活化的多孔纤维和包括该纤维的产品

摘要

一种组合物，包括表面积至少为5 m2/g的无机纤维和结合到至少一部分无机纤维中和/或施加到至少一部分无机纤维上的活性剂。包括该组合物的产品可包括纤维集合体、复合材料、过滤元件、催化元件、废气处理装置和其他排气系统部件以及纸。

说明书

本申请要求2018年4月4日提交的美国临时专利申请号62/652,551的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及活化纤维组合物，其包括多孔无机纤维和结合到至少一部分无机纤维中和/或施加到至少一部分无机纤维上的活性剂，以及涉及包括活化纤维组合物的产品形式。

背景技术

许多制造、工业和其他过程生成废气，这些废气在排放到环境中之前必须经过一定程度的处理。例如，发电有时通过燃烧碳基燃料来生成热量，这些热量可以经由汽轮机转化为电能。同样，作为生产过程的一部分，混凝土和玻璃生产厂燃烧燃料来生成热量。此外，可在众多系统中使用的内燃机通过燃烧诸如汽油或柴油燃料的燃料来生成电力和/或原动力。所有这些过程都能够生成废气，这些废气在排放到环境中之前必须经过一定程度的处理。

这些废气可包括一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、氯化氢、氟化氢、砷、硼、铅、汞和其他有害气体（例如未燃烧的碳氢化合物（“HC”）和挥发性有机化合物（“VOC”））和/或颗粒。废气中的一些或所有这些不期望的成分可通过各种常规技术去除，其中许多涉及过滤器和/或催化剂载体，它们可以在排放到环境中之前物理去除和/或在化学上改变不期望的成分。

用于进行这些减排过程的常规部件大都存在缺陷。例如，在某些情况下，陶瓷蜂窝过滤器/催化剂载体被用于去除和/或在化学上改性废气中发现的不期望的成分。这些载体可能不期望地重、可能具有低耐热性、和/或安装和/或操作可能昂贵。

生成必须在排放到环境中之前经过处理的废气的工业过程的示例是流化催化裂化（“FCC”）。FCC过程被用于将高分子量碳氢化合物转化为更有价值的更短链的烃基，诸如汽油或烯烃。FCC过程在产生蒸汽、加热原料和再生催化剂时消耗大量能量。FCC过程将受益于可减少催化原料和再生催化剂载体材料所需的能量的较低成本的催化载体材料，以及将提高处理FCC过程生成的废气的效率的材料。

其他工业过程也可受益于改进的催化载体材料，诸如：使用氧化铝上的银催化剂合成环氧乙烷；使用氧化铝上的钼钴催化剂的石油脱硫：使用镍/铂催化剂将苯氢化成环己烷：使用镍催化剂生产合成气体（“合成气”）；使用氧化铝上的铂和铼催化剂重整石脑油：使用氧化铝上的银催化剂制备环氧乙烷；或者使用钒催化剂制备硫酸。

发明内容

所需要的是一种组合物，其可用于许多不同的产品形式，以生产用于废气处理系统和其他制造/工业过程的轻质、耐高温、低成本和/或节能的部件。这种组合物和/或产品形式可能够用这种组合物/产品形式替代现有的陶瓷基底，诸如球体、粉末等。

附图说明

参考随附附图公开了本主题的实施例，附图仅用于说明目的。本主题在其应用中不限于附图中所示的构造细节或部件的布置。除非另有指示，相同的附图标记用于指示相同的部件。

图1A是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图1B是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图1C是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图1D是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图1E是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图1F是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图1G是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图1H是包括如本文所述活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图2是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图3是包括如本文所述的活化纤维组合物的排气系统的说明性实施例。

图4是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图5是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图6是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图7是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图8是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图9是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图10是包括如本文所的述活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图11是包括如本文所述的活化纤维组合物的产品形式的说明性实施例。

图12A是常规陶瓷蜂窝过滤器的照片。

图12B是常规陶瓷蜂窝过滤器的照片。

图13是示出图12A和12B所示的陶瓷蜂窝过滤器的背压生成的曲线图。

图14A是总结示例1的结果的曲线图。

图14B是总结示例1的结果的曲线图。

图15A是总结示例2的结果的曲线图。

图15B是总结示例2的结果的曲线图。

图16A是总结示例3的结果的曲线图。

图16A是总结示例3的结果的曲线图。

具体实施方式

提供了活化纤维组合物，其包括多孔无机纤维和结合到至少一部分无机纤维中和/或施加到至少一部分无机纤维上的活性剂。在某些实施例中，活化纤维组合物可包括：（a）无机纤维，其具有以下各者中的至少一者：（i）至少5 m

还提供了各种产品形式，包括本文公开的活化纤维组合物。产品形式可包括但不限于纤维集合体、复合材料、过滤元件、催化元件、排气系统部件、催化载体材料、纸、毯子、垫、毡、纺织品、膜等。

与常规产品形式相比，活化纤维组合物和所得产品形式提供了益处。例如，陶瓷蜂窝过滤器/催化剂载体可能是重的，在搬运和安装期间容易损坏，具有相对低的温度耐受性，并且可能相对昂贵。由本文公开的活化纤维组合物制成的过滤元件/催化元件可以比常规陶瓷蜂窝产品重量更轻、更不易损坏、具有更高的温度耐受性和/或更便宜。这些益处同样适用于本文公开的其它产品形式，以及可由本文公开的活化纤维组合物制成的许多产品形式。

描述

关于本文公开的组合物重量，应当理解，组合物的总重量不能超过100%。例如，包括5重量%至94重量%的成分X、大于0重量%至55重量%的成分Y和大于0重量%至85重量%的成分Z的组合物将不超过100重量%，并且每种成分的量将被调节以包括每种成分的期望的量，而不超过总组合物的100重量%。

应当理解，当在本公开中描述值的范围时（例如但不限于，“X至Y”、“至少X”或“至多Y”），意图是该范围内的任何和每个值（包括端点）都被认为已经被陈述和公开为针对相关特性的可能值，或者作为更窄范围的可能替代最小值和/或最大值（当然，前提是最小值不超过任何特定范围的最大值）。例如，“1到10”的范围被理解为指示沿着从1到10的连续体中的每一个可能的数字。应当理解，发明人了解并理解，该范围内的任何和所有值都被认为是已经被指定，并且发明人拥有整个范围和该范围内的所有值。尽管在本文中可能明确陈述了替代值和/或更窄的范围，但是根据本段中描述的理解，本公开不应被解释为仅限于具体公开的那些值和/或范围。

无机纤维可单独或组合包括一种或多种类型的无机纤维。可使用能够制成多孔的并包括活性剂同时保持它们的物理性质的任何无机纤维。在某些实施例中，无机纤维可包括无机氧化物纤维、陶瓷纤维、耐火陶瓷纤维、多晶羊毛纤维、氧化铝纤维、高氧化铝纤维、玻璃纤维、二氧化硅纤维、勃姆石纤维、低生物持久性纤维、碱土硅酸盐纤维、钙-氧化铝纤维、氧化锆纤维或二氧化钛纤维中的至少一种。

在某些实施例中，无机纤维可通过任何已知的生产无机纤维的方法来生产。在某些实施例中，无机纤维可经由溶胶-凝胶工艺生产。示例性溶胶-凝胶纤维生产工艺包括：

·根据需要形成包含期望的比例的金属盐或化合物的溶液或溶胶。

·在溶液或溶胶中包括纺丝助剂，诸如有机聚合物，以提供纤维化所需的流变性。

·在溶液或溶胶中包括任何其他被认为是成品产品所期望的材料（包括但不限于：用于性能增强的相变抑制剂或金属氧化物粉末；至少一种如本文所述的活性剂；和/或用于改善活性剂对无机纤维的粘附性的掺杂剂）。

·通过已建立的纤维化方法将从溶液或溶胶中的所得材料纤维化，所述方法可包括但不限于：

o将溶液或溶胶提供给转盘，在那里溶液或溶胶可被离心挤出成纤维，称为“纺丝”；

o将溶液或溶胶提供给挤出喷嘴（或其组件），并在有或没有衰减气流的情况下挤出溶液或溶胶，作为连续或不连续的纤维；和

o静电纺丝。

·将所得纤维进行干燥和煅烧步骤，以除去水、残留的有机成分和挥发性盐阴离子。

·对纤维进行进一步热处理以形成晶体结构。

任何手段都可用来对液体进行纺丝。例如，纺丝液体可放置在呈圆筒形式的离心喷射纺丝机中，该圆筒在其外周表面上具有多个喷嘴孔。纺丝机在高速下的旋转使纺丝溶液通过喷嘴孔喷射到干燥环境中，以将液体转化为纤维形式。此后，将所得纤维材料干燥以除去水并煅烧，即在高温下加热，例如对于二氧化硅纤维在700℃至1500℃之间加热，以产生多晶纤维。该纤维可具有5至200 m

替代地，液体可被放置在具有喷嘴孔的容器中，并被允许落到位于容器下方的快速旋转圆盘上。结果，下落的纺丝溶液被吹到干燥环境中，并由此被纺丝或转化成纤维形式。如前所述，干燥并加热所得纤维。在另一个示例中，液体被放置在具有喷嘴孔的容器中，并被允许在沿横向方向供应高速气流的同时下落。结果，下落的纺丝溶液被吹到干燥环境中，并由此转化为纤维形式。

在迫使溶液通过开口之前，可将溶液加热至从30℃至40℃。先前的加热允许溶剂快速蒸发，从而更快速地使氧化物前体呈现纤维形式。

这些溶胶凝胶方法通过使用包含非离子表面活性剂（诸如硅氧烷）的水性溶胶来引入受控的孔隙率。这在绿色纤维中引入了胶束，这在最终烧制的纤维结构中留下了可控尺寸的孔。

在某些实施例中，纺丝温度可以是25℃，并且表面活性剂在纺丝溶液中的浊点可小于45℃。随着纺丝温度升高，表面活性剂的可接受浊点升高。例如，对于50℃的纺丝温度，表面活性剂的浊点将小于70℃。在某些实施例中，表面活性剂的浊点比纺丝温度高至少5℃，并且比纺丝温度高不超过15℃。

如本文所用的术语“纺丝温度”意指纺丝溶液或溶胶在成纤工艺的挤出和拉伸（延伸）阶段期间达到的最大温度。因此，将溶液或溶胶挤出到加热环境中将会导致溶液或溶胶在拉伸（延伸）成绿色纤维期间温度升高。在这种情况下，纺丝温度是溶液或溶胶（绿色纤维）在拉伸（延伸）完成之前达到的最高温度。纺丝温度可以是衰减空气的湿球温度。

本文所提到的“表面活性剂的浊点”是包含表面活性剂的纺丝溶液在加热时变浑浊的温度。非离子表面活性剂的水溶液在加热时变得浑浊，并且这些溶液的浊点是通过将包含10 ml溶液的沸腾管浸入冷的搅拌水浴中并且然后以每分钟1℃的速度加热该浴来确定的。管中的溶液不经搅拌或用抹刀轻轻搅拌（以避免气泡）。溶液在1至2℃内的狭窄温度范围内变得混浊，并且然后可记录混浊温度或浊点。

可采用若干种化学类型的表面活性剂，并且这种化学类型的示例是烷基乙氧基化物、烷基苯基乙氧基化物、聚丙烯氧化物-聚氧化乙烯嵌段共聚物、梳型硅氧烷-聚乙氧基化物共聚物和聚乙氧基化胺。应当理解，在这些化学种类的表面活性剂的每一种内，可能存在浊点太高而不能用于该工艺的那些，以及在该工艺中可用的那些表面活性剂。然而，测量表面活性剂的浊点以确定其供在该工艺中使用的适用性是一个简单的常规实验问题。可采用表面活性剂的共混物或混合物来提供合适的浊点。

纺丝溶液中使用的表面活性剂的量可在宽的范围内变化，但通常至少为基于纺丝溶液的1重量%。表面活性剂的量可以是溶液的1重量%至15重量%；并且在某些实施例中为溶液的3重量%至10重量%。

除了表面活性剂之外，纺丝溶液或溶胶可包含用于纤维的稳定和/或烧结添加剂的前体。在任何实施例中，表面活性剂自身可以是所得纤维中的相稳定剂或烧结剂的来源。例如，使用硅氧烷共聚物作为表面活性剂导致当纤维被加热以将氧化硅前体分解成构成纤维的二氧化硅时纤维中二氧化硅的形成。因此，其前体可被结合在纺丝溶液或溶胶中的稳定剂是二氧化硅，诸如用于二氧化硅纤维的二氧化硅溶胶。

纤维前体的煅烧可从低温（例如150℃）处开始，并增加到最终的高温条件（例如700℃至1500℃），以确保纤维耐热和/或具有足够的机械强度。热处理炉内的不同气氛可用于支持热处理过程，诸如通过向炉添加蒸汽。使用不同的加热速率（有时称为“升温速率”）和/或保持固定的温度一段时间，会影响煅烧过程，诸如通过改变纤维中微晶的浓度和尺寸。美国专利号3,950,478提供了这方面的信息，其全部公开内容通过引用并入本文。

成品无机纤维中存在的微晶的浓度和尺寸也可以通过添加晶体生长抑制剂和/或通过添加具有期望结晶学的成核“晶种”来控制。在某些实施例中，这可包括控制结晶组合物以保持孔隙率，同时确保表面能低并且最大化表面酸性。晶体生长抑制剂可包括阻止晶界运动的微粒，并且因此阻止大晶体的形成（称为“Zener钉扎（pinning）”）。在某些实施例中，二氧化硅、氧化镁、氧化锆和/或氧化钇的颗粒可用作氧化铝纤维中的晶体生长抑制剂。在某些实施例中，氧化铝、氧化镁和/或氧化钇的颗粒可以用作氧化锆纤维中的晶体生长抑制剂。在某些实施例中，磷酸盐可用作二氧化钛纤维中的晶体生长抑制剂。具有期望的结晶学的成核晶种可降低目标晶相的活化能，由此在煅烧期间促进纤维中目标晶相的优先生长。在某些实施例中，小浓度的铁、铜和/或结晶氧化铝可促进氧化铝纤维中的晶体生长。在某些实施例中，小浓度的金红石二氧化钛和/或钍石可促进氧化锆纤维中的晶体生长。在这些实施例中，“小浓度”可意指小于1重量%，诸如0.1重量%或更少。

在某些实施例中，无机纤维可包括陶瓷纤维。非限制性地，合适的陶瓷纤维包括氧化铝纤维、铝硅酸盐纤维、氧化铝-硼硅酸盐纤维、氧化铝-氧化锆-硅酸盐纤维、氧化锆-硅酸盐纤维、氧化锆纤维和类似纤维。合适的铝硅酸盐陶瓷纤维可从Unifrax I LLC（美国纽约托纳旺达）商购，其注册商标为FIBERFRAX。FIBERFRAX耐火陶瓷纤维包括45至75重量%氧化铝和25至55重量%二氧化硅的纤维化产物。FIBERFRAX纤维呈现出高达1540℃的工作温度和高达1870℃的熔点。

在某些实施例中，铝硅酸盐纤维可包括：从40重量%至60重量%的A1

在某些实施例中，无机纤维可包括铝-二氧化硅-氧化镁玻璃纤维，该玻璃纤维包括从64重量%至66重量%的SiO

非限制性地，低生物持久性纤维的合适示例包括美国专利号6,953,757、6,030,910、6,025,288、5,874,375、5,585,312、5,332,699、5,714,421、7,259,118、7,153,796、6,861,381、5,955,389、5,928,975、5,821,183和5,811,360中公开的那些纤维，这些专利的全部公开内容通过引用并入本文。

合适的低生物持久性纤维包括但不限于碱土硅酸盐纤维，诸如钙-镁-硅酸盐纤维或镁-硅酸盐纤维、钙-铝酸盐纤维、钾-钙-铝酸盐纤维、钾-铝-硅酸盐纤维或钠-铝-硅酸盐纤维。

在某些实施例中，碱土硅酸盐纤维可包括镁和二氧化硅的氧化物的混合物的纤维化产物。这些纤维通常被称为硅酸镁纤维。硅酸镁纤维可包括如下各者的纤维化产物：从60至90重量%的二氧化硅、从大于0至35%重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质；从65至86重量%的二氧化硅、从14至35重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质；或从70至86重量%的二氧化硅、从14至30重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质。合适的硅酸镁纤维可从Unifrax ILLC（纽约托纳旺达）商购，其注册商标为ISOFRAX。可商购的ISOFRAX纤维通常包括从70至80重量%的二氧化硅、从18至27重量%的氧化镁和4重量%或更少的杂质的纤维化产物。在某些实施例中，纤维包括85重量%的二氧化硅和15重量%的氧化镁的纤维化产物。

在某些实施例中，碱土硅酸盐纤维可包括钙、镁的氧化物和二氧化硅的混合物的纤维化产物。这些纤维通常被称为钙镁硅酸盐纤维。在某些实施例中，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包括如下各者的纤维化产物：从45至90重量%的二氧化硅、从大于0至45重量%的氧化钙、从大于0至35重量%的氧化镁、和10重量%或更少的杂质；或大于71.25至85重量%的二氧化硅、大于0至20重量%的氧化镁、5至28.75重量%的氧化钙和0至5重量%的氧化锆。

合适的钙-镁-硅酸盐纤维包括那些可从Unifrax I LLC（纽约托纳旺达）商购的纤维，其注册商标为INSULFRAX。在某些实施例中，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包括以下各者的纤维化产物：从61至67重量%二氧化硅、从27至33重量%氧化钙和从2至7重量%氧化镁。在某些实施例中，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包括79重量%的二氧化硅、18重量%的氧化钙和3重量%的氧化镁。其他合适的钙-镁-硅酸盐纤维包括可从热陶瓷公司（佐治亚州奥古斯塔）商购的商品名为SUPERWOOL 607、SUPERWOOL 607 MAX和SUPERWOOL HT的纤维。SUPERWOOL607纤维包括从60至70重量%的二氧化硅、从25至35重量%的氧化钙、从4至7重量%的氧化镁和微量的氧化铝。SUPERWOOL 607 MAX纤维包括60至70重量%的二氧化硅、从16至22重量%的氧化钙、以及从12至19重量%的氧化镁和微量的氧化铝。SUPERWOOl HT纤维包括74重量%的二氧化硅、24重量%的氧化钙和微量的氧化镁、氧化铝和氧化铁。

在某些实施例中，碱土硅酸盐纤维可包括钙和铝的氧化物的混合物的纤维化产物。在某些实施例中，至少90重量%的钙铝酸盐纤维包括以下各者的纤维化产物：从50至80重量%的钙、从20至小于50重量%的氧化铝和10重量%或更少的杂质；或从50至80重量%的氧化铝、从20至小于50重量%的氧化钙和10重量%或更少的杂质。在某些实施例中，碱土硅酸盐纤维可包括钾、钙和铝的氧化物的混合物的纤维化产物（“钾-钙-铝酸盐纤维”）。在某些实施例中，钾-钙-铝酸盐纤维包括从10至50重量%的钙、从50至90重量%的氧化铝、从大于0至10重量%的钾和10重量%或更少的杂质的纤维化产物。

在某些实施例中，碱土硅酸盐纤维可包括镁、二氧化硅、锂和锶的氧化物的混合物的纤维化产物。在某些实施例中，碱土硅酸盐纤维可包括：65至86重量%的二氧化硅、14至35重量%的氧化镁、氧化锂和氧化锶；或65至86重量%的二氧化硅、14至35重量%的氧化镁、大于0至1重量%的氧化锂和大于0至5重量%的氧化锶。

在某些实施例中，碱土硅酸盐纤维可包括镁、二氧化硅、锂和锶的氧化物的混合物的纤维化产物。在某些实施例中，碱土硅酸盐纤维包括：65至86重量%的二氧化硅、14至35重量%的氧化镁、氧化锂和氧化锶；65至86重量%的二氧化硅、14至35重量%的氧化镁、大于0至1重量%的氧化锂和大于0至5重量%的氧化锶；14至35重量%的氧化镁和大于0至0.45重量%的氧化锂；14至35重量%的氧化镁和大于0至5重量%的氧化锶；或70或更大重量百分比的二氧化硅、氧化镁和大于0至10重量%的氧化铁。

合适的二氧化硅纤维包括可从德国 BelChem 纤维材料有限公司获得的浸析玻璃纤维，其商标为BELCOTEX，可从加利福尼亚州加登纳的Hitco碳复合材料公司获得，其注册商标为REFRASIL，并且可从白俄罗斯共和国的Polotsk-Steklovolokno获得，名称为PS-23（R）。

BELCOTEX纤维是标准类型的短纤维预丝。这些纤维的平均细度为550特克斯（tex），并且通常由通过氧化铝改性的硅酸制成。BELCOTEX纤维是无定形的，并且通常包含94.5%的二氧化硅、4.5%的氧化铝、小于0.5%的氧化钠和小于0.5%的其他成分。这些纤维的平均纤维直径为9微米，并且熔点在1500℃至1550℃的范围内。这些纤维耐热温度高达1100℃，并且通常无疵且无粘合剂。

REFRASIL纤维（如BELCOTEX纤维）是无定形浸析玻璃纤维，其二氧化硅含量高，用于在1000℃至1100℃的温度范围内提供绝热。这些纤维的直径在6至13微米之间，并且熔点为1700℃。纤维在浸析之后通常具有95重量%的二氧化硅含量。氧化铝可以以4重量%的量存在，其中其它成分以1重量%或更少的量存在。

来自Polotsk-Steklovolokno的PS-23（R）纤维是无定形玻璃纤维，二氧化硅含量高，并且适合于要求至少耐1000℃的绝热应用。这些纤维的纤维长度在5至20 mm范围内，并且纤维直径为9微米。这些纤维，如REFRASIL纤维，熔点为1700℃。

在某些实施例中，玻璃纤维可包括63至67重量%的SiO

在某些实施例中，玻璃纤维可包括E-玻璃纤维。E-玻璃纤维可包括从52重量%至56重量%的SiO

具有诸如高比表面积、高拉伸强度、一致的玻璃化学性质和纯度等物理性质的合适玻璃纤维可从Unifrax Specialty Fibers （纽约托纳旺达）获得。这些纤维是通过旋转和火焰衰减制造工艺生产的。平均纤维直径的范围为从极细的0.25 µm到5.0 µm。玻璃纤维组合物的示例列于下表1。

表1：玻璃纤维组合物（重量%）

*B

玻璃纤维可以通过从中提取一价、二价和三价形成玻璃的金属氧化物成分以留下主要由二氧化硅组成的纤维而转化为高二氧化硅纤维，并且该纤维包含小于10份这种金属氧化物与90份SiO

合适的浸析酸包括例如HCl、H

可期望通过在高温下脱水足够长的时间来使纤维收缩，以通过加热基本上除去所有的水合水和所有的吸附水，诸如加热到400℉至500℉的温度足够长的时间来除去水合水和吸附水，而不会在实质上收缩纤维。

硼硅酸盐玻璃纤维可以容易地用酸浸析以除去除二氧化硅以外的金属氧化物，并且可通过加热到1000℉以上的温度（优选在1400℉至1600℉的范围内）来脱水。通过适当控制酸提取过程，烧制后得到的纤维包含高二氧化硅含量，并且可高达90%或99.9%二氧化硅，如通过氢氟酸提取方法确定的。

制备二氧化硅纤维的方法公开在美国专利2,215,039、2,221,709、2,461,841、2,491,761、2,500,092、2,624,658、2,635,390、2,686,954、2,718,461和2,730,475中，其全部公开内容通过引用并入本文。

在某些实施例中，无机纤维可包括耐火陶瓷纤维，该耐火陶瓷纤维包括45至75重量%氧化铝、和25至55重量%二氧化硅的纤维化产物。

在某些实施例中，无机纤维可包括碱土硅酸盐纤维，该碱土硅酸盐纤维包括60至90重量%的二氧化硅、大于0至35重量%的氧化镁、和5重量%或更少的杂质的纤维化产物。

在某些实施例中，无机纤维可包括碱土硅酸盐纤维，该碱土硅酸盐纤维包括45至90重量%的二氧化硅、大于0至45重量%的氧化钙、大于0至35重量%的氧化镁、和10重量%或更少的杂质的纤维化产物。

在某些实施例中，无机纤维可包括碱土硅酸盐纤维，该碱土硅酸盐纤维包括氧化钙和二氧化硅的纤维化产物。

在某些实施例中，无机纤维可包括氧化钙-氧化铝纤维，该氧化钙-氧化铝纤维包括20至80重量%的氧化钙和20至80重量%的氧化铝。

在某些实施例中，无机纤维可包括二氧化硅纤维，该二氧化硅纤维包括90重量%或更多二氧化硅。

在某些实施例中，无机纤维可包括氧化铝纤维，该氧化铝纤维包括90重量%或更高的氧化铝。

在某些实施例中，无机纤维可包括多晶羊毛纤维，该多晶羊毛纤维包括95至97重量%的氧化铝和3至5重量%的二氧化硅的纤维化产物。

在某些实施例中，无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的20至100重量%的量存在于活化纤维组合物中。在无机纤维包括结合到无机纤维中的活性剂的实施例中，这种无机纤维可包括高达基于活化纤维组合物的总重量的100重量%的活化纤维组合物。在某些实施例中，无机纤维可以以一定量存在于活化纤维组合物中，使得存在于活化纤维组合物中的无机纤维的量和存在于活化纤维组合物中的活性剂的量一起等于活化纤维组合物的总重量。在某些实施例中，无机纤维可以以一定的量存在于活化纤维组合物中，使得存在于活化纤维组合物中的无机纤维的量、存在于活化纤维组合物中的活性剂的量以及存在于组合物中的本文所述的任何其它成分的量一起等于活化纤维组合物的总重量。

在某些实施例中，无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的20至99重量%、20至98重量%、20至97重量%、20至96重量%、20至95重量%、20至94重量%、20至93重量%、20至92重量%，20至91重量%、20至90重量%、20至85重量%、20至80重量%、20至75重量%、20至70重量%、20至65重量%、20至60重量%、20至55重量%或20至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的25至99重量%、25至98重量%、25至97重量%、25至96重量%、25至95重量%、25至94重量%、25至93重量%、25至92重量%，25至91重量%、25至90重量%、25至85重量%、25至80重量%、25至75重量%、25至70重量%、25至65重量%、25至60重量%、25至55重量%或25至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的30至99重量%、30至98重量%、30至97重量%、30至96重量%、30至95重量%、30至94重量%、30至93重量%、30至92重量%，30至91重量%、30至90重量%、30至85重量%、30至80重量%、30至75重量%、30至70重量%、30至65重量%、30至60重量%、30至55重量%、或30至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的35至99重量%、35至98重量%、35至97重量%、35至96重量%、35至95重量%、35至94重量%、35至93重量%、35至92重量%，35至91重量%、35至90重量%、35至85重量%、35至80重量%、35至75重量%、35至70重量%、35至65重量%、35至60重量%、35至55重量%、或35至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的40至99重量%、40至98重量%、40至97重量%、40至96重量%、40至95重量%、40至94重量%、40至93重量%、40至92重量%、40至91重量%、40至90重量%、40至85重量%、40至80重量%、40至75重量%、40至70重量%、40至65重量%、40至60重量%、40至55重量%、或40至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的45至99重量%、45至98重量%、45至97重量%、45至96重量%、45至95重量%、45至94重量%、45至93重量%、45至92重量%，45至91重量%、45至90重量%、45至85重量%、45至80重量%、45至75重量%、45至70重量%、45至65重量%、45至60重量%、45至55重量%、或45至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的50至99重量%、50至98重量%、50至97重量%、50至96重量%、50至95重量%、50至94重量%、50至93重量%、50至92重量%、50至91重量%、50至90重量%、50至85重量%、50至80重量%、50至75重量%、50至70重量%、50至65重量%、50至60重量%或50至55重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，无机纤维可包括第一无机纤维和第二无机纤维。第一无机纤维的孔隙率可不同于第二无机纤维的孔隙率。第一无机纤维的平均纤维直径可不同于第二无机纤维的平均纤维直径。第一无机纤维的平均纤维长度可不同于第二无机纤维的平均纤维长度。第一无机纤维的组合物可不同于第二无机纤维的组合物。

在某些实施例中，无机纤维的中值纤维直径为0.25至20 µm、0.25至18 µm、0.25至16 µm、0.25至14 µm、0.25至12 µm、0.25至10 µm、0.25至9 µm、0.25至8 µm、0.25至7 µm、0.25至6 µm或0.25至5 µm。

在某些实施例中，无机纤维的中值纤维直径为0.5至20 µm、0.5至18 µm、0.5至16µm、0.5至14 µm、0.5至12 µm、0.5至10 µm、0.5至9 µm、0.5至8 µm、0.5至7 µm、0.5至6 µm或0.5至5 µm。

在某些实施例中，无机纤维的中值纤维直径为1至20 µm、1至18 µm、1至16 µm、1至14 µm、1至12 µm、1至10 µm、1至9 µm、1至8 µm、1至7 µm、1至6 µm或1至5 µm。

在某些实施例中，无机纤维的中值纤维直径为1.5至20 µm、1.5至18 µm、1.5至16µm、1.5至14 µm、1.5至12 µm、1.5至10 µm、1.5至9 µm、1.5至8 µm、1.5至7 µm、1.5至6 µm或1.5至5 µm。

在某些实施例中，无机纤维的中值纤维直径为2至20 µm、2至18 µm、2至16 µm、2至14 µm、2至12 µm、2至10 µm、2至9 µm、2至8 µm、2至7 µm、2至6 µm或2至5 µm。

在某些实施例中，无机纤维的中值纤维直径为2.5至20 µm、2.5至18 µm、2.5至16µm、2.5至14 µm、2.5至12 µm、2.5至10 µm、2.5至9 µm、2.5至8 µm、2.5至7 µm、2.5至6 µm或2.5至5 µm。

在某些实施例中，无机纤维的中值纤维直径为3至20 µm、3至18 µm、3至16 µm、3至14 µm、3至12 µm、3至10 µm、3至9 µm、3至8 µm、3至7 µm、3至6 µm或3至5 µm。

中值纤维直径的标准偏差可以是2 µm或更小、1.8 µm或更小、1.6 µm或更小、1.4µm或更小、1.2 µm或更小、1 µm或更小、0.9 µm或更小、0.8 µm或更小、0.7 µm或更小、0.6 µm或更小、或0.5 µm或更小。

在一些实施例中，活化纤维组合物可由低可呼吸纤维形成，即，活化纤维组合物可包含小于0.1重量%的直径小于3 µm的纤维。在一些实施例中，无机纤维的中值纤维直径为3至5 µm，并且小于0.1重量%的无机纤维的直径小于3 µm。

在某些实施例中，无机纤维的熔点可为500℃或更高、600℃或更高、700℃或更高、800℃或更高、900℃或更高、1000℃或更高、1100℃或更高、1200℃或更高、1300℃或更高、1400℃或更高、1500℃或更高、1600℃或更高、1700℃或更高、1800℃或更高、1900℃或更高或2000℃或更高。在某些实施例中，无机纤维在500℃或更高、600℃或更高、700℃或更高、800℃或更高、900℃或更高、1000℃或更高、1100℃或更高、1200℃或更高、或1300℃或更高的温度下是稳定的。无机纤维在特定温度下是“稳定的”，这意味着在加热到该温度30分钟后，孔径和表面积在预热测量值的5%以内。

在生产合适的无机纤维的过程中，可通过在包含前体金属盐的溶液相中包括非离子表面活性剂来将孔隙率引入纤维结构中，如下面更详细的描述以及欧洲专利申请0 318203和美国专利5,176,857中所述，其全部公开内容通过引用并入本文。表面活性剂的示例包括烷基乙氧基化物、烷基苯基乙氧基化物、聚丙烯氧化物-聚环氧乙烷嵌段共聚物、梳状硅氧烷-聚乙氧基化物共聚物和聚乙氧基化胺。通过控制溶液或溶胶中表面活性剂的添加和所得胶束的尺寸，可以直接控制纤维产物中的孔的体积和尺寸。孔径可被控制到几十埃的水平。孔隙率的存在使得表面积与体积之比高于仅纤维的表面积与体积之比。

在某些实施例中，无机纤维可具有以下至少一者：（i）至少15 m

在某些实施例中，无机纤维可具有以下至少一者：（i）至少30 m

在某些实施例中，无机纤维可具有以下至少一者：（i）至少45 m

在某些实施例中，无机纤维可具有以下至少一者：（i）至少60 m

在某些实施例中，无机纤维可具有以下至少一者：（i）至少75 m

在某些实施例中，无机纤维可具有以下至少一者：（i）至少90 m

在某些实施例中，无机纤维可具有以下至少一者：（i）5至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有以下至少一者：（i）90至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有至少5 m

在某些实施例中，无机纤维可具有至多220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有5至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有15至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有30至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有45至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有60至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有75至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有90至220 m

在某些实施例中，无机纤维可具有至少5%（按体积计）、至少10%（按体积计）、至少15%（按体积计）、至少20%（按体积计）、至少30%（按体积计）或至少35%（按体积计）的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有至多60%、至多55%、至多50%、至多45%或至多40%的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有从5%至60%、5%至55%、5%至50%、5%至45%或5%至40%的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有从10%至60%、10%至55%、10%至50%、10%至45%或10%至40%的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有从15%至60%、15%至55%、15%至50%、15%至45%或15%至40%的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有从20%至60%、20%至55%、20%至50%、20%至45%或20%至40%的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有从25%至60%、25%至55%、25%至50%、25%至45%或25%至40%的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有从30%至60%、30%至55%、30%至50%、30%至45%或30%至40%的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有从35%至60%、35%至55%、35%至50%、35%至45%或35%至40%的孔隙率。

在某些实施例中，无机纤维可具有至少0.005 mL/g、至少0.01 mL/g、至少0.03mL/g、至少0.05 mL/g、至少0.07 mL/g、至少0.09 mL/g或至少0.1 mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有至多0.25 mL/g、至多0.2 mL/g、至多0.18 mL/g、至多0.16 mL/g、至多0.14 mL/g或至多0.12 mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有0.005 mL/g至0.25 mL/g、0.005 mL/g至0.2mL/g、0.005 mL/g至0.18 mL/g、0.005 mL/g至0.16 mL/g、0.005 mL/g至0.14 mL/g或0.005mL/g至0.12 mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有0.01 mL/g至0.25 mL/g、0.01 mL/g至0.2 mL/g、0.01 mL/g至0.18 mL/g、0.01 mL/g至0.16 mL/g、0.01 mL/g至0.14 mL/g或0.01 mL/g至0.12 mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有0.03 mL/g至0.25 mL/g、0.03 mL/g至0.2 mL/g、0.03 mL/g至0.18 mL/g、0.03 mL/g至0.16 mL/g、0.03 mL/g至0.14 mL/g或0.03 mL/g至0.12 mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有0.05 mL/g至0.25 mL/g、0.05 mL/g至0.2 mL/g、0.05 mL/g至0.18 mL/g、0.05 mL/g至0.16 mL/g、0.05 mL/g至0.14 mL/g或0.05 mL/g至0.12 mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有0.07 mL/g至0.25 mL/g、0.07 mL/g至0.2 mL/g、0.07 mL/g至0.18 mL/g、0.07 mL/g至0.16 mL/g、0.07 mL/g至0.14 mL/g或0.07 mL/g至0.12 mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有0.09 mL/g至0.25 mL/g、0.09 mL/g至0.2 mL/g、0.09 mL/g至0.18 mL/g、0.09 mL/g至0.16 mL/g、0.09 mL/g至0.14 mL/g或0.09 mL/g至0.12 mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有0.1 mL/g至0.25 mL/g、0.1 mL/g至0.2 mL/g、0.1 mL/g至0.18 mL/g、0.1 mL/g至0.16 mL/g、0.1 mL/g至0.14 mL/g或0.1 mL/g至0.12mL/g的孔体积。

在某些实施例中，无机纤维可具有20至300 Å、50至300 Å、50至250 Å、50至200 Å、50至150 Å、100至200 Å、100至150 Å或150至200 Å的平均孔径。

在某些实施例中，无机纤维可具有10至200 Å、50至200 Å、100至200 Å、150至200Å、10至150 Å、50至150 Å、10至100 Å、10至50 Å、50至100 Å或100至150 Å的孔径分布。

已经发现，多孔系统的“骨架”架构（例如，孔径、孔长度、孔深度和/或表面积）可对催化过程的有效性有影响。孔应当足够宽，以允许活性材料的薄覆盖，并允许目标反应物自由进入和离开结构。如果孔太长和/或太深，反应物可能会被截留，这会降低有效性。因此，可能特别期望提供优先位于无机纤维表面处的孔隙率，以限制孔的长度和/或深度，和/或调节孔径。

可使用许多不同的过程变量来控制孔隙率。在溶液中组合不同的表面活性剂（例如具有不同胶束大小或不同官能团的硅氧烷成分）可提供孔径/分布控制。在纤维化和/或干燥期间改变温度和/或湿度可影响孔隙率，如在热处理之前增加或减少前体纤维中的溶剂浓度一样。如上所述，改变煅烧条件也可影响孔隙率。

表面积可通过减小无机纤维的中值直径来最大化。可以定制上述纤维生产工艺以提供中值直径在0.25 µm至20 µm范围内、且标准偏差低于2 µm或甚至低于1 µm的无机纤维。控制中值纤维直径的方法的非限制性示例包括如下：使用如上所述的不同掺杂助剂，诸如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺（诸如部分水解的聚丙烯酰胺）、聚丙烯酸、聚环氧乙烷、羧烷基纤维素、羟烷基纤维素中的至少一种、烷基纤维素、水解淀粉、葡聚糖、瓜尔胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、海藻酸、聚异丁烯衍生物、聚硅氧烷、聚环氧乙烷、聚氨酯或酯的共聚物、以及包括这些物质的不同分子量和浓度的混合物；取决于掺杂助剂，中值纤维直径可增加或减少。降低纤维化溶液的粘度可导致纤维具有降低的中值纤维直径，正如降低纤维化旋转器中纤维化喷嘴的孔径大小、降低通过喷嘴的流速、以及增加纤维化旋转器的旋转速度或增加纤维化挤出过程中的空气压力一样。

在某些实施例中，纤维中总孔隙率的至少25%并且在进一步的实施例中比25%高得多的比例由轴向对准的孔提供。如本文使用的术语“轴向对准的孔”不限于真正平行于纤维轴线定向的孔，而是包括与轴线成高达30度角度定向的一些孔。在某些实施例中，大部分轴向对准的孔可基本上平行于轴线，并且特别是偏离于轴线不超过10度。还应当理解，具有轴向对准部分和非轴向对准部分的孔（诸如径向对准部分（例如迷宫式孔，包括与径向孔连通的轴向孔））就其轴向对准的部分而言，被认为是轴向对准的孔。因此，轴向对准的孔可以是封闭的孔，或者它们可以对纤维表面开放。

纤维的对准孔结构可以通过凝胶纤维内的适当结构化来产生，即在二氧化硅纤维的情况下，在热处理以将二氧化硅前体转化为纤维的无机二氧化硅之前形成的绿色纤维。需要特定的纺丝条件来在凝胶纤维中产生期望的结构。短纤维纺丝工艺将纤维快速拉伸至细直径，并且因此纺丝溶液或溶胶的粘度在纤维横截面上快速且均匀地增加，同时凝胶纤维被拉伸并受到拉伸应力。快速增加的粘度和高纺丝/拉伸比的组合提供足够强度和持续时间的流动力，以生成期望的凝胶纤维结构。在合适的条件下操作的吹送纺丝提供从500至2,500的总纺丝/拉伸比，其中总纺丝/拉伸比是凝胶纤维的速度与纺丝溶液或溶胶在喷丝孔中的速度之比。

如本文所使用的，术语“活性剂”是指在化学上改变流体中不期望的成分和/或从流体中吸附不期望的成分的任何组合物或材料，并且其能够被结合到无机纤维中和/或施加到无机纤维上。

通过“结合到”无机纤维中意指在无机纤维的生产期间将活性剂添加到无机纤维，诸如通过将活性剂添加到用于生产纤维的溶胶-凝胶材料。因此，活性剂形成无机纤维的组成成分。因此，活性剂可均匀地遍及每根单独的纤维存在，或者经由特定的加工技术，可在每根无机纤维的某些部分中以较高的浓度存在，诸如在每根无机纤维的表面附近以较高的浓度存在。

通过“施加到”无机纤维上，意指在形成绿色无机纤维之后的某一点处将活性剂施加到无机纤维。例如，但不限于，活性剂可在绿色无机纤维形成之后立即添加到无机纤维中，诸如在溶胶-凝胶工艺的纺丝步骤后立即添加。这可通过在该阶段下将液态形式的活性剂喷洒到纤维上来实现。附加地或替代地，非限制性示例包括在无机纤维生产过程完成之后将活性剂涂覆到无机纤维上，诸如通过将液体形式的活性剂喷洒到无机纤维上，或者以其他方式将活性剂涂覆到无机纤维上。活性剂可附加地或替代地在无机纤维生产过程的任何合适的步骤之前、期间或之后施加。

在某些实施例中，活性剂可包括以下各者中的至少一种：催化活性剂；或者气体捕获剂。

在某些实施例中，催化活性剂可包括呈元素和/或化合物形式的铂、铷、锑、铜、银、钯、钌、铋、锌、镍、钴、铬、铈、钛、铁、钒、金或锰中的至少一种。在某些实施例中，如果催化活性剂呈化合物形式，则该化合物可包括这些元素中的一种或多于一种。

在某些实施例中，气体捕获剂可包括以下各种中的至少一种：二氧化碳捕获剂；氮氧化物（NOx）捕获剂；或用于微量金属（如铅或镉）的吸附剂。二氧化碳捕获剂可包括氧化钙。氮氧化物（NOx）捕获剂可包括至少一种含钡化合物，诸如氧化钡、氢氧化钡、碳酸钡或其混合物。在某些实施例中，含钡化合物可被负载在陶瓷材料上，诸如γ-氧化铝。用于微量金属的吸附剂可包括铝硅酸盐化合物。在本文中，铝硅酸盐化合物意指范围从纯氧化铝到纯二氧化硅的化合物。在某些实施例中，铝硅酸盐组合物可包括二氧化硅、高岭土、铝土矿、硅藻土、氢氧化镁硅酸盐、氧化铝或其混合物。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的大于0至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。在某些实施例中，活性剂可以以一定的量存在于活化纤维组合物中，使得存在于活化纤维组合物中的活性剂的量和存在于活化纤维组合物中的无机纤维的量一起等于活化纤维组合物的总重量。在某些实施例中，活性剂可以以一定的量存在于活化纤维组合物中，使得存在于活化纤维组合物中的活性剂的量、存在于活化纤维组合物中的无机纤维的量和存在于活化纤维组合物中的本文所述的任何其它成分的量一起等于活化纤维组合物的总重量。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至50重量%、0.05至50重量%、0.1至50重量%、0.5至50重量%、1至50重量%、2至50重量%、3至50重量%、4至50重量%、5至50重量%、6至50重量%、7至50重量%、8至50重量%、9至50重量%或10至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至45重量%、0.05至45重量%、0.1至45重量%、0.5至45重量%、1至45重量%、2至45重量%、3至45重量%、4至45重量%、5至45重量%、6至45重量%、7至45重量%、8至45重量%、9至45重量%或10至45重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至40重量%、0.05至40重量%、0.1至40重量%、0.5至40重量%、1至40重量%、2至40重量%、3至40重量%、4至40重量%、5至40重量%、6至40重量%、7至40重量%、8至40重量%、9至40重量%或10至40重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至35重量%、0.05至35重量%、0.1至35重量%、0.5至35重量%、1至35重量%、2至35重量%、3至35重量%、4至35重量%、5至35重量%、6至35重量%、7至35重量%、8至35重量%、9至35重量%或10至35重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至30重量%、0.05至30重量%、0.1至30重量%、0.5至30重量%、1至30重量%、2至30重量%、3至30重量%、4至30重量%、5至30重量%、6至30重量%、7至30重量%、8至30重量%、9至30重量%或10至30重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至25重量%、0.05至25重量%、0.1至25重量%、0.5至25重量%、1至25重量%、2至25重量%、3至25重量%、4至25重量%、5至25重量%、6至25重量%、7至25重量%、8至25重量%、9至25重量%或10至25重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至20重量%、0.05至20重量%、0.1至20重量%、0.5至20重量%、1至20重量%、2至20重量%、3至20重量%、4至20重量%、5至20重量%、6至20重量%、7至20重量%、8至20重量%、9至20重量%或10至20重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至15重量%、0.05至15重量%、0.1至15重量%、0.5至15重量%、1至15重量%、2至15重量%、3至15重量%、4至15重量%、5至15重量%、6至15重量%、7至15重量%、8至15重量%、9至15重量%或10至15重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的0.01至10重量%、0.05至10重量%、0.1至10重量%、0.5至10重量%、1至10重量%、2至10重量%、3至10重量%、4至10重量%、5至10重量%、6至10重量%、7至10重量%、8至10重量%或9至10重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在活性剂被结合到无机纤维中的实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物的总重量的大于0至10重量%、0.0001至10重量%、0.0002至10重量%、0.0003至10重量%、0.0004至10重量%、0.0005至10重量%、0.0006至10重量%、0.0007至10重量%、0.0008至10重量%、0.0009至10重量%、0.001至10重量%、0.002至10重量%、0.003至10重量%、0.004至10重量%、0.005至10重量%、0.006至10重量%、0.007至10重量%、0.008至10重量%、0.009至10重量%、0.01至10重量%、0.02至10重量%、0.03至10重量%、0.04至10重量%、0.05至10重量%、0.06至10重量%，0.07至10重量%、0.08至10重量%、0.09至10重量%、0.1至10重量%、0.2至10重量%、0.3至10重量%、0.4至10重量%、0.5至10重量%、0.6至10重量%、0.7至10重量%、0.8至10重量%、0.9至10重量%、或1至10重量%的量存在。

在活性剂被结合到无机纤维中的实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的大于0至8重量%、0.0001至8重量%、0.0002至8重量%、0.0003至8重量%、0.0004至8重量%、0.0005至8重量%、0.0006至8重量%、0.0007至8重量%、0.0008至8重量%、0.0009至8重量%、0.001至8重量%、0.002至8重量%、0.003至8重量%、0.004至8重量%、0.005至8重量%、0.006至8重量%、0.007至8重量%、0.008至8重量%、0.009至8重量%、0.01至8重量%、0.02至8重量%、0.03至8重量%、0.04至8重量%、0.05至8重量%、0.06至8重量%、0.07至8重量%、0.08至8重量%、0.09至8重量%、0.1至8重量%、0.2至8重量%、0.3至8重量%、0.4至8重量%、0.5至8重量%、0.6至8重量%、0.7至8重量%、0.8至8重量%、0.9至8重量%或1至8重量%的量存在。

在活性剂被结合到无机纤维中的实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物的总重量的大于0至6重量%、0.0001至6重量%、0.0002至6重量%、0.0003至6重量%、0.0004至6重量%、0.0005至6重量%、0.0006至6重量%、0.0007至6重量%、0.0008至6重量%、0.0009至6重量%、0.001至6重量%、0.002至6重量%、0.003至6重量%、0.004至6重量%、0.005至6重量%、0.006至6重量%、0.007至6重量%、0.008至6重量%、0.009至6重量%、0.01至6重量%、0.02至6重量%、0.03至6重量%、0.04至6重量%、0.05至6重量%、0.06至6重量%、0.07至6重量%、0.08至6重量%、0.09至6重量%、0.1至6重量%、0.2至6重量%、0.3至6重量%、0.4至6重量%、0.5至6重量%、0.6至6重量%、0.7至6重量%、0.8至6重量%、0.9至6重量%、或1至6重量%的量存在。

在活性剂被结合到无机纤维中的实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物的总重量的大于0至4重量%、0.0001至4重量%、0.0002至4重量%、0.0003至4重量%、0.0004至4重量%、0.0005至4重量%、0.0006至4重量%、0.0007至4重量%、0.0008至4重量%、0.0009至4重量%、0.001至4重量%、0.002至4重量%、0.003至4重量%、0.004至4重量%、0.005至4重量%、0.006至4重量%、0.007至4重量%、0.008至4重量%、0.009至4重量%、0.01至4重量%、0.02至4重量%、0.03至4重量%、0.04至4重量%、0.05至4重量%、0.06至4重量%、0.07至4重量%、0.08至4重量%、0.09至4重量%、0.1至4重量%、0.2至4重量%、0.3至4重量%、0.4至4重量%、0.5至4重量%、0.6至4重量%、0.7至4重量%、0.8至4重量%、0.9至4重量%、1至4重量%或3至4重量%的量存在。

在活性剂被结合到无机纤维中的实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的大于0至2重量%、0.0001至2重量%、0.0002至2重量%、0.0003至2重量%、0.0004至2重量%、0.0005至2重量%、0.0006至2重量%、0.0007至2重量%、0.0008至2重量%、0.0009至2重量%、0.001至2重量%、0.002至2重量%、0.003至2重量%、0.004至2重量%、0.005至2重量%、0.006至2重量%、0.007至2重量%、0.008至2重量%、0.009至2重量%、0.01至2重量%、0.02至2重量%、0.03至2重量%、0.04至2重量%、0.05至2重量%、0.06至2重量%、0.07至2重量%、0.08至2重量%、0.09至2重量%、0.1至2重量%、0.2至2重量%、0.3至2重量%、0.4至2重量%、0.5至2重量%、0.6至2重量%、0.7至2重量%、0.8至2重量%、0.9至2重量%、或1至2重量%的量存在。

在活性剂被结合到无机纤维中的实施例中，活性剂可以以基于活化纤维组合物总重量的大于0至1重量%、0.0001至1重量%、0.0002至1重量%、0.0003至1重量%、0.0004至1重量%、0.0005至1重量%、0.0006至1重量%、0.0007至1重量%、0.0008至1重量%、0.0009至1重量%、0.001至1重量%、0.002至1重量%、0.003至1重量%、0.004至1重量%、0.005至1重量%、0.006至1重量%、0.007至1重量%、0.008至1重量%、0.009至1重量%、0.01至1重量%、0.02至1重量%、0.03至1重量%、0.04至1重量%、0.05至1重量%、0.06至1重量%、0.07至1重量%、0.08至1重量%、0.09至1重量%、0.1至1重量%、0.2至1重量%、0.3至1重量%、0.4至1重量%、0.5至1重量%、0.6至1重量%、0.7至1重量%、0.8至1重量%、或0.9至1重量%的量存在。

在某些实施例中，任何上述实施例的活化纤维组合物可进一步包括不同无机纤维组合物的共混物。在某些实施例中，任何上述实施例的活化纤维组合物可进一步包括辅助无机纤维。注意，“辅助无机纤维”不同于上述“第二无机纤维”。辅助无机纤维可在上述无机纤维的任何一个或多个特征上不同于上述无机纤维。具体而言，在上述各种实施例中，无机纤维可以以多种方式表征。应当理解，如果辅助无机纤维被包括在上述任何实施例中，它们可不同于无机纤维，因为它们具有与可包括辅助无机纤维的特定实施例中的无机纤维的特征相互排斥的一个或多个特征。例如，辅助无机纤维可具有以下各者中的至少一种：（i）小于4m

在某些实施例中，辅助无机纤维可以以基于活化纤维组合物总重量的高达80重量%、1至80重量%、5至80重量%、10至80重量%、15至80重量%、20至80重量%、25至80重量%、30至80重量%，35至80重量%、40至80重量%、45至80重量%或50至80重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，辅助无机纤维可以以基于活化纤维组合物总重量的高达70重量%、1至70重量%、5至70重量%、10至70重量%、15至70重量%、20至70重量%、25至70重量%、30至70重量%，35至70重量%、40至70重量%、45至70重量%或50至70重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，辅助无机纤维可以以基于活化纤维组合物总重量的高达60重量%、1至60重量%、5至60重量%、10至60重量%、15至60重量%、20至60重量%、25至60重量%、30至60重量%，35至60重量%、40至60重量%、45至60重量%、或50至60重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，辅助无机纤维可以以基于活化纤维组合物总重量的高达50重量%、1至50重量%、5至50重量%、10至50重量%、15至50重量%、20至50重量%、25至50重量%、30至50重量%、35至50重量%、40至50重量%、或45至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，辅助无机纤维可以以基于活化纤维组合物总重量的高达40重量%、1至40重量%、5至40重量%、10至40重量%、15至40重量%、20至40重量%、25至40重量%、30至40重量%、或35至40重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，辅助无机纤维可以以基于活化纤维组合物总重量的高达30重量%、1至30重量%、5至30重量%、10至30重量%、15至30重量%、20至30重量%、或25至30重量%的量存在于活化纤维组合物中。

在某些实施例中，任何上述实施例的活化纤维组合物可进一步包括有机纤维、金属纤维、碳纤维或其组合。

在某些实施例中，任何上述实施例的活化纤维组合物可进一步包括粘合剂。粘合剂可包括有机粘合剂和/或无机粘合剂。有机粘合剂可包括聚合物乳液、溶剂基聚合物、无溶剂聚合物、淀粉、有机粘合剂纤维或它们的混合物。聚合物乳液可包括胶乳、天然橡胶胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、丁二烯-丙烯腈胶乳、丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯聚合物/共聚物胶乳或其混合物。溶剂基聚合物可包括丙烯酸树脂、聚氨酯、醋酸乙烯酯、纤维素、橡胶基有机聚合物或它们的混合物。无溶剂聚合物可包括天然橡胶、丁苯橡胶、弹性体或其组合。淀粉可包括马铃薯淀粉、玉米淀粉或它们的混合物。有机粘合剂纤维可包括聚乙烯醇（“PVA”）纤维、微纤化纤维素纤维或其组合。

无机粘合剂可包括胶体无机氧化物分散体，其至少包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、锌、氧化镁、氧化锆或其混合物。

在某些实施例中，粘合剂可以以基于活化纤维组合物总重量的高达50重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如0.1至50重量%、0.5至50重量%、1至50重量%、2至50重量%、3至50重量%、4至50重量%、5至50重量%，6至50重量%、7至50重量%、8至50重量%、9至50重量%或10至50重量%。

在某些实施例中，粘合剂可以以基于活化纤维组合物总重量的高达45重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如0.1至45重量%、0.5至45重量%、1至45重量%、2至45重量%、3至45重量%、4至45重量%、5至45重量%、6至45重量%、7至45重量%、8至45重量%、9至45重量%或10至45重量%。

在某些实施例中，粘合剂可以以基于活化纤维组合物总重量的高达40重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如0.1至40重量%、0.5至40重量%、1至40重量%、2至40重量%、3至40重量%、4至40重量%、5至40重量%、6至40重量%、7至40重量%、8至40重量%、9至40重量%或10至40重量%。

在某些实施例中，粘合剂可以以基于活化纤维组合物总重量的高达35重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如0.1至35重量%、0.5至35重量%、1至35重量%、2至35重量%、3至35重量%、4至35重量%、5至35重量%、6至35重量%、7至35重量%、8至35重量%、9至35重量%或10至35重量%。

在某些实施例中，粘合剂可以以基于活化纤维组合物的总重量的高达30重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如0.1至30重量%、0.5至30重量%、1至30重量%、2至30重量%、3至30重量%、4至30重量%、5至30重量%，6至30重量%、7至30重量%、8至30重量%、9至30重量%或10至30重量%。

在某些实施例中，任何上述实施例的活化纤维组合物可进一步包括膨胀型材料。膨胀型材料可在组合物首次使用时膨胀，以便在由组合物制成的产物形式中提供机械载体。膨胀型材料还可提供本领域已知的其它益处。膨胀型材料可包括云母、未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理的蛭石、氢溴酸盐、碱金属硅酸盐、滑石、粘土、可膨胀石墨或其混合物。

在某些实施例中，膨胀型材料可以以基于活化纤维组合物总重量的高达50重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如1至50重量%、2至50重量%、3至50重量%、4至50重量%、5至50重量%、10至50重量%、15至50重量%、20至50重量%、25至50重量%、30至50重量%、35至50重量%、40至50重量%或45至50重量%。

在某些实施例中，膨胀型材料可以以基于活化纤维组合物总重量的高达45重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如1至45重量%、2至45重量%、3至45重量%、4至45重量%、5至45重量%、10至45重量%、15至45重量%、20至45重量%、25至45重量%、30至45重量%、35至45重量%或40至45重量%。

在某些实施例中，膨胀型材料可以以基于活化纤维组合物总重量的高达40重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如1至40重量%、2至40重量%、3至40重量%、4至40重量%、5至40重量%、10至40重量%、15至40重量%、20至40重量%、25至40重量%、30至40重量%或35至40重量%。

在某些实施例中，膨胀型材料可以以基于活化纤维组合物总重量的高达35重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如1至35重量%、2至35重量%、3至35重量%、4至35重量%、5至35重量%、10至35重量%、15至35重量%、20至35重量%、或30至35重量%。

在某些实施例中，膨胀型材料可以以基于活化纤维组合物总重量的高达30重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如1至30重量%、2至30重量%、3至30重量%、4至30重量%、5至30重量%、10至30重量%、15至30重量%、20至30重量%、或25至30重量%。

在某些实施例中，膨胀型材料可以以基于活化纤维组合物总重量的高达25重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如1至25重量%、2至25重量%、3至25重量%、4至25重量%、5至25重量%、10至25重量%、15至25重量%、或20至25重量%。

在某些实施例中，膨胀型材料可以以基于活化纤维组合物总重量的高达20重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如1至20重量%、2至20重量%、3至20重量%、4至20重量%、5至20重量%、10至20重量%、或15至20重量%。

在某些实施例中，膨胀型材料可以以基于活化纤维组合物总重量的高达15重量%的量存在于活化纤维组合物中，例如1至15重量%、2至15重量%、3至15重量%、4至15重量%、5至15重量%、或10至15重量%。

在任何实施例中，活化的纤维组合物可以进一步包括结合到无机纤维中和/或施加到至少一部分无机纤维上的辅助剂。例如，辅助剂可包括取决于环境条件（例如，温度或组合物）选择性捕获和释放气体的元素。辅助剂的非限制性示例包括碳酸钡、氧化钡、氢氧化钡和陶瓷负载的钡化合物，包括γ-氧化铝。当气流温度足够高时，这些化合物选择性地捕获释放的氮氧化物（NOx）。在活性剂是催化剂的实施例中，释放温度可以高于催化剂的起燃温度。如本文所用，“起燃温度”是废气处理装置能够处理废气流使得废气流在离开废气处理装置时符合当地法规和/或行业惯例的温度。在任何实施例中，NOx捕获材料可定位在包括活性剂之前的活化纤维组合物的排放控制装置内，使得废气将在与活性剂相互作用之前与NOx捕获材料相互作用。在其他实施例中，NOx捕获材料可以位于活性剂附近。在这样的实施例中，废气大约同时到达NOx捕获材料和活性剂。

辅助剂的其它非限制性示例包括铈、镧、钡和能够储存氧的其它金属。当包括在排放控制装置（例如，汽车工业中使用的那些）中时，当在低氧操作期间（例如，在富燃料操作期间）将CO转化为CO

在任何实施例中，无论是结合到无机纤维中还是施加到无机纤维上，辅助剂可以构成基于活化纤维组合物的总重量的0至20重量%。在一些实施例中，辅助剂以基于活化纤维组合物总重量的0.001至15重量%、0.01至10重量%、0.10至9重量%、0.25至8重量%、0.5至7重量%、0.75至6重量%、1至5重量%、1.5至4重量%、1.75至3重量%，1至2重量%，0.5至1.5重量%，0.1至1重量%，0.25至0.75重量%，0.01至0.5重量%，或0.1至0.5重量%的量存在。

还提供了包括上述任何实施例的活化纤维组合物的纤维集合体。在某些实施例中，纤维集合体可以被致密化，诸如通过针刺和/或缝合。纤维集合体可包括以下产品形式：垫、毯子、板、纸、毡、网状产品（例如通过真空形成纤维浆料而形成的产品）或纺织品。

图1A至1H图示了可由本文所述组合物形成的纤维集合体的各种几何形状。纤维集合体可经由任何已知的方法形成，诸如气流成网、湿法成网（诸如造纸型工艺）或真空成型。

还提供了复合材料，其包括上述任何实施例的活化纤维组合物，和至少部分负载活化纤维组合物的载体基质。载体基质可包括用于类似于本文所述产品形式的已知材料。

例如，无机氧化物催化剂载体材料可通过压实沸石、氧化铝、氧化锆、二氧化硅或二氧化钛的松散粉末来制备，并且可包括少量相容的无机粘合剂。这些载体材料的孔隙率和催化剂承载能力至少部分由松散粉末的孔隙率和压实结构中松散粉末之间的空间控制。上文所述的组合物可结合到这些载体材料中，以改善载体材料的物理性质，诸如机械强度，同时还支持或改善载体材料的催化承载能力。

在某些实施例中，复合材料可包括无机氧化物载体基质和上述任何实施例的活化纤维组合物。在某些实施例中，上述任何实施例的无机氧化物载体基质和活化纤维组合物可选自各种原料的相似或不同的化学组合物。例如，可期望选择具有与上述任何实施例的活化纤维组合物中存在的无机纤维相似的化学组合物的无机氧化物载体基质，以便使材料具有相似的热膨胀，从而减少在反复热膨胀和收缩循环期间对复合材料造成损坏的机会。复合材料还可包括粘合剂和/或其他添加剂，以改善复合材料的物理/化学性质。

在某些实施例中，复合材料可包括基于复合材料的总重量的高达99.9重量%的无机氧化物载体基质和大于0.1重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达99.5重量%的无机氧化物载体基质和大于0.5重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达99重量%的无机氧化物载体基质和大于1重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达98重量%的无机氧化物载体基质和大于2重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达97重量%的无机氧化物载体基质和大于3重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达96重量%的无机氧化物载体基质和大于4重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达95重量%的无机氧化物载体基质和大于5重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达90重量%的无机氧化物载体基质和大于10重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达85重量%的无机氧化物载体基质和大于15重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达80重量%的无机氧化物载体基质和大于20重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达70重量%的无机氧化物载体基质和大于30重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达60重量%的无机氧化物载体基质和大于40重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达50重量%的无机氧化物载体基质和大于50重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达40重量%的无机氧化物载体基质和大于60重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达30重量%的无机氧化物载体基质和大于70重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达20重量%的无机氧化物载体基质和大于80重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达15重量%的无机氧化物载体基质和大于85重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达10重量%的无机氧化物载体基质和大于90重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达5重量%的无机氧化物载体基质和大于95重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达4重量%的无机氧化物载体基质和大于96重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达3重量%的无机氧化物载体基质和大于97重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达2重量%的无机氧化物载体基质和大于98重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达1重量%的无机氧化物载体基质和大于99重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、高达0.5重量%的无机氧化物载体基质和大于99.5重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物、或者高达0.1重量%的无机氧化物载体基质和大于99.9重量%的上述任何实施例的活化纤维组合物。

还提供了包括上述任何实施例的活化纤维组合物的过滤元件。在某些实施例中，过滤元件可用于从废气流中去除和/或改变不期望的材料。在某些实施例中，过滤元件可以主要用于从废气流中去除不期望的颗粒材料，但是也可用于吸附废气流中的不期望的气体和/或在化学上改变废气流中的不期望的气体。如上所述，本文公开的过滤元件可以替代常规的过滤元件，诸如陶瓷蜂窝过滤元件。与常规过滤元件相比，本文公开的过滤元件，包括上述任何实施例的活化纤维组合物，可具有一个或多个以下益处：降低成本；大小减小；重量减轻；降低背压生成；过滤性能提高；更少的温度限制；更少的位置限制；和增加的催化效率。

例如，废气处理装置（诸如，催化转化器、柴油微粒过滤器或催化柴油微粒过滤器）通常包括在机动车辆的排气系统中，以减少排放到环境中的污染物的量。虽然现在使用的废气处理装置一旦达到它们起燃温度就能令人满意地运行，但是在起燃时段期间存在污染问题。例如，已经确定，从包括废气处理装置的汽车排气系统排放到环境中的大多数污染物在起燃时段期间被排放。

如本文所使用的，起燃温度是废气处理装置能够处理废气流使得废气流在离开废气处理装置时符合当地法规和/或行业惯例的温度。起燃时段是废气处理装置达到其起燃温度所需的时间。

如果过滤元件能够被放置得更靠近废气源，因为它能够耐受高温，那么过滤元件将更快地被废气加热，由此减少过滤元件的起燃时段。

本文所述的过滤元件也可通过改变过滤元件的密度、过滤元件中无机纤维的取向和/或过滤元件的柔性来定制，以提供期望的背压生成、通过元件的气流和/或过滤性能。例如，背压生成可以在常规过滤元件观察到的范围内调节，诸如分别在图12A和12B中示出的400cpsi和900cpsi陶瓷蜂窝过滤器。在图13中示出了在直径为2英寸的管道中测量的这些400cpsi和900cpsi陶瓷蜂窝过滤器的典型背压生成。

在某些实施例中，过滤元件可包括外部支撑结构。外部支撑结构可包括网，诸如金属网或陶瓷网。在某些实施例中，过滤元件可包括设置在过滤元件内的金属线，这可以增加热传递并进一步减少起燃时段。

在某些实施例中，过滤元件可进一步包括施加到过滤元件的外表面的一部分上的粘合剂。粘合剂可包括有机粘合剂和/或无机粘合剂。有机粘合剂可包括聚合物乳液、溶剂基聚合物、无溶剂聚合物、淀粉、有机粘合剂纤维或它们的混合物。聚合物乳液可包括胶乳、天然橡胶胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、丁二烯-丙烯腈胶乳、丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯聚合物/共聚物胶乳或其混合物。溶剂基聚合物可包括丙烯酸树脂、聚氨酯、醋酸乙烯酯、纤维素、橡胶基有机聚合物或其组合。无溶剂聚合物可包括天然橡胶、丁苯橡胶、弹性体或其组合。淀粉可包括马铃薯淀粉、玉米淀粉或它们的混合物。有机粘合剂纤维可包括VA纤维、微纤化纤维素纤维或它们的组合。

无机粘合剂可包括胶体无机氧化物分散体，包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、锌、氧化镁、氧化锆或其组合。

还提供了包括根据上述任何实施例的多个过滤元件的过滤系统。在某些实施例中，所述多个过滤元件中的至少两个可以在以下至少一个方面彼此不同：（a）存在于每个过滤元件中的无机纤维的孔隙率；（b）存在于每个过滤元件中的无机纤维的纤维直径；（c）存在于每个过滤元件中的无机纤维的纤维长度；（d）存在于每个过滤元件中的无机纤维的纤维组合物；（e）存在于每个过滤元件中的活性剂的类型；（f）每个过滤元件的传热系数；或者（g）每个过滤元件的温度耐受性。

在某些实施例中，过滤系统可包括靠近废气源放置的第一过滤元件和放置在第一过滤元件下游的第二过滤元件，其中第一过滤元件和第二过滤元件执行从废气流中去除和/或改变不期望的物质的不同功能。例如，在某些实施例中，过滤系统可包括靠近废气源放置的第一过滤元件以及放置在第一过滤元件下游的第二过滤元件，第一过滤元件包括旨在将更复杂的有机气体还原成二氧化碳或一氧化碳的催化活性剂，第二过滤元件包括旨在在还原反应已经完成之后吸附二氧化碳和/或一氧化碳的活性剂。

还提供了包括上述任何实施例的活化纤维组合物的催化元件。催化元件将被期望提供至少与上面描述和讨论的过滤元件相同的益处。因为上面公开的过滤元件也可提供催化功能，所以本文公开的过滤元件和催化元件可具有许多重叠的用途和功能，并且因此将提供类似的益处。

在某些实施例中，催化元件可包括外部支撑结构。外部支撑结构可包括网，例如金属网和/或陶瓷网。在某些实施例中，催化元件可以进一步包括设置在催化元件内的金属丝。

在某些实施例中，催化元件可以进一步包括施加到催化元件的部分外表面的粘合剂。粘合剂可包括有机粘合剂和/或无机粘合剂。有机粘合剂可包括聚合物乳液、溶剂基聚合物、无溶剂聚合物、淀粉、有机粘合剂纤维或它们的混合物。聚合物乳液可包括胶乳、天然橡胶胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、丁二烯-丙烯腈胶乳、丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯聚合物/共聚物胶乳或其组合。溶剂基聚合物可包括丙烯酸树脂、聚氨酯、醋酸乙烯酯、纤维素、橡胶基有机聚合物或其组合。无溶剂聚合物可包括天然橡胶、丁苯橡胶、弹性体或其组合。淀粉可包括马铃薯淀粉、玉米淀粉或它们的混合物。有机粘合剂纤维可包括PVA纤维、微纤化纤维素纤维或其组合。

无机粘合剂可包括胶体无机氧化物分散体，包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、锌、氧化镁、氧化锆或它们的混合物。

还提供了包括内部衬里的排气导管，该内部衬里包括上述任何实施例的活化纤维组合物。在某些实施例中，排气导管可包括外部导管和内部衬里，该内部衬里包括上述任何实施例的活化纤维组合物。

还提供了排气导管，其包括上述任何实施例的基本上填充导管的所有内部空间的活化纤维组合物。

图2图示了包括本文所述的活化纤维组合物的导管的实施例。参照图2，示出了包括活化纤维组合物10的过滤元件1。活化纤维组合物10可被包裹在面向排气流的第一可渗透支撑件11和与第一可渗透支撑件相对的第二可渗透支撑件12中。第一和第二可渗透支撑件11、12允许气体从其流过，使得它可以接触活化纤维组合物10。在一些实施例中，第一和第二可渗透支撑件11、12可由网（诸如金属网或聚合物网）制成。包裹的活化纤维组合物10可通过例如密封件20固定在导管30内。密封件20可以是任何合适的形状和尺寸，并且在一些实施例中可以是例如垫圈或焊缝。在图2中，待处理气体从右向左朝向过滤元件1流动。由于过滤元件1的前端包括比活化纤维组合物10渗透性差的帽15，所以气体被迫流过活化纤维组合物10。处理过的气体然后继续通过导管30向左侧流动。

参照图3，过滤元件2的下游端可替代地包括填充端16，该填充端16包括填充的活化纤维组合物，使得填充端16的渗透性小于活化纤维组合物10的渗透性。填充端16可包括第三和第四可渗透支撑件13、14，以将填充端16保持在适当位置。支撑件13、14可与支撑件11、12相同或相似，并且可以与其一体形成。

图4描绘了替代的过滤元件1，其中由于活化纤维组合物横跨导管30的整个横截面，进入的气体（从右向左）被迫流过活化纤维组合物10。尽管示出了两层活化纤维组合物10，但是可采用任何数量的层。第一和第二可渗透支撑件11、12可以与上述相同。在一些实施例中，活化纤维组合物10可以以非垂直的角度设置在导管30内，例如，如图5所示。在图4和5所示的实施例中，活化纤维组合物10的形状可与导管30的横截面形状适当匹配。此外，在图4和5的实施例中，密封件20可以是任何合适的形式，诸如垫圈、焊缝、胶粘剂或任何其他固定机构。在一些实施例中，不包括密封件，并且通过压力配合或者通过从导管30的外部插入活化纤维组合物10中的螺钉、钉子或销将活化纤维组合物10固定在适当位置。

图6描绘了将活化纤维组合物10固定在导管30内的替代方式。在图6中，活性纤维组合物10被放置在第一和第二可渗透支撑件11、12之间，并且然后被包裹的活性纤维组合物被放置在密封部分21之间，密封部分21连接到导管30的相应部分。密封部分21可通过任何合适的装置彼此连接，由此固定被包裹的活化纤维组合物。

参考图7，导管可包括连接到入口231和出口233的滚筒230。活化纤维组合物210可在其任一侧上由第一可渗透支撑件211和第二可渗透支撑件212支撑。在图7中，由于活化纤维组合物10横跨滚筒230的整个长度，废气被迫通过活化纤维组合物210，滚筒230的一端由盖子215盖住。

在图8所示的另一个实施例中，可采用旋风型反应器。具体地，在图8中，废气可以通过入口331供应到直径小于上滚筒330B的下滚筒330A中。在下滚筒330A中，活化纤维310A的流化床与废气相互作用。在上滚筒330B中，松散的活化纤维310B稀疏地存在。在操作期间，废气从下滚筒330A流到上滚筒330B，由此被活化纤维330A、330B处理，并且处理后的气体通过出口332流出反应器。

图9描绘了其中导管130涂覆有活性纤维组合物110的实施例。在图9中，导管130A的内表面与活化纤维组合物110A的外表面接触。另外，活化纤维组合物110B的内表面可包括可渗透支撑件111，以固定活化纤维组合物110。

在某些实施例中，排气导管可包括内部结构，该内部结构阻碍流体通过其中的流动路径，以便增加流体和结构之间的接触，并且由此增加活性剂的活性，其中内部结构包括本文所述的活化纤维组合物。在某些实施例中，内部结构可包括螺旋结构，该螺旋结构包括上述任何实施例的活化纤维组合物。图10描绘了其中设置有挡板40的导管30。挡板40可由活化纤维组合物形成，例如，可由活化纤维纸形成。图11描绘了导管30，导管30具有本文所述的螺旋定向的活性纤维组合物50，其纵向穿过导管。

还提供了根据上述任何实施例的包括过滤元件和/或催化元件的废气处理装置。例如，用于处理汽车发动机废气的废气处理装置被用于影响一氧化碳和碳氢化合物的氧化以及存在于废气中的氮氧化物的还原。

汽车催化转化器可包括外部金属壳体和易碎的催化剂载体结构，该载体结构通过安装垫保持在外部金属壳体内。安装垫定位在外部金属壳体的内表面和易碎催化剂载体结构的外表面之间。易碎的催化剂载体结构在本领域中通常被称为“整料”。整料可由陶瓷或金属材料制成。安装垫提供绝热和保持压力，该压力足以在催化转化器操作期间将易碎的催化剂载体结构保持在适当位置。

柴油微粒捕集器可用于利用柴油的汽车中。柴油微粒捕集器通常包括外部金属壳体和易碎的微粒过滤器结构，该微粒过滤器结构通过安装垫保持在外部金属壳体内。安装垫定位在外壳的内表面和微粒过滤器的外表面之间。像催化转化器一样，垫提供绝热和保持压力，用于在柴油微粒过滤器操作期间将微粒过滤器保持在外部金属外壳内的适当位置。

如上所述，催化转化器的催化剂载体结构和柴油微粒过滤器通常非常易碎。事实上，这些结构会如此易碎，使得即使小的应力也足以使它们破裂或压碎。为了保护易碎结构免受热和机械冲击以及上述的其他应力，以及提供绝热和气体密封，并且将易碎结构保持在外壳内的适当位置，已知将至少一层片或一层安装或载体材料定位在易碎结构和外壳之间的间隙内。因此，在汽车废气处理装置中定位在外壳和易碎的催化剂载体结构或微粒过滤器之间的安装垫能够表现出耐高温性，并且能够施加必要的保持压力，以在装置操作期间将催化剂载体结构或微粒过滤器保持在适当的位置。

通过将安装垫包绕在易碎催化剂载体结构或柴油微粒过滤器的周边的至少一部分周围，并将包绕的结构定位在壳体内，来组装废气处理装置。在包绕催化剂载体结构或柴油微粒过滤器期间，安装垫必须围绕易碎的催化剂载体结构弯曲。拉伸应力施加在安装垫上，这会导致安装垫破裂或撕裂。如可以理解的是，当使用重基重的安装垫来包绕易碎的结构时，或者当包绕物围绕紧的半径（tight radius）时，诸如对于椭圆形结构，该问题会加剧。

因此，废气处理装置可通过使用由上述任何实施例的活化纤维组合物制成的安装垫，或者通过用如本文所述的过滤元件/催化剂元件替换整个易碎的结构安装垫组件来改进。通过用包括上述任何实施例的活化纤维组合物的安装垫代替常规的安装垫，安装垫可以有助于废气处理装置的催化活性。通过用如本文所述的过滤元件/催化元件替换整个易碎的结构安装垫组件，废气处理装置可变得更加坚固，可以更容易制造，可能够具有更短的起燃时段，和/或可以提高催化效率。

还提供了包括根据上述任何实施例的一个或多个过滤元件和/或一个或多个催化元件的排气系统。在某些实施例中，排气系统可包括以下至少一者：根据上述任何实施例的过滤元件；根据上述任何实施例的催化元件；根据上述任何实施例的废气处理装置；根据上述任何实施例的排气导管，或其任意组合。任何排气系统（诸如用于汽车的消声器）可包括一种或多种如本文所述的产品形式。

还提供了包括产生排气的内燃机和根据上述任何实施例的排气系统的设备。该设备还可包括将排气从内燃机输送到排气系统的导管，该排气系统位于内燃机的下游。排气系统可包括至少一个过滤元件和至少一个催化元件。过滤元件可位于催化元件的下游，或者催化元件可位于过滤元件的下游。根据上述实施例，过滤元件和催化元件可以经由导管连接。

还应当理解，本文所述的排气系统可用于处理来自产生废气的任何过程的废气，这些废气可能需要在开始排放到外部环境之前进行处理。例如，许多工业过程（诸如从化石燃料或其他燃料生产能量）需要复杂的废气处理系统，该系统可以受益于包括本文所述的排气系统或单独的排气系统部件。本文公开的设备可替代这种复杂工业排气系统的单个元件、这种系统的多个元件或整个系统。

还提供了包括上述设备和/或包括上述排气系统的车辆。许多司法管辖区要求车辆符合废气排放法规。本文所述的活化纤维组合物和产品形式可提供更高效、更低成本的解决方案，以符合这些越来越严格的监管要求。

还提供了包括上述任何实施例的活化纤维组合物的催化载体材料。催化载体材料通常用于经由催化过程生产化学品，诸如蒸汽-甲烷转化以生产氢气。当用于催化载体材料时，上述实施例的活化纤维组合物可提供益处，诸如更高的温度稳定性、增加的可用活性体积、更低的产品密度和/或增加的通过活性空间的距离。催化剂载体材料可以以下反应器形式提供：填充床、固定床、流化床、活化过滤结构、活化纸、活化槽纹纸、淤浆床和滴流床。

还提供了包括上述任何实施例的活化纤维组合物的纸。还提供了包括该纸的质子交换膜（“PEM”）燃料电池。当用于PEM膜燃料电池时，包括本文所述的活化纤维组合物的纸可提供薄的催化剂涂覆纸，以最大化活性体积和/或提供催化剂元素的更好利用（这可能相当昂贵）。

应当理解，本文描述的实施例仅仅是示例性的，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出变型和修改。所有这些变型和修改都旨在被包括在如上所述的本发明的范围内。此外，所公开的所有实施例不一定是替代的，因为本发明的各种实施例可以被组合以提供期望的结果。

公开了本主题的以下实施例：

一种活化纤维组合物，包括：（a）无机纤维，其具有以下至少一者：（i）至少5 m

无机纤维可具有以下至少一者：（i）至少15 m

无机纤维可具有至少5 m

无机纤维可具有至少5%（按体积计）、至少10%（按体积计）、至少15%（按体积计）、至少20%（按体积计）、至少25%（按体积计）、至少30%（按体积计）、至少35%（按体积计）和/或至多60%（按体积计）的孔隙率。

无机纤维可具有至少0.005 mL/g、至少0.01 mL/g、至少0.03 mL/g、至少0.05 mL/g、至少0.07 mL/g、至少0.09 mL/g、至少0.1 mL/g和/或至多0.25 mL/g的孔体积。

无机纤维的平均孔径可为20至300Å。无机纤维可具有10至200Å的孔径分布。无机纤维可以以基于活化纤维组合物的总重量的20至100重量%的量存在于活化纤维组合物中。无机纤维可包括第一无机纤维和第二无机纤维，并且第一无机纤维可具有不同于第二无机纤维的孔隙率的孔隙率，和/或第一无机纤维可具有不同于第二无机纤维的平均纤维直径的平均纤维直径，和/或第一无机纤维可具有不同于第二无机纤维的平均纤维长度的平均纤维长度，和/或第一无机纤维可具有不同于第二无机纤维的组合物的组合物。

无机纤维可具有0.25至20 µm的纤维中值直径，并且纤维中值直径的标准偏差可为2 µm或更小或1 µm或更小。

无机纤维可能够耐受500℃或更高的温度，或高达1000℃的温度。无机纤维可包括无机氧化物纤维、陶瓷纤维、耐火陶瓷纤维、多晶羊毛纤维、氧化铝纤维、高氧化铝纤维、玻璃纤维、二氧化硅纤维、勃姆石纤维、低生物持久性纤维、碱土硅酸盐纤维、钙-氧化铝纤维、氧化锆纤维、二氧化钛纤维或其组合。

无机纤维可包括耐火陶瓷纤维，包括45至75重量%的氧化铝和25至55重量%的二氧化硅的纤维化产物。无机纤维可包括碱土硅酸盐纤维，包括60至90重量%的的二氧化硅、大于0至35重量%的的氧化镁和5重量%或更少杂质的纤维化产物。无机纤维可包括碱土硅酸盐纤维，包括45至90重量%的二氧化硅、大于0至45重量%的的氧化钙、大于0至35重量%的的氧化镁和10重量%或更少杂质的纤维化产物。无机纤维可包括碱土硅酸盐纤维，包括氧化钙和二氧化硅的纤维化产物。无机纤维可包括氧化钙-氧化铝纤维，包括20至80重量%的的氧化钙和20至80重量%的的氧化铝。无机纤维可包括含90重量%的或更多二氧化硅的二氧化硅纤维。无机纤维可包括含90重量%的或更多的氧化铝的氧化铝纤维。无机纤维可包括多晶羊毛纤维，多晶羊毛纤维包括95至97重量%的氧化铝和3至5重量%的二氧化硅的纤维化产物。

活性剂可包括催化活性剂、气体捕获剂或其组合。催化活性剂可包括呈元素和/或化合物形式的铂、铷、锑、铜、银、钯、钌、铋、锌、镍、钴、铬、铈、钛、铁、钒、金和/或锰，其中，如果催化活性剂呈化合物形式，则化合物可包括这些元素中的一种或多于一种。气体捕获剂可包括二氧化碳捕获剂、氮氧化物（NO

活化纤维组合物可以进一步包括辅助无机纤维。辅助无机纤维可具有以下各者中的至少一者：（i）小于4 m

活化纤维组合物可进一步包括有机纤维、金属纤维和/或碳纤维，并且可进一步包括粘合剂。粘合剂可包括有机粘合剂和/或无机粘合剂。有机粘合剂可包括聚合物乳液、溶剂基聚合物、无溶剂聚合物、淀粉、有机粘合剂纤维或它们的混合物。聚合物乳液可包括胶乳、天然橡胶胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、丁二烯-丙烯腈胶乳、丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯聚合物/共聚物胶乳或其组合。溶剂基聚合物可包括丙烯酸树脂、聚氨酯、醋酸乙烯酯、纤维素、橡胶基有机聚合物或其组合。无溶剂聚合物可包括天然橡胶、丁苯橡胶、弹性体或其组合。淀粉可包括马铃薯淀粉、玉米淀粉或它们的混合物。有机粘合剂纤维可包括聚乙烯醇纤维和/或微纤维化纤维素纤维。无机粘合剂可包括胶体无机氧化物分散体，其包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、锌、氧化镁、氧化锆或其混合物。粘合剂可以以基于活化纤维组合物的总重量的0.1至50重量%的量存在于活化纤维组合物中。

活化纤维组合物可以进一步包括膨胀型材料。膨胀型材料可包括云母、未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理蛭石、氢溴酸盐、碱金属硅酸盐、滑石、粘土和/或可膨胀石墨。基于活化纤维组合物的总重量，膨胀型材料可以以1至50重量%存在于活化纤维组合物中。

还提供了包括上述任何实施例的活化纤维组合物的纤维集合体。纤维集合体可以被致密化和/或针刺和/或缝合。

还提供了一种复合材料，其包括上述任何实施例的活化纤维组合物和至少部分负载活化纤维组合物的载体基质。载体基质可包括无机氧化物材料。

还提供了一种过滤元件，其包括上述任何实施例的活化纤维组合物。过滤元件可包括外部支撑结构，该外部支撑结构可包括网。该网可包括金属网和/或陶瓷网。过滤元件还可包括设置在过滤元件内的金属丝和/或施加到过滤元件外表面的一部分上的粘合剂。粘合剂可以如上所述。

还提供了一种包括多个上述过滤元件的过滤系统。多个过滤元件中的两个可以在以下至少一个方面彼此不同：（a）存在于每个过滤元件中的无机纤维的孔隙率；（b）存在于每个过滤元件中的无机纤维的纤维直径；（c）存在于每个过滤元件中的无机纤维的纤维长度；（d）存在于每个过滤元件中的无机纤维的纤维组合物；（e）存在于每个过滤元件中的活性剂的类型；（f）每个过滤元件的传热系数；或者（g）每个过滤元件的温度耐受性。

还提供了包括上述任何实施例的活化纤维组合物的催化元件。催化元件可包括外部支撑结构，例如上述支撑结构，和/或可包括设置在催化元件内的金属线和/或施加到催化元件的一部分外表面的粘合剂。粘合剂可以如上所述。

还提供了一种排气系统，包括：一个或多个上述过滤元件；和/或一种或多种上述催化元件。

示例1：

用不同量的含铂族金属的催化剂（“PGM”）浸渍四个氧化铝纤维样品（可从Unifrax ILLC（美国纽约托纳旺达）获得，注册商标为SAFFIL，表面积为130 m

每个活化纤维样品暴露于来自输出温度为400 ℃的等温炉的气体中。然后，气体被馈送到一组经过校准的气体排放分析仪，该分析仪测量排放浓度。从这些测量中，针对每个活化纤维样品产生了起燃曲线，该曲线示出了一段时间范围内的转化性能。图14A示出了一氧化碳转化的起燃曲线，并且图14B示出了针对挥发性有机化合物（“VOC”）转化的起燃曲线。

示例2：

常规的陶瓷蜂窝过滤器（即400cpsi过滤器和900cpsi过滤器，每个过滤器的直径为2''），用包含PGM的浆料进行洗涂。在经涂覆的蜂窝过滤器上测得的PGM含量，400cpsi过滤器为0.0477 g，并且900cpsi过滤器为0.0307 g。以与示例1相同的方式评价过滤器。在图15A和15B中示出了结果以及来自示例1的0.022克PGM活化纤维样品和0.0462克活化纤维样品的起燃曲线。

如图15A和15B所示，每个活化纤维样品的性能优于900cpsi过滤器，并且大大优于400cpsi过滤器。即使0.022 g PGM活化纤维样品中PGM的含量小于900cpsi过滤器上的72%，并且小于400cpsi过滤器上PGM的量的一半，也能观察到这种现象。

示例3：

氧化铝纤维样品（可从Unifrax I LLC（美国纽约托纳旺达）获得，注册商标为SAFFIL，表面积为130 m

此后，活化纤维样品和400cpsi过滤器通过在空气中以800 ℃加热24小时进行加速老化，以模拟许多应用中经历的恶劣条件。然后以实施例1中描述的方式评价老化的样品。结果如图16A和16B所示。如图16A和16B所示，与400cpsi过滤器相比，老化的活化纤维样品显示出优异的耐久性。事实上，老化的活化纤维样品在CO转化和VOC转化两者方面都比老化的400cpsi过滤器和新鲜的400cpsi过滤器两者具有更短的起燃时间。