多孔質体および方法
流体を物体によって処理するためのシステムおよび方法が開示される。種々の態様が、流体の多孔質体による処理を伴う。最良の実施形態においては、物体がアッシュ粒子を含んでおり、物体を形成するために使用されるアッシュ粒子を、それらが所与の処理にもたらす１つ以上の所望の特性にもとづいて選択してよい。種々の物体が、多くの場合はアッシュ粒子を有する多孔質体を使用して、流体内の物質の反応および／または除去をもたらす。原材料を用途に適合させるためのコンピュータで実行可能な方法が開示される。特定の態様は、アッシュ粒子を有する多孔質体を特徴とし、アッシュ粒子が、ある孔サイズ分布および孔の連結性を有する複数の孔を生じさせる粒子サイズ分布および粒子間接続を有しており、これらの孔サイズ分布および孔の連結性は、第１の流体が実質的に孔を通過できるようなものである。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００７年８月３日に出願された米国仮特許出願第６０／９６３，０８８号の優先権の利益を主張し、この米国仮特許出願の開示内容は、参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
技術分野
本発明は、概して流体の物体との反応に関し、より詳細には、流体との反応のための物体に関する。
【０００３】
関連技術の説明
流体（例えば、気体、液体、など）は、反応を促進する目的で、さまざまな物質の上または内を通って渡すことが可能である。流体内の種の反応、流体からの種の除去、ならびに何らかの化学的または物理的様相での流体の変換を、流体を適切な物体に接触させることによって促進することが可能である。いくつかの事例では、反応が流体と物体の表面との間の界面で生じ、そのような場合には、この表面積を（例えば、多孔質体を使用することによって）最大にすることが好都合であり得る。流体と物体との間の反応を、物体そのものを改質するために使用することも可能である。
【０００４】
多くの適切な物体は、実質的に多孔的である（５％、１０％、２０％、４０％、６０％、または８０％を超え、場合によっては９０％を超える多孔性）。多孔は、連続的であってよく、そのような場合、流体が、物体を実質的に満たすことが可能である。適切な駆動力（例えば、圧力、電圧、磁界、または他の熱力学的ポテンシャルの勾配）によって押されるとき、流体が物体を通過することができる。いくつかの事例において、種の通過を阻止する微細孔に流体を通すことによって、種を流体から除去することが可能である（例えば、ろ過）。他の事例では、種を、除去または他の種を形成すべく反応させることが可能であり（例えば、不均一触媒作用において）、さらには／あるいは物体そのものと結合させることができる（例えば、ゲッタリング）。また、種を、物体によって実質的に吸着または吸収することも可能である。
【０００５】
多くの物体は、比較的純粋な出発材料を選択し、それらを混合することによって作製されてきたが、ますます複雑になる物体が、さらに多くの出発材料の追加を必要としている。例えば、触媒コンバータの基材は、特定の熱的特性、機械的特性、および表面積の特性を有する必要があると考えられ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２という出発材料を混合することによって製造可能なコーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）で製造することができる。鉄を含有するコーディエライト（Ｍｇ，Ｆｅ）２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８は、いくつかの改善された特性を有することが可能であり、上述の混合物にＦｅＯまたはＦｅ２Ｏ３を加えることによって製造し得る。焼結助剤、粒界相、および触媒種を、同様に加えることができ、多くの材料の改善は、一般的に、さらなる成分の追加を必要とする。
【０００６】
多くの有用な物体、特に高温用途のための物体は、複数の成分を含んでおり、さらなる成分によって特性を改善することが可能である場合がある。例えば、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２）材料は、多くの場合に、かなり高い温度（例えば、１３００℃）において高い強度を有しており、米国特許第３，９５４，６７２号が、ムライトを超えるいくつかの改善された特性を有する特定のコーディエライト−ムライト組成物（すなわち、より複雑な組成物）を特定している。このように、ある用途において全般的に改善された特性を有する材料は、多くの場合、当該用途に典型的に使用される公知の材料よりも複雑であると考えられる。
【０００７】
多くの有用な物体は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２、および他の材料の組み合わせから作製され、多くの場合、いくつかの成分をそれぞれ含むことが可能な１つ以上の有用な相（例えば、ムライト、コーディエライト、スピネル、ペロブスカイト、非晶質）を含む。したがって、種々の用途のための優れた物体の発見は、有用な特性を有することが知られている組成をそれらの物体の基礎とし、それらの組成の周囲で複雑さを増すことによって促進される。
【０００８】
多孔質体を、深層ろ過、壁流ろ過、ケークろ過、および他の方法などのろ過に、これらに制限されることなく使用することが可能である。一般に、ろ過に使用するための適切な物体を、必要とされる流量、流体の粘性、流体の相組成（例えば、液体中に懸濁する固形物、乳濁液）、流体内の（処理対象の）種の濃度、所望の圧力差（圧力による駆動によって流体に物体を通過させる場合）、適用温度、化学反応性（または、化学反応性がないこと）、および他の因子など、さまざまな因子にもとづいて選択することが可能である。利用可能な幾何学的制約または量の制約も、適切なろ過方法を決定する。例えば、深層ろ過用の物体の大きな「池」を、大量の廃水のろ過に使用することが可能である一方で、自動車の排気ガス流中の汚染物質の触媒除去は、小型の可搬な物体を必要とするであろう。
【０００９】
いくつかの用途においては、物体の機械的な挙動が重要になる可能性がある。多くの場合、物体に流体を通すために使用される駆動力が、物体そのものに機械的な応力をもたらし、物体がこの機械的な応力に耐えることが、多くの用途における要件である。用途によっては、物体が、（例えば、フィルタにおいて）流体によって加えられる印加圧力に耐えるための充分な機械的強度を有することを必要とする。小さな熱膨張係数（ＣＴＥ）、良好な耐熱衝撃性、または良好な耐熱衝撃損傷性が必要とされ得る用途もある。
【００１０】
多くの用途においては、物体のチャネルまたは他の実質的に「開いた」領域（流体の流れに対する妨げが最小限である）が、反応またはろ過のための面積を大幅に増やすために使用される（例えば、米国特許第４，２５３，９９２号および第４，２７６，０７１号のように）。そのような用途においては、比較的薄い壁が、流体の流れに対する妨げが実質的に最小限である領域を隔てている。チャネルを隔てる壁は、表面積または浸透性を最大にしつつも、機械的な特性を損なわない程度に高い多孔を有さなければならず、所望の処理をもたらす（例えば、除去すべき種を実際にろ過する）孔サイズ分布でなければならない。
【００１１】
いくつかの用途（例えば、フィルタ床）においては、物体を、動作の最中に基本的に流体静力学的に支持することが可能であり、したがってろ過の際には機械的強度（例えば、せん断または引張強度）をほとんど必要としない。また、いくつかの用途は、ろ過の際に生じる機械的応力とは異なる機械的応力を生じさせることが多い逆洗浄を含む。そのような場合には、ある程度の機械的強度または適切な抑止が必要とされる可能性がある。熱応力、熱膨張の不整合、結晶構造の変化、物理的な衝撃、および他の因子も、所与の用途において、物体の特定の要件を生じさせる可能性がある。
【００１２】
これまでにも増して、コストが、所与の用途における重要な因子となる可能性がある。コストには、物体および関連の流体制御システム自体の作製に伴う資本経費が含まれるであろう。また、コストには、運転コストも含まれるであろう。さらに、コストには、廃棄コスト、環境コスト、「ゆりかごから墓場まで」のコスト、および特定の処理の技術的解決策の実施に伴う他のコストも含まれるであろう。特定の物体の生成および実施に必要なエネルギーが、重要なコスト因子となる可能性があり、そのような場合、特定の装置の製造および使用に必要なエネルギーを少なくすることが好都合であり得る。コストには、地球温暖化ガス、環境汚染物質、または他の汚染物質の排出に伴うコストが含まれ得る。多くの場合、製品に関連する具現化エネルギー（例えば、製品の生成および実施に必要なエネルギー）を最小にし、さらには／あるいは製品の総ライフサイクルコストを最小にすることが、好都合であろう。処理方法に関連する実施、流体を物体で処理する方法、処理済みの物質および／または物体そのものの廃棄、ならびに他のライフサイクルコストは、一般に、資本経費（原材料コストを含む）、運転コスト（寿命を含む）、および廃棄／再生利用コストの双方を含むであろう。
【発明の概要】
【００１３】
流体を物体によって処理するためのシステムおよび方法が開示される。種々の態様が、流体を多孔質体で処理することを含む。特定の態様は、流体を物体と反応させるためのシステムを含む。システムは、入り口および出口を有する容器、ならびにアッシュ粒子を有する前記容器内の物体を含む。物体は、流体が入り口から出口へと（すなわち、容器を通って）通過する際に当該物体と反応する充分な多孔率を有してよい。場合によっては、物体を、第１の流体が入り口から出口へと通過する際に当該物体を通過しなければならないように容器内に配置してよく、孔サイズ分布および孔の連結を、そのように配置された物体の一部位を第１の流体が通過できるように構成してよい。いくつかの物体は、フィルタであってよい。種々の物体が、化学反応の速度を高めるための触媒を含む。いくつかの物体は、４〜９８％の範囲の多孔率を有する。いくつかの物体は、チャネルを備えており、チャネルを通って流体が実質的に妨げられることなく通過することが可能である。いくつかのチャネルは、（例えば、入り口付近の物体の第１の側から、出口付近の物体の第２の側まで）物体を完全に貫いていてよい。
【００１４】
多孔は、孔サイズ分布を備えてよく、少なくとも部分的に、一過性相の除去からもたらすことが可能である。一過性相を、アッシュ源に付随する残留物として、内在的にもたらすことが可能である。一過性相を、別途追加してもよい。いくつかの物体は、緩い粒子を含んでいる。他の物体は、結合した粒子を含んでおり、いくつかの場合には、結合が粒子間のネックを含む。ネックを、酸化物成分（例えば、Ｃａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ、および他の酸化物）の間の水和反応を含むことが可能であり、かつＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦ、リン酸塩、および／または石膏相の形成を含むことが可能なセメント質の結合から形成してよい。ネックの形成は、焼結および／または他の高温反応を含んでよい。
【００１５】
方法は、流体を処理するために種々の物体を使用する方法を提供する。いくつかの場合においては、流体が、炭化水素、ＮＯｘ、ＣＯ、Ｈｇ、硫黄種、および／または粒子状物質などの物質を含むことが可能な排気ガスであってよい。液体金属などの液体をろ過することも可能である。
【００１６】
種々の方法が、多孔質体を必要とする用途を選択すること、物体を作製するためのアッシュ源を選択すること、およびアッシュ源を前記用途のための多孔質体へと形成することを含む。種々の粒子サイズ分布のうちの１つ以上の部分集合を選択してよい。特定の実施形態は、アッシュ粒子を有するろ床を含む。
【００１７】
アッシュ源を用途に適合させることは、用途を記述する用途ベクトルを決定し、当該用途にとって適切な物体を記述する目標物体ベクトルを計算し、原材料（アッシュ源を含み得る）を選択し、この原材料にもとづいて物体ベクトルを計算し、計算した物体ベクトルを目標物体ベクトルと比較することを含んでよい。いくつかの場合においては、種々のパラメータが、計算による物体ベクトルおよび目標物体ベクトルが、ある質の互いの一致または適合を達成するまで、繰り返し調節される。物体パラメータおよび用途パラメータを調節してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】典型的な実施形態の概略図である。
【００１９】
【図２】典型的な実施形態の概略図である。
【００２０】
【図３】典型的な実施形態の概略図である。
【００２１】
【図４】チャネルの実施形態の代表的な断面の概略図を示している。
【００２２】
【図５】特定の開示の実施形態による交互のチャネルの設計を示す概略図である。
【００２３】
【図６】典型的な実施形態の概略図である。
【００２４】
【図７】典型的な実施形態の概略図である。
【００２５】
【図８】特定の実施形態によるプロセスのフロー図である。
【００２６】
【図９】特定の実施形態による典型的なアッシュ源について、粒子サイズおよび組成の情報を示している。
【００２７】
【図１０】別の典型的なアッシュ源について、粒子サイズおよび組成の情報を示している。
【００２８】
【図１１】特定の実施形態によるさらなる典型的なアッシュ源について、粒子サイズの情報を示している。
【００２９】
【図１２】特定の実施形態によるさらなる典型的なアッシュ源について、粒子サイズの情報を示している。
【００３０】
【図１３】特定の実施形態による試料１の異なる倍率の２つの断面電子顕微鏡写真を示している。
【００３１】
【図１４】特定の実施形態によるいくつかの典型的な物体に関連する孔サイズの情報を示している。
【００３２】
【図１５】特定の実施形態によるいくつかの典型的な物体に関連する孔サイズの情報を示している。
【００３３】
【図１６】特定の実施形態によるいくつかの典型的な物体に関連する孔サイズの情報を示している。
【００３４】
【図１７】いくつかの焼成済み試料の多孔率を記述するＣＰＦＴ（横軸の孔サイズよりも微細な孔の累積パーセント）データを示している。
【００３５】
【図１８】特定の実施形態によるいくつかの物体について、平均多孔率−対−孔径中央値のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
流体を、多孔質体で処理することが可能である。所与の実施例において、物体はアッシュ粒子を含み、物体を形成するために使用されるアッシュ粒子を、それらがもたらす所与の処理のための１つ以上の所望の特性にもとづいて選択することが可能である。処理は、典型的には、流体と物体との相互作用に向けられた用途またはプロセスの状況において生じる。流体とは、気体、液体、およびそれらの混合物を指し得る。流体は、複数の成分を含んでよく、いくつかの場合には、流体が別個の固体相および／または液体相を含む（例えば、煙または霧）。処理または用途として、流体および／または物体内の物質または種の反応、除去、および／または変成を挙げることができる。物質または種は、固体、液体、気体、溶質、あるいは流体そのものであってよい。アッシュ粒子は、通常は、高温プロセスからもたらされることが多い実質的に無機な種を含む。一般に、アッシュ粒子は、燃焼プロセスと結び付けられてよく（例えば、燃焼プロセスから得られ）、したがって酸化物を含み得る。物体とは、一般に、複数の粒子を有する物体を指す。物体は、物体（作製後）そのものを「粒子状物質」とみなし得るか否かにかかわらず、粒子から作られた物体を含むことが可能である。多孔とは、一般に、物体が少なくとも多少の（例えば、１％超の）多孔率を有することを指す。種々の実施形態として、ある用途にとって適切な特性を有する物体を特定することが挙げられ、いくつかの場合には、物体を低コストな材料から作製することが可能である。
【００３７】
物質または種の反応または除去を達成するために流体が多孔質体上または多孔質体内を通される用途に鑑み、ユーザが物体の所望の特性一式を決定できるさまざまな文献が存在している。典型的なテキストとして、Ｒｕｌｅｓ ｏｆ Ｔｈｕｍｂ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（Ｃ． Ｒ． Ｂｒａｎａｎ、Ｇｕｌｆ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ）、Ｐｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ（Ｄ． Ｗ． Ｇｒｅｅｎ ＆ Ｒ． Ｈ． Ｐｅｒｒｙ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）、Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ（Ｂｉｒｄ、Ｓｔｅｗａｒｔ ＆ Ｌｉｇｈｔｆｏｏｔ、Ｗｉｌｅｙ）が挙げられる。所望の流量、流体の組成、相互作用系の形状、圧力降下、などといった用途の特性を、当該用途のための物体の望ましい特性を含み得る用途ベクトルを定めるために使用してよい。このベクトルは、目標であってよく、物体の特性一式を有する物体をこの目標に向けることができる。さまざまなモデルを、粒子サイズ、多孔率、密度、および孔サイズ分布などといった微視的パラメータを使用して巨視的な物体の特性を計算するために使用してよい。同様に、化学反応（例えば、物体の表面における触媒作用）の促進を教示する文献を、所与の用途において所望の化学反応をもたらすために使用してもよく、他の文献は、（物体を製造するための）処理方法、機械的特性の改善方法、清浄化方法、などを教示するであろう。多くの反応を、触媒によって可能にすることができ、適切な触媒の選択が、反応に適する触媒または触媒条件を選択して基材内、基材上、または基材とともに取り入れることによって、幅広い範囲の反応に「汎用の」基材を使用する効果的な方途となりうる。
【００３８】
流体および多孔質体が関与するいくつかの反応は、物体を流体中に浸漬し、物体への拡散または物体の表面上の通過によって反応を可能にすることを伴い得る。流体の流れを、物体上、物体の周囲、物体の構成要素の間、あるいは物体を貫いて通過させてよく、物体は、固体、粉末、流動床、または他の粒子の集まりであってよい。いくつかの物体は、触媒コンバータの基材など、実質的に固体であってよい。他の物体は、流動床など、機械的に弱くてもよく、容器内に配置可能であり、さらには／あるいは適切な包装によって配置可能である。いくつかの物体は、流体通過の際の「フィルタ下」基材への材料の堆積によって形成されるいわゆるケーキ層など、その場で形成することが可能である。そのような場合、ケーキ層を通過するろ過によりろ過が増大するため、ろ過は経時的に改善し得る。
【００３９】
処理は、低温（例えば、７７Ｋ以下）、中温（例えば、室温）、高温（例えば、７００Ｃ超、１０００Ｃ超、１３００Ｃ超、あるいは１６００Ｃ超）、およびその間の温度を伴ってよい。反応としては、ろ過、１つ以上の種の変換、ガス吸着、脱硫、ＮＯｘ除去反応、炭化水素、Ｈｇ、またはＣＯの除去、ならびに他の化学反応を挙げることができる。処理としては、排気の流れからのすす粒子の除去など、流体からの粒子または粒子状物質の除去や、液体金属からの混入物質の除去を挙げることができる。処理としては、水の浄化を挙げることができる。いくつかの用途においては、処理が、流体よりもむしろ物体を改質することを目的とする流体と物体との間の相互作用を含む。
【００４０】
物体および／または流体が、反応を触媒するための手段を含んでよい。そのような手段として、物体の表面に配置された触媒、粒子の表面に配置された触媒、流体内に配置された触媒、物体に関連する特定の表面処理または状態、ならびに／あるいはこれらの組み合わせを挙げることができる。触媒は、ＶＩＩＩ属の金属、白金族の金属、希土類酸化物、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｒｅ、およびＣｕの酸化物、ならびにこれらの混合物を含み得る。例えば、適切な触媒を選択することによって、ＮＯｘの分解、ＣＯおよび／または炭化水素の燃焼、すす粒子の燃焼、ならびに他の高温気体相反応を触媒することが好都合かもしれない。触媒は、ゼオライトおよびメソ多孔性材料などの、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、および／またはこれらの酸化物を含み得る。触媒は、硫化物、特に遷移金属または希土類の硫化物を含み得る。触媒は、不均一系または均一系触媒を含み得る。いくつかの態様においては、触媒が、有機および／または有機金属である。触媒のウォッシュコーティング（ｗａｓｈ ｃｏａｔｉｎｇ）を、物体に触媒を塗布するために使用することが可能である。また、触媒を液体中に分散または溶解させ、触媒を物体によって流体からろ過することにより物体に付着させてもよい。いくつかの態様においては、触媒が、処理されている流体へと加えられる。
【００４１】
用途は、用途の化学的、物理的、熱的、時間的、および他の特性を定める複数の特性を有し得る。典型的な特性として、処理対象の流体、粘性、反応または除去対象の物質、温度、圧力、流量、化学反応性の要件（所望の反応の促進および望ましくない反応の防止の両方）、寿命、ならびに多孔質体および関連の構成要素そのものの物理的なプラントの要件（例えば、質量、サイズ、密度、形状、損傷への耐性）などの因子が挙げられる。所与の用途について、種々の重要な因子を記述する用途ベクトルを生成することが可能である。用途ベクトルは、入力記述子（例えば、処理対象の流体）および出力記述子（例えば、処理後の流体中のある種の最大濃度）を含むことができる。原材料コスト、作製コスト、設置コスト、交換コスト、プロセスコスト、および廃棄コストなど、用途のコストに寄与する種々の構成要素も、含めることができる。特定の特性が、特定の用途に関してとくに重要であり得る。可搬の用途においては、固定の用途に比べて、サイズおよび重量がより重要であるかもしれない。遠方での用途においては、容易にアクセスできる用途に比べ、寿命がより重要であるかもしれない。「耐障害性」または「フェイルセーフ」の要件が、故障が許されない用途（例えば、病院またはデータセンターの予備の発電機）においてはより重要かもしれないが、故障の結果が限られている場合には、あまり重要でないかもしれない。用途の知識を、用途ベクトルにおいて得ることが可能であり、用途に使用される物体の好ましい値を特定するために使用することができる。
【００４２】
用途ベクトルまたは用途の他の記述子に鑑み、当該用途において使用されるべき物体の所望の特徴を記述する目標物体ベクトルを定めることが可能である。典型的な特徴として、巨視的特徴（サイズ、重量、表面積、浸透性、熱膨張係数、弾性係数、熱容量、熱伝導率）、微視的特徴（多孔率、孔形状、孔サイズ分布）、化学反応性、触媒要件、および他の因子が挙げられる。いくつかの態様においては、原材料および処理条件の多様なセットが評価され、物体ベクトルが、セットの各々の構成要素について計算され、物体ベクトルが、好ましい物体ベクトルを見出すために用途の目標物体ベクトルと比較される。実験データを、評価に取り入れることができる。いくつかの態様においては、アッシュ源の組成、相の集まり、および粒子サイズ分布を、アッシュ源を物体の所望の特性に関連付け、さらに拡張によって用途に関連付けるために使用し得る。
【００４３】
例えば、ディーゼル排気の処理の特徴を、流量、温度、最大背圧、寿命、および他の因子を含む用途ベクトルに関して記述することが可能である。ディーゼル粒子フィルタは、多孔質体を備えてよく、そのような多孔質体が、この物体のこの用途における使用をもたらす物体ベクトル（例えば、サイズ、重量、浸透性、温度範囲）を有する。いくつかの態様においては、物体の構成要素（例えば、組成、粒子サイズ、形成方法）を、物体ベクトルを計算するために使用することが可能であり、計算された物体ベクトルを、（用途からの）目標物体ベクトルに一致させてよい。このようにして、ディーゼル粒子フィルタの用途が、特定の浸透性を有する物体を必要とする可能性があり、これを、適切な物体について提供が期待される物理的因子（例えば、壁厚）および多孔率（例えば、４０〜７０％の多孔率、１０〜４０ミクロンの範囲の孔サイズ分布、および２５ミクロンという平均孔サイズ）の組み合わせを計算するために使用することができる。原材料粒子データ（例えば、粒子サイズ）および粒子充てんモデルを取り入れることによって、仮定の多孔率、孔サイズ分布、および平均孔サイズを計算することができる。入力パラメータ（例えば、種々の粒子サイズの量）を変化させることによって、多孔率の計算を、目標の多孔率に向かって反復することができる。種々の仮定の組成を、物体を作製するための実験の出発点として使用することができる。
【００４４】
アッシュ源は、化学的組成、相の集まり、ＬＯＩ（強熱減量）、粒子サイズ、および他の因子においてさまざまであってよい。アッシュ粒子のサイズは、１００ｎｍ未満〜１ｃｍ超にわたってよい。所与の態様においては、アッシュ粒子のサイズが、約１ミクロン〜約７０ミクロンの範囲である。いくつかの場合には、より大きなアッシュ粒子（例えば、２０ミクロン超）を、より大きな孔サイズを得るために使用することが可能であり、より小さなアッシュ粒子（例えば、５ミクロン未満）を、より小さな孔サイズを得るために使用することが可能である。特定の例では、物体が、異なるサイズの粒子を有するいくつかの領域を含んでおり、各々の領域が、相補的な特徴を提供する。いくつかの例では、第１の領域が構造的な特性を提供し、第２の領域が流体の処理の特性を提供する。特定の実施形態においては、小さな粒子が流体の処理の特性を提供し、より大きな粒子が、より小さな粒子を支持する。種々の実施形態が、機械的な特性を提供する第１の粒子と、大きな表面積（例えば、３０ｍ＾２／ｇ超）をもたらす第２の粒子とを含む。
【００４５】
多くの場合に、アッシュ粒子は、かなりの量（例えば、１％超、１０％超、３０％超、４０％超、５０％超、あるいは６０％超）の有機または他の炭素質の種をさらに含み得る。多くの燃焼プロセスは、燃料源の完全燃焼をもたらさず、結果として、アッシュ粒子が、１つ以上の「不完全燃焼」または「未燃焼」の有機種を含む可能性がある。多くのアッシュ材料において、無機の種の炭素質の種に対する相対割合を、ＬＯＩを使用して表すことができ、このＬＯＩは、生成されたままのアッシュ材料からその後の酸化雰囲気での完全な焼成において除去される炭素質の種の量にほぼ相当する。アッシュ粒子の典型的な種類として、フライアッシュ、廃棄物焼却炉アッシュ、ボトムアッシュ、火山灰、石炭ガス化アッシュ、燃焼アッシュ、バイオマスの燃焼またはガス化によるアッシュ、冶金プロセスによるアッシュ、スラグ、および他のアッシュを挙げることができる。アッシュ粒子は、一般的に、球形、回転楕円形、角形、板状、ウィスカ、中空、セノスフェア状、繊維状、および他の形状など、任意の形状であってよいが、これらに限定されない。アッシュ粒子は、クラスＣのフライアッシュ、クラスＦのフライアッシュ、および他のクラスのフライアッシュを含み得る。
【００４６】
アッシュ粒子は、さまざまな原材料から得られ、粒子の組成は、おおむねアッシュ粒子を生成するために使用されたプロセス（および、このプロセスへの入力）の関数である。例えば、都市固形廃棄物の燃焼は、その特定の廃棄物の流れ（例えば、家庭ゴミ、紙くず、下水固形物、など）に関係する組成を有するアッシュ粒子を生み出すであろう。石炭の燃焼は、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラスラグ、煙道ガス脱硫アッシュ、ガス化アッシュ、および流動床燃焼アッシュなどの、さまざまなアッシュ源を生み出す可能性がある。燃焼からもたらされるアッシュは、燃料源、特に化学組成（例えば、硫黄成分）、原材料の地理的場所（例えば、Ｗｙｏｍｉｎｇ州のＰｏｗｄｅｒ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ）、石炭の品質（例えば、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭）、および他の因子による特徴を有し得る。アッシュは、それらのそれぞれの燃焼条件（例えば、温度、酸素分圧）による特徴を有し得る。アッシュの特徴を、粒子サイズ分布、化学組成、結晶および／または非晶質構造、反応性、ＬＯＩ、などによって記述することができる。
【００４７】
ただ１つの燃焼器および燃料源からのいくつかのアッシュ源は、種々の多様な組成および相を含み得る。例えば、Ｇｏｔｔｓｃｈａｌｋらが、中空セノスフェア、回転楕円形マグネタイト粒子、ケイ酸塩類、種々の炭素質の種、および種々の形状の粒子を、ある粒子サイズの範囲に加えて含んでいるアッシュを説明している（Ｃｅｒａｍ． Ｔｒａｎｓ．［１１９］（２００１）１２５〜１３４）。他のアッシュ源は、かなり均質であってよい。世界中のアッシュ粒子を生じさせる様々な種類の処理や投入のゆえに、多様な特性を有するアッシュ粒子を得ることができる。石油化学産業が、原材料（例えば、原油）のさまざまな供給および品質を標準化された一式の要件を満足する生成製品（例えば、ガソリン）へと仕上げているのと同様に、種々の実施形態は、多様なアッシュ源を入手し、評価し、選択し、さらに任意に改質し、原材料の１つ以上の部分集合を選択し、選択されたアッシュを物体へと形成し、選択された用途への適合を判断すべく特性を試験することを伴う。
【００４８】
アッシュは、１つ以上の成分を有する１つ以上の相を含み得る。一部のアッシュは、実質的に結晶質であってよく、一部のアッシュは、実質的に非晶質であってよく、一部の粒子は、中空であってよい。アッシュ粒子は、磁性であってよい。多くのアッシュの原材料は、比較的低コストである。いくつかの場合には、アッシュ粒子は、通常であれば（その後の用途に使用されないのであれば）廃棄されなければならず、したがってアッシュ粒子を（例えば、本明細書に記載の用途に）利用することで、廃棄のコストを削減することができる。粒子の特徴を、粒子の形状、粒子サイズ分布、および（例えば、物体における）粒子間の連結性によって記述することができる。
【００４９】
流体を制御された仕方で物体へと曝すことができるような様相で、物体を形成、包装、あるいは収容してよい。物体は、用途の構造的な要件を満足するための充分な機械的一体性（例えば、強度、弾性応答）を有することが可能である。いくつかの実施形態においては、物体が、１ＭＰａ超、好ましくは１０ＭＰａ超、より好ましくは１００ＭＰａ超の引張強度を有している。物体は、粒子の深層、固定床、流動床、または粒子の他の集まりを含むことが可能である。一部の物体は、１ｋＰａ超、好ましくは１０ｋＰａ超のせん断強度を備えている。
【００５０】
多孔率は、閉多孔率および／または開多孔率を指し得る。多孔率を、孔サイズ分布、平均孔サイズ、中間孔サイズ、孔形状、孔の連結性、および他の「孔スケール」因子によって特徴付けることができる。さらに、物体の多孔率を、パーセント多孔率（例えば、同様の組成の密な物質との比較）、浸透率、浸透値、表面積、などによって特徴付けることができる。
【００５１】
用途は、処理の際の力（例えば、磁性粒子を含む物体を安定化させ、あるいは整列させる磁界）の使用を伴い得る。特定の態様は、低い多孔率（例えば、１０％未満、５％未満、２％未満）を有する物体を含む。他の態様は、中程度の多孔率（例えば、１０〜６０％の間）を有する物体を含む。いくつかの実施形態は、高い多孔率（例えば、６０％超、７０％超、８０％超、あるいは９０％超）を有することができる。種々の実施形態は、２０〜８０％の間の開多孔率を有する物体を含み、特定の態様は、実質的に開いた領域またはチャネルまたは経路を取り入れ、そのような取り入れが、そのような領域を持たない物体よりもはるかに低い全体としての密度（例えば、そのような領域を持たない物体の１０％、１％、または０．１％未満）をもたらし得る。浸透性などの巨視的因子と孔サイズなどの微視的因子との間の関係を、計算することが可能である。孔サイズ分布を、粒子の充てんについての標準的なモデルを使用し、あるいはそのような関係を教示する文献を使用して、粒子サイズ分布から（任意で粒子形状のデータによって）予測することができる。多くの場合、第１の特性を第２の特性から計算でき、あるいは少なくとも推測できる。そのようなデータを、特定の用途のための物体を作製するための適切なアッシュ源を選択するために使用することができる。種々の実施形態を、比表面積によって特徴付けることができ、いくつかの場合において、比表面積は、グラム当たり１０、１００、１０００、１０，０００、１００，０００、または１Ｅ６平方インチよりも大きくてよい。特定の実施形態は、サイズが５ミクロンよりも大きい孔を含み、これらの孔が、物体の０．１〜０．８ｃｍ＾／ｇの間を構成することができる。好ましい実施例は、８Ｅ−６／℃未満、好ましくは４Ｅ−６／℃未満、より好ましくは２Ｅ−６／℃未満の熱膨張係数を備える。
【００５２】
多くの場合、多孔率の特性を、透過度−対−機械的特性など、相反する要件の中で最適化しなければならない。さらに、物体の形成に使用されるいくつかのプロセス（成型、押し出し、スリップ鋳造、ゲル鋳造、ドクターブレード法、および他の成形作業）は、特定の粘弾性特性を有する入力ペースト、スリップ、または材料を必要とし、そのような粘弾性特性は、該当のアッシュ粒子および／または有機結合剤（多孔率にも影響を及ぼしうる）の粒子サイズ分布に影響されることが多い。
【００５３】
いくつかの実施形態においては、多孔率を、適切な粒子サイズ分布を使用することによって制御することができ、それらは、粒子間の間隔および／または配置を左右または制御する界面活性剤、安定剤、ステアリン部分（例えば、脂質）、および他の化合物の使用を含み得る。多孔率を、制御された粒子サイズの多様な組を使用することによって制御することが可能である。多孔率を、加えられる圧力、焼結プロセス、またはエッチングプロセスなどの成形作業によって制御することが可能である。特定の態様においては、多孔率が、成型または形成プロセスにおいて粒子に広く影響を及ぼす一過性相を形成時に導入することによって少なくとも部分的に制御される。成型後に、一過性相を、所望の多孔率の特性を残しつつ除去することが可能である。
【００５４】
一過性相は、有機材料（例えば、炭化水素、炭水化物、グラファイト）および／または無機材料（例えば、氷）を含んでよい。一過性相を、個別の粒子として、実質的に連続な相として、あるいは粒子に付随するコーティングまたは他の付着相として、含ませることが可能である。一過性相は、アッシュを得るプロセスによって生成されたときのアッシュ粒子の成分（例えば、ある種のフライアッシュに付随する残余のすすまたは炭素質の種）であってよい。一過性相を、別途加えてもよい。代表的な一過性相として、カーボンブラック、でんぷん、およびポリマー（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ＰＥＴ、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、など）が挙げられる。ウィスカ、繊維、プレートレット、および他の異方性の形状も、一過性相として使用することができる。いくつかの態様においては、サイズが１０ｎｍ〜５００ミクロンの範囲にある粒子を一過性相が含んでよく、いくつかの実施形態は、サイズが１００ｎｍ〜１００ミクロンの範囲にある一過性相を含む。典型的な一過性相は、４４〜２００ミクロンの間のグラファイト粒子、４４ミクロン未満のグラファイト粒子、および１００ｎｍ〜３ミクロンの間の平均粒子サイズを有するカーボンブラックを含む。特定の実施形態は、大きな（例えば、＞１ｍｍまたは＞１ｃｍ）の一過性相を含む。一過性相は、セルロース、木炭、石炭、および他の種を含んでよい。流動性、形成、脱型、および他の形成の態様を制御するために使用される種々の有機添加剤が、一過性相であってもよい。
【００５５】
一過性相の除去は、燃焼を含んでよい。特定の態様においては、この燃焼からもたらされる熱を、焼成または他の処理工程を促進するために使用することが可能である。物体を通過する気体の流れを、一過性相の燃焼を制御するために使用することが可能である。
【００５６】
多くの用途において、特定のアッシュが、望ましい組成を有する「あらかじめ混合された」原材料をもたらすことが可能である。すなわち、コーディエライト製の物体を、コーディエライトの形成に必要な元素の少なくとも一部（好ましくは、大部分）をすでに有するアッシュを選択することによって作製することができる。特定の実施形態は、アッシュ源、形成プロセス、および物体を必要とする用途を整合させて、当該プロセスに従って当該アッシュ源から形成される物体が当該用途に対して適切となるようにすることを含む。
【００５７】
アッシュ粒子は、かなりの量のＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を含むことが可能である。一部のアッシュは、かなりの量のＦｅ種をさらに含むことが可能であり、他の一部のアッシュは、多くの場合、Ｃａ、Ｍｇ、または他の材料を含む。典型的には、これらの種は、酸化物として存在する。多くの場合、アッシュ粒子は、混合酸化物および／または混合相を含むが、それらを化学的な方法（例えば、エネルギー分散分光法、ｘ線蛍光法、プラズマ発光分光法、など）および物理的な方法（ｘ線回折、粒子サイズ分析、粒子形状分析）の組み合わせによって容易に特定可能である。いくつかの態様においては、第１の用途に適さないかもしれない組成を有するアッシュが、第２の用途については優れた選択肢である。表１が、例示の目的で、いかなる特定のアッシュ源または用途にも限定されることなく、数種類のアッシュ源の組成を、数種類の有用な材料の同様の組成とともに列挙している。
（表１） 特定のアッシュおよび特定のセラミックの化学組成
【表１】
【００５８】
例えば、表１のＥｌｋ Ｃｒｅｅｋ瀝青炭のアッシュの組成は、コーディエライトの組成に比較的近く、特にＦｅをドープしたコーディエライトに近い。このアッシュは、Ｆｅドープのコーディエライト材料の基礎として適した選択肢となりうる。表１のＥｌｋ Ｃｒｅｅｋ瀝青炭から出発し、およそ８重量％のＡｌ２Ｏ３および８重量％のＭｇＯを追加すると、Ｆｅドープのコーディエライトの組成に近い５１％のＳｉＯ２、３４％のＡｌ２Ｏ３、８％のＭｇＯ、および７％のＦｅ２Ｏ３という組成（繰り込み後）が生じ得る。同様に、Ｗｙｏｄａｋ ＰＲＢ石炭アッシュは、ゲーレナイト（２ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）を形成するための有用な材料であり得、数種類のアッシュの組成は、好都合な特性を有する物体のムライト−コーディエライト組成物に近い（表１に組成物Ｂ、Ｃ、およびＥとして示されている）。
【００５９】
特定の実施形態は、アッシュ特性、形成プロセス、およびそれらにもとづいて物体ベクトルを計算するための方法のデータベースを含む。アッシュ源を、用途のための物体へと発展させることができる可能性を記述する確率または他の指数にもとづいて、当該アッシュ源を所望の用途に適合させることができる。
【００６０】
特定の態様は、粒子の原材料を所望の用途に適合させることを含む。例えば、第１の直噴エンジンが、より多くの量の燃料の低圧での噴射を使用し、「ＰＭＩＯ」の型（すなわち、約１０ミクロン）の大量のすす粒子を生成する可能性があるが、これは、除去のために特定のサイズの気孔を必要とする可能性があり、これを第１の粒子サイズ分布および／または第１の一過性相を使用して生成することができる。第２の直噴エンジンは、より高い噴射圧力、多数の小さな噴射、およびより分子量の小さい燃料（例えば、ガソリン）を使用することができる。この第２のエンジンは、より小さな粒子を生成する可能性があり、その多くは、２．５ミクロン未満（例えば、ＰＭ２．５）である可能性があり、それらの除去は、第１のエンジンに比べてより微細な気孔を有する物体を必要とする可能性がある。第２の粒子サイズ分布、サイズカット、一過性相、形成方法、または他の因子を、このより微細な気孔を生成するために使用することができる。種々の実施形態は、種々の原材料を含む複数のサンプルを合成し、それらを用途に関連する特性について選別する（多くの場合は、当該用途に関する要件のベクトルにもとづいて）ことに向けられた高処理能力の実験のためのシステムおよび方法を含む。
【００６１】
実測などの種々の方法を、物体の特性を計算および／または評価するために使用することが可能である。最適化方法（例えば、最小二乗、モンテカルロ、最急降下、パラレルテンパリング）を、用途ベクトルに一致する物体ベクトルを見つけるために使用することが可能である。所与のアッシュ源について、組成、粒子サイズ分布、粒子形状、ＬＯＩ、および結晶構造（あるいは、その集まり）などのデータを、形成作業時および形成作業後のアッシュの挙動を予測するために、熱データ（示差熱分析、膨張計測（ＤＴＡ）、熱重量分析（ＴＧＡ）、示差走査熱分析（ＤＳＣ））と組み合わせることができる。いくつかの実施形態は、材料源の特性を記述し、仮定の物体について物体ベクトルを推定するためのデータを形成するパラメータベクトルを生成する。これらのデータを、流体の流れおよび物体との相互作用を記述するモデルと組み合わせ、特定のアッシュ源（任意で、成形、焼成、焼却、などの特定の形成プロセスが加えられる）にもとづく物体の特性を予測することが可能である。これらの物体ベクトルを、１つ以上の用途ベクトルに適合させて、一致を評価することができ、いくつかの場合には、物体ベクトルの入力のうちの調節可能なパラメータが、物体ベクトルを用途ベクトルによりよく一致させるために繰り返し最適化される。また、アッシュ源、処理方法、一式の幾何学的および他の制約、ならびに他の因子を用途の制約一式に最もよく合致させる計算において、用途ベクトルを物体ベクトルによって繰り返し修正することもできる。
【００６２】
典型的なアッシュ源、粒子サイズ、相、組成、および他のアッシュ特性が、本明細書において例示の目的で開示される。同様に、形状、サイズ、熱特性、浸透性、多孔率、密度、などといった種々の物体の特性も、例示のためのものである。液体金属のろ過、排気ガスの軽減、煙道ガスの清浄化、水処理、ディーゼルまたは直噴粒子状物質の除去、種（例えば、ＮＯｘ、炭化水素、ＣＯ、および他の種）の触媒除去、水銀の除去、硫黄の除去、などといった用途も、例示のためのものである。
【００６３】
所与の態様は、演算装置、ネットワーク構成要素、データベース、記憶装置、サーバ、などを含み、一般的には、少なくともプロセッサ、メモリ、記憶媒体、入力、出力、表示装置、通信回路を含み、さらにアッシュデータ、材料特性、マッチング方法、形成データ、およびアプリケーションデータを含むデータベースを含む。特定の実施形態は、ある方法を実行するためにプロセッサによって動作させることが可能なプログラムが具現化されてなるコンピュータ読取可能な記憶媒体を含む。特定の方法は、物体を必要とする用途を選択し、所望の物体をもたらすであろうアッシュ源および、任意により、処理パラメータを割り出すことを含む。物体を作製し、測定し、測定された特性を、予測の特性と比較してよい。
【００６４】
多数の産業規模の燃焼プロセス（例えば、発電、工業加熱、石炭燃焼、都市ゴミの焼却、など）は、政府によって規制されており、したがってアッシュ源のリストを容易に入手することができる。例えば、米国のＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ州は、現在のところ、州西部のＮｅｗ Ｃａｓｔｌｅ ａｎｄ Ｂｒｕｃｅ Ｍａｎｓｆｉｅｌｄのプラントから州東部のＰｏｒｔｌａｎｄ， Ｍａｒｔｉｎｓ Ｃｒｅｅｋ ａｎｄ Ｅｄｄｙｓｔｒｏｋｅのプラントにわたる２０を超える石炭火力発電プラントを備えている。米国は、そのエネルギーの５０％超を石炭から得ており、他の多くの国々も、かなりの量の石炭フライアッシュ、廃棄物焼却アッシュ、または両方を生み出している。したがって、多くの国々にアッシュの大量供給が存在し、その規模は、幅広い範囲のアッシュ組成物をもたらし、各々の特定の組成物をかなりの量でもたらす。アッシュ製品は、１ミクロン未満〜１ｍｍ超の範囲にわたる粒子サイズにて入手可能である。一部の物体においては、好ましいアッシュ粒子サイズ分布が、５〜５０ミクロンの範囲の平均粒子サイズを有する０．１ミクロン〜１００ミクロンの範囲であってよい。いくつかの実施形態においては、幅広い粒子サイズ分布を有する１つ以上のアッシュ源が特定され、このアッシュ源が、種々の粒子サイズ範囲の順次の「カット」を生成すべくふるいにかけられ、１つ以上のカットが選択される。同じおよび／または異なる材料源からの異なるカットを、組み合わせることが可能である。
【００６５】
図１は、典型的な実施形態の概略図である。流体１００が、アッシュ粒子１２０を有する多孔質体１１０に実質的に浸透している。一般に、流体と物体との間の相互作用は、物体を収容し、入り口および出口を有しており、流体を所望の流路へと閉じ込めるように構成された容器または包装を伴い得る。わかりやすくするために、そのような容器は、図からはおおむね省略されている。アッシュ粒子は、比較的狭い粒子サイズ分布、幅広い粒子サイズ分布、双峰または多峰の粒子サイズ分布、あるいは所望の他の分布を有してよい。アッシュ粒子は、実質的に単分散であってよい。粒子は、連結されていても、結合していても、あるいは分離していてもよい。アッシュ粒子は、１つ以上の異なるアッシュ源に由来してよく、いくつかの態様においては、第１のサイズ分布が第１の源から選択され、第２のサイズ分布が第２の源から選択され、それら分布が組み合わせられる。
【００６６】
粒子は、粒子間結合１３０によって互いに結合していてよい。粒子間結合１３０は、ネックまたは他の連結構造あるいは粒子間の力（例えば、ファンデルワールス力）などであってよい。粒子間結合１３０の形成は、セメント質の結合、水性化学結合、あるいは粒子間および／または粒子との他の比較的低温の反応の使用を伴ってよい。粒子間結合１３０の形成は、拡散、焼結、あるいは粒子間および／または粒子との他のより高い反応を伴ってよい。いくつかの用途においては、一部の粒子が結合し、一部の粒子は結合していない。特定の態様においては、粒子間結合の制御を、追従性、耐熱衝撃性、耐熱衝撃損傷性、および他の因子を制御するために使用してよい。特定の態様は、所望の粒子間結合１３０の形成を助ける成分の追加を含み、いくつかの場合には、それらの成分が、アッシュ粒子１２０の材料とは異なる。好ましい実施形態においては、第１のアッシュ源が所望の浸透性をもたらし、第２のアッシュ源が結合を促進する。他の実施形態においては、第１のアッシュ源が所望の浸透性をもたらし、第２のアッシュ源が、物体の形成に使用されるペーストの粘弾性特性を向上させる。
【００６７】
気孔を、孔サイズ分布、孔の連結性、および／または孔の形状を含む因子によって特徴付けることができる。孔の連結性および／または孔の形状は、等方的または異方的であってよい。いくつかの態様においては、孔の連結性を、流体の相互作用および機械的特性の両方を最適化するように設計することが可能である。一部の気孔は、（例えば）物体の種々の寸法に対して異方的であってよい。孔サイズ分布は、ガウス、正規、対数正規、多峰、双峰、三峰、歪み、ワイブル、または他の任意の所望の分布などのさまざまな形態をとることが可能である。気孔を、巨視的因子（例えば、パーセント多孔率、表面積、浸透性、など）によって特徴付けることも可能である。種々の用途は、さまざまに組み合わせられた平均孔径およびパーセンテージ開多孔率を必要とするであろう。
【００６８】
図２は、典型的な実施形態の概略図である。図２は、流れる流体２００が多孔質体２１０と相互作用する用途を示している。典型的な用途は、物体２１０が流体２００における反応を触媒する用途であってよい。一般に、そのような用途は、流体の移動が表面付近の層流または乱流から物体内への実質的に拡散的な移動へと変化し得る遷移領域２２０を含むことができる。種々の実施形態は、ポンプ、ファン、重力、圧力ヘッド、電気化学的勾配、などの流体を移動させるための手段を含んでよい。物体を過ぎる流体の通過の特徴を、流体／物体の界面におけるせん断力２３０によって表現することも可能である。流体２００が物体２１０を過ぎる大きな線速度を有する場合でも、物体２１０の気孔が、遷移領域２２０において、通常は物体への深さにつれて減少する幅広い範囲の局所的流速を生じさせることができる。このようにして、幅広い範囲の滞留時間、拡散反応、および触媒プロセスを、物体内の深さに応じて作り出すことが可能である。
【００６９】
反応は、２つ以上の流体と物体との間の反応（例えば、気相および液相が関係する反応）を含んでよい。種々の実施形態は、電気化学的または同種の反応（イオン、電子、および他の種を含んでよい）を含む。
【００７０】
いくつかの態様においては、流体２００に露出される物体の表面積を最適化する（例えば、機械的な要件の制約下で最大にする）孔サイズ分布を選択することが好都合であると考えられ、物体のかなりの部分を巨視的に流体に露出させるチャネルを物体内に形成することも好都合であると考えられる。特定の態様においては、チャネルを、構造的特性をもたらす材料（例えば、第１のアッシュ源）によって形成してよく、物体内の第２の材料（例えば、第２のアッシュ源）が、流体の処理の特性（例えば、所望の反応性）をもたらす。いくつかの態様においては、物体が、２つ、３つ、４つ、５つ、または６つ以上の相の複合体である。いくつかの実施形態においては、物体が２つの相を含んでおり、そのそれぞれが、アッシュ粒子を含んでよい。第１の相が、２００メッシュ未満の第１の粒子を含んでよく、第２の相が、０．２ミクロン未満の第２の粒子を含んでよい。第２の相が、２０ｍ＾２／ｇよりも大きく、好ましくは１００ｍ＾２／ｇよりも大きい表面積を有してよく、典型的な粒子は、遷移金属または希土類（例えば、Ｍｏ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｚｒ）の硫化物および／または酸化物を含み、ゼオライトを含み得る。好ましい用途においては、第１の相が５０〜９０質量％を構成し、第２の相が１０〜５０質量％を構成する。
【００７１】
図３は、典型的な実施形態の概略図である。図３は、流体３００が（例えば、ろ過またはスパージングにおいて）物体３１０を通過する用途を示している。多くの場合、そのような用途は、流体３００の通過は許すが、流体３００内に取り込まれている種の通過を実質的に阻止する気孔を使用することによって、種を除去することを含む。典型的には、本体３１０を、１つ以上の長さ３２０によって特徴付けることが可能である。長さ３２０は、流体が物体を通過するときに横切らなければならない最小の長さを指してよい。流体３００の物体３１０の通過を、力３３０によって生じさせてよい。いくつかの用途においては、力３３０が、長さ３２０に実質的に平行な成分を含み、（力３３０に関係する圧力および物体３１０の機械的特性にもとづき）比較的短い長さ３２０においては、物体３１０が、使用時に機械的な完全性を保つために充分に強くなければならない。そのような用途は、物体が力３３０によってもたらされる圧力に機械的に耐えつつ、流体３００の通過を許すように、包装、閉じ込め、粒子間結合、または他の態様を必要とするかもしれない。特定の用途において、長さ３２０は、約５０〜１０００ミクロンである。他の用途においては、長さ３２０が、およそ１〜５ｍｍである。さらに別の用途においては、長さ３２０が約１ｃｍであり、さらなる用途においては、長さ３２０が１０ｃｍよりも大きく、一部の用途においては、長さ３２０が０．１ｍよりも大きい。特定の実施形態においては、長さ３２０が、約８００ミクロンであり、物体３１０が、５〜５０ミクロンの間の孔サイズ中央値を有している。
【００７２】
種々の用途が、平均孔径、パーセンテージ開多孔率、および長さ３２０のさまざまな組み合わせを必要とする可能性がある。除去すべき種のサイズ、流体３００内の該種の濃度、物体３１０を通過する流体３００の所望の流量、物体３１０の（特に力３３０に対する）強度、反応種の物体３１０への影響（例えば、詰まり）の傾向、および他の因子などの因子を、物体３１０の所望の特性を決定するために使用してよい。いくつかの実施形態においては、物体３１０が、１００〜９００ミクロンの間の長さ３２０を含み、流体３００が気体であり、物体３１０が、直噴燃焼に伴う実質的に固体の粒子状物質を除去している。いくつかの実施形態においては、開多孔率の割合（ＯＰ％）と平均孔径（ＭＰＤ、単位はミクロン）との間の関係が、ＯＰ％＝７５−１．４６＊ＭＰＤによって与えられる。いくつかの例では、ＯＰ％が、この関係の上方および／または下方に最大３０％まで変化し得る（すなわち、この関係が「帯」であってよい）。特定の実施形態においては、多孔率が３０〜７０％の間であってよく、ＭＰＤが５〜６０ミクロンの間であってよい。
【００７３】
図４は、チャネルの実施形態の代表的な断面の概略図を示している。チャネル、チューブ、平面通路、などは、チャネルの壁への流体の暴露を増やしつつ、内部に実質的に妨げのない流体の流れをもたらすことが可能である。この例では、チャネルが行き止まりであり、（例えば、壁を貫いて隣のチャネルへと）物体の材料そのものを強制的に通過させている。他の実施形態においては、チャネルが行き止まりではなく、流体がチャネルによって物体を通って自由に流れる。図４においては、流体の流れ４００が、物体４１０に取り入れられた１つ以上のチャネル４０５におおむね平行な第１の方向にて物体４１０へと流れている。長さ４２０を有する領域として示されている流体の流れ４００が通過できる物体４１０の領域を最大化するために、交互のチャネル４０５および４０７を生成してよい。流体の流れ４００は、第１のチャネル４０５を通り、チャネル間の（長さ４２０の）壁を介して隣のチャネル４０７へと通過することができる。物体４１０は、流体の流れ４００の通過を許す一方で、気体の流れ４００に含まれる物質４４０を阻止する孔サイズ分布を有する気孔を含んでよい。特定の態様においては、物質４４０を、実質的に物体４１０の「内部」において（例えば、壁の内部において）阻止してよい。他の態様においては、物質４４０を、実質的に物体４１０とチャネル４０５との間の界面において阻止してよい。特定の場合においては、物質４４０が、物体４１０の浸透性を左右する層を形成してよい。いくつかの態様においては、各々のチャネルの断面積（すなわち、流体の流れに面するチャネルの面積）が同じである。他の態様においては、別々のチャネルが異なる断面積を有している。かなりの量の物質４４０がチャネル４０５上またはチャネル４０５内に付着すると予想される実施形態においては、チャネル４０５を隣接するチャネル（例えば、チャネル４０７）よりも大きく作って、チャネル４０５が阻止された物質４４０によって「満たされ」るときに、２つのチャネルの有効流量をよりよく一致させることができる。チャネルは、円形、矩形、六角形、八角形、三角形、および／または他の形状の断面を有してよい。
【００７４】
さまざまな幾何学的設計が、物体内のチャネルに関する「壁強度」を増しつつ、流体へと曝される面積を最大にするために使用可能である。これらの設計の多くは、薄い壁（例えば、小さな長さ４２０）を、流体の流れ４００によって加えられる圧力に対してチャネルを補強する規則的な間隔の支持部に組み合わせる。
【００７５】
図５が、特定の態様による交互のチャネルの設計を示す概略図である。物体５１０は、アッシュ粒子を有する多孔質体であってよく、一般的には、容器（不図示）に収容されてよい。この例では、物体５１０が、交互に閉鎖された平行なチャネル５０５および５０７を備えており、チャネル５０５が、物体の第１の側において閉鎖され、チャネル５０７が、第２の側において閉鎖されている。交互のチャネルを、両端において栓５２０で閉鎖してよい。一般に、チャネル５０７を、物体５１０の第１の端部において閉鎖してよく、したがって流体は、チャネル５０５を介して物体５１０に進入する。同様に、流体がチャネル５０７によって物体５１０から出るように、チャネル５０５を第２の端部において閉鎖してよい。このように、物体５１０を通過する流体を、物体の中実領域（例えば、チャネル５０５をチャネル５０７から隔てている壁）を強制的に通してよい。物体５１０などの物体に求められる特性（例えば、断面積、長さ、チャネルの寸法、チャネルの数、壁の厚さ、浸透性、動作温度の可能性、熱的特性、機械的特性、化学的特性、など）は、通常は、個々の用途によって定められる。例えば、４００度超で動作を維持でき、１０００度超に繰り返し達し、３０〜６０％の間の多孔率を有しており、２〜３０ミクロンの間の孔サイズ中央値を有する材料を、ディーゼル粒子状物質フィルタが含んでよく、このフィルタは少なくとも０．５Ｅ−１２／ｍ＾２（好ましくは、１Ｅ−１２／ｍ＾２超）の浸透性、１０ＭＰａを超える（好ましくは、１００ＭＰａを超える）破壊係数、および１Ｅ−５／℃未満の熱膨張係数を有してよい。
【００７６】
壁を通過する流れが必要でない用途（例えば、触媒コンバータ）においては、端部の栓は不要かもしれず、物体５１０のチャネルの形状（端部の栓５２０がない）を、反応に利用できる表面積を最大にするために使用することが可能である。いくつかの態様においては、物体が１ｍ＾２／ｇよりも大きく、１０ｍ＾２／ｇよりも大きく、４０ｍ＾２／ｇよりも大きく、あるいは１００ｍ＾２／ｇよりも大きい表面積を有するように気孔を組み込むことが好都合かもしれない。
【００７７】
物体を、用途に応じて、１つ以上の所望の相を含み、あるいは１つ以上の所望の相をもたらすアッシュ源から作製することが可能である。所望の相として、コーディエライト（２ＭｇＯ−２Ａｌ２Ｏ３−５ＳｉＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２）、β−リチア輝石（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３）２−８ＳｉＯ２、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）、チタン酸アルミニウム−ムライト、マグネタイト、磁赤鉄鉱、スピネル、ガーネット、珪灰石、ペロブスカイト、およびこれらの他の混合物を挙げることができる。種々の物体は、Ｆｅ２Ｏ３および／または希土類酸化物（Ｌａ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３）でドープされたチタン酸アルミニウムを含んでよい。さらなる成分（焼結助剤、触媒、など）を、所望に応じて組成を変更するために、アッシュ粒子を含む混合物へと加えてよい。
【００７８】
物体５１０などの物体を、さまざまな方法から製造することが可能であるが、物体５１０を押し出しすることが好都合かもしれない。そのような場合には、非ニュートンの粘弾性特性を有するペーストを押し出しすることが好都合である可能性があり、いくつかの場合には、剪断減粘性ペーストを使用することが好都合かもしれない。ペースト、スラリ、などのレオロジ特性を調節するさまざまな方法が存在しており、これらの方法は、アッシュ粒子を取り入れてなるペースト、スラリ、などに広く適応する。混合物（例えば、セメントレオロジに使用される）を、０．０１〜１０％の間で追加してよい。リグノスルホン酸塩および／または他のリグニン含有化合物を、おおむね０．０１〜５％の間で使用することが可能である。典型的なリグノスルホン酸塩の原料として、セルロース処理プラントからの使用済み亜硫酸塩溶液が挙げられる。メチルセルロース、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、酢酸ビニル、およびビニルピロリドンなどの種々の有機材料も、レオロジを変更するために使用することが可能である。典型的な処方は、アッシュ源、アッシュ源の約１０〜５０重量％の液体キャリア（例えば、水）、１〜２０重量％の範囲のメチルセルロースなどのセルロース結合剤、ならびに任意で０〜３重量％の範囲の洗浄剤および／または界面活性剤を含む。いくつかの実施形態は、おおむね０〜１０重量％の範囲のエチレングリコール、脂肪酸、ポリビニルアルコール、および／または他の有機種の追加を含む。
【００７９】
特定の実施形態においては、多孔率を高めるために、一過性相が、多くの場合には１０〜８０重量％の範囲で使用される。一過性相は、かなりの量の残留の炭素質の種を有しているフライアッシュなど、受け取り時のままのアッシュ源に存在してよい。一過性相を、別途追加してもよい。形成プロセスを変更するために追加される種々の物質（例えば、メチルセルロース）が、さらに一過性相であってもよい。典型的な一過性相は、グラファイト、ジャガイモでんぷん、ポリエチレン粒子、ポリ酢酸ビニル粒子、または物体から除去される前に最終的なマイクロ構造に影響を及ぼすことができる他の材料を含む。
【００８０】
特定の態様においては、組成を、アッシュと反応するように設計された１つ以上の成分を追加することによって変更してよい。そのような成分として、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、コロイド状ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＦｅＯ、タルク、カオリン、ベーマイト、種々のＡｌ２Ｏ３種（例えば、γ−Ａｌ２Ｏ３、α−Ａｌ２Ｏ３）、石膏、リン含有化合物、ＳｉＣ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｐｂ、ランタニド、硫化物、ゼオライト、希土類化合物、などを挙げることができるが、これらに限られない。
【００８１】
レオロジ特性を、多峰の粒子サイズ分布を使用することによって改善することが可能である。特定の場合には、大きな粒子サイズカット（例えば、１０、２０、３０、４０、または５０ミクロン以上の粒子）の３０〜９０％の間の混合物を、相補的な量の小さな粒子サイズカット（例えば、１０、５、３、１、または０．１ミクロン未満）と組み合わせることができる。特定の実施形態においては、双峰の粒子サイズ分布が使用され、第１および第２の分布が、ほぼ等しい量にて混合され、第２の分布が、第１の分布の平均粒子サイズの５％以下から２５％までの平均粒子サイズを有している。
【００８２】
さらなる処理（例えば、チャネルの栓）を必要とする押し出しによる物体においては、濃いペースト（典型的には、同様の組成である）を、それを必要とするチャネルへと注入することが好都合かもしれない。１つ以上の実質的に平坦な片を組み立てることによって作製される物体については、ドクターブレード法または平坦な物体を合成するための他の方法を使用することが可能であり、平坦な片をペーストまたはスリップによって接合することができる。
【００８３】
いくつかの実施形態においては、チャネルに伴う壁が、実質的に平坦であってよい。他の実施形態においては、壁が湾曲していてもよい。
【００８４】
物体の形成は、粒子間にセメント質または他の水和結合を形成することを含んでよい。一部のアッシュ組成物は、追加の成分を必要とせずにセメント質の結合を形成することができる。特定の場合には、相補的な成分（例えば、ＣａＯ、ＭｇＯ、または他の成分）がアッシュ組成物へと追加され、混合後の組成物が，実質的にセメント質の結合を形成する。いくつかの物体は、ポゾラン材料を含んでよく、それらの一部は、所望の相の形成を可能にするための相補的な材料の追加を伴ってよい。
【００８５】
一部の物体は、焼成が可能である。焼成を利用して、一過性相を（例えば、炭素質の一過性相の燃焼によって）除去してよい。また、焼成を、粒子間結合（例えば、ネック）の形成を助けるためにも使用してよい。さらに、焼成を、組成、結晶構造、粒子サイズ、粒度、および物体の他の態様を変化させるためにも使用してもよい。所与の実施形態は、物体を形成するための第１の相を選択し、形成作業において第２の相を形成すべく第１の相を反応させ、場合によっては焼成作業において第３の相を形成することを含む。
【００８６】
焼成時間および温度は、一般に、所望の用途および当該用途に向けられた物体の特性に依存してよい。一般に、より耐火性の高い物体を必要とする用途は、相応に高い焼成温度を必要とし得る。いくつかの態様においては、物体が、４００〜８００℃の間の温度で焼成される。物体を、８００〜１２００℃の間の温度で焼成してよい。一部の物体を、１２００〜１８００度の間の温度で焼成してもよい。コーディエライトを含んでいる一部の物体を、１０００〜１６００度の間の温度で焼成してもよい。ムライトを含んでいる一部の物体を、１０００〜１９５０度の間の温度で焼成してもよい。低温での焼成を必要とする物体を、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏなどの網目修飾剤を含有するアッシュを使用することによって、あるいはこれらの成分を追加することによって、強化することができる。５００℃を超える温度で使用される物体は、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏなどの耐火性の低い材料の量が少ない（好ましくは、無視できる）アッシュ源を選択することによってよりよく機能し得る。特定の組成物は、最初に結合を促進し、次いで反応によって固相を（例えば、反応焼結にて）形成する液相を形成し得る。
【００８７】
特定の態様は、石炭燃料の炉、ガス燃料の炉、マイクロ波強化炉、および／または電気炉における焼成を含む。いくつかの場合には、焼成が、制御された雰囲気を含み、制御された雰囲気としては、酸化、還元、フォーミングガス、チッ素、および他の雰囲気を挙げることができる。焼成を、大気中で行うことも可能である。一部の物質は、焼成を必要としない。焼成雰囲気は、焼成時の望ましくない物質の発生を防止するための気体成分の追加を含んでよい（例えば、ガスの超過圧力）。
【００８８】
物体５１０は、ろ過に適する可能性がある。実質的に無機のアッシュ材料、特にコーディエライト、スピネル、ムライト、インド石、コランダム、チタン酸アルミニウム、および／またはこれらの組み合わせなどの耐火相を形成する傾向にある組成物を選択することによって、物体５１０を耐火性にすることができ、溶融金属または高温ガスなどの高温流体のろ過に有用とし得る。所与の実施形態においては、動作の温度が、２００〜１２００℃の間の範囲を含む。いくつかの実施形態においては、第１の孔サイズ分布を有する物体が形成され、この物体が、この物体によって実質的にろ過される粒子を含有する流体で処理され、流体が（粒子を残して）除去され、物体および粒子が処理（例えば、焼成）されて、第２の孔サイズ分布を有する物体が生成される。典型的な流体は、空気であってよく、典型的な粒子は、物体の組成と同様の組成（あるいは、物体の組成に対して相補的な組成）をもたらす微細粒子であってよい。特定の場合には、物体および／または粒子が、アッシュ粒子を含む。いくつかの物体は、セルシアン相を含む。
【００８９】
いくつかの態様においては、物体が、６０〜９５％の多孔率を持ってよく、１００〜１０，０００Ｅ−７ｃｍ＾２の空気透過性を有してよく、１インチ当たりに５〜７０個の気孔を有してよく、０．１〜１０インチの間の厚さであってよい。
【００９０】
物体５１０を、燃焼に伴う粒子状物質のろ過に使用することが可能であり、いくつかの場合には、物体５１０を、ディーゼルエンジンの燃焼に関係する用途に使用することが可能である。典型的な用途においては、物体５１０が、（チャネルに直角な）面積１平方インチ当たり４〜５００のチャネルを有してよい。他の実施形態においては、物体５１０において、１平方インチ当たりのチャネルの数が５つ未満であってよく、いくつかの実施形態においては、１平方インチ当たりのチャネルの数が０．１未満であってよい。特定の実施形態においては、物体５１０において、１平方インチ当たりのチャネルの数が６００超、８００超、あるいは１０００超である。物体５１０のいくつかの変種は、ディーゼルの排気の流れから、ＰＭ１０および／またはＰＭ２．５および／または他の物質として特徴付けられる粒子状物質などの粒子状物質を除去し得る。いくつかの例では、物体によって関連の排気ガスの流れから除去される粒子状物質を生成する特定のブレーキ馬力のエンジンへと正規化したときに、１、０．５、０．１、０．０５、または０．０１ｇ／ｂｈｐ−ｈｒを下回るレベルまで粒子状物質を減らすことが可能である。特定の実施形態は、エンジンの排気の流れの中の少なくとも一部の汚染物質を、ＵＳＥＰＡ Ｔｉｅｒ ２ Ｂｉｎ １０、ＵＳ ２００７ ＨＤおよび／またはＥｕｒｏ Ｖのレベルを下回り、好ましくはＵＳＥＰＡ Ｔｉｅｒ ２ Ｂｉｎ ５（あるいは、Ｂｉｎ ２）、ＵＳ ２０１０ ＨＤおよび／またはＥｕｒｏ ＶＩのレベルを下回るレベルまで除去するための物体を含む。
【００９１】
いくつかの実施形態においては、物体５１０が、約５０ミクロン〜２ｍｍの間の壁の厚さを有してよく、１０〜９０％の間、好ましくは２０〜８０％の間の多孔率を有してよく、１〜６０ミクロンの間の平均孔サイズを有してよい。いくつかの態様においては、物体５１０が、４〜２２ミクロンの間の孔サイズ中央値を有してよい。特定の実施形態において、物体５１０は、少なくとも０．２Ｅ−１２／ｍ＾２、好ましくは少なくとも０．８Ｅ−１２／ｍ＾２の浸透性によって特徴付けられる。特定の実施形態においては、物体５１０が、３ジュール／（ｃｍ＾３−Ｋ）よりも大きい熱容量を有してよい。いくつかの場合においては、微細なアッシュ粒子（例えば、３２５メッシュ未満）を凝集させ、あるいは部分的に密なペレットへとペレット化させてよく、次いで物体がペレットから作製され、物体の気孔が、前記凝集塊の気孔から少なくとも部分的にもたらされる。
【００９２】
特定の態様において、物体５１０は、気体の流体を０．０１フィート／秒よりも大きく、好ましくは０．１フィート／秒を上回り、好ましくは０．５フィート／秒よりも大きく、より好ましくは３フィート／秒を上回り、さらにより好ましくは１０フィート／秒を上回る線速度で通過させることができるのに充分な浸透性および寸法（例えば、壁の厚さ、チャネルの表面積、断面）を有する。
【００９３】
物体５１０は、使い捨てであってよく、必要とされる処理の寿命を達成できる充分に大きなサイズであってよい。自動車、列車、船舶、またはトラックにおける交換サイクル、オフロードのディーゼル装置における可使時間、鉄道機関車または船舶に関する行路の長さ、港湾船舶または関連の積み込み／荷下ろし／搬送設備に関するデューティサイクル、農機具に関する収穫シーズン、エンジンに関するオイル交換間隔、および他の寿命など、さまざまな寿命が適切であり得る。寿命は、性能を確認するための予備設備の部品の検査に関する「始動−停止」動作の特定の回数を含んでよい。一部の物体は、０．１ｍ＾３未満の体積を有してよい。他の物体は、０．１〜１ｍ＾３の間であってよい。特定の物体は、１〜１０ｍ＾３の間であってよく、一部の物体の体積は、１０ｍ＾３よりも大きくてよく、あるいは１００ｍ＾３よりも大きくてよい。一部の物体は、ほぼ輸送容器のサイズである。
【００９４】
特定の用途においては、物体５１０を、使用の最中に再生することができ、いくつかの場合には、再生が、物体５１０を通過する流体の流れからろ過された粒子の燃焼を含む。再生は、酸化環境を伴ってよく、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、あるいは１１００度を超える温度を関与させることが可能である。いくつかの態様においては、再生温度が、６００〜１１００度の間の範囲を含む。そのような用途において、物体５１０を、物体５１０が暴露される流体の温度および化学的性質に適した組成および結晶構造をもたらすアッシュ粒子から作製することができる。再生を含むいくつかの用途においては、物体５１０を、能動的な再生サイクルおよび／または再生に伴う熱弾性応力の状況において導入されるあらゆる種など、再生に伴う温度および環境に耐えることができる材料をさらに有してよい。再生は、バックフラッシュを含んでよい。
【００９５】
特定の態様は、処理プロセスに関する寿命またはデューティサイクルの計算をもたらすプロセッサの使用を含み、特定の場合においては、デューティサイクルが、再生プロセスが生じるまでの時間を含んでよい。特定の実施形態においては、データが収集および保存（例えば、ＲＡＭまたは他の記憶媒体に）され、デューティサイクルの終わりまでの時間の計算が、多くの場合には繰り返し行われる。いくつかの場合には、用途における物体の動作または使用が、デューティサイクルの終わりまでの予想時間を計算することを含み、いくつかの場合には、それに応じて動作を調節することを含む。特定の場合においては、デューティサイクルが、推定される移動時間、経路の距離、動作時間、あるいは他の時間および／または負荷依存の特性を含み、特定の態様においては、この推定時間が、物体が関与するプロセスを調節するために使用される。特定の場合においては、予測される経路（例えば、ごみを届ける経路または「経路マッピング」ソフトウェアから計算された経路）が、動作条件一式を推定するために使用される。例えば、物体を第１の方途（例えば、ディーゼル粒子状物質フィルタの再生）または第２の方途（非再生）で動作させる決定に、予測される経路またはデューティサイクルを組み入れてよい。所与の実施形態において、予測時間または移動距離が、再生工程を含むことができるプロセスの調節を判断するために使用される。予測されるデューティサイクルを、物体が使用温度に達すると予想される時期を予測するために使用することが可能であり、特定の場合においては、予測に従って再生プロセスの開始点を制御するために使用することが可能である。いくつかの場合には、再生プロセスを、推定されたデューティサイクル時間が完全な再生をもたらすためには短すぎるという理由で、遅延させることができる。他の場合には、デューティサイクルの終わりよりも前に再生を完了するために、再生を、（例えば、物体のさらなる加熱によって）「早期に」開始させてよい。エンジンデータを、これらの計算のいずれにおいても使用することが可能であり、特定の態様は、エンジン制御パラメータ（例えば、噴射タイミング、噴射後、排気ガス再循環の量）の制御を含んでよい。
【００９６】
図６は、典型的な実施形態の概略図である。図６は、不連続な粒子を有する多孔質体が包装によって実質的に収容されている装置６００を示している。種々の実施形態において、不連続な粒子は、アッシュ粒子を含んでおり、物体が、１０％、３０％、７０％、あるいは９０％を超えるアッシュ粒子を含み得る。物体６１０は、流体６０２が入り口６２０から出口６４０へと（あるいは、反対の方向に）物体６１０を通過できるような粒子サイズ分布を有するアッシュ粒子を含んでいる。典型的には、物体６１０が、物体６１０を収容するための充分な強度および流体６０２の通過を可能にする充分な浸透性の両方を有する層を備えている包装６５０によって収容されている。いくつかの態様においては、流体６０２が、重力によって物体６１０を通って流れる。別の態様においては、流体６０２を、圧力を加えることによって駆動して物体６１０を通過させてよい。
【００９７】
物体６１０は、１種類または数種類の粒子を含んでよい。特定の場合においては、物体６１０を、異なる粒子の層が（流体の流れの方向に関して）異なる地点に配置されるように、層状としてもよい。特定の場合においては、層が、入り口６２０から出口６４０へと、粗い層から細かい層へと形成される。典型的な粗い粒子は、１００ミクロン超、５００ミクロン超、１ｍｍ超、あるいは１ｃｍ超であってよく、典型的な細かい粒子は、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、１０ミクロン未満、１ミクロン未満、あるいは１００ｎｍ未満であってよい。特定の態様は、複数（２つ、３つ、５つ、あるいは１０）の不連続な粒子サイズ分布を提供し、いくつかの場合においては、各々の分布を構成する層を、大きいものから小さいものへと並べることができる。特定の実施形態は、サイズが０．２〜５ｍｍの範囲のアッシュ粒子を使用することが可能である。
【００９８】
異なる密度を有する粒子を、特に図６のような実質的に垂直な流れの場合に、異なる垂直位置に分布させることが可能である。すなわち、「上部」に近い粒子ほど、より低い密度を有してよく、「下部」に近い粒子ほど、より大きな密度を有してよい。多くの態様において、バックフラッシュを物体６１０を清掃するために使用してよく、バックフラッシュに起因する破損に対する物体６１０の耐性を、密度の低い粒子を上部／入り口の付近に使用し、より密度の大きい粒子を下部／出口の付近に使用することによって高めることができる。同様に、ろ過の効率を、より粗い粒子を入り口６２０の付近に位置させ、より細かい粒子を出口６４０の付近に位置させることによって、改善することが可能である。異なる化学組成を有する異なるアッシュ源を、適切な粒子源を選択するために使用してよい。さらに、多くのアッシュ源は幅広い範囲の粒子を有しているため、粒子の部分集合の任意のカットを、受け取った粒子サイズ分布から選び出すことが可能である。好ましい実施形態においては、物体６１０が層を成し、第１の層が、上部付近のより大きくて密度の低い粒子を含み、少なくとも１つの第２の層が、下部の付近のより密度が高くてより小さい粒子を含む。
【００９９】
いくつかの実施形態においては、図６に示したような装置を、流動床として動作させてよい（例えば、物体６１０を支持するが、流体６０２の通過は可能である穴開き／透過性の底６６０を通って「上方」へと流体６０２を駆動することによって）。特定の実施形態においては、物体６１０の特性（および／または流体６０２の処理）を、適切な機械（例えば、振動）、電磁気、音響、および他の力を加えることによって改善し得る。
【０１００】
図７は、典型的な実施形態の概略図を示している。図７は、流体７０２と相互作用することができる装置７００を示している。装置７００は、包装によって収容された実質的に緩い粒子を有する多孔質体７１０を含む。種々の実施形態において、緩い粒子は、アッシュ粒子を含み、物体は、１０％超、３０％超、７０％超、あるいは９０％超のアッシュ粒子を含んでよい。この例では、物体７１０が、複数の傾斜部品７５２を含む包装７５０によって実質的に収容されたアッシュ粒子を含んでいる。傾斜部品７５２の設計（例えば、角度、長さ）を、物体７１０に含まれるアッシュ粒子のさまざまな特性（例えば、粒子サイズ分布、密度、粒子間引力）に合わせて選択して、いくつかの態様において、実質的に「緩い」アッシュ粒子を、傾斜部品７５２に対するアッシュ粒子の沈降に関する「安息角」にて動かぬように保持して、実質的に垂直な包装７５０に配置できるようにする。そのような例において、流体７０２を、図示のように水平に導入して、物体７１０を通過させてよい。特定の態様においては、アッシュ粒子が、使用の最中に継続的に包装７５０へと送り込まれる。粒子は、使用時に（例えば物体７１０の上部において）継続的に補充してよく、いくつかの場合には、物体（例えば、物体７１０）の浸透性を、使用の最中に物体７１０に関する粒子サイズ分布を変化させることによって動的に変化させてよい。
【０１０１】
物体７１０は、交差流のガス接触器として機能してよい。特定の態様において、物体７１０の特性を、静電力および／または電磁力を印加することによって改善することが可能であり、いくつかの場合には、磁性粒子を物体７１０へと取り入れることによって特性の改善が可能である。磁性粒子は、磁鉄鉱（Ｆｅ３Ｏ４）、磁赤鉄鉱（Ｆｅ２Ｏ３）、などを含むアッシュ粒子など、磁性アッシュ粒子を含んでよい。磁性のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、およびこれらの混合物も、物体７１０に含まれてよい。処理対象の流体７０２の温度を上回るキュリー温度を有する粒子を使用することが好都合であり得る。
【０１０２】
装置７００を、燃焼プロセスからの排気の流れを処理するために使用してよく、いくつかの場合には、電力（おそらくは、燃焼プロセスからの）が、物体７１０に関する電磁界を生成するために使用される。特定の変種においては、「正常」動作が、排気の流れのろ過を含み、正常なろ過が、物体７１０に作用する電磁界によって可能にされる。「異常」動作を使用してフェイルセーフ動作をもたらす（例えば、非常時に弱いろ過をもたらす）ことが可能であり、電磁界の制御によって制御することが可能である。特定の実施形態においては、異常動作が、流体７０２の物体７１０の実質的なバイパスにつながる。他の実施形態においては、異常動作が、流体７０２の物体７１０によって生成される浸透性バリアの「突破」につながる。
【０１０３】
図８は、特定の実施形態によるプロセスのフロー図を示している。このようなプロセスを、方法８００を実行するプロセッサによって実行することが可能である。ステップ８１０において、用途ベクトルが決定される。用途ベクトルは、流体および物体が相互作用する用途の様々な特性を記述することが可能である。用途ベクトルは、当該用途にとって適切な物体に関する所望または目標物体ベクトルをさらに含んでよい。ステップ８２０において、１つ以上の原材料が選択される。選択は、アッシュ源、非アッシュ源、利用可能な粒子サイズ、ＬＯＩ、ＸＲＤデータ、化学組成、などを含み得る原材料のデータベースを照会することを含んでよい。いくつかの材料については、材料源からの粒子の部分集合を選択してよく、これは、ふるい分け、ろ過、浮選、磁気分離、密度による分離、などを含んでよい。いくつかの材料源においては、「部分集合」が、その材料源の全体を含んでよい。任意のステップ８３０も実行してよく、その場合、形成プロセス（形成パラメータを含む）を定めることが可能である。形成プロセスは、鋳造、振動鋳造、射出成型、押し出し、および他の作業を含む。形成プロセスは、ペーストまたはクレイの処方、焼却スケジュール、焼成サイクル、熱処理、周囲雰囲気、および他のプロセスを含むことが可能である。物体ベクトルが、ステップ８４０において計算され、ステップ８４０は、第１の組成および第１の形成条件を選択して、それによって形成される物体の特性を計算することを含んでよい。ステップ８５０において、物体ベクトルが用途ベクトルと比較され、ステップ８６０において、物体ベクトルと用途ベクトルとの間の適合の質（例えば、物体がその用途においてどれほど上手く機能すると予想されるか）が判断される。適合の質に応じて、ステップ８２０／８３０とステップ８６０との間の繰り返しのループを実行してよい。典型的には、１つ以上の入力パラメータ（例えば、組成、粒子カット、アッシュ源、結合剤の量、押し出し圧力、焼成サイクル、滞留時間、など）を、各々の繰り返しにおいて変更してよく、適合の質についての繰り返しの結果が記録される。このようにして、多次元パラメータ空間をサンプリングすることが可能であり、空間内の各々の点が、（例えば、物体ベクトルまたは用途ベクトルの）１つ以上のパラメータの異なる値に相当する。いくつかの場合には、入力パラメータが、満足できる適合が得られるまで調節される。ステップ８１０、８３０、８４０、８５０、および８６０を、実験データによって補うことが可能であり、実験結果を、計算による結果に置き換えることが可能である。いくつかの態様は、ネットワーク通信を含んでおり、自動実験設備との通信を含んでよい。特定の実施形態においては、化学、物理、構造、相、および他のパラメータを含んでいる多次元パラメータ空間をサンプリングしてよく、サンプリングされた点を、用途への適用可能性について評価することができる。
【０１０４】
例示のためのいくつかの実施例を、以下のとおり説明するが、これらは例示を目的とするものであって、特許請求の範囲の限定を意図するものではない。
【０１０５】
図９は、典型的なアッシュ源について、粒子サイズおよび組成の情報を示している。本明細書においてＢｏｒａｌ ３５と記載されるこの原料は、Ｔｅｘａｓ州Ｓａｎ ＡｎｔｏｎｉｏのＢｏｒａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによってもたらされたものである。レーザ光散乱（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州ＩｒｖｉｎｅのＨｏｒｉｂａ ＬａｂｏｒａｔｏｒｙのＨｏｒｉｂａ ＬＡ９１０）によって、１ミクロン未満から５００ミクロン超までであって、約３５ミクロンという平均粒子サイズ、ならびに以下の統計値、すなわちＤ１０＝３．３ミクロン、Ｄ５０＝２２ミクロン、Ｄ９０＝９８ミクロンを有するこの試料中の粒子サイズの範囲が明らかになった。この材料の空気中での１０°／分でのＤＴＡ／ＴＧＡ分析（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ州ＲｏｂｂｉｎｓｖｉｌｌｅのＬｉｎｓｅｉｓ， Ｉｎｃ．のＬｉｎｓｅｉｓ Ｌ８１／１５５０）によって、１２５０Ｃまでにおいて、重量の喪失が１％未満であり、目に見える溶融がないことが示された。この原料内の多数の粒子は、球形または回転楕円形であり、いくつかの実施形態において、ペーストの特性（例えば、押し出し性）および／またはこれらの粒子を含む材料の成型の容易さを改善するために使用することができる。化学組成（定性ＳＥＭ／ＥＤＳ、Ｊｅｏｌ ＪＳＭ Ｓ６１０／ＥＤＡＸ検出器）は、ＳｉおよびＡｌの酸化物と、少量のＦｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ、およびＴｉを示した。
【０１０６】
図１０は、別の典型的なアッシュソースについて、粒子サイズおよび組成の情報を示している。本明細書においてＢｏｒａｌ ３と記載されるこの原料は、テキサス州ＲｏｃｋｄａｌｅのＢｏｒａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによってもたらされ、おそらくはＳａｎｄｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ（テキサス州）からもたらされたものである。レーザ光散乱によって、〜８００ｎｍから１０ミクロンまでであって、約３ミクロンという平均粒子サイズを有し、おおむね球形の粒子であって、以下の統計値、すなわちＤ１０＝１．６ミクロン、Ｄ５０＝２．８ミクロン、Ｄ９０＝４．６ミクロンを有する粒子サイズの分布が明らかになった。この材料のＤＴＡ／ＴＧＡ分析は、１２５０Ｃまでにおいて、重量の喪失が１％未満であり、目に見える溶融がないことを示した。
【０１０７】
図１１は、さらなる典型的なアッシュ源について、粒子サイズの情報を示している。この材料（Ｖｉｒｇｉｎａ州ＴｒｏｕｔｖｉｌｌｅのＳｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ／Ｔｉｔａｎ ＡｍｅｒｉｃａのＰｒｏＡｓｈ）。この原料は、聞くところによるとＢｒｕｎｎｅｒ Ｉｓｌａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ（Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ州）由来であり、おおむね５４％のＳｉＯ２、２８％のＡｌ２Ｏ３、９％のＦｅ２Ｏ３という主要組成が報告されている。この材料は、図示のとおりの粒子サイズ分布を有し、Ｄ１０＝４．５ミクロン、Ｄ５０＝４５ミクロン、Ｄ９０＝３４１ミクロンであり、ＬＯＩ＝１．５％と報告されている。この材料のＤＴＡ／ＴＧＡ分析は、１２５０Ｃまでにおいて、約１．８％の重量喪失を示し、目に見える溶融がないことを示した。
【０１０８】
図１２は、さらなる典型的なアッシュ源について、粒子サイズの情報を示している。この材料（Ｖｉｒｇｉｎａ州ＴｒｏｕｔｖｉｌｌｅのＳｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ／Ｔｉｔａｎ ＡｍｅｒｉｃａのＥｃｏｔｈｅｒｍ）は、本明細書においてＰｒｏ−Ａｓｈ Ｈｉ Ｃａｒｂｏｎと記載される。この原料は、おそらくはＢｒｕｎｎｅｒ Ｉｓｌａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ（Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ州）からの瀝青炭フライアッシュであり、かなりの量の残存の炭素質の種を含むと報告されている。この材料は、「内在の」一過性相を提供するアッシュ源の例である。この材料は、図示のとおりの粒子サイズ分布を有し、Ｄ１０＝９．６ミクロン、Ｄ５０＝３６ミクロン、Ｄ９０＝１０５ミクロンであった。ＤＴＡ／ＴＧＡ分析は、約５００℃において重量の喪失が始まり、数百度にわたって続き、試料の質量のうちの約４０％の喪失を示した。また、この試料は、１１３０℃において相転移（おそらくは、溶融）も示した。
【０１０９】
外来の一過性相として、Ａｓｂｕｒｙ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍｉｌｌｓ（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ州Ａｓｂｕｒｙ）の２つのグラファイト源を用意した。微細な粒子サイズ（Ａ９９）のグラファイトは、Ｄ１０＝６．１ミクロン、Ｄ５０＝２３ミクロン、およびＤ９０＝５１ミクロンであり、粗い粒子サイズ（４０１２）のグラファイトは、以下の粒子サイズの統計値を有している。すなわち、０．２２％が１８０ミクロン超であり、０．９％が１５０ミクロン超であり、７２％が７５ミクロン超であり、２４％が４４ミクロン超であり、２．８％が４４ミクロン未満である。
【０１１０】
いくつかの異なる混合物（すなわち、クレイまたはペースト）を、物体へと製造するために作成した。表２が、それらに関する処方を列挙しており、それらのペーストを形態へと成形するために用いた方法も、表２に含まれている。いくつかの試料は、押し出しを使用して形成され、一過性相としても機能し得るレオロジ調節剤（Ｍｉｃｈｉｇａｎ州ＮｏｖｉのＹｕｋｅｎ ＡｍｅｒｉｃａのＹＢ−１５５およびＹＢ−１１３Ｃ）を含んだ。他の試料は、試料をセラミックるつぼへと流し込み、試料を落ち着かせるためにるつぼを約２０回軽く叩き、試料を硬化させることによって形成された（本明細書においては、振動鋳造と記載される）。
【表２】
【０１１１】
試料１について、ＴＧＡ／ＤＴＡ分析を実行した。この試料は、１２５Ｃにおいて重量喪失の開始を示し、２７７Ｃにおいて重量喪失のピークおよび発熱を示し、目に見える溶融は（１２５０Ｃ／実行の最大Ｔまで）示さなかった。いくつかの実施形態において、さまざまな一過性相が、相の焼損が異なる温度において生じるように選択された。
【０１１２】
表２の試料に、以下の焼成サイクルを加えた。焼成サイクル＃１：５５０Ｃまで１５０Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり５５０Ｃに保持、１０５０Ｃまで１５０Ｃ／ｈの傾斜、０．５ｈにわたり１０５０Ｃに保持、２００Ｃ／ｈで室温まで冷却。焼成サイクル＃２：９３Ｃまで１７Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり９３Ｃに保持、５００Ｃまで９３Ｃ／ｈの傾斜、４ｈにわたり５００Ｃに保持、８００Ｃまで９３Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり８００Ｃに保持、１０５０Ｃまで１５０Ｃ／ｈの傾斜、０．５ｈにわたり１０５０Ｃに保持、１５０Ｃ／ｈで室温まで冷却。焼成サイクル＃３：９３Ｃまで１７Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり９３Ｃに保持、５００Ｃまで９３Ｃ／ｈの傾斜、４ｈにわたり５００Ｃに保持、８００Ｃまで９３Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり８００Ｃに保持、１０５０Ｃまで１５０Ｃ／ｈの傾斜、５．０ｈにわたり１０５０Ｃに保持、１５０Ｃ／ｈで室温まで冷却。焼成後の試料は、おおむね固体であり、容易に取り扱えるように充分に丈夫であった。
【０１１３】
焼成後の試料１のＸ線回折は、大部分が石英およびムライトであり、曹長石（カルシアン）と、おそらくはクリストバライトと、ヘマタイトとが少量であることを示した。熱膨張を、室温と１０００℃との間で、３℃／分にて測定（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ州ＲｏｂｂｉｎｓｖｉｌｌｅのＬｉｎｓｅｉｓ，Ｉｎｃ．のＬｉｎｓｅｉｓ Ｌ７５Ｄ／１５５０）したところ、約５Ｅ−６／℃というＣＴＥであった。
【０１１４】
図１３は、試料１の異なる倍率の２つの断面電子顕微鏡写真を示している。この例は、約０．７５ｃｍの直径および約１ｍｍの肉厚を有する筒状の物体であった。この試料は、セラミックの処理に典型的な通常の取り扱い操作に充分な機械的一体性を示した。
【０１１５】
多孔率を、水銀ポロシメトリ（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ａｕｔｏｐｏｒｅ ＩＶ ９５００、ペンシルベニア州Ｎｏｒｔｈ ＨｕｎｔｉｎｇｄｏｎのＤｅｌｔａ Ｌａｂｓによって実行）を使用して測定した。
【０１１６】
図１４は、いくつかの典型的な物体に関する孔サイズの情報を示している。この図は、有機結合剤なしの振動鋳造による試料、および有機結合剤を有する２つの押し出しによる試料を含んでいる。試料１は、高圧の自動押出機を使用して押し出しされた。試料２は、手動押出機を使用して押し出しされた。マイクロ構造は、おおむね混合物の組成によって制御可能であり、粒子から物体を形成するために使用可能なさまざまな形成方法を、さまざまな実施形態において使用することができる。いくつかの混合物は、いくつかの異なる方法によって成形可能である。
【０１１７】
図１５は、いくつかの典型的な物体に関する孔サイズの情報を示している。この図は、外来の一過性相（アッシュ源に追加される）を取り入れてなる物体を、アッシュ源に付随し、アッシュ粒子を生成するプロセスから一般的にもたらされる内在の一過性相を取り入れてなる物体（すなわち、試料３）と比較している。試料３および７Ｃは、異なる一過性相を同様の濃度で有している（Ｐｒｏ−Ａｓｈ Ｈｉｇｈ Ｃａｒｂｏｎの質量の〜４０％として内在−対−外来のＡｓｂｕｒｙ ４０１２）。多孔率を、１つ以上の一過性相を使用することによって制御可能であり、一過性相は、内在および／または外来の一過性相であってよく、同様および／または異なる粒子サイズを有してよい。
【０１１８】
図１６は、いくつかの典型的な物体に関する孔サイズの情報を示している。この図は、種々の実施形態に従って生成することが可能な孔サイズ分布の範囲を示している。より広い範囲、より狭い範囲、異なる孔サイズ分布、および他の特性を、処理パラメータを適切に変更することによって一般的に生み出すことができ、多孔率および孔サイズ分布を、おおむね制御することができる。穴の連結性を、種々のせん断、圧縮、および引張力を取り入れている形成方法を使用して制御してよく、異方性の粒子、特に異方性の形状の一過性粒子（例えば、ウィスカ、プレートレット）を使用することから利益を得ることも可能である。
【０１１９】
図１７は、いくつかの焼成済み試料の多孔率を記述するＣＰＦＴ（横軸の孔サイズよりも微細な孔の累積パーセント）データを示している。
【０１２０】
表３が、種々の試料についての多孔率の測定値を要約している。
【表３】
【０１２１】
図１８は、特定の実施形態によるいくつかの物体について、平均多孔率−対−平均孔径のプロットである。孔径の中央値およびパーセンテージ多孔率を、独立に制御することが可能である。いくつかの実施形態においては、用途ベクトルが、所望の孔径中央値および％多孔率を含んでよく、さまざまな試料が計算／予測および／または作製／測定され、種々のパラメータが、得られる物体に関する物体ベクトルが用途ベクトルに充分に適合するまで調節される。
【０１２２】
以上の説明は、例示であって、本発明を限定するものではない。本発明の多数の変形が、本明細書の開示を検討することによって、当業者にとって明らかになるであろう。したがって、本発明の技術的範囲を上述の説明を参照して決定してはならず、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲ならびにその均等物の全範囲に鑑みて決定されなければならない。
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００７年８月３日に出願された米国仮特許出願第６０／９６３，０８８号の優先権の利益を主張し、この米国仮特許出願の開示内容は、参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
技術分野
本発明は、概して流体の物体との反応に関し、より詳細には、流体との反応のための物体に関する。
【０００３】
関連技術の説明
流体（例えば、気体、液体、など）は、反応を促進する目的で、さまざまな物質の上または内を通って渡すことが可能である。流体内の種の反応、流体からの種の除去、ならびに何らかの化学的または物理的様相での流体の変換を、流体を適切な物体に接触させることによって促進することが可能である。いくつかの事例では、反応が流体と物体の表面との間の界面で生じ、そのような場合には、この表面積を（例えば、多孔質体を使用することによって）最大にすることが好都合であり得る。流体と物体との間の反応を、物体そのものを改質するために使用することも可能である。
【０００４】
多くの適切な物体は、実質的に多孔的である（５％、１０％、２０％、４０％、６０％、または８０％を超え、場合によっては９０％を超える多孔性）。多孔は、連続的であってよく、そのような場合、流体が、物体を実質的に満たすことが可能である。適切な駆動力（例えば、圧力、電圧、磁界、または他の熱力学的ポテンシャルの勾配）によって押されるとき、流体が物体を通過することができる。いくつかの事例において、種の通過を阻止する微細孔に流体を通すことによって、種を流体から除去することが可能である（例えば、ろ過）。他の事例では、種を、除去または他の種を形成すべく反応させることが可能であり（例えば、不均一触媒作用において）、さらには／あるいは物体そのものと結合させることができる（例えば、ゲッタリング）。また、種を、物体によって実質的に吸着または吸収することも可能である。
【０００５】
多くの物体は、比較的純粋な出発材料を選択し、それらを混合することによって作製されてきたが、ますます複雑になる物体が、さらに多くの出発材料の追加を必要としている。例えば、触媒コンバータの基材は、特定の熱的特性、機械的特性、および表面積の特性を有する必要があると考えられ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２という出発材料を混合することによって製造可能なコーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）で製造することができる。鉄を含有するコーディエライト（Ｍｇ，Ｆｅ）２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８は、いくつかの改善された特性を有することが可能であり、上述の混合物にＦｅＯまたはＦｅ２Ｏ３を加えることによって製造し得る。焼結助剤、粒界相、および触媒種を、同様に加えることができ、多くの材料の改善は、一般的に、さらなる成分の追加を必要とする。
【０００６】
多くの有用な物体、特に高温用途のための物体は、複数の成分を含んでおり、さらなる成分によって特性を改善することが可能である場合がある。例えば、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２）材料は、多くの場合に、かなり高い温度（例えば、１３００℃）において高い強度を有しており、米国特許第３，９５４，６７２号が、ムライトを超えるいくつかの改善された特性を有する特定のコーディエライト−ムライト組成物（すなわち、より複雑な組成物）を特定している。このように、ある用途において全般的に改善された特性を有する材料は、多くの場合、当該用途に典型的に使用される公知の材料よりも複雑であると考えられる。
【０００７】
多くの有用な物体は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２、および他の材料の組み合わせから作製され、多くの場合、いくつかの成分をそれぞれ含むことが可能な１つ以上の有用な相（例えば、ムライト、コーディエライト、スピネル、ペロブスカイト、非晶質）を含む。したがって、種々の用途のための優れた物体の発見は、有用な特性を有することが知られている組成をそれらの物体の基礎とし、それらの組成の周囲で複雑さを増すことによって促進される。
【０００８】
多孔質体を、深層ろ過、壁流ろ過、ケークろ過、および他の方法などのろ過に、これらに制限されることなく使用することが可能である。一般に、ろ過に使用するための適切な物体を、必要とされる流量、流体の粘性、流体の相組成（例えば、液体中に懸濁する固形物、乳濁液）、流体内の（処理対象の）種の濃度、所望の圧力差（圧力による駆動によって流体に物体を通過させる場合）、適用温度、化学反応性（または、化学反応性がないこと）、および他の因子など、さまざまな因子にもとづいて選択することが可能である。利用可能な幾何学的制約または量の制約も、適切なろ過方法を決定する。例えば、深層ろ過用の物体の大きな「池」を、大量の廃水のろ過に使用することが可能である一方で、自動車の排気ガス流中の汚染物質の触媒除去は、小型の可搬な物体を必要とするであろう。
【０００９】
いくつかの用途においては、物体の機械的な挙動が重要になる可能性がある。多くの場合、物体に流体を通すために使用される駆動力が、物体そのものに機械的な応力をもたらし、物体がこの機械的な応力に耐えることが、多くの用途における要件である。用途によっては、物体が、（例えば、フィルタにおいて）流体によって加えられる印加圧力に耐えるための充分な機械的強度を有することを必要とする。小さな熱膨張係数（ＣＴＥ）、良好な耐熱衝撃性、または良好な耐熱衝撃損傷性が必要とされ得る用途もある。
【００１０】
多くの用途においては、物体のチャネルまたは他の実質的に「開いた」領域（流体の流れに対する妨げが最小限である）が、反応またはろ過のための面積を大幅に増やすために使用される（例えば、米国特許第４，２５３，９９２号および第４，２７６，０７１号のように）。そのような用途においては、比較的薄い壁が、流体の流れに対する妨げが実質的に最小限である領域を隔てている。チャネルを隔てる壁は、表面積または浸透性を最大にしつつも、機械的な特性を損なわない程度に高い多孔を有さなければならず、所望の処理をもたらす（例えば、除去すべき種を実際にろ過する）孔サイズ分布でなければならない。
【００１１】
いくつかの用途（例えば、フィルタ床）においては、物体を、動作の最中に基本的に流体静力学的に支持することが可能であり、したがってろ過の際には機械的強度（例えば、せん断または引張強度）をほとんど必要としない。また、いくつかの用途は、ろ過の際に生じる機械的応力とは異なる機械的応力を生じさせることが多い逆洗浄を含む。そのような場合には、ある程度の機械的強度または適切な抑止が必要とされる可能性がある。熱応力、熱膨張の不整合、結晶構造の変化、物理的な衝撃、および他の因子も、所与の用途において、物体の特定の要件を生じさせる可能性がある。
【００１２】
これまでにも増して、コストが、所与の用途における重要な因子となる可能性がある。コストには、物体および関連の流体制御システム自体の作製に伴う資本経費が含まれるであろう。また、コストには、運転コストも含まれるであろう。さらに、コストには、廃棄コスト、環境コスト、「ゆりかごから墓場まで」のコスト、および特定の処理の技術的解決策の実施に伴う他のコストも含まれるであろう。特定の物体の生成および実施に必要なエネルギーが、重要なコスト因子となる可能性があり、そのような場合、特定の装置の製造および使用に必要なエネルギーを少なくすることが好都合であり得る。コストには、地球温暖化ガス、環境汚染物質、または他の汚染物質の排出に伴うコストが含まれ得る。多くの場合、製品に関連する具現化エネルギー（例えば、製品の生成および実施に必要なエネルギー）を最小にし、さらには／あるいは製品の総ライフサイクルコストを最小にすることが、好都合であろう。処理方法に関連する実施、流体を物体で処理する方法、処理済みの物質および／または物体そのものの廃棄、ならびに他のライフサイクルコストは、一般に、資本経費（原材料コストを含む）、運転コスト（寿命を含む）、および廃棄／再生利用コストの双方を含むであろう。
【発明の概要】
【００１３】
流体を物体によって処理するためのシステムおよび方法が開示される。種々の態様が、流体を多孔質体で処理することを含む。特定の態様は、流体を物体と反応させるためのシステムを含む。システムは、入り口および出口を有する容器、ならびにアッシュ粒子を有する前記容器内の物体を含む。物体は、流体が入り口から出口へと（すなわち、容器を通って）通過する際に当該物体と反応する充分な多孔率を有してよい。場合によっては、物体を、第１の流体が入り口から出口へと通過する際に当該物体を通過しなければならないように容器内に配置してよく、孔サイズ分布および孔の連結を、そのように配置された物体の一部位を第１の流体が通過できるように構成してよい。いくつかの物体は、フィルタであってよい。種々の物体が、化学反応の速度を高めるための触媒を含む。いくつかの物体は、４〜９８％の範囲の多孔率を有する。いくつかの物体は、チャネルを備えており、チャネルを通って流体が実質的に妨げられることなく通過することが可能である。いくつかのチャネルは、（例えば、入り口付近の物体の第１の側から、出口付近の物体の第２の側まで）物体を完全に貫いていてよい。
【００１４】
多孔は、孔サイズ分布を備えてよく、少なくとも部分的に、一過性相の除去からもたらすことが可能である。一過性相を、アッシュ源に付随する残留物として、内在的にもたらすことが可能である。一過性相を、別途追加してもよい。いくつかの物体は、緩い粒子を含んでいる。他の物体は、結合した粒子を含んでおり、いくつかの場合には、結合が粒子間のネックを含む。ネックを、酸化物成分（例えば、Ｃａ、Ｓｉ、Ｐ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ、および他の酸化物）の間の水和反応を含むことが可能であり、かつＣ３Ｓ、Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦ、リン酸塩、および／または石膏相の形成を含むことが可能なセメント質の結合から形成してよい。ネックの形成は、焼結および／または他の高温反応を含んでよい。
【００１５】
方法は、流体を処理するために種々の物体を使用する方法を提供する。いくつかの場合においては、流体が、炭化水素、ＮＯｘ、ＣＯ、Ｈｇ、硫黄種、および／または粒子状物質などの物質を含むことが可能な排気ガスであってよい。液体金属などの液体をろ過することも可能である。
【００１６】
種々の方法が、多孔質体を必要とする用途を選択すること、物体を作製するためのアッシュ源を選択すること、およびアッシュ源を前記用途のための多孔質体へと形成することを含む。種々の粒子サイズ分布のうちの１つ以上の部分集合を選択してよい。特定の実施形態は、アッシュ粒子を有するろ床を含む。
【００１７】
アッシュ源を用途に適合させることは、用途を記述する用途ベクトルを決定し、当該用途にとって適切な物体を記述する目標物体ベクトルを計算し、原材料（アッシュ源を含み得る）を選択し、この原材料にもとづいて物体ベクトルを計算し、計算した物体ベクトルを目標物体ベクトルと比較することを含んでよい。いくつかの場合においては、種々のパラメータが、計算による物体ベクトルおよび目標物体ベクトルが、ある質の互いの一致または適合を達成するまで、繰り返し調節される。物体パラメータおよび用途パラメータを調節してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】典型的な実施形態の概略図である。
【００１９】
【図２】典型的な実施形態の概略図である。
【００２０】
【図３】典型的な実施形態の概略図である。
【００２１】
【図４】チャネルの実施形態の代表的な断面の概略図を示している。
【００２２】
【図５】特定の開示の実施形態による交互のチャネルの設計を示す概略図である。
【００２３】
【図６】典型的な実施形態の概略図である。
【００２４】
【図７】典型的な実施形態の概略図である。
【００２５】
【図８】特定の実施形態によるプロセスのフロー図である。
【００２６】
【図９】特定の実施形態による典型的なアッシュ源について、粒子サイズおよび組成の情報を示している。
【００２７】
【図１０】別の典型的なアッシュ源について、粒子サイズおよび組成の情報を示している。
【００２８】
【図１１】特定の実施形態によるさらなる典型的なアッシュ源について、粒子サイズの情報を示している。
【００２９】
【図１２】特定の実施形態によるさらなる典型的なアッシュ源について、粒子サイズの情報を示している。
【００３０】
【図１３】特定の実施形態による試料１の異なる倍率の２つの断面電子顕微鏡写真を示している。
【００３１】
【図１４】特定の実施形態によるいくつかの典型的な物体に関連する孔サイズの情報を示している。
【００３２】
【図１５】特定の実施形態によるいくつかの典型的な物体に関連する孔サイズの情報を示している。
【００３３】
【図１６】特定の実施形態によるいくつかの典型的な物体に関連する孔サイズの情報を示している。
【００３４】
【図１７】いくつかの焼成済み試料の多孔率を記述するＣＰＦＴ（横軸の孔サイズよりも微細な孔の累積パーセント）データを示している。
【００３５】
【図１８】特定の実施形態によるいくつかの物体について、平均多孔率−対−孔径中央値のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
流体を、多孔質体で処理することが可能である。所与の実施例において、物体はアッシュ粒子を含み、物体を形成するために使用されるアッシュ粒子を、それらがもたらす所与の処理のための１つ以上の所望の特性にもとづいて選択することが可能である。処理は、典型的には、流体と物体との相互作用に向けられた用途またはプロセスの状況において生じる。流体とは、気体、液体、およびそれらの混合物を指し得る。流体は、複数の成分を含んでよく、いくつかの場合には、流体が別個の固体相および／または液体相を含む（例えば、煙または霧）。処理または用途として、流体および／または物体内の物質または種の反応、除去、および／または変成を挙げることができる。物質または種は、固体、液体、気体、溶質、あるいは流体そのものであってよい。アッシュ粒子は、通常は、高温プロセスからもたらされることが多い実質的に無機な種を含む。一般に、アッシュ粒子は、燃焼プロセスと結び付けられてよく（例えば、燃焼プロセスから得られ）、したがって酸化物を含み得る。物体とは、一般に、複数の粒子を有する物体を指す。物体は、物体（作製後）そのものを「粒子状物質」とみなし得るか否かにかかわらず、粒子から作られた物体を含むことが可能である。多孔とは、一般に、物体が少なくとも多少の（例えば、１％超の）多孔率を有することを指す。種々の実施形態として、ある用途にとって適切な特性を有する物体を特定することが挙げられ、いくつかの場合には、物体を低コストな材料から作製することが可能である。
【００３７】
物質または種の反応または除去を達成するために流体が多孔質体上または多孔質体内を通される用途に鑑み、ユーザが物体の所望の特性一式を決定できるさまざまな文献が存在している。典型的なテキストとして、Ｒｕｌｅｓ ｏｆ Ｔｈｕｍｂ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（Ｃ． Ｒ． Ｂｒａｎａｎ、Ｇｕｌｆ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ）、Ｐｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ（Ｄ． Ｗ． Ｇｒｅｅｎ ＆ Ｒ． Ｈ． Ｐｅｒｒｙ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）、Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ（Ｂｉｒｄ、Ｓｔｅｗａｒｔ ＆ Ｌｉｇｈｔｆｏｏｔ、Ｗｉｌｅｙ）が挙げられる。所望の流量、流体の組成、相互作用系の形状、圧力降下、などといった用途の特性を、当該用途のための物体の望ましい特性を含み得る用途ベクトルを定めるために使用してよい。このベクトルは、目標であってよく、物体の特性一式を有する物体をこの目標に向けることができる。さまざまなモデルを、粒子サイズ、多孔率、密度、および孔サイズ分布などといった微視的パラメータを使用して巨視的な物体の特性を計算するために使用してよい。同様に、化学反応（例えば、物体の表面における触媒作用）の促進を教示する文献を、所与の用途において所望の化学反応をもたらすために使用してもよく、他の文献は、（物体を製造するための）処理方法、機械的特性の改善方法、清浄化方法、などを教示するであろう。多くの反応を、触媒によって可能にすることができ、適切な触媒の選択が、反応に適する触媒または触媒条件を選択して基材内、基材上、または基材とともに取り入れることによって、幅広い範囲の反応に「汎用の」基材を使用する効果的な方途となりうる。
【００３８】
流体および多孔質体が関与するいくつかの反応は、物体を流体中に浸漬し、物体への拡散または物体の表面上の通過によって反応を可能にすることを伴い得る。流体の流れを、物体上、物体の周囲、物体の構成要素の間、あるいは物体を貫いて通過させてよく、物体は、固体、粉末、流動床、または他の粒子の集まりであってよい。いくつかの物体は、触媒コンバータの基材など、実質的に固体であってよい。他の物体は、流動床など、機械的に弱くてもよく、容器内に配置可能であり、さらには／あるいは適切な包装によって配置可能である。いくつかの物体は、流体通過の際の「フィルタ下」基材への材料の堆積によって形成されるいわゆるケーキ層など、その場で形成することが可能である。そのような場合、ケーキ層を通過するろ過によりろ過が増大するため、ろ過は経時的に改善し得る。
【００３９】
処理は、低温（例えば、７７Ｋ以下）、中温（例えば、室温）、高温（例えば、７００Ｃ超、１０００Ｃ超、１３００Ｃ超、あるいは１６００Ｃ超）、およびその間の温度を伴ってよい。反応としては、ろ過、１つ以上の種の変換、ガス吸着、脱硫、ＮＯｘ除去反応、炭化水素、Ｈｇ、またはＣＯの除去、ならびに他の化学反応を挙げることができる。処理としては、排気の流れからのすす粒子の除去など、流体からの粒子または粒子状物質の除去や、液体金属からの混入物質の除去を挙げることができる。処理としては、水の浄化を挙げることができる。いくつかの用途においては、処理が、流体よりもむしろ物体を改質することを目的とする流体と物体との間の相互作用を含む。
【００４０】
物体および／または流体が、反応を触媒するための手段を含んでよい。そのような手段として、物体の表面に配置された触媒、粒子の表面に配置された触媒、流体内に配置された触媒、物体に関連する特定の表面処理または状態、ならびに／あるいはこれらの組み合わせを挙げることができる。触媒は、ＶＩＩＩ属の金属、白金族の金属、希土類酸化物、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｒｅ、およびＣｕの酸化物、ならびにこれらの混合物を含み得る。例えば、適切な触媒を選択することによって、ＮＯｘの分解、ＣＯおよび／または炭化水素の燃焼、すす粒子の燃焼、ならびに他の高温気体相反応を触媒することが好都合かもしれない。触媒は、ゼオライトおよびメソ多孔性材料などの、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、および／またはこれらの酸化物を含み得る。触媒は、硫化物、特に遷移金属または希土類の硫化物を含み得る。触媒は、不均一系または均一系触媒を含み得る。いくつかの態様においては、触媒が、有機および／または有機金属である。触媒のウォッシュコーティング（ｗａｓｈ ｃｏａｔｉｎｇ）を、物体に触媒を塗布するために使用することが可能である。また、触媒を液体中に分散または溶解させ、触媒を物体によって流体からろ過することにより物体に付着させてもよい。いくつかの態様においては、触媒が、処理されている流体へと加えられる。
【００４１】
用途は、用途の化学的、物理的、熱的、時間的、および他の特性を定める複数の特性を有し得る。典型的な特性として、処理対象の流体、粘性、反応または除去対象の物質、温度、圧力、流量、化学反応性の要件（所望の反応の促進および望ましくない反応の防止の両方）、寿命、ならびに多孔質体および関連の構成要素そのものの物理的なプラントの要件（例えば、質量、サイズ、密度、形状、損傷への耐性）などの因子が挙げられる。所与の用途について、種々の重要な因子を記述する用途ベクトルを生成することが可能である。用途ベクトルは、入力記述子（例えば、処理対象の流体）および出力記述子（例えば、処理後の流体中のある種の最大濃度）を含むことができる。原材料コスト、作製コスト、設置コスト、交換コスト、プロセスコスト、および廃棄コストなど、用途のコストに寄与する種々の構成要素も、含めることができる。特定の特性が、特定の用途に関してとくに重要であり得る。可搬の用途においては、固定の用途に比べて、サイズおよび重量がより重要であるかもしれない。遠方での用途においては、容易にアクセスできる用途に比べ、寿命がより重要であるかもしれない。「耐障害性」または「フェイルセーフ」の要件が、故障が許されない用途（例えば、病院またはデータセンターの予備の発電機）においてはより重要かもしれないが、故障の結果が限られている場合には、あまり重要でないかもしれない。用途の知識を、用途ベクトルにおいて得ることが可能であり、用途に使用される物体の好ましい値を特定するために使用することができる。
【００４２】
用途ベクトルまたは用途の他の記述子に鑑み、当該用途において使用されるべき物体の所望の特徴を記述する目標物体ベクトルを定めることが可能である。典型的な特徴として、巨視的特徴（サイズ、重量、表面積、浸透性、熱膨張係数、弾性係数、熱容量、熱伝導率）、微視的特徴（多孔率、孔形状、孔サイズ分布）、化学反応性、触媒要件、および他の因子が挙げられる。いくつかの態様においては、原材料および処理条件の多様なセットが評価され、物体ベクトルが、セットの各々の構成要素について計算され、物体ベクトルが、好ましい物体ベクトルを見出すために用途の目標物体ベクトルと比較される。実験データを、評価に取り入れることができる。いくつかの態様においては、アッシュ源の組成、相の集まり、および粒子サイズ分布を、アッシュ源を物体の所望の特性に関連付け、さらに拡張によって用途に関連付けるために使用し得る。
【００４３】
例えば、ディーゼル排気の処理の特徴を、流量、温度、最大背圧、寿命、および他の因子を含む用途ベクトルに関して記述することが可能である。ディーゼル粒子フィルタは、多孔質体を備えてよく、そのような多孔質体が、この物体のこの用途における使用をもたらす物体ベクトル（例えば、サイズ、重量、浸透性、温度範囲）を有する。いくつかの態様においては、物体の構成要素（例えば、組成、粒子サイズ、形成方法）を、物体ベクトルを計算するために使用することが可能であり、計算された物体ベクトルを、（用途からの）目標物体ベクトルに一致させてよい。このようにして、ディーゼル粒子フィルタの用途が、特定の浸透性を有する物体を必要とする可能性があり、これを、適切な物体について提供が期待される物理的因子（例えば、壁厚）および多孔率（例えば、４０〜７０％の多孔率、１０〜４０ミクロンの範囲の孔サイズ分布、および２５ミクロンという平均孔サイズ）の組み合わせを計算するために使用することができる。原材料粒子データ（例えば、粒子サイズ）および粒子充てんモデルを取り入れることによって、仮定の多孔率、孔サイズ分布、および平均孔サイズを計算することができる。入力パラメータ（例えば、種々の粒子サイズの量）を変化させることによって、多孔率の計算を、目標の多孔率に向かって反復することができる。種々の仮定の組成を、物体を作製するための実験の出発点として使用することができる。
【００４４】
アッシュ源は、化学的組成、相の集まり、ＬＯＩ（強熱減量）、粒子サイズ、および他の因子においてさまざまであってよい。アッシュ粒子のサイズは、１００ｎｍ未満〜１ｃｍ超にわたってよい。所与の態様においては、アッシュ粒子のサイズが、約１ミクロン〜約７０ミクロンの範囲である。いくつかの場合には、より大きなアッシュ粒子（例えば、２０ミクロン超）を、より大きな孔サイズを得るために使用することが可能であり、より小さなアッシュ粒子（例えば、５ミクロン未満）を、より小さな孔サイズを得るために使用することが可能である。特定の例では、物体が、異なるサイズの粒子を有するいくつかの領域を含んでおり、各々の領域が、相補的な特徴を提供する。いくつかの例では、第１の領域が構造的な特性を提供し、第２の領域が流体の処理の特性を提供する。特定の実施形態においては、小さな粒子が流体の処理の特性を提供し、より大きな粒子が、より小さな粒子を支持する。種々の実施形態が、機械的な特性を提供する第１の粒子と、大きな表面積（例えば、３０ｍ＾２／ｇ超）をもたらす第２の粒子とを含む。
【００４５】
多くの場合に、アッシュ粒子は、かなりの量（例えば、１％超、１０％超、３０％超、４０％超、５０％超、あるいは６０％超）の有機または他の炭素質の種をさらに含み得る。多くの燃焼プロセスは、燃料源の完全燃焼をもたらさず、結果として、アッシュ粒子が、１つ以上の「不完全燃焼」または「未燃焼」の有機種を含む可能性がある。多くのアッシュ材料において、無機の種の炭素質の種に対する相対割合を、ＬＯＩを使用して表すことができ、このＬＯＩは、生成されたままのアッシュ材料からその後の酸化雰囲気での完全な焼成において除去される炭素質の種の量にほぼ相当する。アッシュ粒子の典型的な種類として、フライアッシュ、廃棄物焼却炉アッシュ、ボトムアッシュ、火山灰、石炭ガス化アッシュ、燃焼アッシュ、バイオマスの燃焼またはガス化によるアッシュ、冶金プロセスによるアッシュ、スラグ、および他のアッシュを挙げることができる。アッシュ粒子は、一般的に、球形、回転楕円形、角形、板状、ウィスカ、中空、セノスフェア状、繊維状、および他の形状など、任意の形状であってよいが、これらに限定されない。アッシュ粒子は、クラスＣのフライアッシュ、クラスＦのフライアッシュ、および他のクラスのフライアッシュを含み得る。
【００４６】
アッシュ粒子は、さまざまな原材料から得られ、粒子の組成は、おおむねアッシュ粒子を生成するために使用されたプロセス（および、このプロセスへの入力）の関数である。例えば、都市固形廃棄物の燃焼は、その特定の廃棄物の流れ（例えば、家庭ゴミ、紙くず、下水固形物、など）に関係する組成を有するアッシュ粒子を生み出すであろう。石炭の燃焼は、フライアッシュ、ボトムアッシュ、ボイラスラグ、煙道ガス脱硫アッシュ、ガス化アッシュ、および流動床燃焼アッシュなどの、さまざまなアッシュ源を生み出す可能性がある。燃焼からもたらされるアッシュは、燃料源、特に化学組成（例えば、硫黄成分）、原材料の地理的場所（例えば、Ｗｙｏｍｉｎｇ州のＰｏｗｄｅｒ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ）、石炭の品質（例えば、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭）、および他の因子による特徴を有し得る。アッシュは、それらのそれぞれの燃焼条件（例えば、温度、酸素分圧）による特徴を有し得る。アッシュの特徴を、粒子サイズ分布、化学組成、結晶および／または非晶質構造、反応性、ＬＯＩ、などによって記述することができる。
【００４７】
ただ１つの燃焼器および燃料源からのいくつかのアッシュ源は、種々の多様な組成および相を含み得る。例えば、Ｇｏｔｔｓｃｈａｌｋらが、中空セノスフェア、回転楕円形マグネタイト粒子、ケイ酸塩類、種々の炭素質の種、および種々の形状の粒子を、ある粒子サイズの範囲に加えて含んでいるアッシュを説明している（Ｃｅｒａｍ． Ｔｒａｎｓ．［１１９］（２００１）１２５〜１３４）。他のアッシュ源は、かなり均質であってよい。世界中のアッシュ粒子を生じさせる様々な種類の処理や投入のゆえに、多様な特性を有するアッシュ粒子を得ることができる。石油化学産業が、原材料（例えば、原油）のさまざまな供給および品質を標準化された一式の要件を満足する生成製品（例えば、ガソリン）へと仕上げているのと同様に、種々の実施形態は、多様なアッシュ源を入手し、評価し、選択し、さらに任意に改質し、原材料の１つ以上の部分集合を選択し、選択されたアッシュを物体へと形成し、選択された用途への適合を判断すべく特性を試験することを伴う。
【００４８】
アッシュは、１つ以上の成分を有する１つ以上の相を含み得る。一部のアッシュは、実質的に結晶質であってよく、一部のアッシュは、実質的に非晶質であってよく、一部の粒子は、中空であってよい。アッシュ粒子は、磁性であってよい。多くのアッシュの原材料は、比較的低コストである。いくつかの場合には、アッシュ粒子は、通常であれば（その後の用途に使用されないのであれば）廃棄されなければならず、したがってアッシュ粒子を（例えば、本明細書に記載の用途に）利用することで、廃棄のコストを削減することができる。粒子の特徴を、粒子の形状、粒子サイズ分布、および（例えば、物体における）粒子間の連結性によって記述することができる。
【００４９】
流体を制御された仕方で物体へと曝すことができるような様相で、物体を形成、包装、あるいは収容してよい。物体は、用途の構造的な要件を満足するための充分な機械的一体性（例えば、強度、弾性応答）を有することが可能である。いくつかの実施形態においては、物体が、１ＭＰａ超、好ましくは１０ＭＰａ超、より好ましくは１００ＭＰａ超の引張強度を有している。物体は、粒子の深層、固定床、流動床、または粒子の他の集まりを含むことが可能である。一部の物体は、１ｋＰａ超、好ましくは１０ｋＰａ超のせん断強度を備えている。
【００５０】
多孔率は、閉多孔率および／または開多孔率を指し得る。多孔率を、孔サイズ分布、平均孔サイズ、中間孔サイズ、孔形状、孔の連結性、および他の「孔スケール」因子によって特徴付けることができる。さらに、物体の多孔率を、パーセント多孔率（例えば、同様の組成の密な物質との比較）、浸透率、浸透値、表面積、などによって特徴付けることができる。
【００５１】
用途は、処理の際の力（例えば、磁性粒子を含む物体を安定化させ、あるいは整列させる磁界）の使用を伴い得る。特定の態様は、低い多孔率（例えば、１０％未満、５％未満、２％未満）を有する物体を含む。他の態様は、中程度の多孔率（例えば、１０〜６０％の間）を有する物体を含む。いくつかの実施形態は、高い多孔率（例えば、６０％超、７０％超、８０％超、あるいは９０％超）を有することができる。種々の実施形態は、２０〜８０％の間の開多孔率を有する物体を含み、特定の態様は、実質的に開いた領域またはチャネルまたは経路を取り入れ、そのような取り入れが、そのような領域を持たない物体よりもはるかに低い全体としての密度（例えば、そのような領域を持たない物体の１０％、１％、または０．１％未満）をもたらし得る。浸透性などの巨視的因子と孔サイズなどの微視的因子との間の関係を、計算することが可能である。孔サイズ分布を、粒子の充てんについての標準的なモデルを使用し、あるいはそのような関係を教示する文献を使用して、粒子サイズ分布から（任意で粒子形状のデータによって）予測することができる。多くの場合、第１の特性を第２の特性から計算でき、あるいは少なくとも推測できる。そのようなデータを、特定の用途のための物体を作製するための適切なアッシュ源を選択するために使用することができる。種々の実施形態を、比表面積によって特徴付けることができ、いくつかの場合において、比表面積は、グラム当たり１０、１００、１０００、１０，０００、１００，０００、または１Ｅ６平方インチよりも大きくてよい。特定の実施形態は、サイズが５ミクロンよりも大きい孔を含み、これらの孔が、物体の０．１〜０．８ｃｍ＾／ｇの間を構成することができる。好ましい実施例は、８Ｅ−６／℃未満、好ましくは４Ｅ−６／℃未満、より好ましくは２Ｅ−６／℃未満の熱膨張係数を備える。
【００５２】
多くの場合、多孔率の特性を、透過度−対−機械的特性など、相反する要件の中で最適化しなければならない。さらに、物体の形成に使用されるいくつかのプロセス（成型、押し出し、スリップ鋳造、ゲル鋳造、ドクターブレード法、および他の成形作業）は、特定の粘弾性特性を有する入力ペースト、スリップ、または材料を必要とし、そのような粘弾性特性は、該当のアッシュ粒子および／または有機結合剤（多孔率にも影響を及ぼしうる）の粒子サイズ分布に影響されることが多い。
【００５３】
いくつかの実施形態においては、多孔率を、適切な粒子サイズ分布を使用することによって制御することができ、それらは、粒子間の間隔および／または配置を左右または制御する界面活性剤、安定剤、ステアリン部分（例えば、脂質）、および他の化合物の使用を含み得る。多孔率を、制御された粒子サイズの多様な組を使用することによって制御することが可能である。多孔率を、加えられる圧力、焼結プロセス、またはエッチングプロセスなどの成形作業によって制御することが可能である。特定の態様においては、多孔率が、成型または形成プロセスにおいて粒子に広く影響を及ぼす一過性相を形成時に導入することによって少なくとも部分的に制御される。成型後に、一過性相を、所望の多孔率の特性を残しつつ除去することが可能である。
【００５４】
一過性相は、有機材料（例えば、炭化水素、炭水化物、グラファイト）および／または無機材料（例えば、氷）を含んでよい。一過性相を、個別の粒子として、実質的に連続な相として、あるいは粒子に付随するコーティングまたは他の付着相として、含ませることが可能である。一過性相は、アッシュを得るプロセスによって生成されたときのアッシュ粒子の成分（例えば、ある種のフライアッシュに付随する残余のすすまたは炭素質の種）であってよい。一過性相を、別途加えてもよい。代表的な一過性相として、カーボンブラック、でんぷん、およびポリマー（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ＰＥＴ、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、など）が挙げられる。ウィスカ、繊維、プレートレット、および他の異方性の形状も、一過性相として使用することができる。いくつかの態様においては、サイズが１０ｎｍ〜５００ミクロンの範囲にある粒子を一過性相が含んでよく、いくつかの実施形態は、サイズが１００ｎｍ〜１００ミクロンの範囲にある一過性相を含む。典型的な一過性相は、４４〜２００ミクロンの間のグラファイト粒子、４４ミクロン未満のグラファイト粒子、および１００ｎｍ〜３ミクロンの間の平均粒子サイズを有するカーボンブラックを含む。特定の実施形態は、大きな（例えば、＞１ｍｍまたは＞１ｃｍ）の一過性相を含む。一過性相は、セルロース、木炭、石炭、および他の種を含んでよい。流動性、形成、脱型、および他の形成の態様を制御するために使用される種々の有機添加剤が、一過性相であってもよい。
【００５５】
一過性相の除去は、燃焼を含んでよい。特定の態様においては、この燃焼からもたらされる熱を、焼成または他の処理工程を促進するために使用することが可能である。物体を通過する気体の流れを、一過性相の燃焼を制御するために使用することが可能である。
【００５６】
多くの用途において、特定のアッシュが、望ましい組成を有する「あらかじめ混合された」原材料をもたらすことが可能である。すなわち、コーディエライト製の物体を、コーディエライトの形成に必要な元素の少なくとも一部（好ましくは、大部分）をすでに有するアッシュを選択することによって作製することができる。特定の実施形態は、アッシュ源、形成プロセス、および物体を必要とする用途を整合させて、当該プロセスに従って当該アッシュ源から形成される物体が当該用途に対して適切となるようにすることを含む。
【００５７】
アッシュ粒子は、かなりの量のＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３を含むことが可能である。一部のアッシュは、かなりの量のＦｅ種をさらに含むことが可能であり、他の一部のアッシュは、多くの場合、Ｃａ、Ｍｇ、または他の材料を含む。典型的には、これらの種は、酸化物として存在する。多くの場合、アッシュ粒子は、混合酸化物および／または混合相を含むが、それらを化学的な方法（例えば、エネルギー分散分光法、ｘ線蛍光法、プラズマ発光分光法、など）および物理的な方法（ｘ線回折、粒子サイズ分析、粒子形状分析）の組み合わせによって容易に特定可能である。いくつかの態様においては、第１の用途に適さないかもしれない組成を有するアッシュが、第２の用途については優れた選択肢である。表１が、例示の目的で、いかなる特定のアッシュ源または用途にも限定されることなく、数種類のアッシュ源の組成を、数種類の有用な材料の同様の組成とともに列挙している。
（表１） 特定のアッシュおよび特定のセラミックの化学組成
【表１】
【００５８】
例えば、表１のＥｌｋ Ｃｒｅｅｋ瀝青炭のアッシュの組成は、コーディエライトの組成に比較的近く、特にＦｅをドープしたコーディエライトに近い。このアッシュは、Ｆｅドープのコーディエライト材料の基礎として適した選択肢となりうる。表１のＥｌｋ Ｃｒｅｅｋ瀝青炭から出発し、およそ８重量％のＡｌ２Ｏ３および８重量％のＭｇＯを追加すると、Ｆｅドープのコーディエライトの組成に近い５１％のＳｉＯ２、３４％のＡｌ２Ｏ３、８％のＭｇＯ、および７％のＦｅ２Ｏ３という組成（繰り込み後）が生じ得る。同様に、Ｗｙｏｄａｋ ＰＲＢ石炭アッシュは、ゲーレナイト（２ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）を形成するための有用な材料であり得、数種類のアッシュの組成は、好都合な特性を有する物体のムライト−コーディエライト組成物に近い（表１に組成物Ｂ、Ｃ、およびＥとして示されている）。
【００５９】
特定の実施形態は、アッシュ特性、形成プロセス、およびそれらにもとづいて物体ベクトルを計算するための方法のデータベースを含む。アッシュ源を、用途のための物体へと発展させることができる可能性を記述する確率または他の指数にもとづいて、当該アッシュ源を所望の用途に適合させることができる。
【００６０】
特定の態様は、粒子の原材料を所望の用途に適合させることを含む。例えば、第１の直噴エンジンが、より多くの量の燃料の低圧での噴射を使用し、「ＰＭＩＯ」の型（すなわち、約１０ミクロン）の大量のすす粒子を生成する可能性があるが、これは、除去のために特定のサイズの気孔を必要とする可能性があり、これを第１の粒子サイズ分布および／または第１の一過性相を使用して生成することができる。第２の直噴エンジンは、より高い噴射圧力、多数の小さな噴射、およびより分子量の小さい燃料（例えば、ガソリン）を使用することができる。この第２のエンジンは、より小さな粒子を生成する可能性があり、その多くは、２．５ミクロン未満（例えば、ＰＭ２．５）である可能性があり、それらの除去は、第１のエンジンに比べてより微細な気孔を有する物体を必要とする可能性がある。第２の粒子サイズ分布、サイズカット、一過性相、形成方法、または他の因子を、このより微細な気孔を生成するために使用することができる。種々の実施形態は、種々の原材料を含む複数のサンプルを合成し、それらを用途に関連する特性について選別する（多くの場合は、当該用途に関する要件のベクトルにもとづいて）ことに向けられた高処理能力の実験のためのシステムおよび方法を含む。
【００６１】
実測などの種々の方法を、物体の特性を計算および／または評価するために使用することが可能である。最適化方法（例えば、最小二乗、モンテカルロ、最急降下、パラレルテンパリング）を、用途ベクトルに一致する物体ベクトルを見つけるために使用することが可能である。所与のアッシュ源について、組成、粒子サイズ分布、粒子形状、ＬＯＩ、および結晶構造（あるいは、その集まり）などのデータを、形成作業時および形成作業後のアッシュの挙動を予測するために、熱データ（示差熱分析、膨張計測（ＤＴＡ）、熱重量分析（ＴＧＡ）、示差走査熱分析（ＤＳＣ））と組み合わせることができる。いくつかの実施形態は、材料源の特性を記述し、仮定の物体について物体ベクトルを推定するためのデータを形成するパラメータベクトルを生成する。これらのデータを、流体の流れおよび物体との相互作用を記述するモデルと組み合わせ、特定のアッシュ源（任意で、成形、焼成、焼却、などの特定の形成プロセスが加えられる）にもとづく物体の特性を予測することが可能である。これらの物体ベクトルを、１つ以上の用途ベクトルに適合させて、一致を評価することができ、いくつかの場合には、物体ベクトルの入力のうちの調節可能なパラメータが、物体ベクトルを用途ベクトルによりよく一致させるために繰り返し最適化される。また、アッシュ源、処理方法、一式の幾何学的および他の制約、ならびに他の因子を用途の制約一式に最もよく合致させる計算において、用途ベクトルを物体ベクトルによって繰り返し修正することもできる。
【００６２】
典型的なアッシュ源、粒子サイズ、相、組成、および他のアッシュ特性が、本明細書において例示の目的で開示される。同様に、形状、サイズ、熱特性、浸透性、多孔率、密度、などといった種々の物体の特性も、例示のためのものである。液体金属のろ過、排気ガスの軽減、煙道ガスの清浄化、水処理、ディーゼルまたは直噴粒子状物質の除去、種（例えば、ＮＯｘ、炭化水素、ＣＯ、および他の種）の触媒除去、水銀の除去、硫黄の除去、などといった用途も、例示のためのものである。
【００６３】
所与の態様は、演算装置、ネットワーク構成要素、データベース、記憶装置、サーバ、などを含み、一般的には、少なくともプロセッサ、メモリ、記憶媒体、入力、出力、表示装置、通信回路を含み、さらにアッシュデータ、材料特性、マッチング方法、形成データ、およびアプリケーションデータを含むデータベースを含む。特定の実施形態は、ある方法を実行するためにプロセッサによって動作させることが可能なプログラムが具現化されてなるコンピュータ読取可能な記憶媒体を含む。特定の方法は、物体を必要とする用途を選択し、所望の物体をもたらすであろうアッシュ源および、任意により、処理パラメータを割り出すことを含む。物体を作製し、測定し、測定された特性を、予測の特性と比較してよい。
【００６４】
多数の産業規模の燃焼プロセス（例えば、発電、工業加熱、石炭燃焼、都市ゴミの焼却、など）は、政府によって規制されており、したがってアッシュ源のリストを容易に入手することができる。例えば、米国のＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ州は、現在のところ、州西部のＮｅｗ Ｃａｓｔｌｅ ａｎｄ Ｂｒｕｃｅ Ｍａｎｓｆｉｅｌｄのプラントから州東部のＰｏｒｔｌａｎｄ， Ｍａｒｔｉｎｓ Ｃｒｅｅｋ ａｎｄ Ｅｄｄｙｓｔｒｏｋｅのプラントにわたる２０を超える石炭火力発電プラントを備えている。米国は、そのエネルギーの５０％超を石炭から得ており、他の多くの国々も、かなりの量の石炭フライアッシュ、廃棄物焼却アッシュ、または両方を生み出している。したがって、多くの国々にアッシュの大量供給が存在し、その規模は、幅広い範囲のアッシュ組成物をもたらし、各々の特定の組成物をかなりの量でもたらす。アッシュ製品は、１ミクロン未満〜１ｍｍ超の範囲にわたる粒子サイズにて入手可能である。一部の物体においては、好ましいアッシュ粒子サイズ分布が、５〜５０ミクロンの範囲の平均粒子サイズを有する０．１ミクロン〜１００ミクロンの範囲であってよい。いくつかの実施形態においては、幅広い粒子サイズ分布を有する１つ以上のアッシュ源が特定され、このアッシュ源が、種々の粒子サイズ範囲の順次の「カット」を生成すべくふるいにかけられ、１つ以上のカットが選択される。同じおよび／または異なる材料源からの異なるカットを、組み合わせることが可能である。
【００６５】
図１は、典型的な実施形態の概略図である。流体１００が、アッシュ粒子１２０を有する多孔質体１１０に実質的に浸透している。一般に、流体と物体との間の相互作用は、物体を収容し、入り口および出口を有しており、流体を所望の流路へと閉じ込めるように構成された容器または包装を伴い得る。わかりやすくするために、そのような容器は、図からはおおむね省略されている。アッシュ粒子は、比較的狭い粒子サイズ分布、幅広い粒子サイズ分布、双峰または多峰の粒子サイズ分布、あるいは所望の他の分布を有してよい。アッシュ粒子は、実質的に単分散であってよい。粒子は、連結されていても、結合していても、あるいは分離していてもよい。アッシュ粒子は、１つ以上の異なるアッシュ源に由来してよく、いくつかの態様においては、第１のサイズ分布が第１の源から選択され、第２のサイズ分布が第２の源から選択され、それら分布が組み合わせられる。
【００６６】
粒子は、粒子間結合１３０によって互いに結合していてよい。粒子間結合１３０は、ネックまたは他の連結構造あるいは粒子間の力（例えば、ファンデルワールス力）などであってよい。粒子間結合１３０の形成は、セメント質の結合、水性化学結合、あるいは粒子間および／または粒子との他の比較的低温の反応の使用を伴ってよい。粒子間結合１３０の形成は、拡散、焼結、あるいは粒子間および／または粒子との他のより高い反応を伴ってよい。いくつかの用途においては、一部の粒子が結合し、一部の粒子は結合していない。特定の態様においては、粒子間結合の制御を、追従性、耐熱衝撃性、耐熱衝撃損傷性、および他の因子を制御するために使用してよい。特定の態様は、所望の粒子間結合１３０の形成を助ける成分の追加を含み、いくつかの場合には、それらの成分が、アッシュ粒子１２０の材料とは異なる。好ましい実施形態においては、第１のアッシュ源が所望の浸透性をもたらし、第２のアッシュ源が結合を促進する。他の実施形態においては、第１のアッシュ源が所望の浸透性をもたらし、第２のアッシュ源が、物体の形成に使用されるペーストの粘弾性特性を向上させる。
【００６７】
気孔を、孔サイズ分布、孔の連結性、および／または孔の形状を含む因子によって特徴付けることができる。孔の連結性および／または孔の形状は、等方的または異方的であってよい。いくつかの態様においては、孔の連結性を、流体の相互作用および機械的特性の両方を最適化するように設計することが可能である。一部の気孔は、（例えば）物体の種々の寸法に対して異方的であってよい。孔サイズ分布は、ガウス、正規、対数正規、多峰、双峰、三峰、歪み、ワイブル、または他の任意の所望の分布などのさまざまな形態をとることが可能である。気孔を、巨視的因子（例えば、パーセント多孔率、表面積、浸透性、など）によって特徴付けることも可能である。種々の用途は、さまざまに組み合わせられた平均孔径およびパーセンテージ開多孔率を必要とするであろう。
【００６８】
図２は、典型的な実施形態の概略図である。図２は、流れる流体２００が多孔質体２１０と相互作用する用途を示している。典型的な用途は、物体２１０が流体２００における反応を触媒する用途であってよい。一般に、そのような用途は、流体の移動が表面付近の層流または乱流から物体内への実質的に拡散的な移動へと変化し得る遷移領域２２０を含むことができる。種々の実施形態は、ポンプ、ファン、重力、圧力ヘッド、電気化学的勾配、などの流体を移動させるための手段を含んでよい。物体を過ぎる流体の通過の特徴を、流体／物体の界面におけるせん断力２３０によって表現することも可能である。流体２００が物体２１０を過ぎる大きな線速度を有する場合でも、物体２１０の気孔が、遷移領域２２０において、通常は物体への深さにつれて減少する幅広い範囲の局所的流速を生じさせることができる。このようにして、幅広い範囲の滞留時間、拡散反応、および触媒プロセスを、物体内の深さに応じて作り出すことが可能である。
【００６９】
反応は、２つ以上の流体と物体との間の反応（例えば、気相および液相が関係する反応）を含んでよい。種々の実施形態は、電気化学的または同種の反応（イオン、電子、および他の種を含んでよい）を含む。
【００７０】
いくつかの態様においては、流体２００に露出される物体の表面積を最適化する（例えば、機械的な要件の制約下で最大にする）孔サイズ分布を選択することが好都合であると考えられ、物体のかなりの部分を巨視的に流体に露出させるチャネルを物体内に形成することも好都合であると考えられる。特定の態様においては、チャネルを、構造的特性をもたらす材料（例えば、第１のアッシュ源）によって形成してよく、物体内の第２の材料（例えば、第２のアッシュ源）が、流体の処理の特性（例えば、所望の反応性）をもたらす。いくつかの態様においては、物体が、２つ、３つ、４つ、５つ、または６つ以上の相の複合体である。いくつかの実施形態においては、物体が２つの相を含んでおり、そのそれぞれが、アッシュ粒子を含んでよい。第１の相が、２００メッシュ未満の第１の粒子を含んでよく、第２の相が、０．２ミクロン未満の第２の粒子を含んでよい。第２の相が、２０ｍ＾２／ｇよりも大きく、好ましくは１００ｍ＾２／ｇよりも大きい表面積を有してよく、典型的な粒子は、遷移金属または希土類（例えば、Ｍｏ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｚｒ）の硫化物および／または酸化物を含み、ゼオライトを含み得る。好ましい用途においては、第１の相が５０〜９０質量％を構成し、第２の相が１０〜５０質量％を構成する。
【００７１】
図３は、典型的な実施形態の概略図である。図３は、流体３００が（例えば、ろ過またはスパージングにおいて）物体３１０を通過する用途を示している。多くの場合、そのような用途は、流体３００の通過は許すが、流体３００内に取り込まれている種の通過を実質的に阻止する気孔を使用することによって、種を除去することを含む。典型的には、本体３１０を、１つ以上の長さ３２０によって特徴付けることが可能である。長さ３２０は、流体が物体を通過するときに横切らなければならない最小の長さを指してよい。流体３００の物体３１０の通過を、力３３０によって生じさせてよい。いくつかの用途においては、力３３０が、長さ３２０に実質的に平行な成分を含み、（力３３０に関係する圧力および物体３１０の機械的特性にもとづき）比較的短い長さ３２０においては、物体３１０が、使用時に機械的な完全性を保つために充分に強くなければならない。そのような用途は、物体が力３３０によってもたらされる圧力に機械的に耐えつつ、流体３００の通過を許すように、包装、閉じ込め、粒子間結合、または他の態様を必要とするかもしれない。特定の用途において、長さ３２０は、約５０〜１０００ミクロンである。他の用途においては、長さ３２０が、およそ１〜５ｍｍである。さらに別の用途においては、長さ３２０が約１ｃｍであり、さらなる用途においては、長さ３２０が１０ｃｍよりも大きく、一部の用途においては、長さ３２０が０．１ｍよりも大きい。特定の実施形態においては、長さ３２０が、約８００ミクロンであり、物体３１０が、５〜５０ミクロンの間の孔サイズ中央値を有している。
【００７２】
種々の用途が、平均孔径、パーセンテージ開多孔率、および長さ３２０のさまざまな組み合わせを必要とする可能性がある。除去すべき種のサイズ、流体３００内の該種の濃度、物体３１０を通過する流体３００の所望の流量、物体３１０の（特に力３３０に対する）強度、反応種の物体３１０への影響（例えば、詰まり）の傾向、および他の因子などの因子を、物体３１０の所望の特性を決定するために使用してよい。いくつかの実施形態においては、物体３１０が、１００〜９００ミクロンの間の長さ３２０を含み、流体３００が気体であり、物体３１０が、直噴燃焼に伴う実質的に固体の粒子状物質を除去している。いくつかの実施形態においては、開多孔率の割合（ＯＰ％）と平均孔径（ＭＰＤ、単位はミクロン）との間の関係が、ＯＰ％＝７５−１．４６＊ＭＰＤによって与えられる。いくつかの例では、ＯＰ％が、この関係の上方および／または下方に最大３０％まで変化し得る（すなわち、この関係が「帯」であってよい）。特定の実施形態においては、多孔率が３０〜７０％の間であってよく、ＭＰＤが５〜６０ミクロンの間であってよい。
【００７３】
図４は、チャネルの実施形態の代表的な断面の概略図を示している。チャネル、チューブ、平面通路、などは、チャネルの壁への流体の暴露を増やしつつ、内部に実質的に妨げのない流体の流れをもたらすことが可能である。この例では、チャネルが行き止まりであり、（例えば、壁を貫いて隣のチャネルへと）物体の材料そのものを強制的に通過させている。他の実施形態においては、チャネルが行き止まりではなく、流体がチャネルによって物体を通って自由に流れる。図４においては、流体の流れ４００が、物体４１０に取り入れられた１つ以上のチャネル４０５におおむね平行な第１の方向にて物体４１０へと流れている。長さ４２０を有する領域として示されている流体の流れ４００が通過できる物体４１０の領域を最大化するために、交互のチャネル４０５および４０７を生成してよい。流体の流れ４００は、第１のチャネル４０５を通り、チャネル間の（長さ４２０の）壁を介して隣のチャネル４０７へと通過することができる。物体４１０は、流体の流れ４００の通過を許す一方で、気体の流れ４００に含まれる物質４４０を阻止する孔サイズ分布を有する気孔を含んでよい。特定の態様においては、物質４４０を、実質的に物体４１０の「内部」において（例えば、壁の内部において）阻止してよい。他の態様においては、物質４４０を、実質的に物体４１０とチャネル４０５との間の界面において阻止してよい。特定の場合においては、物質４４０が、物体４１０の浸透性を左右する層を形成してよい。いくつかの態様においては、各々のチャネルの断面積（すなわち、流体の流れに面するチャネルの面積）が同じである。他の態様においては、別々のチャネルが異なる断面積を有している。かなりの量の物質４４０がチャネル４０５上またはチャネル４０５内に付着すると予想される実施形態においては、チャネル４０５を隣接するチャネル（例えば、チャネル４０７）よりも大きく作って、チャネル４０５が阻止された物質４４０によって「満たされ」るときに、２つのチャネルの有効流量をよりよく一致させることができる。チャネルは、円形、矩形、六角形、八角形、三角形、および／または他の形状の断面を有してよい。
【００７４】
さまざまな幾何学的設計が、物体内のチャネルに関する「壁強度」を増しつつ、流体へと曝される面積を最大にするために使用可能である。これらの設計の多くは、薄い壁（例えば、小さな長さ４２０）を、流体の流れ４００によって加えられる圧力に対してチャネルを補強する規則的な間隔の支持部に組み合わせる。
【００７５】
図５が、特定の態様による交互のチャネルの設計を示す概略図である。物体５１０は、アッシュ粒子を有する多孔質体であってよく、一般的には、容器（不図示）に収容されてよい。この例では、物体５１０が、交互に閉鎖された平行なチャネル５０５および５０７を備えており、チャネル５０５が、物体の第１の側において閉鎖され、チャネル５０７が、第２の側において閉鎖されている。交互のチャネルを、両端において栓５２０で閉鎖してよい。一般に、チャネル５０７を、物体５１０の第１の端部において閉鎖してよく、したがって流体は、チャネル５０５を介して物体５１０に進入する。同様に、流体がチャネル５０７によって物体５１０から出るように、チャネル５０５を第２の端部において閉鎖してよい。このように、物体５１０を通過する流体を、物体の中実領域（例えば、チャネル５０５をチャネル５０７から隔てている壁）を強制的に通してよい。物体５１０などの物体に求められる特性（例えば、断面積、長さ、チャネルの寸法、チャネルの数、壁の厚さ、浸透性、動作温度の可能性、熱的特性、機械的特性、化学的特性、など）は、通常は、個々の用途によって定められる。例えば、４００度超で動作を維持でき、１０００度超に繰り返し達し、３０〜６０％の間の多孔率を有しており、２〜３０ミクロンの間の孔サイズ中央値を有する材料を、ディーゼル粒子状物質フィルタが含んでよく、このフィルタは少なくとも０．５Ｅ−１２／ｍ＾２（好ましくは、１Ｅ−１２／ｍ＾２超）の浸透性、１０ＭＰａを超える（好ましくは、１００ＭＰａを超える）破壊係数、および１Ｅ−５／℃未満の熱膨張係数を有してよい。
【００７６】
壁を通過する流れが必要でない用途（例えば、触媒コンバータ）においては、端部の栓は不要かもしれず、物体５１０のチャネルの形状（端部の栓５２０がない）を、反応に利用できる表面積を最大にするために使用することが可能である。いくつかの態様においては、物体が１ｍ＾２／ｇよりも大きく、１０ｍ＾２／ｇよりも大きく、４０ｍ＾２／ｇよりも大きく、あるいは１００ｍ＾２／ｇよりも大きい表面積を有するように気孔を組み込むことが好都合かもしれない。
【００７７】
物体を、用途に応じて、１つ以上の所望の相を含み、あるいは１つ以上の所望の相をもたらすアッシュ源から作製することが可能である。所望の相として、コーディエライト（２ＭｇＯ−２Ａｌ２Ｏ３−５ＳｉＯ２）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２）、β−リチア輝石（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３）２−８ＳｉＯ２、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）、チタン酸アルミニウム−ムライト、マグネタイト、磁赤鉄鉱、スピネル、ガーネット、珪灰石、ペロブスカイト、およびこれらの他の混合物を挙げることができる。種々の物体は、Ｆｅ２Ｏ３および／または希土類酸化物（Ｌａ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３）でドープされたチタン酸アルミニウムを含んでよい。さらなる成分（焼結助剤、触媒、など）を、所望に応じて組成を変更するために、アッシュ粒子を含む混合物へと加えてよい。
【００７８】
物体５１０などの物体を、さまざまな方法から製造することが可能であるが、物体５１０を押し出しすることが好都合かもしれない。そのような場合には、非ニュートンの粘弾性特性を有するペーストを押し出しすることが好都合である可能性があり、いくつかの場合には、剪断減粘性ペーストを使用することが好都合かもしれない。ペースト、スラリ、などのレオロジ特性を調節するさまざまな方法が存在しており、これらの方法は、アッシュ粒子を取り入れてなるペースト、スラリ、などに広く適応する。混合物（例えば、セメントレオロジに使用される）を、０．０１〜１０％の間で追加してよい。リグノスルホン酸塩および／または他のリグニン含有化合物を、おおむね０．０１〜５％の間で使用することが可能である。典型的なリグノスルホン酸塩の原料として、セルロース処理プラントからの使用済み亜硫酸塩溶液が挙げられる。メチルセルロース、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、酢酸ビニル、およびビニルピロリドンなどの種々の有機材料も、レオロジを変更するために使用することが可能である。典型的な処方は、アッシュ源、アッシュ源の約１０〜５０重量％の液体キャリア（例えば、水）、１〜２０重量％の範囲のメチルセルロースなどのセルロース結合剤、ならびに任意で０〜３重量％の範囲の洗浄剤および／または界面活性剤を含む。いくつかの実施形態は、おおむね０〜１０重量％の範囲のエチレングリコール、脂肪酸、ポリビニルアルコール、および／または他の有機種の追加を含む。
【００７９】
特定の実施形態においては、多孔率を高めるために、一過性相が、多くの場合には１０〜８０重量％の範囲で使用される。一過性相は、かなりの量の残留の炭素質の種を有しているフライアッシュなど、受け取り時のままのアッシュ源に存在してよい。一過性相を、別途追加してもよい。形成プロセスを変更するために追加される種々の物質（例えば、メチルセルロース）が、さらに一過性相であってもよい。典型的な一過性相は、グラファイト、ジャガイモでんぷん、ポリエチレン粒子、ポリ酢酸ビニル粒子、または物体から除去される前に最終的なマイクロ構造に影響を及ぼすことができる他の材料を含む。
【００８０】
特定の態様においては、組成を、アッシュと反応するように設計された１つ以上の成分を追加することによって変更してよい。そのような成分として、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、コロイド状ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＦｅＯ、タルク、カオリン、ベーマイト、種々のＡｌ２Ｏ３種（例えば、γ−Ａｌ２Ｏ３、α−Ａｌ２Ｏ３）、石膏、リン含有化合物、ＳｉＣ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｐｂ、ランタニド、硫化物、ゼオライト、希土類化合物、などを挙げることができるが、これらに限られない。
【００８１】
レオロジ特性を、多峰の粒子サイズ分布を使用することによって改善することが可能である。特定の場合には、大きな粒子サイズカット（例えば、１０、２０、３０、４０、または５０ミクロン以上の粒子）の３０〜９０％の間の混合物を、相補的な量の小さな粒子サイズカット（例えば、１０、５、３、１、または０．１ミクロン未満）と組み合わせることができる。特定の実施形態においては、双峰の粒子サイズ分布が使用され、第１および第２の分布が、ほぼ等しい量にて混合され、第２の分布が、第１の分布の平均粒子サイズの５％以下から２５％までの平均粒子サイズを有している。
【００８２】
さらなる処理（例えば、チャネルの栓）を必要とする押し出しによる物体においては、濃いペースト（典型的には、同様の組成である）を、それを必要とするチャネルへと注入することが好都合かもしれない。１つ以上の実質的に平坦な片を組み立てることによって作製される物体については、ドクターブレード法または平坦な物体を合成するための他の方法を使用することが可能であり、平坦な片をペーストまたはスリップによって接合することができる。
【００８３】
いくつかの実施形態においては、チャネルに伴う壁が、実質的に平坦であってよい。他の実施形態においては、壁が湾曲していてもよい。
【００８４】
物体の形成は、粒子間にセメント質または他の水和結合を形成することを含んでよい。一部のアッシュ組成物は、追加の成分を必要とせずにセメント質の結合を形成することができる。特定の場合には、相補的な成分（例えば、ＣａＯ、ＭｇＯ、または他の成分）がアッシュ組成物へと追加され、混合後の組成物が，実質的にセメント質の結合を形成する。いくつかの物体は、ポゾラン材料を含んでよく、それらの一部は、所望の相の形成を可能にするための相補的な材料の追加を伴ってよい。
【００８５】
一部の物体は、焼成が可能である。焼成を利用して、一過性相を（例えば、炭素質の一過性相の燃焼によって）除去してよい。また、焼成を、粒子間結合（例えば、ネック）の形成を助けるためにも使用してよい。さらに、焼成を、組成、結晶構造、粒子サイズ、粒度、および物体の他の態様を変化させるためにも使用してもよい。所与の実施形態は、物体を形成するための第１の相を選択し、形成作業において第２の相を形成すべく第１の相を反応させ、場合によっては焼成作業において第３の相を形成することを含む。
【００８６】
焼成時間および温度は、一般に、所望の用途および当該用途に向けられた物体の特性に依存してよい。一般に、より耐火性の高い物体を必要とする用途は、相応に高い焼成温度を必要とし得る。いくつかの態様においては、物体が、４００〜８００℃の間の温度で焼成される。物体を、８００〜１２００℃の間の温度で焼成してよい。一部の物体を、１２００〜１８００度の間の温度で焼成してもよい。コーディエライトを含んでいる一部の物体を、１０００〜１６００度の間の温度で焼成してもよい。ムライトを含んでいる一部の物体を、１０００〜１９５０度の間の温度で焼成してもよい。低温での焼成を必要とする物体を、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏなどの網目修飾剤を含有するアッシュを使用することによって、あるいはこれらの成分を追加することによって、強化することができる。５００℃を超える温度で使用される物体は、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏなどの耐火性の低い材料の量が少ない（好ましくは、無視できる）アッシュ源を選択することによってよりよく機能し得る。特定の組成物は、最初に結合を促進し、次いで反応によって固相を（例えば、反応焼結にて）形成する液相を形成し得る。
【００８７】
特定の態様は、石炭燃料の炉、ガス燃料の炉、マイクロ波強化炉、および／または電気炉における焼成を含む。いくつかの場合には、焼成が、制御された雰囲気を含み、制御された雰囲気としては、酸化、還元、フォーミングガス、チッ素、および他の雰囲気を挙げることができる。焼成を、大気中で行うことも可能である。一部の物質は、焼成を必要としない。焼成雰囲気は、焼成時の望ましくない物質の発生を防止するための気体成分の追加を含んでよい（例えば、ガスの超過圧力）。
【００８８】
物体５１０は、ろ過に適する可能性がある。実質的に無機のアッシュ材料、特にコーディエライト、スピネル、ムライト、インド石、コランダム、チタン酸アルミニウム、および／またはこれらの組み合わせなどの耐火相を形成する傾向にある組成物を選択することによって、物体５１０を耐火性にすることができ、溶融金属または高温ガスなどの高温流体のろ過に有用とし得る。所与の実施形態においては、動作の温度が、２００〜１２００℃の間の範囲を含む。いくつかの実施形態においては、第１の孔サイズ分布を有する物体が形成され、この物体が、この物体によって実質的にろ過される粒子を含有する流体で処理され、流体が（粒子を残して）除去され、物体および粒子が処理（例えば、焼成）されて、第２の孔サイズ分布を有する物体が生成される。典型的な流体は、空気であってよく、典型的な粒子は、物体の組成と同様の組成（あるいは、物体の組成に対して相補的な組成）をもたらす微細粒子であってよい。特定の場合には、物体および／または粒子が、アッシュ粒子を含む。いくつかの物体は、セルシアン相を含む。
【００８９】
いくつかの態様においては、物体が、６０〜９５％の多孔率を持ってよく、１００〜１０，０００Ｅ−７ｃｍ＾２の空気透過性を有してよく、１インチ当たりに５〜７０個の気孔を有してよく、０．１〜１０インチの間の厚さであってよい。
【００９０】
物体５１０を、燃焼に伴う粒子状物質のろ過に使用することが可能であり、いくつかの場合には、物体５１０を、ディーゼルエンジンの燃焼に関係する用途に使用することが可能である。典型的な用途においては、物体５１０が、（チャネルに直角な）面積１平方インチ当たり４〜５００のチャネルを有してよい。他の実施形態においては、物体５１０において、１平方インチ当たりのチャネルの数が５つ未満であってよく、いくつかの実施形態においては、１平方インチ当たりのチャネルの数が０．１未満であってよい。特定の実施形態においては、物体５１０において、１平方インチ当たりのチャネルの数が６００超、８００超、あるいは１０００超である。物体５１０のいくつかの変種は、ディーゼルの排気の流れから、ＰＭ１０および／またはＰＭ２．５および／または他の物質として特徴付けられる粒子状物質などの粒子状物質を除去し得る。いくつかの例では、物体によって関連の排気ガスの流れから除去される粒子状物質を生成する特定のブレーキ馬力のエンジンへと正規化したときに、１、０．５、０．１、０．０５、または０．０１ｇ／ｂｈｐ−ｈｒを下回るレベルまで粒子状物質を減らすことが可能である。特定の実施形態は、エンジンの排気の流れの中の少なくとも一部の汚染物質を、ＵＳＥＰＡ Ｔｉｅｒ ２ Ｂｉｎ １０、ＵＳ ２００７ ＨＤおよび／またはＥｕｒｏ Ｖのレベルを下回り、好ましくはＵＳＥＰＡ Ｔｉｅｒ ２ Ｂｉｎ ５（あるいは、Ｂｉｎ ２）、ＵＳ ２０１０ ＨＤおよび／またはＥｕｒｏ ＶＩのレベルを下回るレベルまで除去するための物体を含む。
【００９１】
いくつかの実施形態においては、物体５１０が、約５０ミクロン〜２ｍｍの間の壁の厚さを有してよく、１０〜９０％の間、好ましくは２０〜８０％の間の多孔率を有してよく、１〜６０ミクロンの間の平均孔サイズを有してよい。いくつかの態様においては、物体５１０が、４〜２２ミクロンの間の孔サイズ中央値を有してよい。特定の実施形態において、物体５１０は、少なくとも０．２Ｅ−１２／ｍ＾２、好ましくは少なくとも０．８Ｅ−１２／ｍ＾２の浸透性によって特徴付けられる。特定の実施形態においては、物体５１０が、３ジュール／（ｃｍ＾３−Ｋ）よりも大きい熱容量を有してよい。いくつかの場合においては、微細なアッシュ粒子（例えば、３２５メッシュ未満）を凝集させ、あるいは部分的に密なペレットへとペレット化させてよく、次いで物体がペレットから作製され、物体の気孔が、前記凝集塊の気孔から少なくとも部分的にもたらされる。
【００９２】
特定の態様において、物体５１０は、気体の流体を０．０１フィート／秒よりも大きく、好ましくは０．１フィート／秒を上回り、好ましくは０．５フィート／秒よりも大きく、より好ましくは３フィート／秒を上回り、さらにより好ましくは１０フィート／秒を上回る線速度で通過させることができるのに充分な浸透性および寸法（例えば、壁の厚さ、チャネルの表面積、断面）を有する。
【００９３】
物体５１０は、使い捨てであってよく、必要とされる処理の寿命を達成できる充分に大きなサイズであってよい。自動車、列車、船舶、またはトラックにおける交換サイクル、オフロードのディーゼル装置における可使時間、鉄道機関車または船舶に関する行路の長さ、港湾船舶または関連の積み込み／荷下ろし／搬送設備に関するデューティサイクル、農機具に関する収穫シーズン、エンジンに関するオイル交換間隔、および他の寿命など、さまざまな寿命が適切であり得る。寿命は、性能を確認するための予備設備の部品の検査に関する「始動−停止」動作の特定の回数を含んでよい。一部の物体は、０．１ｍ＾３未満の体積を有してよい。他の物体は、０．１〜１ｍ＾３の間であってよい。特定の物体は、１〜１０ｍ＾３の間であってよく、一部の物体の体積は、１０ｍ＾３よりも大きくてよく、あるいは１００ｍ＾３よりも大きくてよい。一部の物体は、ほぼ輸送容器のサイズである。
【００９４】
特定の用途においては、物体５１０を、使用の最中に再生することができ、いくつかの場合には、再生が、物体５１０を通過する流体の流れからろ過された粒子の燃焼を含む。再生は、酸化環境を伴ってよく、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、あるいは１１００度を超える温度を関与させることが可能である。いくつかの態様においては、再生温度が、６００〜１１００度の間の範囲を含む。そのような用途において、物体５１０を、物体５１０が暴露される流体の温度および化学的性質に適した組成および結晶構造をもたらすアッシュ粒子から作製することができる。再生を含むいくつかの用途においては、物体５１０を、能動的な再生サイクルおよび／または再生に伴う熱弾性応力の状況において導入されるあらゆる種など、再生に伴う温度および環境に耐えることができる材料をさらに有してよい。再生は、バックフラッシュを含んでよい。
【００９５】
特定の態様は、処理プロセスに関する寿命またはデューティサイクルの計算をもたらすプロセッサの使用を含み、特定の場合においては、デューティサイクルが、再生プロセスが生じるまでの時間を含んでよい。特定の実施形態においては、データが収集および保存（例えば、ＲＡＭまたは他の記憶媒体に）され、デューティサイクルの終わりまでの時間の計算が、多くの場合には繰り返し行われる。いくつかの場合には、用途における物体の動作または使用が、デューティサイクルの終わりまでの予想時間を計算することを含み、いくつかの場合には、それに応じて動作を調節することを含む。特定の場合においては、デューティサイクルが、推定される移動時間、経路の距離、動作時間、あるいは他の時間および／または負荷依存の特性を含み、特定の態様においては、この推定時間が、物体が関与するプロセスを調節するために使用される。特定の場合においては、予測される経路（例えば、ごみを届ける経路または「経路マッピング」ソフトウェアから計算された経路）が、動作条件一式を推定するために使用される。例えば、物体を第１の方途（例えば、ディーゼル粒子状物質フィルタの再生）または第２の方途（非再生）で動作させる決定に、予測される経路またはデューティサイクルを組み入れてよい。所与の実施形態において、予測時間または移動距離が、再生工程を含むことができるプロセスの調節を判断するために使用される。予測されるデューティサイクルを、物体が使用温度に達すると予想される時期を予測するために使用することが可能であり、特定の場合においては、予測に従って再生プロセスの開始点を制御するために使用することが可能である。いくつかの場合には、再生プロセスを、推定されたデューティサイクル時間が完全な再生をもたらすためには短すぎるという理由で、遅延させることができる。他の場合には、デューティサイクルの終わりよりも前に再生を完了するために、再生を、（例えば、物体のさらなる加熱によって）「早期に」開始させてよい。エンジンデータを、これらの計算のいずれにおいても使用することが可能であり、特定の態様は、エンジン制御パラメータ（例えば、噴射タイミング、噴射後、排気ガス再循環の量）の制御を含んでよい。
【００９６】
図６は、典型的な実施形態の概略図である。図６は、不連続な粒子を有する多孔質体が包装によって実質的に収容されている装置６００を示している。種々の実施形態において、不連続な粒子は、アッシュ粒子を含んでおり、物体が、１０％、３０％、７０％、あるいは９０％を超えるアッシュ粒子を含み得る。物体６１０は、流体６０２が入り口６２０から出口６４０へと（あるいは、反対の方向に）物体６１０を通過できるような粒子サイズ分布を有するアッシュ粒子を含んでいる。典型的には、物体６１０が、物体６１０を収容するための充分な強度および流体６０２の通過を可能にする充分な浸透性の両方を有する層を備えている包装６５０によって収容されている。いくつかの態様においては、流体６０２が、重力によって物体６１０を通って流れる。別の態様においては、流体６０２を、圧力を加えることによって駆動して物体６１０を通過させてよい。
【００９７】
物体６１０は、１種類または数種類の粒子を含んでよい。特定の場合においては、物体６１０を、異なる粒子の層が（流体の流れの方向に関して）異なる地点に配置されるように、層状としてもよい。特定の場合においては、層が、入り口６２０から出口６４０へと、粗い層から細かい層へと形成される。典型的な粗い粒子は、１００ミクロン超、５００ミクロン超、１ｍｍ超、あるいは１ｃｍ超であってよく、典型的な細かい粒子は、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、１０ミクロン未満、１ミクロン未満、あるいは１００ｎｍ未満であってよい。特定の態様は、複数（２つ、３つ、５つ、あるいは１０）の不連続な粒子サイズ分布を提供し、いくつかの場合においては、各々の分布を構成する層を、大きいものから小さいものへと並べることができる。特定の実施形態は、サイズが０．２〜５ｍｍの範囲のアッシュ粒子を使用することが可能である。
【００９８】
異なる密度を有する粒子を、特に図６のような実質的に垂直な流れの場合に、異なる垂直位置に分布させることが可能である。すなわち、「上部」に近い粒子ほど、より低い密度を有してよく、「下部」に近い粒子ほど、より大きな密度を有してよい。多くの態様において、バックフラッシュを物体６１０を清掃するために使用してよく、バックフラッシュに起因する破損に対する物体６１０の耐性を、密度の低い粒子を上部／入り口の付近に使用し、より密度の大きい粒子を下部／出口の付近に使用することによって高めることができる。同様に、ろ過の効率を、より粗い粒子を入り口６２０の付近に位置させ、より細かい粒子を出口６４０の付近に位置させることによって、改善することが可能である。異なる化学組成を有する異なるアッシュ源を、適切な粒子源を選択するために使用してよい。さらに、多くのアッシュ源は幅広い範囲の粒子を有しているため、粒子の部分集合の任意のカットを、受け取った粒子サイズ分布から選び出すことが可能である。好ましい実施形態においては、物体６１０が層を成し、第１の層が、上部付近のより大きくて密度の低い粒子を含み、少なくとも１つの第２の層が、下部の付近のより密度が高くてより小さい粒子を含む。
【００９９】
いくつかの実施形態においては、図６に示したような装置を、流動床として動作させてよい（例えば、物体６１０を支持するが、流体６０２の通過は可能である穴開き／透過性の底６６０を通って「上方」へと流体６０２を駆動することによって）。特定の実施形態においては、物体６１０の特性（および／または流体６０２の処理）を、適切な機械（例えば、振動）、電磁気、音響、および他の力を加えることによって改善し得る。
【０１００】
図７は、典型的な実施形態の概略図を示している。図７は、流体７０２と相互作用することができる装置７００を示している。装置７００は、包装によって収容された実質的に緩い粒子を有する多孔質体７１０を含む。種々の実施形態において、緩い粒子は、アッシュ粒子を含み、物体は、１０％超、３０％超、７０％超、あるいは９０％超のアッシュ粒子を含んでよい。この例では、物体７１０が、複数の傾斜部品７５２を含む包装７５０によって実質的に収容されたアッシュ粒子を含んでいる。傾斜部品７５２の設計（例えば、角度、長さ）を、物体７１０に含まれるアッシュ粒子のさまざまな特性（例えば、粒子サイズ分布、密度、粒子間引力）に合わせて選択して、いくつかの態様において、実質的に「緩い」アッシュ粒子を、傾斜部品７５２に対するアッシュ粒子の沈降に関する「安息角」にて動かぬように保持して、実質的に垂直な包装７５０に配置できるようにする。そのような例において、流体７０２を、図示のように水平に導入して、物体７１０を通過させてよい。特定の態様においては、アッシュ粒子が、使用の最中に継続的に包装７５０へと送り込まれる。粒子は、使用時に（例えば物体７１０の上部において）継続的に補充してよく、いくつかの場合には、物体（例えば、物体７１０）の浸透性を、使用の最中に物体７１０に関する粒子サイズ分布を変化させることによって動的に変化させてよい。
【０１０１】
物体７１０は、交差流のガス接触器として機能してよい。特定の態様において、物体７１０の特性を、静電力および／または電磁力を印加することによって改善することが可能であり、いくつかの場合には、磁性粒子を物体７１０へと取り入れることによって特性の改善が可能である。磁性粒子は、磁鉄鉱（Ｆｅ３Ｏ４）、磁赤鉄鉱（Ｆｅ２Ｏ３）、などを含むアッシュ粒子など、磁性アッシュ粒子を含んでよい。磁性のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、およびこれらの混合物も、物体７１０に含まれてよい。処理対象の流体７０２の温度を上回るキュリー温度を有する粒子を使用することが好都合であり得る。
【０１０２】
装置７００を、燃焼プロセスからの排気の流れを処理するために使用してよく、いくつかの場合には、電力（おそらくは、燃焼プロセスからの）が、物体７１０に関する電磁界を生成するために使用される。特定の変種においては、「正常」動作が、排気の流れのろ過を含み、正常なろ過が、物体７１０に作用する電磁界によって可能にされる。「異常」動作を使用してフェイルセーフ動作をもたらす（例えば、非常時に弱いろ過をもたらす）ことが可能であり、電磁界の制御によって制御することが可能である。特定の実施形態においては、異常動作が、流体７０２の物体７１０の実質的なバイパスにつながる。他の実施形態においては、異常動作が、流体７０２の物体７１０によって生成される浸透性バリアの「突破」につながる。
【０１０３】
図８は、特定の実施形態によるプロセスのフロー図を示している。このようなプロセスを、方法８００を実行するプロセッサによって実行することが可能である。ステップ８１０において、用途ベクトルが決定される。用途ベクトルは、流体および物体が相互作用する用途の様々な特性を記述することが可能である。用途ベクトルは、当該用途にとって適切な物体に関する所望または目標物体ベクトルをさらに含んでよい。ステップ８２０において、１つ以上の原材料が選択される。選択は、アッシュ源、非アッシュ源、利用可能な粒子サイズ、ＬＯＩ、ＸＲＤデータ、化学組成、などを含み得る原材料のデータベースを照会することを含んでよい。いくつかの材料については、材料源からの粒子の部分集合を選択してよく、これは、ふるい分け、ろ過、浮選、磁気分離、密度による分離、などを含んでよい。いくつかの材料源においては、「部分集合」が、その材料源の全体を含んでよい。任意のステップ８３０も実行してよく、その場合、形成プロセス（形成パラメータを含む）を定めることが可能である。形成プロセスは、鋳造、振動鋳造、射出成型、押し出し、および他の作業を含む。形成プロセスは、ペーストまたはクレイの処方、焼却スケジュール、焼成サイクル、熱処理、周囲雰囲気、および他のプロセスを含むことが可能である。物体ベクトルが、ステップ８４０において計算され、ステップ８４０は、第１の組成および第１の形成条件を選択して、それによって形成される物体の特性を計算することを含んでよい。ステップ８５０において、物体ベクトルが用途ベクトルと比較され、ステップ８６０において、物体ベクトルと用途ベクトルとの間の適合の質（例えば、物体がその用途においてどれほど上手く機能すると予想されるか）が判断される。適合の質に応じて、ステップ８２０／８３０とステップ８６０との間の繰り返しのループを実行してよい。典型的には、１つ以上の入力パラメータ（例えば、組成、粒子カット、アッシュ源、結合剤の量、押し出し圧力、焼成サイクル、滞留時間、など）を、各々の繰り返しにおいて変更してよく、適合の質についての繰り返しの結果が記録される。このようにして、多次元パラメータ空間をサンプリングすることが可能であり、空間内の各々の点が、（例えば、物体ベクトルまたは用途ベクトルの）１つ以上のパラメータの異なる値に相当する。いくつかの場合には、入力パラメータが、満足できる適合が得られるまで調節される。ステップ８１０、８３０、８４０、８５０、および８６０を、実験データによって補うことが可能であり、実験結果を、計算による結果に置き換えることが可能である。いくつかの態様は、ネットワーク通信を含んでおり、自動実験設備との通信を含んでよい。特定の実施形態においては、化学、物理、構造、相、および他のパラメータを含んでいる多次元パラメータ空間をサンプリングしてよく、サンプリングされた点を、用途への適用可能性について評価することができる。
【０１０４】
例示のためのいくつかの実施例を、以下のとおり説明するが、これらは例示を目的とするものであって、特許請求の範囲の限定を意図するものではない。
【０１０５】
図９は、典型的なアッシュ源について、粒子サイズおよび組成の情報を示している。本明細書においてＢｏｒａｌ ３５と記載されるこの原料は、Ｔｅｘａｓ州Ｓａｎ ＡｎｔｏｎｉｏのＢｏｒａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによってもたらされたものである。レーザ光散乱（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州ＩｒｖｉｎｅのＨｏｒｉｂａ ＬａｂｏｒａｔｏｒｙのＨｏｒｉｂａ ＬＡ９１０）によって、１ミクロン未満から５００ミクロン超までであって、約３５ミクロンという平均粒子サイズ、ならびに以下の統計値、すなわちＤ１０＝３．３ミクロン、Ｄ５０＝２２ミクロン、Ｄ９０＝９８ミクロンを有するこの試料中の粒子サイズの範囲が明らかになった。この材料の空気中での１０°／分でのＤＴＡ／ＴＧＡ分析（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ州ＲｏｂｂｉｎｓｖｉｌｌｅのＬｉｎｓｅｉｓ， Ｉｎｃ．のＬｉｎｓｅｉｓ Ｌ８１／１５５０）によって、１２５０Ｃまでにおいて、重量の喪失が１％未満であり、目に見える溶融がないことが示された。この原料内の多数の粒子は、球形または回転楕円形であり、いくつかの実施形態において、ペーストの特性（例えば、押し出し性）および／またはこれらの粒子を含む材料の成型の容易さを改善するために使用することができる。化学組成（定性ＳＥＭ／ＥＤＳ、Ｊｅｏｌ ＪＳＭ Ｓ６１０／ＥＤＡＸ検出器）は、ＳｉおよびＡｌの酸化物と、少量のＦｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ、およびＴｉを示した。
【０１０６】
図１０は、別の典型的なアッシュソースについて、粒子サイズおよび組成の情報を示している。本明細書においてＢｏｒａｌ ３と記載されるこの原料は、テキサス州ＲｏｃｋｄａｌｅのＢｏｒａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによってもたらされ、おそらくはＳａｎｄｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ（テキサス州）からもたらされたものである。レーザ光散乱によって、〜８００ｎｍから１０ミクロンまでであって、約３ミクロンという平均粒子サイズを有し、おおむね球形の粒子であって、以下の統計値、すなわちＤ１０＝１．６ミクロン、Ｄ５０＝２．８ミクロン、Ｄ９０＝４．６ミクロンを有する粒子サイズの分布が明らかになった。この材料のＤＴＡ／ＴＧＡ分析は、１２５０Ｃまでにおいて、重量の喪失が１％未満であり、目に見える溶融がないことを示した。
【０１０７】
図１１は、さらなる典型的なアッシュ源について、粒子サイズの情報を示している。この材料（Ｖｉｒｇｉｎａ州ＴｒｏｕｔｖｉｌｌｅのＳｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ／Ｔｉｔａｎ ＡｍｅｒｉｃａのＰｒｏＡｓｈ）。この原料は、聞くところによるとＢｒｕｎｎｅｒ Ｉｓｌａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ（Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ州）由来であり、おおむね５４％のＳｉＯ２、２８％のＡｌ２Ｏ３、９％のＦｅ２Ｏ３という主要組成が報告されている。この材料は、図示のとおりの粒子サイズ分布を有し、Ｄ１０＝４．５ミクロン、Ｄ５０＝４５ミクロン、Ｄ９０＝３４１ミクロンであり、ＬＯＩ＝１．５％と報告されている。この材料のＤＴＡ／ＴＧＡ分析は、１２５０Ｃまでにおいて、約１．８％の重量喪失を示し、目に見える溶融がないことを示した。
【０１０８】
図１２は、さらなる典型的なアッシュ源について、粒子サイズの情報を示している。この材料（Ｖｉｒｇｉｎａ州ＴｒｏｕｔｖｉｌｌｅのＳｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ／Ｔｉｔａｎ ＡｍｅｒｉｃａのＥｃｏｔｈｅｒｍ）は、本明細書においてＰｒｏ−Ａｓｈ Ｈｉ Ｃａｒｂｏｎと記載される。この原料は、おそらくはＢｒｕｎｎｅｒ Ｉｓｌａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ（Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ州）からの瀝青炭フライアッシュであり、かなりの量の残存の炭素質の種を含むと報告されている。この材料は、「内在の」一過性相を提供するアッシュ源の例である。この材料は、図示のとおりの粒子サイズ分布を有し、Ｄ１０＝９．６ミクロン、Ｄ５０＝３６ミクロン、Ｄ９０＝１０５ミクロンであった。ＤＴＡ／ＴＧＡ分析は、約５００℃において重量の喪失が始まり、数百度にわたって続き、試料の質量のうちの約４０％の喪失を示した。また、この試料は、１１３０℃において相転移（おそらくは、溶融）も示した。
【０１０９】
外来の一過性相として、Ａｓｂｕｒｙ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍｉｌｌｓ（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ州Ａｓｂｕｒｙ）の２つのグラファイト源を用意した。微細な粒子サイズ（Ａ９９）のグラファイトは、Ｄ１０＝６．１ミクロン、Ｄ５０＝２３ミクロン、およびＤ９０＝５１ミクロンであり、粗い粒子サイズ（４０１２）のグラファイトは、以下の粒子サイズの統計値を有している。すなわち、０．２２％が１８０ミクロン超であり、０．９％が１５０ミクロン超であり、７２％が７５ミクロン超であり、２４％が４４ミクロン超であり、２．８％が４４ミクロン未満である。
【０１１０】
いくつかの異なる混合物（すなわち、クレイまたはペースト）を、物体へと製造するために作成した。表２が、それらに関する処方を列挙しており、それらのペーストを形態へと成形するために用いた方法も、表２に含まれている。いくつかの試料は、押し出しを使用して形成され、一過性相としても機能し得るレオロジ調節剤（Ｍｉｃｈｉｇａｎ州ＮｏｖｉのＹｕｋｅｎ ＡｍｅｒｉｃａのＹＢ−１５５およびＹＢ−１１３Ｃ）を含んだ。他の試料は、試料をセラミックるつぼへと流し込み、試料を落ち着かせるためにるつぼを約２０回軽く叩き、試料を硬化させることによって形成された（本明細書においては、振動鋳造と記載される）。
【表２】
【０１１１】
試料１について、ＴＧＡ／ＤＴＡ分析を実行した。この試料は、１２５Ｃにおいて重量喪失の開始を示し、２７７Ｃにおいて重量喪失のピークおよび発熱を示し、目に見える溶融は（１２５０Ｃ／実行の最大Ｔまで）示さなかった。いくつかの実施形態において、さまざまな一過性相が、相の焼損が異なる温度において生じるように選択された。
【０１１２】
表２の試料に、以下の焼成サイクルを加えた。焼成サイクル＃１：５５０Ｃまで１５０Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり５５０Ｃに保持、１０５０Ｃまで１５０Ｃ／ｈの傾斜、０．５ｈにわたり１０５０Ｃに保持、２００Ｃ／ｈで室温まで冷却。焼成サイクル＃２：９３Ｃまで１７Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり９３Ｃに保持、５００Ｃまで９３Ｃ／ｈの傾斜、４ｈにわたり５００Ｃに保持、８００Ｃまで９３Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり８００Ｃに保持、１０５０Ｃまで１５０Ｃ／ｈの傾斜、０．５ｈにわたり１０５０Ｃに保持、１５０Ｃ／ｈで室温まで冷却。焼成サイクル＃３：９３Ｃまで１７Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり９３Ｃに保持、５００Ｃまで９３Ｃ／ｈの傾斜、４ｈにわたり５００Ｃに保持、８００Ｃまで９３Ｃ／ｈの傾斜、２ｈにわたり８００Ｃに保持、１０５０Ｃまで１５０Ｃ／ｈの傾斜、５．０ｈにわたり１０５０Ｃに保持、１５０Ｃ／ｈで室温まで冷却。焼成後の試料は、おおむね固体であり、容易に取り扱えるように充分に丈夫であった。
【０１１３】
焼成後の試料１のＸ線回折は、大部分が石英およびムライトであり、曹長石（カルシアン）と、おそらくはクリストバライトと、ヘマタイトとが少量であることを示した。熱膨張を、室温と１０００℃との間で、３℃／分にて測定（Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ州ＲｏｂｂｉｎｓｖｉｌｌｅのＬｉｎｓｅｉｓ，Ｉｎｃ．のＬｉｎｓｅｉｓ Ｌ７５Ｄ／１５５０）したところ、約５Ｅ−６／℃というＣＴＥであった。
【０１１４】
図１３は、試料１の異なる倍率の２つの断面電子顕微鏡写真を示している。この例は、約０．７５ｃｍの直径および約１ｍｍの肉厚を有する筒状の物体であった。この試料は、セラミックの処理に典型的な通常の取り扱い操作に充分な機械的一体性を示した。
【０１１５】
多孔率を、水銀ポロシメトリ（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ａｕｔｏｐｏｒｅ ＩＶ ９５００、ペンシルベニア州Ｎｏｒｔｈ ＨｕｎｔｉｎｇｄｏｎのＤｅｌｔａ Ｌａｂｓによって実行）を使用して測定した。
【０１１６】
図１４は、いくつかの典型的な物体に関する孔サイズの情報を示している。この図は、有機結合剤なしの振動鋳造による試料、および有機結合剤を有する２つの押し出しによる試料を含んでいる。試料１は、高圧の自動押出機を使用して押し出しされた。試料２は、手動押出機を使用して押し出しされた。マイクロ構造は、おおむね混合物の組成によって制御可能であり、粒子から物体を形成するために使用可能なさまざまな形成方法を、さまざまな実施形態において使用することができる。いくつかの混合物は、いくつかの異なる方法によって成形可能である。
【０１１７】
図１５は、いくつかの典型的な物体に関する孔サイズの情報を示している。この図は、外来の一過性相（アッシュ源に追加される）を取り入れてなる物体を、アッシュ源に付随し、アッシュ粒子を生成するプロセスから一般的にもたらされる内在の一過性相を取り入れてなる物体（すなわち、試料３）と比較している。試料３および７Ｃは、異なる一過性相を同様の濃度で有している（Ｐｒｏ−Ａｓｈ Ｈｉｇｈ Ｃａｒｂｏｎの質量の〜４０％として内在−対−外来のＡｓｂｕｒｙ ４０１２）。多孔率を、１つ以上の一過性相を使用することによって制御可能であり、一過性相は、内在および／または外来の一過性相であってよく、同様および／または異なる粒子サイズを有してよい。
【０１１８】
図１６は、いくつかの典型的な物体に関する孔サイズの情報を示している。この図は、種々の実施形態に従って生成することが可能な孔サイズ分布の範囲を示している。より広い範囲、より狭い範囲、異なる孔サイズ分布、および他の特性を、処理パラメータを適切に変更することによって一般的に生み出すことができ、多孔率および孔サイズ分布を、おおむね制御することができる。穴の連結性を、種々のせん断、圧縮、および引張力を取り入れている形成方法を使用して制御してよく、異方性の粒子、特に異方性の形状の一過性粒子（例えば、ウィスカ、プレートレット）を使用することから利益を得ることも可能である。
【０１１９】
図１７は、いくつかの焼成済み試料の多孔率を記述するＣＰＦＴ（横軸の孔サイズよりも微細な孔の累積パーセント）データを示している。
【０１２０】
表３が、種々の試料についての多孔率の測定値を要約している。
【表３】
【０１２１】
図１８は、特定の実施形態によるいくつかの物体について、平均多孔率−対−平均孔径のプロットである。孔径の中央値およびパーセンテージ多孔率を、独立に制御することが可能である。いくつかの実施形態においては、用途ベクトルが、所望の孔径中央値および％多孔率を含んでよく、さまざまな試料が計算／予測および／または作製／測定され、種々のパラメータが、得られる物体に関する物体ベクトルが用途ベクトルに充分に適合するまで調節される。
【０１２２】
以上の説明は、例示であって、本発明を限定するものではない。本発明の多数の変形が、本明細書の開示を検討することによって、当業者にとって明らかになるであろう。したがって、本発明の技術的範囲を上述の説明を参照して決定してはならず、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲ならびにその均等物の全範囲に鑑みて決定されなければならない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体を物体と反応させるためのシステムであって、
入り口および出口を有する容器と、
前記入り口と前記出口との間に配置された物体と、
を備え、
前記物体は、アッシュ粒子を有し、かつ前記第１の流体が前記入り口から前記出口へと通過する際に当該物体と反応する充分な多孔率を有するシステム。
【請求項２】
前記物体の少なくとも一部位が、前記第１の流体が当該部位を通過できるように構成された孔サイズ分布、孔の連結性、および長さを備え、前記第１の流体が前記入り口から前記出口への通過の際に前記部位を通過しなければならないように、前記物体が前記容器に配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記多孔率が、少なくとも部分的に、前記本体の作製時の一過性相の除去からもたらされる請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記一過性相が、炭素質の相を含む請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記一過性相が、前記アッシュ粒子を製造したプロセスによる前記アッシュ粒子に付随する残留物を含む請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記孔サイズ分布が、前記部位を通過する際に前記第１の流体から物質をろ過するように構成される請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の流体が関与する反応を触媒するための触媒をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記物体が、少なくとも１ＭＰａの引張強度を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記多孔率が、４％〜９７％の間である請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記多孔率が、１０％〜８５％の間である請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記物体が、前記第１の流体の流れに対して実質的に開いた１つ以上のチャネルを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記物体が、前記第１の流体の流れに対して実質的に開いたチャネルを含み、前記第１の流体が通過する前記物体の前記部位が、前記チャネルに付随している請求項２に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アッシュ粒子の少なくとも一部が、セメント質の反応に伴う結合によって互いに結合している請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記アッシュ粒子の少なくとも一部が、焼成作業から少なくとも部分的にもたらされる結合によって互いに結合している請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記焼成作業が、摂氏９００度を超える温度を含む請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
第１の流体を反応させる方法であって、
請求項１に記載のシステムを選択するステップと、
前記第１の流体を前記物体を通って前記入り口から前記出口へと通過させるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記第１の流体が、燃焼プロセスからの排気ガスを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１の流体から物質をろ過する方法であって、
請求項２に記載のシステムを選択するステップと、
前記第１の流体を前記部位を通って前記入り口から前記出口へと通過させるステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記第１の流体が、燃焼プロセスからの排気ガスを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の流体が、液体金属を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
第１の流体を処理するための物体の製造方法であって、
前記物体によって処理される第１の流体を選択するステップと、
前記処理に関する１つ以上の特性を有するアッシュ源を選択するステップと、
前記アッシュ源を、前記第１の流体の処理用に構成された物体へと形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２２】
処理がろ過を含み、前記物体が、前記流体のろ過に適した浸透性を備える請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
形成ステップが、前記物体に１つ以上のチャネルを作製するステップを含み、各々のチャネルが、当該チャネルに付随する壁を通過する流れに比べて実質的に小さい妨げで、前記第１の流体が当該チャネルを通過して流れることができるように構成されている請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記アッシュ源が、後の工程において除去される一過性相を含み、形成ステップが、前記一過性相を除去する工程を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
形成ステップが、前記アッシュ源に後の工程において除去される一過性相を混ぜるステップを含み、当該方法が、前記一過性相を除去する工程をさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
形成ステップが、処理の際に前記第１の流体が通過する容器に、前記アッシュ源を配置するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
形成ステップが、前記物体の焼成ステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
焼成に先立って、前記物体が一過性相を含んでおり、該一過性相が焼成の際に除去される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
形成ステップが、セメント質の結合の使用を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
複数の粒子を収容するように構成され、かつ入り口および出口を有し、前記複数の粒子を流動床として挙動させるように前記複数の粒子に流体を供給すべく前記入り口が構成される容器と、
前記容器内で前記入り口および出口の間に配置された複数のアッシュ粒子と、
を備える流動床システム。
【請求項３１】
入り口および出口を有し、複数の粒子を収容するように構成された容器と、
前記容器内で前記入り口および出口の間に配置された複数のアッシュ粒子と、
を備えるろ床。
【請求項３２】
排気ガスを処理するための物体であって、複数の結合したアッシュ粒子を含むとともに、複数のチャネルを備える物体。
【請求項３３】
入り口および出口を有する容器と、
排気ガスが前記入り口から前記出口への通過において前記チャネルを通過するように、前記入り口および出口の間に配置された請求項３２に記載の物体と、
を備える排気ガス処理システム。
【請求項３４】
第１組のチャネルが、前記入り口に流体的に連通し、第２組のチャネルが、前記出口に流体的に連通し、排気ガスが、前記入り口から前記出口への通過において、前記物体の気孔を通って前記第１組から前記第２組へと通過しなければならない請求項３３に記載の排気ガス処理システム。
【請求項３５】
用途ベクトルを決定するステップと、
原材料を選択するステップと、
前記原材料の１つ以上の特性に従って物体ベクトルを計算するステップと、
前記物体ベクトルを前記用途ベクトルと比較するステップと、
前記本体ベクトルと前記用途ベクトルとの間の適合の質を判断するステップと、
を含む方法を実行すべくプロセッサによって実行可能なプログラムを具現化させているコンピュータ読取可能記憶媒体。
【請求項３６】
前記方法が、形成プロセスを選択するステップをさらに含み、
前記物体ベクトルの計算が、前記形成プロセスの１つ以上の特性を含む請求項３５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
【請求項３７】
前記原材料が、アッシュ源を含む請求項３５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
【請求項１】
第１の流体を物体と反応させるためのシステムであって、
入り口および出口を有する容器と、
前記入り口と前記出口との間に配置された物体と、
を備え、
前記物体は、アッシュ粒子を有し、かつ前記第１の流体が前記入り口から前記出口へと通過する際に当該物体と反応する充分な多孔率を有するシステム。
【請求項２】
前記物体の少なくとも一部位が、前記第１の流体が当該部位を通過できるように構成された孔サイズ分布、孔の連結性、および長さを備え、前記第１の流体が前記入り口から前記出口への通過の際に前記部位を通過しなければならないように、前記物体が前記容器に配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記多孔率が、少なくとも部分的に、前記本体の作製時の一過性相の除去からもたらされる請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記一過性相が、炭素質の相を含む請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記一過性相が、前記アッシュ粒子を製造したプロセスによる前記アッシュ粒子に付随する残留物を含む請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記孔サイズ分布が、前記部位を通過する際に前記第１の流体から物質をろ過するように構成される請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の流体が関与する反応を触媒するための触媒をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記物体が、少なくとも１ＭＰａの引張強度を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記多孔率が、４％〜９７％の間である請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記多孔率が、１０％〜８５％の間である請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記物体が、前記第１の流体の流れに対して実質的に開いた１つ以上のチャネルを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記物体が、前記第１の流体の流れに対して実質的に開いたチャネルを含み、前記第１の流体が通過する前記物体の前記部位が、前記チャネルに付随している請求項２に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アッシュ粒子の少なくとも一部が、セメント質の反応に伴う結合によって互いに結合している請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記アッシュ粒子の少なくとも一部が、焼成作業から少なくとも部分的にもたらされる結合によって互いに結合している請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記焼成作業が、摂氏９００度を超える温度を含む請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
第１の流体を反応させる方法であって、
請求項１に記載のシステムを選択するステップと、
前記第１の流体を前記物体を通って前記入り口から前記出口へと通過させるステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記第１の流体が、燃焼プロセスからの排気ガスを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１の流体から物質をろ過する方法であって、
請求項２に記載のシステムを選択するステップと、
前記第１の流体を前記部位を通って前記入り口から前記出口へと通過させるステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記第１の流体が、燃焼プロセスからの排気ガスを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の流体が、液体金属を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
第１の流体を処理するための物体の製造方法であって、
前記物体によって処理される第１の流体を選択するステップと、
前記処理に関する１つ以上の特性を有するアッシュ源を選択するステップと、
前記アッシュ源を、前記第１の流体の処理用に構成された物体へと形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２２】
処理がろ過を含み、前記物体が、前記流体のろ過に適した浸透性を備える請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
形成ステップが、前記物体に１つ以上のチャネルを作製するステップを含み、各々のチャネルが、当該チャネルに付随する壁を通過する流れに比べて実質的に小さい妨げで、前記第１の流体が当該チャネルを通過して流れることができるように構成されている請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記アッシュ源が、後の工程において除去される一過性相を含み、形成ステップが、前記一過性相を除去する工程を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
形成ステップが、前記アッシュ源に後の工程において除去される一過性相を混ぜるステップを含み、当該方法が、前記一過性相を除去する工程をさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
形成ステップが、処理の際に前記第１の流体が通過する容器に、前記アッシュ源を配置するステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
形成ステップが、前記物体の焼成ステップを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
焼成に先立って、前記物体が一過性相を含んでおり、該一過性相が焼成の際に除去される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
形成ステップが、セメント質の結合の使用を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
複数の粒子を収容するように構成され、かつ入り口および出口を有し、前記複数の粒子を流動床として挙動させるように前記複数の粒子に流体を供給すべく前記入り口が構成される容器と、
前記容器内で前記入り口および出口の間に配置された複数のアッシュ粒子と、
を備える流動床システム。
【請求項３１】
入り口および出口を有し、複数の粒子を収容するように構成された容器と、
前記容器内で前記入り口および出口の間に配置された複数のアッシュ粒子と、
を備えるろ床。
【請求項３２】
排気ガスを処理するための物体であって、複数の結合したアッシュ粒子を含むとともに、複数のチャネルを備える物体。
【請求項３３】
入り口および出口を有する容器と、
排気ガスが前記入り口から前記出口への通過において前記チャネルを通過するように、前記入り口および出口の間に配置された請求項３２に記載の物体と、
を備える排気ガス処理システム。
【請求項３４】
第１組のチャネルが、前記入り口に流体的に連通し、第２組のチャネルが、前記出口に流体的に連通し、排気ガスが、前記入り口から前記出口への通過において、前記物体の気孔を通って前記第１組から前記第２組へと通過しなければならない請求項３３に記載の排気ガス処理システム。
【請求項３５】
用途ベクトルを決定するステップと、
原材料を選択するステップと、
前記原材料の１つ以上の特性に従って物体ベクトルを計算するステップと、
前記物体ベクトルを前記用途ベクトルと比較するステップと、
前記本体ベクトルと前記用途ベクトルとの間の適合の質を判断するステップと、
を含む方法を実行すべくプロセッサによって実行可能なプログラムを具現化させているコンピュータ読取可能記憶媒体。
【請求項３６】
前記方法が、形成プロセスを選択するステップをさらに含み、
前記物体ベクトルの計算が、前記形成プロセスの１つ以上の特性を含む請求項３５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
【請求項３７】
前記原材料が、アッシュ源を含む請求項３５に記載のコンピュータ読取可能記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【公表番号】特表２０１０−５３５６９６（Ｐ２０１０−５３５６９６Ａ）
【公表日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２０１９７（Ｐ２０１０−５２０１９７）
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７１７９３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０２０８３５
【国際公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（５１００２９８１８）エアシブ・インコーポレーテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＥＲＲＣＩＶＥ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７１７９３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０２０８３５
【国際公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（５１００２９８１８）エアシブ・インコーポレーテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＥＲＲＣＩＶＥ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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