專利名稱：高容量固體過濾介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種組合物和將具有不令人愉快的氣味、毒性或腐蝕性的化合物從氣體流中除去的方法。本發(fā)明更特別地涉及含有用高錳酸鹽浸漬的基質(zhì)的高容量固體過濾介質(zhì)在濾床中的使用。
背景技術(shù)：
可以通過許多技術(shù)實(shí)現(xiàn)毒性、腐蝕性和有氣味的氣體的除去。這些技術(shù)可以包括濕法洗滌、焚化和使用各種干法洗滌吸附劑、吸附劑和/或用化學(xué)方法浸漬的介質(zhì)通過氣相空氣過濾除去。與其他的方法相反，氣相空氣過濾不需要消耗大量的水或燃料。干法洗滌介質(zhì)可以由許多常用的吸附材料制得，這些材料帶有或不帶有用于控制寬范圍的氣體或者為特殊氣體特制的化學(xué)添加劑。
與物理吸附的可逆過程相比，化學(xué)吸附，也稱作化學(xué)吸收，是在介質(zhì)表面上化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。該過程是特殊的并且取決于介質(zhì)和將被除去的氣體的物理和化學(xué)特性。一些氧化反應(yīng)可以自發(fā)地在吸附劑的表面上發(fā)生，但通常將化學(xué)浸漬劑加入介質(zhì)。浸漬劑賦予了較高的污染物排除容量并且可以提供一定程度的特性。盡管某些選擇性在物理吸附中是顯然的，但通?？梢宰粉櫟郊兊奈锢硇再|(zhì)，而不是化學(xué)性質(zhì)。在化學(xué)吸收中，涉及到較強(qiáng)的分子力，并且該過程通常是瞬時(shí)的并且不可逆的。
不希望的空氣傳播化合物在許多環(huán)境中出現(xiàn)，包括硫化合物例如硫化氫和二甲基硫化物、氨、氯氣、甲醛、脲、一氧化碳、氮?dú)獾难趸?、硫醇、胺、異丙醇和乙烯，其中大多?shù)是造成不令人愉快的氣味或者刺激性或毒性氣體存在的主要原因。除了其它之外，這些環(huán)境包括石油處理和儲(chǔ)存區(qū)域、污水處理廠、醫(yī)院、停尸房、解剖實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物房間以及紙漿和紙生產(chǎn)場(chǎng)所。這些不希望的化合物可以是較高的有機(jī)化合物的細(xì)菌分解產(chǎn)品，或者僅僅是工業(yè)過程的副產(chǎn)品。
具有臭雞蛋特征性氣味的無色、毒性氣體硫化氫(“H2S”)，是在煤礦、氣井、含硫礦泉中產(chǎn)生并且由使含硫的有機(jī)物質(zhì)腐爛而制得。控制該氣體的排放，特別是來自城市污水處理廠的該氣體的排放，已經(jīng)長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是所希望的。近年以來，保護(hù)電子裝置免于遭受這些化合物的腐蝕性煙氣的重要性已不斷增加。而且，H2S是易燃的。
氨(“NH3”)也是無色氣體。其具有獨(dú)特的刺激性氣味并且是腐蝕的、堿性氣體。該氣體在動(dòng)物房間和保育室中產(chǎn)生，并且其控制也長(zhǎng)期被認(rèn)為是重要的。
氯氣(“Cl2”)是具有窒息性氣味的黃綠色氣體。該化合物用于漂白織物、凈化水、處理鐵和其他用途。為了用它工作的或者暴露于它之下的那些人的幸福，控制該強(qiáng)烈的刺激物是必要的。在較低的程度下與水分結(jié)合，氯氣對(duì)電路、不銹鋼等具有腐蝕作用。
甲醛(“OCH2”)是具有刺激的窒息性氣味的無色氣體。其存在于停尸房和解剖實(shí)驗(yàn)室中，并且因?yàn)槠鋸?qiáng)烈地刺激黏膜，其控制是必要的。
脲(“OC(NH2)2”)存在于廁所排氣口內(nèi)并且被廣泛地用于造紙工業(yè)以軟化纖維素。其氣味使得該化合物的控制非常重要。
一氧化碳(“CO”)，一種無味、無色的毒性氣體，存在于壓縮的呼吸用空氣中。對(duì)于包括人所居住的那些環(huán)境，其供氧需求要求對(duì)它進(jìn)行控制。
氮?dú)獾难趸?，包括二氧化?“NO2”)、一氧化氮(“NO”)和氧化亞氮(“N2O”)，是具有不同的特征和對(duì)人類不同程度危險(xiǎn)的化合物，氧化亞氮是最少刺激性的氧化物。然而，二氧化氮是致命的毒物?？刂朴蛇@些氧化物的任意一種所產(chǎn)生的污染是所希望的或者是必要的，這取決于氧化物。
硫醇和胺，包括甲硫醇(“CH3SH”)、丁硫醇(“C4H9SH”)和甲胺(“CH3NH2”)，是存在于污水氣味中的不希望的氣體。對(duì)于這些氣體的控制是需要對(duì)其氣味控制。
異丙醇(“(CH3)2CHOH”)是易燃的液體和蒸汽。公知該蒸汽的吸入刺激了呼吸道。而且，暴露于高濃度的異丙醇下可能具有麻醉效果，產(chǎn)生頭昏、呆滯、頭痛、蹣跚、不省人事的癥狀并且可能死亡。在印刷作業(yè)和工業(yè)合成中控制該蒸汽是所希望的。
乙烯(“C2H4”)是無色、易燃?xì)怏w。其是單純的窒息劑，加速了水果、蔬菜和花朵的成熟或分解。該化合物的控制延長(zhǎng)了這些對(duì)象的可銷售壽命。
上述空氣傳播的化合物可能對(duì)局部環(huán)境產(chǎn)生有害作用。例如，通過二氧化硫和氮化合物(氮氧化物和氨)的排放造成了酸化，這又造成酸雨。而且，來自車輛交通、電力和熱生產(chǎn)以及來自工業(yè)設(shè)備的氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物在某些條件下可以有助于形成光化學(xué)氧化劑，在這些氧化劑當(dāng)中，臭氧是主要的物質(zhì)。臭氧是當(dāng)?shù)趸镌陉?yáng)光的存在下與烴混合時(shí)形成的無色氣體。除了造成環(huán)境破壞之外，臭氧造成了對(duì)健康的危害，特別是對(duì)于孩子、老年人和有哮喘或肺疾病的人。
已經(jīng)作出了努力以提供用于從流體中除去上述所不希望的化合物或者遷移流例如氣體流或蒸汽流的固體過濾介質(zhì)。這種介質(zhì)的所需特征是用于除去目標(biāo)化合物的高的總?cè)萘?，以使得介質(zhì)維持得更長(zhǎng)久并且不必頻繁地替換，從與介質(zhì)接觸的空氣流中除去該化合物的高效率，以使得該化合物被迅速地除去，和高的點(diǎn)燃溫度(非-易燃性)。反之，高容量和高效率又受固體過濾介質(zhì)的孔隙度和孔結(jié)構(gòu)直接影響，同時(shí)，容量、效率和點(diǎn)燃溫度全部被特定的介質(zhì)組分所影響。
盡管知道各種用于從流體流中除去所不希望的污染物的高錳酸鹽-浸漬的基質(zhì)，但這些已知的浸漬基質(zhì)全部表現(xiàn)出有限的容量，以及從物流中除去所不希望的化合物的低效率。由固體過濾介質(zhì)不足夠的孔隙度或者隨著由浸漬物與污染物的反應(yīng)所形成的副產(chǎn)品的孔阻塞，這些限制很大程度地出現(xiàn)。這導(dǎo)致了目前適用的介質(zhì)不滿足各種工業(yè)的需求。
因此，需要的是一種用于從氣體流中除去所不希望的化合物的高效率、高容量、低易燃性的高錳酸鹽-浸漬的基質(zhì)。這種浸漬的基質(zhì)需要長(zhǎng)期持久，要求較少的替換并且由此將替換和維護(hù)成本降到最低。同樣需要的是可以用于小的濾床的高容量浸漬基質(zhì)，并且因此可以允許在有明顯的空間限制的情況下處理流體物流。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了高容量固體過濾介質(zhì)，其制備方法和采用該固體過濾介質(zhì)處理流體流的方法。這里所述的固體過濾介質(zhì)可用于從氣態(tài)的流體流中除去或減少所不希望的污染物。
總的來說，高容量固體過濾介質(zhì)包括含有高程度浸漬物的多孔、浸漬的基質(zhì)。該浸漬物是高錳酸鹽，優(yōu)選為具有高水溶性的高錳酸鹽，例如高錳酸鈉或高錳酸鋰。氣體釋放或氣體生成材料例如碳酸氫鈉也可以包括在介質(zhì)中。與目前適用的過濾介質(zhì)相比，這里所述的高容量固體過濾介質(zhì)含有高錳酸鹽的程度大約8％或更高，通過展現(xiàn)出對(duì)污染物的較高容量，從而提供了用于從流體物流中除去所不希望的氣態(tài)化合物，特別是從氣態(tài)流中除去化合物例如乙烯、甲醛和甲硫醇的增加的效率。例如，當(dāng)用于從氣態(tài)流中除去乙烯時(shí)，這里所述的、采用了高錳酸鈉的介質(zhì)具有大約9％的乙烯容量，然而目前適用的高錳酸鉀-浸漬的介質(zhì)展現(xiàn)出最大乙烯容量?jī)H僅約3％。
本發(fā)明通過提供一種用于從氣體流中除去所不希望的污染物的高容量、低易燃性的高錳酸鹽-浸漬的介質(zhì)解決了工業(yè)中現(xiàn)有的需求。該高錳酸鹽-浸漬的介質(zhì)提供了可以較少頻繁地被替換的長(zhǎng)期持久的過濾介質(zhì)，由此將維護(hù)和替換成本減少到最低。由于其高容量，這里所述的浸漬介質(zhì)可以用于小的濾床，由此在存在明顯的空間限制的情況下能夠處理流體流。這里所述的過濾介質(zhì)給出了與活性炭吸附劑等價(jià)或者優(yōu)于活性炭吸附劑的容量，并且比活性炭吸附劑便宜得多和顯著更小的易燃性。
總的來說，該過濾介質(zhì)含有至少為介質(zhì)組合物的約8wt％的高錳酸鹽和多孔基質(zhì)，其中該高錳酸鹽在水中具有比高錳酸鉀更高的溶解度，其中多孔基質(zhì)被高錳酸鹽浸漬。該組合物通常還含有至少為介質(zhì)組合物的約5wt％的水。優(yōu)選地，高錳酸鹽是高度水溶性的高錳酸鹽，例如高錳酸鈉或高錳酸鋰。多孔基質(zhì)通常選自，但不限于活性氧化鋁、硅膠、沸石、吸附的粘土、高嶺土、活性礬土或其組合，優(yōu)選的多孔基質(zhì)是氧化鋁或氧化鋁-沸石混合物。
優(yōu)選的固體過濾介質(zhì)含有從約8％至約25％的高錳酸鹽、約5-25％的水和多孔基質(zhì)。更優(yōu)選的固體過濾介質(zhì)含有從約15％至約20％的高錳酸鹽，約5-25％的水，和多孔基質(zhì)。最優(yōu)選地，該固體過濾介質(zhì)含有從約18％至約19％的高錳酸鹽，約5-25％的水，和多孔基質(zhì)。所有以上的百分比以整個(gè)組合物的重量計(jì)，并且如上所述，高錳酸鹽在水中具有比高錳酸鉀更高的溶解度。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，該介質(zhì)進(jìn)一步含有氣體釋放材料，例如碳酸鹽化合物、碳酸氫鹽化合物或其組合，其通過在加熱時(shí)產(chǎn)生氣體(通常為CO2)而起作用。例如，當(dāng)該組合物進(jìn)一步含有碳酸氫鈉時(shí)，碳酸氫鈉以整個(gè)組合物的約5-25wt％，優(yōu)選約15-20wt％存在。
上述高容量固體過濾介質(zhì)組合物通過以下方式制得將水、高錳酸鹽和基質(zhì)混合，然后將混合物形成至少一個(gè)粘性的多孔元件。然后在從約100°F至約200°F的溫度下將該元件固化，直到水的濃度至少為組合物的約5wt％，并且高錳酸鹽的濃度至少為組合物的約8wt％。
根據(jù)制備該固體過濾介質(zhì)的優(yōu)選方法，將含有高錳酸鹽的水溶液噴射到多孔基質(zhì)上。在一種選擇性的方式中，將水與含有高錳酸鹽和基質(zhì)的干燥混合物結(jié)合。在另一種方式中，將含有高錳酸鹽的水溶液噴射到含有高錳酸鹽和基質(zhì)的干燥混合物上。任選地，在制備過濾介質(zhì)的方法中可以將碳酸氫鈉加入干燥混合物中、加入水中，或者加入兩者中。
優(yōu)選地，將如上所述形成的元件固化，直到水的濃度為組合物的從約5wt％至約25wt％，并且高錳酸鹽的濃度為組合物的從約8wt％至約25wt％。優(yōu)選地，在已經(jīng)將碳酸氫鈉加入組合物的情況下，將形成的元件固化直到碳酸氫鈉的濃度為15-20wt％。更優(yōu)選地，固化該元件直到高錳酸鹽的濃度為組合物的約從15wt％至約20wt％。最優(yōu)選地，固化該元件直到高錳酸鹽的濃度為組合物的從約18wt％至約19wt％。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種采用這里所述的高容量固體過濾介質(zhì)處理污染的流體流的方法。該方法包括將污染的流體流與固體過濾介質(zhì)接觸，以除去污染物。
該高容量過濾介質(zhì)、制備方法和使用方法提供了從氣體流中除去污染物，特別是造成氣味的污染物的提高的效率和容量。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種這樣的高容量固體過濾介質(zhì)其有效地從空氣流中除去所不希望的化合物，以降低氣味，將金屬或電子產(chǎn)品的腐蝕減少到最小，和提供對(duì)人和動(dòng)物無毒性或無刺激性的呼吸環(huán)境。
本發(fā)明的另一目的是提供一種長(zhǎng)期持久并且需要最小的維護(hù)或替換的高容量固體過濾介質(zhì)。
本發(fā)明的再一目的是提供具有高的點(diǎn)燃溫度并且因此易燃性有限的固體過濾介質(zhì)。
本發(fā)明的又一目的是提供一種生產(chǎn)和使用便宜的改進(jìn)的固體過濾介質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種這樣的固體過濾介質(zhì)其具有用于除去所不希望的化合物的高容量，以使得需要采用較少的介質(zhì)，因此允許使用較小的空氣過濾元件。
本發(fā)明的還一目的是提供一種簡(jiǎn)單、便宜的制備改進(jìn)的固體過濾介質(zhì)的方法，該介質(zhì)具有用于除去所不希望的化合物的高效率和高的總?cè)萘俊?br> 另一目的是提供一種迅速、有效和便宜的采用固體過濾介質(zhì)處理污染的空氣流或氣體流的方法。
本發(fā)明的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將在對(duì)下面所披露實(shí)施方案和附加的權(quán)利要求的詳述之后更加清楚。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供了高容量固體過濾介質(zhì)、其制備方法和用固體過濾介質(zhì)處理流體流的方法。該固體過濾介質(zhì)可以用于從氣態(tài)的流體流中除去或減少所不希望的化合物或污染物。該固體過濾介質(zhì)含有高錳酸鹽和多孔基質(zhì)。通常，該介質(zhì)還含有水。還可以包括氣體釋放材料例如碳酸氫鈉。在一些實(shí)施方案中，至少一種沸石被任選地包括在該介質(zhì)中。該介質(zhì)含有比以前認(rèn)為可能的含量還顯著更高含量的高錳酸鹽。
總的來說，該過濾介質(zhì)含有用高含量的高錳酸鹽浸漬的基質(zhì)。該高錳酸鹽是在水中的溶解度大于高錳酸鉀的溶解度的高度水溶性高錳酸鹽。過濾介質(zhì)包括至少為組合物的約8wt％的高錳酸鹽。高錳酸鹽優(yōu)選為這些高錳酸鹽，但不限于，例如，高錳酸鈉(“NaMnO4”)、高錳酸鎂(“Mg(MnO4)2”)、高錳酸鈣(“Ca(MnO4)2”)、高錳酸鋇(“Ba(MnO4)2”)和高錳酸鋰(“LiMnO4”)。更優(yōu)選地，高錳酸鹽是高錳酸鈉(可從化學(xué)物質(zhì)供應(yīng)商例如Carus Chemical Co.，秘魯，IL商購(gòu)獲得)或高錳酸鋰。最優(yōu)選地，由于其便宜的可商購(gòu)性，高錳酸鹽是高錳酸鈉。介質(zhì)中高錳酸鹽的濃度通常為組合物的從約8wt％至約25wt％，更優(yōu)選從約15wt％至約20wt％，最優(yōu)選從約18wt％至19wt％。
多孔基質(zhì)可以選自，但不限于，活性氧化鋁(Al2O3)(UOP Chemical，Baton Rouge，路易斯安那州)、硅膠(J.M.Huber，Chemical Division，HavreDe Grace，馬里蘭州)、沸石(Steel Head Specialty Minerals，Spokane，華盛頓)、高嶺土(Englehard Corp.，Edison，新澤西州)、吸附的粘土(EnglehardCorp.，Edison，新澤西州)和活性礬土。優(yōu)選的多孔基質(zhì)是氧化鋁。優(yōu)選地，在不存在碳酸氫鈉下，過濾介質(zhì)中基質(zhì)的濃度約為40-80％，并且最優(yōu)選約60-75％，如果介質(zhì)含有碳酸氫鈉，則約為40-60％。
另一種優(yōu)選的多孔基質(zhì)是氧化鋁和沸石的組合，其中高達(dá)約50wt％的該多孔基質(zhì)組合是沸石。盡管不打算受論述的束縛，但我們相信沸石通過吸收和控制水而進(jìn)一步控制了過濾介質(zhì)的水分含量，其作用是在溶液中保持更多的浸漬物。我們又相信該作用提高了過濾介質(zhì)的高容量和改進(jìn)的效率。正如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“沸石”包括天然的硅酸鹽沸石、具有沸石狀結(jié)構(gòu)的合成材料和磷酸鹽礦石?？梢杂糜谠摻橘|(zhì)的沸石的例子包括，但不限于，斜堿沸石(水合的鉀鈉鋁硅酸鹽)、方沸石(水合的鈉鋁硅酸鹽)、銫榴石(水合的銫鈉鋁硅酸鹽)、博干沸石(水合的鈣鈉鋁硅酸鹽)、菱沸石(水合的鈣鋁硅酸鹽)、鋇沸石(水合的鋇鈣鋁硅酸鹽)、八面沸石(水合的鈉鈣鎂鋁硅酸鹽)、鎂堿沸石(水合的鈉鉀鎂鈣鋁硅酸鹽)、戈沸石(水合的鈉鉀鈣鋁硅酸鹽)、交沸石(水合的鋇鉀鋁硅酸鹽)、鈣十字沸石(水合的鉀鈉鈣鋁硅酸鹽)、斜發(fā)沸石(水合的鈉鉀鈣鋁硅酸鹽)、絲光沸石(水合的鈉鉀鈣鋁硅酸鹽)、中沸石(水合的鈉鈣鋁硅酸鹽)、鈉沸石(水合的鈉鋁硅酸鹽)、斜堿沸石(水合的鉀鈉鋁硅酸鹽)、十字沸石(水合的鈣鋁硅酸鹽)、珀沸石(perlialite)(水合的鉀鈉鈣鍶鋁硅酸鹽)、鈉紅沸石(水合的鈉鉀鈣鋁硅酸鹽)、輝沸石(水合的鈉鈣鋁硅酸鹽)、桿沸石(水合的鈉鈣鋁硅酸鹽)等。沸石具有許多相關(guān)的、具有盒狀框架結(jié)構(gòu)或者具有類似于沸石的特性的磷酸鹽和硅酸鹽礦石，其還可以用來代替沸石或者與沸石一起使用。這些沸石狀礦石包括這些礦石，例如水磷鋅鋁礦、水磷鈣鋰鈹石、羥磷鋁鈹石、香花石、鈹硅鈉石、磷方沸石、帕水硅鋁鈣石、葡萄石、水硅鋁鈣石、魚眼石、白鈣沸石、莫里鉛沸石、水硅鈣石、易變硅鈣石、雪硅鈣石等。
過濾介質(zhì)中水的濃度通常至少約5-25％，優(yōu)選約10-25％。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解在其儲(chǔ)存和使用期間，過濾介質(zhì)中游離水的濃度可以通過存在的條件而改變，例如濕度和溫度。
優(yōu)選地，該固體過濾介質(zhì)包括約8-25％的高錳酸鹽、約5-25％的水和約40-80％的基質(zhì)，以組合物的重量計(jì)。更優(yōu)選地，該介質(zhì)含有約15-20wt％的高錳酸鹽、約5-25wt％的水和約40-80wt％的基質(zhì)。最優(yōu)選地，該固體過濾介質(zhì)含有約18-19wt％的高錳酸鹽、約10-25wt％的水和約40-60wt％的基質(zhì)。如上所述，高錳酸鹽理想地是高錳酸鈉，因?yàn)槠湓谒械母呷芙舛群捅阋说目缮藤?gòu)性。
這里所述的過濾介質(zhì)的氣體釋放材料是在加熱時(shí)，例如在形成過濾介質(zhì)的固化步驟期間，產(chǎn)生或者釋放出氣態(tài)物質(zhì)的材料。在該加熱過程中形成的氣泡有助于改進(jìn)和控制過濾介質(zhì)的孔結(jié)構(gòu)。該氣體釋放材料通常選自碳酸鹽化合物、碳酸氫鹽化合物或其組合，其通過在加熱時(shí)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w而起作用。優(yōu)選的氣體釋放材料是碳酸氫鈉，因?yàn)槠淦椒€(wěn)地釋放二氧化碳和其相對(duì)低的成本。然而，其他碳酸氫鹽和碳酸鹽也可以用于該介質(zhì)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解其選擇。由加熱氣體釋放材料產(chǎn)生的孔的數(shù)目和尺寸與固體過濾介質(zhì)中氣體釋放材料的濃度、固化溫度和固化時(shí)間有關(guān)。因此，增加組合物中碳酸氫鈉的濃度增加了孔尺寸和孔數(shù)目，有助于降低和阻止孔結(jié)構(gòu)的阻塞、提高水的保持性并且維持過濾介質(zhì)中高錳酸鹽的濃度。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，過濾介質(zhì)組合物包括高錳酸鹽、水、基質(zhì)和碳酸氫鈉(“NaHCO3”)(Rhone Poulenc，Chicago Heights，IL)，其中碳酸氫鈉的濃度約為5-25wt％，優(yōu)選15-20wt％。在其中過濾介質(zhì)含有碳酸氫鈉的實(shí)施方案中，優(yōu)選的氧化鋁濃度約40-60％。
應(yīng)理解的是，當(dāng)提到組分的相對(duì)重量時(shí)，在本說明書、實(shí)施例和表格中所提到的水被定義為游離水，并且不包括基質(zhì)中的結(jié)合水。游離水在大約200°F下通過烘箱排出，但是如果留在基質(zhì)中，其可適用于氧化反應(yīng)。相反，結(jié)合水并沒有被排出或者蒸發(fā)，除非在約1800-2000°F下通過干燥器，并且結(jié)合水通過將基質(zhì)保持在一起而起作用。結(jié)合水不適用于與所不希望的污染物反應(yīng)。
還應(yīng)理解的是正如在本說明書、實(shí)施例和表格中定量使用的術(shù)語(yǔ)“高錳酸鹽”表示高錳酸鹽，而不是高錳酸鹽離子MnO4-。因此，在本說明書中，組合物中的高錳酸鹽的百分比范圍表示組合物中的高錳酸鹽的百分比，而不是組合物中高錳酸鹽離子的百分比。
術(shù)語(yǔ)例如“過濾介質(zhì)”、“吸收性組合物”、“化學(xué)吸收性組合物”和“浸漬的基質(zhì)”都是可互換的，并且表示這樣的物質(zhì)通過使這種物質(zhì)與流體流接觸，該物質(zhì)能夠減少或消除流體流中所不需要的污染物的存在。應(yīng)理解的是術(shù)語(yǔ)“流體”被定義成能夠在特定方向上流動(dòng)或者遷移的液體或氣體，并且包括氣態(tài)的、含水的、含有有機(jī)物和含有無機(jī)物的流體。
固體過濾介質(zhì)制備方法還提供了一種制備高容量固體過濾介質(zhì)的方法。該方法包括將水、高錳酸鹽、任選的氣體釋放材料和多孔基質(zhì)混合，然后將混合物形成至少一個(gè)粘性的多孔元件。然后通常在從約100°F至約200°F的溫度下固化該元件，直到水的濃度至少為組合物的約5wt％，并且高錳酸鹽的濃度至少為組合物的約8wt％。粘性多孔元件的尺寸和形狀并不是關(guān)鍵的?？梢允褂矛F(xiàn)有技術(shù)中公知的任何尺寸和形狀的多孔元件，以使得當(dāng)與元件接觸時(shí)從流體流中減少或消除所不希望的污染物。優(yōu)選地，該多孔元件是標(biāo)稱的1/8″直徑圓球。
這里所提供的方法優(yōu)選包括形成含有高錳酸鹽和任選的氣體釋放材料的水溶液，然后將該含水的高錳酸鹽溶液與多孔基質(zhì)混合。為了將高錳酸鹽溶解并保持在溶液中，應(yīng)該將該水溶液加熱至大約160°-200°F，優(yōu)選至約180°-190°F。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括形成含有高錳酸鹽和多孔基質(zhì)的干燥混合物，然后將水加入干燥混合物。
在又一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括形成含有高錳酸鹽、任選的氣體釋放材料和多孔基質(zhì)的干燥混合物；形成單獨(dú)的含有高錳酸鹽和任選的氣體釋放材料的水溶液，然后將水溶液與干燥混合物混合。任選地，在制備過濾介質(zhì)的以上方法中可以將氣體釋放材料例如碳酸氫鈉加入干燥混合物中、加入水中，或者加入兩者中。
優(yōu)選地，將形成的元件固化直到水的濃度為組合物的從約5wt％至約25wt％，最優(yōu)選從約10wt％至約25wt％；高錳酸鹽的濃度為組合物的至少約8wt％至約25wt％，更優(yōu)選約15wt％至約20wt％，最優(yōu)選約18wt％至約19wt％；并且氣體釋放材料的濃度為組合物的約5wt％至約25wt％，最優(yōu)選地在固化之后為組合物的約15-20wt％。與常規(guī)的約200°F的固化溫度相比，氣體釋放材料例如碳酸氫鈉的存在允許了較低的固化溫度，例如約130°-140°F。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本方法的活性起始材料的浸漬處理相對(duì)于其中干燥混合物用水分和浸漬物浸漬的特定順序并不是關(guān)鍵的。以上組合可以以任意的方式混合，這些方式可有效地制得所需的過濾介質(zhì)?？梢院?jiǎn)單地通過將固體組合沉浸和浸泡于大量的浸漬液中進(jìn)行浸漬。同樣，可以使浸漬液通過該組合，而不是被用作靜態(tài)的沉浸處理。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)優(yōu)選的浸漬方法是噴射加入，其中將浸漬液噴射到在混合器中翻滾的干燥組合物上。該浸漬方法已經(jīng)描述于美國(guó)專利No.3,226,332中，其整個(gè)內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。將提出的該組合浸漬的其他方法是同樣合適的，并且這些包括在本方法的范圍內(nèi)。
在采用上面的噴射加入方法的一個(gè)實(shí)施方案中，將含水的高錳酸鹽浸漬液噴射到氣體釋放材料例如碳酸氫鈉和多孔基質(zhì)例如活性氧化鋁的干燥組合物上。例如，該干燥組合物優(yōu)選含有約80-85％的活性氧化鋁和約15-20％的碳酸氫鈉。
在將被噴射到干燥組合物上的溶液中，高錳酸鹽的濃度可以變化。例如，為了制得含有約20％高錳酸鹽的固體過濾介質(zhì)，應(yīng)該將在約160°F-200°F，優(yōu)選在約180°F-190°F下的含有約40％高錳酸鹽的水溶液噴射在于混合器中翻滾的氣體釋放材料和多孔基質(zhì)的干燥組合物上。同樣，為了制得含有約8-9％高錳酸鹽的固體過濾介質(zhì)，應(yīng)該將在約160°F-200°F，優(yōu)選在約180°F-190°F下的約18％高錳酸鹽的溶液噴射在于混合器中翻滾的氣體釋放材料和多孔基質(zhì)的干燥組合物上。可有效地得到這里所述的組合物的任意濃度的高錳酸鹽水溶液都可以使用。另外，在高錳酸鹽處于干燥的進(jìn)料混合物中或者處于水溶液和干燥的進(jìn)料混合物兩者中的情況下，可有效地得到這里所述的組合物的任何在干燥混合物和/或水溶液中任意濃度的高錳酸鹽都可以使用。例如，該介質(zhì)可以用于填充穿孔的模件，其被以現(xiàn)有技術(shù)中公知的方式插入通風(fēng)管。
污染物除去方法還提供了一種使用這里所述的或者通過上述方法制得的高容量固體過濾介質(zhì)處理污染的流體流的方法。該方法涉及將污染的流體流與這里所提供的固體過濾組合物接觸。通常，不希望的污染物將從空氣，尤其是從與由城市廢物處理廠、造紙廠、石化精煉設(shè)備、停尸房、醫(yī)院、解剖實(shí)驗(yàn)室和旅館設(shè)施等產(chǎn)生的廢氣體流混合的空氣中除去。處理氣態(tài)的或其他流體流的方法是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。由于處理流體流的方法對(duì)于本發(fā)明并不是關(guān)鍵的，因此可以使用現(xiàn)有技術(shù)中公知的采用這里所述的介質(zhì)處理流體流的任意方法。
這里所述的組合物可用于從氣態(tài)流中除去所不希望的污染物。使用該高容量過濾介質(zhì)除去的所不希望的空氣傳播化合物包括，但不限于，硫化合物(例如硫化氫和二甲基硫化物)、氨、氯氣、甲醛、脲、一氧化碳、氮?dú)獾难趸铩⒘虼?例如甲硫醇)、胺、異丙醇和乙烯。通常，通過采用這里所述的介質(zhì)除去的污染物包括，但不限于，乙烯、甲醛和甲硫醇。對(duì)于污染物除去方法，氣態(tài)流中所不希望的污染物的濃度被認(rèn)為并不是關(guān)鍵的，氣體流的物理和化學(xué)組成也被認(rèn)為不是關(guān)鍵的。氣體流中這些所不希望的化合物的均勻濃度導(dǎo)致的比每分鐘通過固體過濾介質(zhì)床的1ppb該化合物更低的程度可以被除去。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與過濾介質(zhì)床接觸的氣體流的流動(dòng)速率影響了介質(zhì)的透過容量。優(yōu)選的流動(dòng)速率為10-750ft/分鐘，最優(yōu)選60-100ft/分鐘，垂直流動(dòng)到床的表面。
盡管不打算被下面的論述所束縛，但我們相信在使用這里所述的固體過濾介質(zhì)時(shí)實(shí)行某些氧化條件可能是必要的。氧化程度可以影響所實(shí)現(xiàn)的凈化程度。優(yōu)選地，氧氣至少以少量存在于被處理的氣體流中。如果空氣構(gòu)成了被處理的氣體流的足夠部分，則容易在氣體流中發(fā)現(xiàn)該氧氣含量。如果氧氣完全不存在或者以不充足的數(shù)量存在，則可以獨(dú)立地將氧氣引入被處理的氣體流。許多因素影響了氧氣的數(shù)量，氧氣的數(shù)量對(duì)于根據(jù)本發(fā)明方法最大量除去氣體流中的污染物是所需的，包括從被處理的氣體流中除去的化合物的濃度和絕對(duì)數(shù)量。
對(duì)被除去的化合物的數(shù)量而言，我們相信以下因素影響了該方法活性基質(zhì)對(duì)化合物吸收的基本程度；孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布；基質(zhì)的大??；影響孔的數(shù)目和尺寸的基質(zhì)的比表面積；基質(zhì)的表面特性；存在的高錳酸鹽的數(shù)量；存在于組合物中的氣體釋放材料的數(shù)量，其影響了孔的數(shù)目、尺寸或許結(jié)構(gòu)；和存在的水的數(shù)量。
這里所提供的過濾介質(zhì)適宜地單獨(dú)用于濾床，以除去所不希望的化合物。然而，同樣適宜將組合物與含有其他過濾介質(zhì)的濾床結(jié)合使用，以及與機(jī)械或靜電過濾器結(jié)合使用。任何這些額外的過濾器可以被置于上游(就被處理的廢氣而言是在這里所述的介質(zhì)之前)或下游。
上面的發(fā)明顯著地增加了浸漬的多孔基質(zhì)(過濾介質(zhì))的效率和容量，超過目前適用的浸漬基質(zhì)的容量，以從氣態(tài)流中除去某些所不希望的化合物。因此，特定數(shù)量的該高容量過濾介質(zhì)的使用壽命將比相同數(shù)量的目前適用的過濾介質(zhì)長(zhǎng)得多。
過濾產(chǎn)品的使用壽命的延長(zhǎng)將顯著地降低消費(fèi)者和商業(yè)者的購(gòu)買、維修和安裝成本。同樣，提高的介質(zhì)效率允許了新的產(chǎn)品線，其是目前適用元件的壓實(shí)型式，但具有與較大的、目前適用的元件相同的性能。生成顯著較小的過濾元件的能力可用于在空間受限的區(qū)域中提供有效的空氣過濾，這在以前不可能采用較大的、目前適用的元件。
同樣，這里所述的過濾介質(zhì)比具有大致相等的容量的其他過濾介質(zhì)更便宜。例如，本發(fā)明的介質(zhì)具有與活性炭吸附劑的污染物容量相當(dāng)或更優(yōu)的容量，特別是就乙烯和甲醛污染物而言。然而，這里所提供的介質(zhì)明顯比活性炭吸附劑更便宜。
另外，這里所提供的過濾介質(zhì)是安全的，因?yàn)槠渑c含有碳的過濾產(chǎn)品相比不易燃。目前提供的過濾介質(zhì)的該特征對(duì)于生產(chǎn)或加工易燃、產(chǎn)生煙霧的材料的工業(yè)，例如石油工業(yè)是重要的。
在這里所述的高容量過濾介質(zhì)中，使用具有比高錳酸鉀更高水溶性的高度水溶性高錳酸鹽，允許介質(zhì)中高錳酸鹽濃度的增加。該增加的高錳酸鹽濃度極大地增加了介質(zhì)對(duì)污染物的排除容量。當(dāng)進(jìn)行如下面的實(shí)施例中所述的加速的容量測(cè)試時(shí)，在100％效率下檢測(cè)過濾介質(zhì)直到該效率下降到預(yù)定的程度，在該情況下為99.5％的效率。一旦實(shí)現(xiàn)了這種透過，則完成測(cè)試，然后可以計(jì)算排除容量。容量水平內(nèi)在地與效率相聯(lián)系，因?yàn)槠浯_定與效率下降至99.5％所占用的時(shí)間相關(guān)。對(duì)于乙烯的除去，目前適用的高錳酸鉀浸漬的氧化鋁介質(zhì)具有約3％的容量。相比而言，這里所述的、含有約60％活性氧化鋁、約15-20％水和19-20％高錳酸鈉的高容量過濾介質(zhì)展現(xiàn)出大約9％的乙烯容量。通過以下方式進(jìn)行容量測(cè)試向已知數(shù)量的所選擇的固體過濾介質(zhì)供以1.0％(以體積計(jì))的在恒定流動(dòng)速率下的乙烯氣體，并且監(jiān)測(cè)在排出固體過濾介質(zhì)的氣體流中的乙烯濃度。該加速的排除容量測(cè)試全部描述于美國(guó)專利No.6,004,522中，其整個(gè)內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。
這里所述的固體過濾介質(zhì)的高容量并不限于從氣態(tài)流中除去乙烯。事實(shí)上，對(duì)于其他氣態(tài)污染物例如硫化氫、甲醛和甲硫醇，也同樣地實(shí)現(xiàn)了高容量。這些研究的結(jié)果在下面的實(shí)施例中示出。
盡管高容量介質(zhì)操作的準(zhǔn)確機(jī)理還沒有被理解或者完全理解，并且其范圍不受以下理論的束縛，但我們相信主要是在過濾介質(zhì)表面的附近，而不是在其孔內(nèi)的深處，發(fā)生了高錳酸鹽和所不希望的污染物之間的氧化反應(yīng)。因此，當(dāng)表面的氧化能力連續(xù)再生時(shí)，介質(zhì)最容易在最佳的水平下起作用。我們相信通過高錳酸鹽從介質(zhì)的中心流動(dòng)或遷移到介質(zhì)表面，同時(shí)氧化反應(yīng)的產(chǎn)物從介質(zhì)的表面流動(dòng)或遷移到介質(zhì)的中心而使介質(zhì)表面的氧化能力再生。我們還相信在介質(zhì)表面的高錳酸鹽濃度越高，介質(zhì)的容量和效率越高。
此外，高錳酸鹽溶液的流動(dòng)性直接影響了流動(dòng)和因此到達(dá)介質(zhì)表面的高錳酸鹽的數(shù)量。因此，當(dāng)升高的濃度的游離水保留在介質(zhì)中時(shí)，介質(zhì)起到很好的作用，以使得高錳酸鹽溶液保持高程度的流動(dòng)性并且容易流動(dòng)到介質(zhì)的表面，由此將介質(zhì)的效率和容量增加至最大。從而應(yīng)該在孔內(nèi)部與介質(zhì)表面之間建立液體通路。在這點(diǎn)上，我們認(rèn)為通過將氣體釋放材料加入過濾介質(zhì)而提供的改進(jìn)的孔結(jié)構(gòu)提高了高錳酸鹽溶液的容易流動(dòng)性。這與常規(guī)的理論相反，常規(guī)的理論教導(dǎo)了需要將氣態(tài)污染物滲透到基質(zhì)的孔中。
上述該理論解釋了為什么傳統(tǒng)過濾介質(zhì)的容量和效率不能超過在4-5％的高錳酸鉀濃度下得到的容量和效率。如上所述，以前作了許多努力以用較高數(shù)量的高錳酸鉀浸漬介質(zhì)，然而，大多數(shù)游離水已經(jīng)從這些介質(zhì)中除去。相對(duì)于通過用4-5％高錳酸鹽浸漬的介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)的容量，這些高度浸漬的高錳酸鉀介質(zhì)的效率和容量保持恒定或者降低。對(duì)于目前適用的高度浸漬的介質(zhì)不能獲得較高的結(jié)果，有三個(gè)原因。第一，高濃度的高錳酸鹽和低濃度的水造成高錳酸鹽結(jié)晶并且阻塞了基質(zhì)的孔，由此阻礙高錳酸鹽流動(dòng)到介質(zhì)的表面。第二，結(jié)晶的高錳酸鹽保留在介質(zhì)的中心并且因此不能移動(dòng)到介質(zhì)的表面以氧化污染物。第三，由于高錳酸鹽溶液非常濃縮并且具有低程度的流動(dòng)性，對(duì)于可能處于溶液中的任何高錳酸鹽而言，難以移動(dòng)到介質(zhì)的表面。我們相信出于這些原因?qū)⑸叱潭鹊乃Ａ粼诮橘|(zhì)中對(duì)于改進(jìn)的過濾介質(zhì)是有用的，并且包括在本發(fā)明中。我們還相信本發(fā)明的固體過濾介質(zhì)的前所未有的改進(jìn)是由于近來在制備和提供可商購(gòu)得到的高錳酸鹽方面的進(jìn)展。歷史上，這些高錳酸鹽或作為粒狀的晶體提供，或者以相對(duì)低的含水濃度提供。已知高錳酸鉀以高的濃度結(jié)晶，正如頻繁地在文獻(xiàn)中陳述的那樣。濃縮的含水高錳酸鉀(20％)也可以在固化期間沉淀，并且最終阻塞了過濾介質(zhì)的孔。然而，具有比高錳酸鉀更大水溶性的高錳酸鹽，例如高錳酸鈉，可以以所有的比例混溶于水中(通過比較，在20℃下高錳酸鉀溶解度大約為以重量計(jì)的6.5g/100ml)。部分地由于溶解度的重要差異，現(xiàn)在可以結(jié)合比以前獲得的顯著更高濃度(＞20％)的高錳酸鹽例如高錳酸鈉，最終得到增加的污染物從氣態(tài)流中的排除容量。此外，乙烯污染物的排除容量的顯著增加部分地由于增加的高錳酸鹽濃度，而且也由于形成了從固體過濾介質(zhì)中釋放出的相對(duì)小的非揮發(fā)性廢物(CO2和H2O)，有效地提供了額外的用于與其他氣態(tài)污染物多重反應(yīng)的活性表面積。
以下實(shí)施例將更好地用來闡述這里所述的用于除去氣體流中污染物的固體過濾介質(zhì)的高容量。應(yīng)該注意在幾個(gè)以下的實(shí)施例中所描述的連續(xù)流動(dòng)體系全都在40-50％的相對(duì)濕度下操作。
實(shí)施例1制備含有13％高錳酸鈉的過濾介質(zhì)如下制備高錳酸鈉浸漬的氧化鋁組合物。
通過結(jié)合以重量計(jì)的80-85％氧化鋁和15-20％碳酸氫鈉而制備干燥的進(jìn)料混合物。該干燥的進(jìn)料混合物在180-190°F下，用加熱的含水高錳酸鈉溶液噴射，同時(shí)在翻轉(zhuǎn)機(jī)中翻滾。所得的粒料在130-140°F下干燥直到粒料含有約20-25％的游離水。
為了制備含有以干重計(jì)的約13％高錳酸鈉的固體過濾介質(zhì)，該含水的高錳酸鈉溶液優(yōu)選含有約26wt％的高錳酸鈉。將理解的是將含水的高錳酸鈉溶液噴射到干燥進(jìn)料上同時(shí)干燥混合物在造粒盤中滾動(dòng)，如在此結(jié)合作為參考的美國(guó)專利No.3,226,332中所述。
實(shí)施例2制備含有4-5％高錳酸鉀的過濾介質(zhì)如下制備4-5％高錳酸鉀浸漬的氧化鋁組合物。
用在180-190°F下加熱的含水高錳酸鉀溶液噴射由100％氧化鋁組成的干燥進(jìn)料混合物，同時(shí)干燥的進(jìn)料在翻轉(zhuǎn)機(jī)中翻滾。然后所得的粒料在130-140°F下干燥直到粒料含有約20-25％的游離水。
為了制備含有以干重計(jì)的約4-5％高錳酸鉀的固體過濾介質(zhì)，該含水的高錳酸鉀溶液優(yōu)選含有約10wt％的高錳酸鉀。將理解的是將含水的高錳酸鉀溶液噴射到干燥進(jìn)料上同時(shí)干燥混合物在造粒盤中滾動(dòng)，如美國(guó)專利No.3,226,332中所述。
實(shí)施例3制備含有19-20％高錳酸鈉的過濾介質(zhì)如下制備19-20％高錳酸鈉浸漬的氧化鋁組合物。
用在180-190°F下加熱的含水高錳酸鈉溶液噴射由100％氧化鋁組成的干燥進(jìn)料混合物，同時(shí)干燥的進(jìn)料在翻轉(zhuǎn)機(jī)中翻滾。然后所得的粒料在130-140°F下于空氣中干燥直到粒料含有約20-25％的游離水。
為了制備含有以干重計(jì)的約19-20％高錳酸鈉的固體過濾介質(zhì)，該水溶液優(yōu)選含有約40wt％的高錳酸鈉。將理解的是將含水的高錳酸鉀溶液噴射到干燥進(jìn)料上同時(shí)干燥進(jìn)料在造粒盤中滾動(dòng)，如美國(guó)專利No-3,226,332中所述。
實(shí)施例4制備附加的高錳酸鹽-浸漬的基質(zhì)同樣使用上面實(shí)施例2和3中所述的方法制備以干重計(jì)的以下組合物。
表I.固體過濾介質(zhì)的組分

由100％氧化鋁組成的干燥進(jìn)料混合物在翻轉(zhuǎn)機(jī)中混合并且用合適數(shù)量的含水高錳酸鉀或含水高錳酸鈉溶液噴射，同時(shí)以美國(guó)專利No.3,226,332中所述的方式翻滾。如實(shí)施例2或3中那樣進(jìn)行固化，以提供固化的粒料作為適用于置于濾床中的強(qiáng)的、未污染的過濾介質(zhì)。
實(shí)施例5氣相空氣過濾介質(zhì)的容量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)加速測(cè)試方法下面的加速測(cè)試方法可用于測(cè)定各種氣相空氣過濾介質(zhì)當(dāng)經(jīng)受含有高程度污染物的流動(dòng)氣體流時(shí)的排除容量。不管全規(guī)模還是小規(guī)模，氣相空氣過濾介質(zhì)的低程度供給測(cè)試通?；ㄙM(fèi)長(zhǎng)的時(shí)段以獲得所需的結(jié)果。下面的方法提供了用于測(cè)定各種介質(zhì)的排除容量的加速測(cè)試，是通過將各種介質(zhì)暴露于高程度污染物下而進(jìn)行。
如下簡(jiǎn)要地概述該方法將已知體積的介質(zhì)置于吸附管中并且在調(diào)節(jié)的、濕潤(rùn)的、干凈的空氣體系中暴露于已知濃度(通常1％體積)的污染物氣體下。校正該氣體流以傳送1450±20ml/分鐘的總流動(dòng)速率。將排除容量計(jì)算成以50份每百萬(wàn)(“ppm”)的透過下，從每體積(cm3)介質(zhì)的空氣流中除去的污染物的數(shù)量(以克計(jì))。
更特別地，所采用的空氣必須是調(diào)節(jié)的、濕潤(rùn)的、干凈的、不含油的和壓縮的。因此，空氣必須通過活性炭床，接著是含有高錳酸鈉浸漬的氧化鋁粒料的濾床。對(duì)于每升每分鐘(0.035cfm)的空氣流，每一濾床應(yīng)該含有至少300ml(18.3立方英寸)的介質(zhì)。應(yīng)該在每一測(cè)試之前變換每一濾床中的介質(zhì)。
只要有可能，介質(zhì)樣品優(yōu)選從隨機(jī)選擇的未被打開的原始生產(chǎn)者的船只或儲(chǔ)存容器中獲得。只要有可能或者實(shí)際的，應(yīng)該通過從全部的容器中取出少量介質(zhì)并且將它們合并成一個(gè)較大的樣品，從而使全部容器取樣。樣品應(yīng)該在被分析之前徹底混合。對(duì)取樣的指示可以從ASTM標(biāo)準(zhǔn)E300，標(biāo)題為“Recommended Practice for Sampling Industrial Chemicals”中獲得。如果對(duì)照相同尺寸或不同尺寸的介質(zhì)而進(jìn)行測(cè)試，所收集的樣品可以以合適的濾網(wǎng)篩分，通過尺寸選出介質(zhì)。
使用合適的取樣方法，獲得了介質(zhì)的代表性樣品(大約400克應(yīng)該足夠)并且按照ASTM 2854或相當(dāng)?shù)姆椒y(cè)定其表觀密度。得到為圓柱形管的吸附管，其中玻璃棉和/或玻璃珠任選地被置于介質(zhì)下方，并且通過位于介質(zhì)和玻璃棉或玻璃珠下方的不銹鋼網(wǎng)絲、穿孔的槽形玻璃圓盤或者穿孔的槽形陶瓷圓盤支承介質(zhì)和任選的玻璃棉或玻璃球。在含有玻璃棉或玻璃球的吸附管已經(jīng)被校正為已知深度的介質(zhì)的體積時(shí)，將吸附管稱量至最接近于1.0mg。通過交替地裝填和輕輕地填塞該管而將吸附管填充至所需的深度以消除任何的無用空間，直到到達(dá)所需的深度。將所填充的吸附管稱量至最接近于1.0mg。
排列所填充的介質(zhì)管，以使得空氣和污染的氣體的混合物進(jìn)入管的底部、流動(dòng)通過玻璃棉或玻璃珠、流動(dòng)通過過濾介質(zhì)，然后通過氣體分析器分析。應(yīng)該在開始分析樣品之前檢查氣體體系中的漏洞并且消除。在將任何介質(zhì)引入該體系之前，應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)者的指示或者其他的標(biāo)準(zhǔn)方法例如ASTM標(biāo)準(zhǔn)D3195在合適的范圍內(nèi)校正轉(zhuǎn)子流量計(jì)、分析器、記錄器等。同樣，應(yīng)該針對(duì)供給能力確定和檢查空氣和氣體流需求，以確保合適的空氣和氣體流進(jìn)入體系。
一旦吸附管處于適當(dāng)?shù)奈恢?，則啟動(dòng)污染的氣體和空氣的混合物流動(dòng)并且記錄時(shí)間，或者使用秒表給該測(cè)試計(jì)時(shí)。繼續(xù)氣體和空氣的混合物的流動(dòng)直到通過氣體分析器觀察到或指示出50ppm的透過。記錄透過的時(shí)間。優(yōu)選使用能夠可變的刻度讀數(shù)至50ppm(±5ppm)、具有特定或多重氣體容量的氣體分析器。
使用下面的方程，由上面的分析獲得的數(shù)據(jù)將得到所測(cè)試的介質(zhì)的氣體容量氣體容量(GM/CC)＝(K×10-5)(C)(F)(tb)/V其中對(duì)于H2S，K＝1.52、對(duì)于SO2為2.86、對(duì)于Cl2為3.17、對(duì)于CH3SH為2.15、對(duì)于NH3為0.76、對(duì)于NO2為2.05、對(duì)于C2H4為1.16、對(duì)于OCH2為1.34、對(duì)于NO為1.39。
C＝空氣流中供給氣體的濃度，體積％。
F＝總的物流流動(dòng)速率，cc/分鐘。
tb＝至50ppm透過時(shí)間，分鐘。
V＝吸附管介質(zhì)塔的體積，cc。
實(shí)施例6在H2S存在下高錳酸鹽浸漬的氧化鋁粒料的容量與各種固體過濾介質(zhì)的容量相比較的該測(cè)試結(jié)果概述在下面的表II中。通過以下方式進(jìn)行容量測(cè)試用1.0％的在恒定流動(dòng)速率下的硫化氫氣體激發(fā)已知數(shù)量的所選擇的固體過濾介質(zhì)，并且監(jiān)測(cè)在排出如實(shí)施例5中所述的固體過濾介質(zhì)的氣體流中的硫化氫濃度。
表II 各種介質(zhì)的硫化氫容量測(cè)試

實(shí)施例7在乙烯存在下高錳酸鹽浸漬的氧化鋁粒料的容量與各種固體過濾介質(zhì)的容量相比較的該測(cè)試結(jié)果概述在下面的表III中。通過以下方式進(jìn)行容量測(cè)試用1.0％的在恒定流動(dòng)速率下的乙烯氣體激發(fā)已知數(shù)量的所選擇的固體過濾介質(zhì)，并且監(jiān)測(cè)在排出如實(shí)施例5中所述的固體過濾介質(zhì)的氣體流中的乙烯濃度。
表III 各種介質(zhì)的乙烯容量測(cè)試

實(shí)施例8在甲醛存在下高錳酸鹽浸漬的氧化鋁粒料的容量與各種固體過濾介質(zhì)的容量相比較的該測(cè)試結(jié)果概述在下面的表IV中。通過以下方式進(jìn)行容量測(cè)試用1.0％的在恒定流動(dòng)速率下的甲醛氣體激發(fā)已知數(shù)量的所選擇的固體過濾介質(zhì)，并且監(jiān)測(cè)在排出如實(shí)施例5中所述的固體過濾介質(zhì)的氣體流中的甲醛濃度。
表IV 各種介質(zhì)的甲醛容量測(cè)試

實(shí)施例9在甲硫醇存在下高錳酸鹽浸漬的氧化鋁粒料的容量與本發(fā)明的固體過濾介質(zhì)的容量相比較的該測(cè)試結(jié)果概述在下面的表V中。通過以下方式進(jìn)行容量測(cè)試用1.0％的在恒定流動(dòng)速率下的甲硫醇?xì)怏w激發(fā)已知數(shù)量的所選擇的固體過濾介質(zhì)，并且監(jiān)測(cè)在排出如實(shí)施例5中所述的固體過濾介質(zhì)的氣體流中的甲硫醇濃度。
表V 各種介質(zhì)的甲硫醇容量測(cè)試

當(dāng)然，應(yīng)該理解的是前述內(nèi)容僅僅涉及到本發(fā)明的某些實(shí)施方案，并且可以在其中做出許多改進(jìn)或變更，只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍。這里所提及的所有公開物或?qū)＠运鼈兊恼w在此結(jié)合作為參考。
權(quán)利要求
1.一種包括用高錳酸鹽浸漬的多孔基質(zhì)的組合物，其中該高錳酸鹽是在水中的溶解度大于高錳酸鉀的溶解度的高錳酸鹽，其中組合物中的高錳酸鹽的濃度至少約為8wt％的高錳酸鹽。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中高錳酸鹽選自高錳酸鈉、高錳酸鎂、高錳酸鈣、高錳酸鋇、高錳酸鋰或其組合。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物包括至少約13wt％至約25wt％的高錳酸鹽。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物包括至少約15wt％至約20wt％的高錳酸鹽。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物包括至少約18wt％至約19wt％的高錳酸鹽。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物進(jìn)一步包括至少約5wt％和約25wt％的水。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中高錳酸鹽包括高錳酸鈉。
8.權(quán)利要求1的組合物，進(jìn)一步包括選自碳酸鹽化合物、碳酸氫鹽化合物或其組合的氣體釋放材料。
9.權(quán)利要求1的組合物，其中多孔基質(zhì)包括活性氧化鋁、硅膠、沸石、沸石狀礦石、高嶺土、吸附的粘土、活性礬土或其組合，并且其中該多孔基質(zhì)為組合物的約40wt％至約80wt％。
10.權(quán)利要求9的組合物，其中沸石或沸石狀礦石選自斜堿沸石、方沸石、銫榴石、博干沸石、菱沸石、鋇沸石、八面沸石、鎂堿沸石、戈沸石、交沸石、鈣十字沸石、斜發(fā)沸石、絲光沸石、中沸石、鈉沸石、十字沸石、珀沸石(perlialite)、鈉紅沸石、輝沸石、桿沸石、水磷鋅鋁礦、水磷鈣鋰鈹石、羥磷鋁鈹石、香花石、鈹硅鈉石、磷方沸石、帕水硅鋁鈣石、葡萄石、水硅鋁鈣石、魚眼石、白鈣沸石、莫里鉛沸石、水硅鈣石、易變硅鈣石、雪硅鈣石或其組合。
11.權(quán)利要求8的組合物，其中氣體釋放材料包括碳酸氫鈉并且多孔基質(zhì)包括活性氧化鋁或者活性氧化鋁和至少一種沸石或沸石狀礦石的組合。
12.權(quán)利要求11的組合物，其中碳酸氫鈉的濃度為組合物的約5wt％至約25wt％。
13.一種處理污染的流體流的方法，包括使污染的流體流與固體過濾組合物接觸以使得從流體流中除去污染物，其中該固體過濾組合物包括用高錳酸鹽浸漬的多孔基質(zhì)，其中該高錳酸鹽是在水中的溶解度大于高錳酸鉀的溶解度的高錳酸鹽，其中組合物中的高錳酸鹽的濃度至少約為8wt％的高錳酸鹽。
14.權(quán)利要求13的方法，其中高錳酸鹽的濃度為組合物的約13wt％至約25wt％。
15.權(quán)利要求13的方法，其中高錳酸鹽的濃度為組合物的約15wt％至約20wt％。
16.權(quán)利要求13的方法，其中高錳酸鹽的濃度為組合物的約18wt％至約19wt％。
17.權(quán)利要求13的方法，其中該組合物進(jìn)一步包括濃度為組合物的約5wt％至約25wt％的氣體釋放材料。
18.權(quán)利要求13的方法，其中污染的流體流含有硫化氫并且固體過濾元件的排除容量至少約16％。
19.權(quán)利要求13的方法，其中污染的流體流含有乙烯并且固體過濾元件的排除容量至少約4％。
20.權(quán)利要求13的方法，其中污染的流體流含有甲醛并且固體過濾元件的排除容量至少約4％。
21.權(quán)利要求13的方法，其中污染的流體流含有甲硫醇并且固體過濾元件的排除容量至少約6％。
22.一種制備固體過濾組合物的方法，包括a)將高錳酸鹽和多孔基質(zhì)混合，其中該高錳酸鹽是在水中的溶解度大于高錳酸鉀的溶解度的高錳酸鹽；b)用水噴射該混合物；c)將混合物形成至少一個(gè)粘性的多孔元件；和d)在從約100°F至約200°F的溫度下固化該元件，直到水的濃度至少約為組合物的5wt％，并且高錳酸鹽的濃度至少約為組合物的8wt％。
23.權(quán)利要求22的方法，其中將該元件固化直到高錳酸鹽的濃度為組合物的約13wt％至約25wt％。
24.權(quán)利要求22的方法，其中將該元件固化直到高錳酸鹽的濃度為組合物的約15wt％至約20wt％。
25.權(quán)利要求22的方法，其中將該元件固化直到高錳酸鹽的濃度為組合物的約18wt％至19wt％。
26.權(quán)利要求22的方法，其中將該元件固化直到水濃度為約5％至約25％。
27.權(quán)利要求22的方法，其中多孔基質(zhì)包括活性氧化鋁、硅膠、沸石、沸石狀礦石、高嶺土、吸附的粘土、活性礬土或其組合。
28.權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括將高錳酸鹽和多孔基質(zhì)與氣體釋放材料混合，其中該氣體進(jìn)化材料選自碳酸鹽化合物、碳酸氫鹽化合物或其組合。
29.權(quán)利要求22的方法，進(jìn)一步包括氣體釋放材料，其中氣體釋放材料的濃度為組合物的約5wt％至約25wt％。
30.權(quán)利要求22的方法，其中氣體釋放材料包括碳酸氫鈉并且多孔基質(zhì)是活性氧化鋁或者活性氧化鋁和至少一種沸石或沸石狀礦石的組合。
31.權(quán)利要求30的方法，其中沸石或沸石狀礦石選自斜堿沸石、方沸石、銫榴石、博干沸石、菱沸石、鋇沸石、八面沸石、鎂堿沸石、戈沸石、交沸石、鈣十字沸石、斜發(fā)沸石、絲光沸石、中沸石、鈉沸石、十字沸石、珀沸石(perlialite)、鈉紅沸石、輝沸石、桿沸石、水磷鋅鋁礦、水磷鈣鋰鈹石、羥磷鋁鈹石、香花石、鈹硅鈉石、磷方沸石、帕水硅鋁鈣石、葡萄石、水硅鋁鈣石、魚眼石、白鈣沸石、莫里鉛沸石、水硅鈣石、易變硅鈣石、雪硅鈣石或其組合。
32.權(quán)利要求22的方法，其中多孔基質(zhì)的濃度包括約40％至約60％。
33.權(quán)利要求1的組合物，其中在20℃下高錳酸鹽的溶解度大于以重量計(jì)的6.5g/100ml。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高容量過濾介質(zhì)、制備該介質(zhì)的方法和用該介質(zhì)處理流體流的方法。該介質(zhì)含有用高濃度的高錳酸鹽浸漬的多孔基質(zhì)。優(yōu)選地，該介質(zhì)包括用至少約8wt％的高錳酸鹽浸漬的多孔基質(zhì)。該介質(zhì)可以任選地含有碳酸氫鈉。實(shí)現(xiàn)了用于除去所不希望的化合物例如乙烯、甲醛、硫化氫和甲硫醇的提高的容量。
文檔編號(hào)B01D39/00GK1713946SQ200380104041
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者威廉·G·英格蘭 申請(qǐng)人:普拉菲爾有限公司