしくはＲｈ成分またはそれらの混合物を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６５】
さらなる実施形態９：シェルが複数の層を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６６】
さらなる実施形態１０：シェルが少なくとも２つの異なる層；例えば貴金属を含む層、ならびに貴金属および卑金属を含む層を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６７】
さらなる実施形態１１：金属フェルトが織られている、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６８】
さらなる実施形態１２：金属フェルトが不織である、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１６９】
さらなる実施形態１３：金属フェルトが平らである、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１７０】
さらなる実施形態１４：金属フェルトがしわ付きである、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１７１】
さらなる実施形態１５：アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、および鉄／クロム合金からなる群から選択される金属を含む補強金物繊維をさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１７２】
さらなる実施形態１６：ＦｅＣｒ合金を含む補強金物繊維をさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１７３】
さらなる実施形態１７：金属フェルトの合計容積に対して約２０％、約３０％、３５％、約４０％、約４５％、約５０％または約５５％〜約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％または約９５％の空隙容積を有する、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１７４】
さらなる実施形態１８：金属繊維フェルトが、平均で約５０μｍ、約７５μｍ、１００μｍ、約１２５μｍ、約１５０μｍ、約１７５μｍ、約２００μｍ、約２２５μｍ、約２５０μｍ、約２７５μｍ、約３００μｍ、約３２５μｍ、約３５０μｍ、約３７５μｍ、約４００μｍ、約４２５μｍ、約４５０μｍ、約４７５μｍまたは約５００μｍ厚であり；または、代替として、金属繊維フェルトが、平均で例えば約２００μｍ〜約１インチ（２５，４００μｍ）、例えば約３００μｍ〜約２０，０００μｍ、約４００μｍ〜約１８，０００μｍ、約５００μｍ〜約１５，０００μｍ、または約６００μｍ〜約１２，０００μｍ厚である、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１７５】
さらなる実施形態１９：例えば装填率で約０．１ｇ／ｉｎ３〜約８．０ｇ／ｉｎ３；例えば触媒コーティングがＤＯＣ、ＬＮＴ、ＳＣＲ、ＡＭＯｘまたはＴＷＣ組成物の１つまたは複数を含み；例えば吸着剤コーティングがＨＣまたはＮＯｘの吸着剤組成物の１つまたは複数を含む触媒および／または吸着剤コーティングをさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１７６】
さらなる実施形態２０：金属繊維フェルトがそれ以上の追加触媒コーティングまたは吸着剤コーティングを含まない、先の実施形態のいずれかに記載の金属フェルト。
【０１７７】
さらなる実施形態２１：金属繊維フェルトを含む触媒物品であって、金属フェルトは、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金および貴金属からなる群から選択される第１の金属を含むコアならびに貴金属からなる群から選択される触媒金属を含むシェルを含む触媒金属繊維を含む、触媒物品。
【０１７８】
さらなる実施形態２２：金属繊維の直径が、平均で、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍまたは約１０μｍ；または平均で約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍまたは約１５０μｍである、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１７９】
さらなる実施形態２３：シェルが、平均で、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍまたは約１０ｎｍ厚であり；または、シェルは、平均で約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍまたは約１００ｎｍ厚である、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８０】
さらなる実施形態２４：シェルが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒおよびそれらの合金からなる群から選択される金属成分を含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８１】
さらなる実施形態２５：シェルが卑金属；例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、ＷおよびＡｌからなる群から選択される卑金属をさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８２】
さらなる実施形態２６：金属フェルトが、異なるシェルを有する触媒繊維を含む；例えば、金属フェルトは、第１の貴金属を含むシェルを含む第１の繊維、および第２の貴金属を含むシェルを含む第２の繊維を含み；例えば、金属フェルトは、Ｐｄを含むシェルを有する第１の繊維、およびＲｈを含むシェルを有する第２の繊維を含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８３】
さらなる実施形態２７：金属フェルトが、異なるシェルを有する触媒繊維を含み、異なる触媒繊維は、本質的にフェルトの全体にわたって一様に分布し、または、代替として、異なる触媒繊維はフェルトの異なる領域に分離している、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８４】
さらなる実施形態２８：シェルがＰｔ、ＰｄもしくはＲｈ成分、または、それらの混合物を含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８５】
さらなる実施形態２９：シェルが複数の層を含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８６】
さらなる実施形態３０：シェルが少なくとも２つの異なる層；例えば貴金属を含む層、ならびに貴金属および卑金属を含む層を含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８７】
さらなる実施形態３１：金属フェルトが織られているまたは不織である、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８８】
さらなる実施形態３２：金属フェルトが平らまたはしわ付きである、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１８９】
さらなる実施形態３３：金属フェルトが、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、および鉄／クロム合金からなる群から選択される１種または複数の金属を含む補強金物繊維をさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９０】
さらなる実施形態３４：金属フェルトが、ＦｅＣｒ合金を含む補強金物繊維をさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９１】
さらなる実施形態３５：複数の金属繊維フェルト層を含む三次元マトリックスを含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９２】
さらなる実施形態３６：金属フェルトのしわ付き層および金属フェルトの平らな層の両方を含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９３】
さらなる実施形態３７：金属フェルトのしわ付き層および平らな金属箔の層または金属箔のしわ付き層および平らな金属フェルトの層を含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９４】
さらなる実施形態３８：金属箔が触媒および／または吸着剤コーティングを含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９５】
さらなる実施形態３９：三次元マトリックスをその内部に有するジャケットを含む、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９６】
さらなる実施形態４０：金属フェルトが、金属フェルトの合計容積に対して約２０％、約３０％、３５％、約４０％、約４５％、約５０％、約５５％〜約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％または約９５％の空隙容積を有する、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９７】
さらなる実施形態４１：金属繊維フェルトが、平均で約５０μｍ、約７５μｍ、１００μｍ、約１２５μｍ、約１５０μｍ、約１７５μｍ、約２００μｍ、約２２５μｍ、約２５０μｍ、約２７５μｍ、約３００μｍ、約３２５μｍ、約３５０μｍ、約３７５μｍ、約４００μｍ、約４２５μｍ、約４５０μｍ、約４７５μｍまたは約５００μｍ厚であり；または、代替として、金属繊維フェルトは、平均で例えば約２００μｍ〜約１インチ（２５，４００μｍ）、例えば約３００μｍ〜約２０，０００μｍ、約４００μｍ〜約１８，０００μｍ、約５００μｍ〜約１５，０００μｍ、または約６００μｍ〜約１２，０００μｍ厚である、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９８】
さらなる実施形態４２：平方インチ当たりセル（ｃｐｓｉ）が約６０〜約５００ｃｐｓｉ、または最大約９００ｃｐｓｉ、例えば約２００〜約４００ｃｐｓｉのセル密度を有し；セルの一部は、物品の入口および／または出口面で完全にまたは部分的に遮断され、例えばセルがほぼ一つおきに完全にまたは部分的に入口面および／または出口面で遮断されている、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０１９９】
さらなる実施形態４３：金属繊維フェルトが、例えば装填率で約０．１ｇ／ｉｎ３〜約８．０ｇ／ｉｎ３の触媒および／または吸着剤コーティングをさらに含み；例えば触媒コーティングがＤＯＣ、ＬＮＴ、ＳＣＲ、ＡＭＯｘまたはＴＷＣ組成物の１つまたは複数を含み；例えば吸着剤コーティングがＨＣまたはＮＯｘ吸着剤組成物の１つまたは複数を含み；例えば内燃機関の下流でかつこれと流体連通状態である、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０２００】
さらなる実施形態４４：金属繊維フェルトがそれ以上の追加触媒コーティングまたは吸着剤コーティングを含まず；例えば内燃機関の下流でかつこれと流体連通状態である、先の実施形態のいずれかに記載の物品。
【０２０１】
さらなる実施形態４５：繊維が金属繊維フェルト中に配置されない、先の実施形態に記載の触媒繊維を含む触媒物品。
【０２０２】
さらなる実施形態４６：繊維が不織のアレイ中に絡み合う、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【０２０３】
さらなる実施形態４７：物品はフロースルー物品またはウォールフォロー物品であり；例えば、ウォールフロー物品が機能性組成物を含むか、または、機能性組成物を含まない、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【０２０４】
さらなる実施形態４８：加熱コイルまたはそれに付随する加熱エレメントを含む、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【０２０５】
さらなる実施形態４９：物品を電気加熱するために電圧を印加することができる端子を含む、先の実施形態のいずれかに記載の触媒物品。
【０２０６】
さらなる実施形態５０：アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金および貴金属からなる群から選択される第１の金属を含むコア、ならびに貴金属からなる群から選択される触媒金属を含むシェルを含む触媒金属繊維。
【０２０７】
さらなる実施形態５１：金属繊維の直径が、平均で、約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍまたは約１０μｍ；または平均で約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約４０μｍ、約５０μｍ、約６０μｍ、約７０μｍ、約８０μｍ、約９０μｍ、約１００μｍ、約１１０μｍ、約１２０μｍ、約１３０μｍ、約１４０μｍまたは約１５０μｍである、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維。
【０２０８】
さらなる実施形態５２：シェルが、平均で約１ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約７ｎｍ、約８ｎｍ、約９ｎｍまたは約１０ｎｍ厚であり；または、シェルは、平均で約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍまたは約１００ｎｍ厚である、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維。
【０２０９】
さらなる実施形態５３：シェルは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒおよびそれらの合金からなる群から選択される金属成分を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維。
【０２１０】
さらなる実施形態５４：シェルが卑金属；例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｏ、ＷおよびＡｌからなる群から選択される卑金属をさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維。
【０２１１】
さらなる実施形態５５：シェルがＰｔ、ＰｄもしくはＲｈ成分、またはそれらの混合物を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維。
【０２１２】
さらなる実施形態５６：ＦｅＣｒ合金コアならびにＰｔおよびまたはＰｄを含むシェルを含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維。
【０２１３】
さらなる実施形態５７：シェルが少なくとも２つの異なる層；例えば貴金属を含む層、および貴金属および卑金属を含む層を含むように、シェルは複数の層を含む、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維。
【０２１４】
さらなる実施形態５８：先の実施形態のいずれかに記載の物品または金属フェルトを含む、排気ガス処理システム。
【０２１５】
さらなる実施形態５９：すすフィルターをさらに含む、先の実施形態のいずれかに記載の排気ガス処理システム。
【０２１６】
さらなる実施形態６０：物品が、ディーゼル酸化触媒、選択還元触媒、希薄ＮＯｘトラップ、三元触媒またはアンモニア酸化触媒である、先の実施形態のいずれかに記載の排気ガス処理システム。
【０２１７】
さらなる実施形態６１：内燃機関の下流で、かつこれと流体連通状態である、先の実施形態のいずれかに記載の排気ガス処理システム。
【０２１８】
さらなる実施形態６２：屋内の空気から、液体流（有機または水性）からの有害物または毒物の除去のための、移動しない工業的プロセスからの排出物の処理、または化学反応プロセスにおける触媒作用のための、先の実施形態のいずれかに記載の触媒繊維、金属フェルトを含むシステム、触媒物品またはシステム。
【０２１９】
さらなる実施形態６３：排気ガス流を処理する方法であって、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト、触媒物品または排気ガス処理システムに排気流を通すことを含む方法。
【０２２０】
さらなる実施形態６４：触媒化学反応を行う方法、例えば、接触水素化を行うための方法であって、先の実施形態のいずれかに記載の金属繊維フェルト、触媒物品または触媒繊維の存在下で反応を行うことを含む方法。
【０２２１】
さらなる実施形態６５：屋内の空気、液体流（有機または水性）または移動しない工業的プロセスからの排出物を処理する方法であって、先の実施形態のいずれかに記載の物品またはシステムを経由してまたは金属繊維フェルトまたは触媒繊維の存在下で空気または液体流または排出物を通過させることを含む方法
【０２２２】
さらなる実施形態６６：先の金属繊維フェルト、触媒物品または触媒繊維の実施形態／請求項のいずれかに記載の金属繊維フェルト、触媒物品または触媒繊維を製造する方法であって、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル／クロム合金、鉄／クロム合金および貴金属からなる群から選択される第１の金属を含む金属繊維上への、１種または複数の貴金属または貴金属および卑金属の電気めっきまたは無電解めっきを含む、方法。
【０２２３】
特に断らなければ、すべての部および百分率は質量による。質量パーセント（質量％）は、特に断らなければ、揮発分を含まない組成物全体に対する、すなわち、乾燥した固形分に対する。本明細書において言及された米国特許出願、公開された特許出願および特許はすべて、参照により本明細書に組み込まれる。
【実施例】
【０２２４】
［実施例１］
ＦｅＣｒ合金ロッドを白金の管に挿入することにより、最初の複合繊維を形成する。中間体複合繊維を製造するために最初のコア／シェル複合体を機械的に縮小する。中間体繊維を切断し、さらに機械的に縮小して、ＦｅＣｒ合金コアおよびＰｔシェルを有し、約３ミクロンの平均直径で、Ｐｔシェルが約４〜約５ナノメートルの平均厚さを有する、繊維を製造する。
【０２２５】
触媒活性なコア／シェル繊維は、繊維全体の質量に対して５０質量％の、平均直径約２０ミクロンを有するＦｅＣｒ合金補強繊維と組み合わせる。コア／シェルおよび補強繊維を合わせて不織布のランダムなアレイにし、約２５０ミクロンの平均厚さを有する金属繊維フェルトに圧縮する。金属繊維フェルトをしわ付けし、切断し、閉じ込めＦｅＣｒ合金箔と層にし、巻き、そして、直径１インチ長さ３インチの寸法を有する金属ジャケットに挿入する。
【０２２６】
［実施例２］
Ａｇロッドを白金の管に挿入することにより、最初の複合繊維を形成する。中間体複合繊維を製造するために最初のコア／シェル複合体を機械的に縮小する。中間体繊維を切断し、さらに機械的に縮小して、ＡｇコアおよびＰｔシェルを有し、約３ミクロンの平均直径で、Ｐｔシェルが約４〜約５ナノメートルの平均厚さを有する、繊維を製造する。
【０２２７】
触媒活性なコア／シェル繊維は、繊維全体の質量に対して５０質量％の、平均直径約２０ミクロンを有するＦｅＣｒ合金補強繊維と組み合わせる。コア／シェルおよび補強繊維を合わせて不織布のランダムなアレイにし、約２５０ミクロンの平均厚さを有する金属繊維フェルトに圧縮する。金属繊維フェルトをしわ付けし、切断し、閉じ込めＦｅＣｒ合金箔と層にし、巻き、そして、直径１インチ長さ３インチの寸法を有する金属ジャケットに挿入する。
【０２２８】
［実施例３］
Ｎｉロッドを白金の管に挿入することにより、最初の複合繊維を形成する。中間体複合繊維を製造するために最初のコア／シェル複合体を機械的に縮小する。中間体繊維を切断し、さらに機械的に縮小して、ＮｉコアおよびＰｔシェルを有し、約３ミクロンの平均直径で、Ｐｔシェルが約４〜約５ナノメートルの平均厚さを有する、繊維を製造する。
【０２２９】
触媒活性なコア／シェル繊維は、繊維全体の質量に対して５０質量％の、平均直径約２０ミクロンを有するＦｅＣｒ合金補強繊維と組み合わせる。コア／シェルおよび補強繊維を合わせて不織布のランダムなアレイにし、約２５０ミクロンの平均厚さを有する金属繊維フェルトに圧縮する。金属繊維フェルトをしわ付けし、切断し、閉じ込めＦｅＣｒ合金箔と層にし、巻き、そして、直径１インチ長さ３インチの寸法を有する金属ジャケットに挿入する。
【０２３０】
［実施例４］
Ｃｕロッドを白金の管に挿入することにより、最初の複合繊維を形成する。中間体複合繊維を製造するために最初のコア／シェル複合体を機械的に縮小する。中間体繊維を切断し、さらに機械的に縮小して、ＣｕコアおよびＰｔシェルを有し、約３ミクロンの平均直径で、Ｐｔシェルが約４〜約５ナノメートルの平均厚さを有する、繊維を製造する。
【０２３１】
触媒活性なコア／シェル繊維は、繊維全体の質量に対して５０質量％の、平均直径約２０ミクロンを有するＦｅＣｒ合金補強繊維と組み合わせる。コア／シェルおよび補強繊維を合わせて不織布のランダムなアレイにし、約２５０ミクロンの平均厚さを有する金属繊維フェルトに圧縮する。金属繊維フェルトをしわ付けし、切断し、閉じ込めＦｅＣｒ合金箔と層にし、巻き、そして、直径１インチ長さ３インチの寸法を有する金属ジャケットに挿入する。
【０２３２】
［実施例５］
ＰｔクラッドＦｅＣｒ合金繊維を含む実施例１の金属フェルトモノリスは、当業界で公知の標準ウォッシュコート技法を使用してベータゼオライトを含む水性スラリーで塗工する。次いで、塗工した物品を１２０℃で乾燥し、空気中４５０℃でか焼する。繊維およびフェルトの空隙内に堆積させたゼオライトの装填率は、モノリス容積のおよそ０．７５ｇ／ｉｎ３である。
【０２３３】
本開示が関係する当業者には、先の記載および付随する図面において提示された教示の恩恵を受けて、本開示の多くの修正および他の実施態様が想起されよう。したがって、本開示は開示された特定の実施態様に限定されず、修正および他の実施態様は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることを意図することが理解されるべきである。さらに、先の記載および付随する図面は、要素および／または機能のある例示の組み合わせの文脈における例示の実施態様を記載するが、要素および／または機能の異なる組み合わせは、添付された特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、代替実施態様によって提供されてもよいことが認識されるべきである。この点に関して、例えば、要素および／または機能の、上記で明示したものと異なる組み合わせもまた、添付された特許請求の範囲の一部において説明されてよいものと企図される。特定の用語が本明細書において用いられるが、それらは一般的および説明的な意味のみにおいて使用され、限定する目的ではない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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