用于呼吸防护的过滤器介质制造技术

本发明专利技术公开了一种过滤器介质组合物，该过滤器介质组合物包含水铁矿材料，该水铁矿材料具有在1nm至3nm范围内的平均孔径(BJH)和至少200m

Filter media for respiratory protection

The invention discloses a filter media composition, which contains iron ore material, which has an average pore diameter (BJH) in the range of 1nm to 3nm and at least 200m.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于呼吸防护的过滤器介质
技术介绍
呼吸过滤器滤筒中所使用的吸附剂通常基于活性炭。活性炭的属性为其吸附有机蒸汽(OV)的能力。活性炭虽然表面积大，但通常不能够吸附低沸点极性化合物诸如氨，因此使用某一类型的浸渍剂以使污染物反应并且捕获污染物。为了过滤其它污染物气体(“危害性”气体，例如酸性气体、氨、氰化物、醛)，化学品在称为浸渍的过程中加入到活性炭。例如，将路易斯酸性过渡金属盐ZnCl2加入到碳以产生用于氨去除的吸附剂。任何载体(例如活性炭)的浸渍涉及在不破坏载体大的表面积的情况下装载足够量的反应性浸渍剂的平衡。当考虑无机材料作为吸附剂组分时，因素诸如毒性、在相关条件下稳定性以及成本代表关键属性。基于铜和锌的传统碳浸渍剂通常是处于2+氧化态的氧化物，其经由热解(在约180℃至200℃下)活性炭形成，该活性炭由用可溶于水性溶液或氨溶液中的Cu盐和/或Zn盐处理。然而，这些无机材料各自通常都具有低孔隙率和表面积。存在十几种已知的铁氧化物，包括水合材料和含氢氧化物的材料。一般来讲，这些化合物天然存在并且也可在实验室中合成。通常使用非水溶剂、模板试剂和高煅烧温度制备具有孔隙率高和表面积大的铁氧化物。被称为“两线”水铁矿的天然存在的铁氧化物矿物质(以下称为水铁矿)由纳米晶聚集体构成且特征在于X射线衍射(XRD)方法中的两个定义不明确、扩大的最大值。
技术实现思路
本公开涉及用于呼吸防护的过滤器介质。具体地，过滤器介质为能够从呼吸气流中去除危害性气体的无支撑水铁矿材料。水铁矿材料可使用低温、基于水的方法来制备，并且可为掺杂的材料。在一个方面，组合物包含掺杂的水铁矿材料，该水铁矿材料具有在1nm至3nm范围内的平均孔径(BJH)和至少200m2/g或至少250m2/g或至少300m2/g的表面积(BET)。在另一方面，呼吸防护过滤器包括壳体，该壳体具有气流入口和气流出口并且包含处于流体连接并且在气流入口与气流出口之间的一定量过滤介质。过滤介质包括自立式颗粒状掺杂水铁矿材料。在另一方面，方法包括将水合铁(III)盐与金属掺杂物盐混合以形成混合物，以及将碳酸氢盐材料与该混合物共混以形成湿润的掺杂水铁矿材料和盐副产物。然后，该方法包括将湿润的掺杂水铁矿材料和盐副产物干燥至低于10重量％或低于5重量％的含水量以形成干燥的掺杂水铁矿材料和盐副产物。然后，用水洗去盐副产物以形成湿润的掺杂水铁矿材料，以及将该湿润的掺杂水铁矿材料干燥至低于10重量％或低于5重量％的含水量以形成干燥的掺杂水铁矿材料。通过阅读以下详细描述，这些以及各种其它特征和优点将显而易见。附图说明结合附图，参考以下对本公开的各种实施方案的详细描述，可更全面地理解本公开，其中：图1是例示性呼吸防护过滤器的示意图；以及图2是例示性方法的流程图。具体实施方式在下面的具体实施方式中，参考了形成具体实施方式一部分的附图，并且在附图中通过举例说明的方式示出了若干具体实施方案。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，可设想并进行其它实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。除非另外指明，否则本文所使用的所有的科学和技术术语具有在本领域中所普遍使用的含义。本文提供的定义旨在有利于理解本文频繁使用的某些术语，并无限制本公开范围之意。除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物理特性的数字在所有情况下均应理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容所期望的特性而变化。通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)和该范围内的任何范围。除非上下文另外清楚指定，否则如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有复数指代对象的实施方案。除非上下文另外清楚指定，否则如本说明和所附权利要求中使用的，术语“或”一般以其包括“和/或”的意义使用。如本文所用，“具有”、“具有着”、“包括”、“包括着”等均以其开放性意义使用，并且一般意指“包括但不限于”。应当理解，“基本上由...组成”和“由...组成”等包含在“包括”等之中。术语“自立式”材料是指无支撑的材料或未浸渍到载体材料上的材料。本公开涉及用于呼吸防护的过滤器介质。具体地，过滤器介质是能够从呼吸气流中去除反应性气体的无支撑水铁矿材料。水铁矿材料可使用低温、基于水的方法形成，并且可为掺杂的材料。水铁矿材料具有在1nm至3nm范围内的平均孔径(BJH方法)并且具有至少200m2/g或至少250m2/g或至少300m2/g的表面积(BET方法)。呼吸防护过滤器内的过滤介质具有至少20重量％，或至少30重量％，或至少50重量％的水铁矿材料。水铁矿材料可在低于115摄氏度或低于110摄氏度的温度下形成。形成水铁矿材料包括仅去除水或水分的至少一个干燥步骤。水铁矿材料被粒化成在12至50美国标准筛系列范围内的目尺寸。通过下文提供的示例的阐述将获得对本公开各方面的理解，然而本公开并不因此受到限制。图1是例示性呼吸防护过滤器10的示意图。呼吸防护过滤器10包括壳体20，该壳体20具有气流入口22和气流出口24并且包含处于流体连接并且在气流入口22和气流出口24之间的一定量过滤介质30。过滤介质30包括自立式颗粒状掺杂水铁矿材料。在许多实施方案中，过滤介质30包含至少20重量％或至少30重量％或至少50重量％的水铁矿材料或掺杂的水铁矿材料。过滤介质30可包含一种或多种附加类型的过滤材料，例如诸如活性炭。水铁矿材料不浸渍到载体材料例如诸如活性炭上。水铁矿材料能够在环境条件或大气压下以及-20摄氏度至40摄氏度和5％至95％相对湿度下从穿过该过滤介质30的气流中去除危害性气体。这些危害性气体包括酸性气体和碱性气体。本文所述的水铁矿材料具有在1nm至3nm范围内的平均孔径(BJH方法)和至少200m2/g或至少250m2/g或至少300m2/g的表面积(BET)。掺杂的水铁矿材料具有在95:5至75:25或90:10至80:20的范围内的铁:掺杂物的摩尔比。水铁矿材料可掺杂有掺杂物材料，该掺杂物材料包括形成掺杂的水铁矿材料的诸如Cu、Zn、Ca、Ti、Mg、Zr、Mn、Al、Si、Mo、Ag或它们的混合物之类的金属。掺杂物可为辅助性金属氧化物，其被掺入到铁氧化物中用于有益效应。在许多实施方案中，掺杂的水铁矿材料包括作为掺杂物材料的Cu、Zn和/或Mn。掺杂的水铁矿材料具有低于10重量％或低于5重量％的含水量。水铁矿形成粉末材料，该粉末材料限定聚集体粒子，该聚集体粒子具有在1微米至100微米或15微米至45微米或20微米至40微米范围内或约30微米的范围内的最大中值侧向尺寸。这些粒子被粒化以限定具有在12至50或20至40范围内的目尺寸的颗粒。可利用任何有用的制粒方法。在许多实施方案中，颗粒是借助压缩并且不使用粘合剂形成的。水铁矿颗粒具有低于10重量％或低于5重量％的含水量。图2是例示性方法100的流程图。该方法包括在方框110处将水合铁(III)盐与金属掺杂物盐混合以形成混合物(粉末混合物)，和在方框本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，所述组合物包含：掺杂的水铁矿材料，所述掺杂的水铁矿材料具有在1nm至3nm范围内的平均孔径(BJH方法)和至少200m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.28 US 62/153,5551.一种组合物，所述组合物包含：掺杂的水铁矿材料，所述掺杂的水铁矿材料具有在1nm至3nm范围内的平均孔径(BJH方法)和至少200m2/g或至少250m2/g或至少300m2/g的表面积(BET)。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述掺杂的水铁矿材料具有在95:5至75:25或90:10至80:20的范围内的铁:掺杂物的摩尔比。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述掺杂的水铁矿材料包含掺杂物材料，所述掺杂物材料包括诸如Cu、Zn、Ca、Ti、Mg、Zr、Mn、Al、Si、Mo、Ag或它们的混合物之类的金属。4.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述掺杂的水铁矿材料包括为Cu或Zn的掺杂物材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述掺杂的水铁矿材料为具有12至50或20至40美国标准筛系列范围内的目尺寸的颗粒。6.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述掺杂的水铁矿材料处于压缩衍生的颗粒形式。7.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述掺杂的水铁矿材料限定具有在1微米至100微米或15微米至45微米或20微米至40微米范围内或约30微米的范围内的最大中值侧向尺寸的聚集体粒子。8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述掺杂的水铁矿材料具有低于10重量％或低于5重量％的含水量。9.一种呼吸防护过滤器，所述呼吸防护过滤器包括：壳体，所述壳体具有气流入口和气流出口并且包含处于流体连接并且在所述气流入口与所述气流出口之间的一定量过滤介质，所述过滤介质包括：自立式颗粒状掺杂的水铁矿材料。10.根据权利要求9所述的呼吸防护过滤器，其中所述掺杂的水铁矿材料能够在环境条件或大气压下以及-20摄氏度至40摄氏度和5％至95％相对湿度下从穿过所述过滤介质的气流中去除危害性气体。11.根据权利要求9或10中任一项所述的呼吸防护过滤器，其中所述过滤介质包含至少20重量％或至少30重量％或至少50重量％掺杂的水铁矿材料。12.根据权利要求9至11中任一项所述的呼吸防护过滤器，其中所述掺杂的水铁矿材料具有在95:...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·A·兰金，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US