使用纳米材料纯化流体制造技术

本发明专利技术揭示一种纳米结构材料，其包含选自经浸渍、官能化、掺杂、充电、涂布和辐射纳米管及其组合的缺陷型碳纳米管。所述缺陷型碳纳米管含有一缺陷，其为至少一个碳环中的晶格畸变。本发明专利技术也揭示一种使用这种纳米结构材料纯化流体的方法，所述流体为诸如包括水在内的液体以及包括空气在内的气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本揭示涉及一种纳米结构材料，其包含选自经浸渍、官能化、掺杂、充电、涂布和辐射纳米管的缺陷型碳纳米管。本揭示也涉及使用所述纳米结构材料纯化诸如液体和气体的流体。本揭示也涉及使用所述纳米结构材料纯化水。
技术介绍
存在许多处理用于消耗、使用、处理和其他需求的流体的程序和方法。在最流行的方法中，巴氏灭菌法用于消毒食品，化学处理法用于消毒水，蒸馏法用于纯化液体，离心法和过滤法用于移除微粒，倾析法用于分离流体的两相，反渗透法用于液体脱盐，电渗析法用于液体脱盐且催化方法用于将不需要的反应物转化成有用的产品。这些方法中的每一种方法均很好地适用于具体应用，因此方法组合通常用于最终产品。纳米技术材料的一个发展前景是，与其传统对应物相比较，纳米技术材料将帮助事情更经济地完成。在液体纯化领域中，任何可降低总成本、简化过程并提高效率的技术将是十分有利的。将通过使用纳米材料纯化技术来改良这些方法中的许多方法。纳米多孔材料将适用于移除微生物、微米尺寸微粒和其他微细材料。用纳米材料制成的反渗透膜可有助于促进水流经膜。将坚固的纳米材料并入上述方法中的任何方法中将降低所有这些组分的重量。但是，有两种方法似乎尤其可能用于纳米材料流体纯化消毒法和脱盐法。消毒法许多不同技术可用于液体消毒。吸附、化学处理、臭氧消毒和UV辐射都可很好地移除致病微生物。然而，这些技术中的每一种技术都有其局限性，包括总体功效、起始及操作成本、副产品风险、必需的液体预处理、所使用或所产生的有毒化合物和其他局限性。尽管化学方法在用途上最为广泛，但是其具有许多缺点。所述缺点包括增加微生物对其破坏性效应的适应性(例如隐孢子虫(cryptosporidiumparvum))、与使用氯和储存相关联的安全危害以及环境影响。UV正在得到普遍使用，但为了使其更有效液体必须澄清，UV不会破坏任何生物膜的形成，而且安装和操作非常昂贵。在诸如水和废水工厂的工业及市政应用中，三种最广泛使用的液体消毒方法是臭氧、氯和紫外辐射。美国环境保护局的最近公告已鉴定各方法的优势和不足。臭氧在破坏病毒和细菌方面较氯更有效，其具有较短的有效接触时间(10-30分钟)，当其快速分解时不会留下有害残留物，且就地加以产生，因此无运输风险。另一方面，低剂量的臭氧可能是无效的，其较UV或氯更复杂，具有很强的反应性和腐蚀性、毒性，资本成本较高且动力要求较高。氯较臭氧或UV更经济，其残留物可延长消毒作用，其可靠且可有效抵抗一定范围的致病生物，且其提供灵活的给料控制。尽管如此，氯仍具有显著风险，包括以下事实氯残留物对水生生物是有毒的，氯是腐蚀性的并且是有毒的，有机物质的氯氧化作用会产生有害化合物，且某些寄生生物已显示抗性。此外，氯可与天然有机材料结合以产生对饮用有害的致癌化合物。紫外辐射已使用相当长时间，因为其有效灭活大多数孢子、病毒和孢囊，消除化学药品的处理风险，不会留下有害残留物，操作者容易掌握使用，需要很短的有效接触时间(20-30秒)且仅需要较少空间。UV辐射的缺点包括低剂量时可能无效；有机体有时可逆转并修补UV损坏；管可堵塞，需要频繁的预防性维护；混浊可引起UV无效，动力要求很高。此外，危险的UV灯的处理较昂贵。针对已知消毒方法的不足，已尝试了很多新方法。例如，第6,514,413号美国专利揭示使用复合杀菌吸附材料，所述文献以引用的方式并入本文中。然而，已显示所述杀菌吸附材料易于遭到生物堵塞和连续繁殖的细菌完全生长。第09/907,092号美国专利申请案揭示便携式氧化剂发生器，其产生用于消毒被污染饮用水的氯或氯-氧溶液。第6,495,052号美国专利揭示用于处理水的系统和方法，其将杀菌剂引入水中，然后在饮用前将杀菌剂移除。第10/029,444号美国专利申请案揭示一种方法，其中水经受来自激光器的光以作为消毒方式。然而，这些方法再次依靠高电力输入、有毒化学药品或较长的有效接触时间。仍需要具有最小能量要求、利用无毒化学药品并仅需很短接触时间、且可在便携式装置中得以体现的方法。脱盐法液体脱盐对饮用水、生物流体、药物、化学药品、石油及其衍生物和许多其他液体非常有用。此外，水脱盐是有益的，因为地球上少于0.5％的水可直接适合于人类饮用、农业或工业使用。因此，在全世界范围内，人们发现脱盐法越来越有利于自含盐地下水和海水生产饮用水，因为其使得另外的约99.5％的水可饮用。全世界估计有4,000家水脱盐工厂，拥有每天超过3,500兆加仑(mgd)的组合生产能力。约55％的这种生产能力在中东且17％在美国，其中多数用于工业用途。目前在美国脱盐水占到家用及工业目的所消耗的水的约1.4％。大体上有五种基本脱盐方法热法、反渗透法、电渗析法、离子交换法和冷冻法。热法和冷冻法将淡水从盐水中移除，留下浓盐水。反渗透法和电渗析法使用膜将盐与淡水分离。离子交换法包括将盐水通过树脂，把不需要的溶解离子交换成更需要的离子。目前仅热法和反渗透法具有商业可行性。第5,217,581号和第6,299,735号美国专利说明热法包括煮沸或蒸发盐水并将蒸气冷凝为淡水，从而留下较浓的盐水溶液，所述文献以引用的方式并入本文中。与其他方法相比较，脱盐法的能量要求相对较高。脱盐法在中东广泛用于处理海水，部分因为其所需能量不会随给水盐度的增加而明显增加。如第3,462,362号美国专利所述，反渗透法是一种膜方法，其利用淡水通过半透膜进入盐溶液的趋势，藉此稀释更浓的盐水。淡水好像其上存在压力一样通过膜，这称为渗透压。通过在半透膜的一边对盐水施加很高压力，可强迫淡水以与渗透流相反的方向通过膜。这种方法被称为反渗透法。尽管反渗透法需要较强能量(以产生高压)，但其能量要求一般仍低于蒸馏法，虽然其使用给水不如其他方法有效。此外，膜非常昂贵、精密并易于堵塞。电渗析法脱盐是一种将污染物和盐从液体中移除的膜方法，其通过使用电流推动离子杂质通过离子选择性膜并离开经处理液体。使用两种类型的离子选择性膜——一种允许正离子通过且一种允许电解池中电极之间的负离子通过。使用电力克服离子通过离子选择性膜的阻力。阻力越大，电力需求越大，且因此能量成本将随阻力的增加而增加。当施加电流以驱动离子时，淡液体留在膜间。电渗析法所需电量随料液盐度的增加而增加，且因此其操作成本增加。离子交换树脂用盐离子替换氢和氢氧根离子。许多市区使用离子交换法软化水，且工业上一般使用离子交换树脂作为反渗透法或电渗析法后的最终处理以产生非常纯净的水。离子交换法的主要成本是维护或替换树脂。水中所溶解盐的浓度越高，树脂就越需要经常再生，因此离子交换法很少用于大规模移除盐。冷冻法包括三个阶段部分冷冻盐水，于其中产生淡水冰晶；将这些冰晶从盐水中分离；然后熔融冰晶(例如第4,199,961号美国专利)。冷冻法较其他方法具有某些优势，因为其仅需要较低能量且其低操作温度使腐蚀和结垢问题最小化。冷冻法的能量要求很高，且一般与反渗透法相当。冷冻技术仍在探索和研发中，且不能得到广泛部署。冷冻技术对于便携式脱盐装置来说不是一种可兼容的技术。已专利技术了许多电容器以用于脱盐目的。第4,948,514号美国专利揭示用以从液体中分离离子的方法和设备。第5,192,432号美国专利揭示用以从液体中分离离子的类似“流通电容器”方法。但是未发现这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米结构材料，其包含选自经浸渍、官能化、掺杂、充电、涂布和辐射纳米管及其组合的缺陷型碳纳米管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗H库帕，艾伦G卡明斯，米哈伊尔Y斯塔罗斯京，查尔斯P洪辛格，
申请(专利权)人：塞尔顿技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]