用于流体处理的组合物制造技术

描述了用于过滤器组合件中的含氧化石墨、氧化石墨烯和/或石墨烯的复合物及其制备方法。还描述了使用过滤器组合件的流体处理系统，该过滤器组合件具有含氧化石墨、氧化石墨烯和/或石墨烯的复合物。本文所述的过滤器组合件和系统可以用于纯化受污染流体，包括水、水溶液、气体或气体混合物或其任意组合。含氧化石墨、氧化石墨烯和/或石墨烯的复合物还可以具有包含在其中的沸石、氮化硼、稀土元素和离子盐中的一种或多于一种，以用于特定用途和期望性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流体处理的组合物相关申请的交叉引用本申请要求2016年1月15日提交的美国临时申请第62/278,987号和2016年1月27日提交的美国临时申请第62/287,444号的权益，其内容通过引用整体并入本文中。
本专利技术涉及用于处理和纯化受污染流体如水、空气或气体混合物的组合物。本专利技术还涉及包含水和空气的处理及纯化组合物的系统。专利技术背景饮用水的污染和适合人类食用的纯净饮用水的获取不足是全世界令人担忧的问题。饮用水被无机离子和重金属污染尤其有害。对于改善饮用水有持续的需求，特别是对于发展中国家的偏远地区，人们无法获得用于饮用、烹饪和沐浴的安全给水。缺乏清洁水导致儿科腹泻病和相关的伤亡等。各种类型的吸附材料或组合物被用于处理和纯化被残留物、重金属、有机物、工业废料或副产物(工业废水)、城市径流、微生物或其他杂质污染的水。吸附材料或组合物可以是例如多孔的、海绵样的或纤维性的。受污染水可以通过吸附材料或组合物传输，并且杂质可以化学地(通过化学吸附)或物理地(通过物理吸附)结合至吸附材料或组合物的内表面或外表面，而纯化水则允许通过。沸石是通常用作吸附剂的微孔铝硅酸盐材料。特别地，沸石被广泛用作家用和商用水纯化、软化和其他应用中的离子交换珠。沸石天然存在，但也在工业上大规模生产。迄今为止，已经鉴别了超过230种独特的沸石框架，其中至少40种是天然存在的。尽管在水纯化中使用沸石，但并不知晓它们吸附重金属。目前，通过化学方法由石墨制备石墨烯能够实现生产规模化并确保大规模的工业利用。特别地，氧化和剥离石墨是最普遍的方法。自十九世纪以来，已经知道通过用强氧化剂氧化石墨来生产氧化石墨。具体地，著名的“Hummers法”使用硝酸钠、高锰酸钾和浓硫酸将石墨转化为氧化石墨(HummersW.S.,OffemanR.E.PreparationofGraphiticOxide,J.Am.Chem.Soc.,1958,80(6),1339-1339)。随后的剥离和分层过程，在具有或不具有离子嵌入的帮助下，使用例如声波处理或热冲击的外力，可用于将氧化石墨转化为氧化石墨烯。然后可以还原氧化石墨烯以形成经还原的氧化石墨烯(rGO)或石墨烯。由于呈现的独特的电子和机械性质，石墨烯(sp2杂化碳和单原子厚度的片材)近年来引起了极大的兴趣。这些使得例如能量的转换和存储(太阳能电池、超级电容器)、电子器件(基于石墨烯的电路)等许多应用变得令人关注(参见例如，Camblor等人,Microwavefrequencytriplerbasedonamicrostripgapwithgraphene,J.Electromag.WavesAppl.,2011,25(14-15),1921-1929)。目前，通过化学方法由石墨矿石制备石墨烯是提供生产规模化的一种方法，并且其在大规模工业利用方面是最有前景的。特别地，天然存在的石墨矿石的氧化/剥离/还原是制备氧化石墨/氧化石墨烯/石墨烯最普遍的方法。在该方法中，具有层状结构的三维石墨材料的氧化产生具有经氧化的底面和具有扩展的三维结构的边界的石墨片。使用例如声波处理的外力使氧化石墨分层/剥离产生称为氧化石墨烯的材料。最后，还原氧化石墨烯以形成可以通过各种方法制备的单层片材，从而得到石墨烯。此外，除了石墨烯众所周知的益处之外，中间产物(氧化石墨和氧化石墨烯)本身是具有许多关注和商业应用的材料。参见例如GonzálezZ.,BotasC,AlvarezP.,RoldánS.,BlancoC,SantamaríaR.,GrandaM.,MenendezR.,“Thermallyreducedgraphiteoxideaspositiveelectrodeinvanadiumredoxflowbatteries.”Carbón,2012,50(3),828-834。与石墨或石墨烯不同，氮化硼在氧化环境中是高度惰性的。更具体地，它在含氧环境中和强氧化性酸的存在下对加热到800℃或更高的温度是稳定的。(参见例如，Lin等人的US2011/0045223A1)。由于其独特的结构、电学和化学特性，氮化硼显示出对于各种应用的前景。氮化硼由于其优异的机械性能而受到关注，并且已经在绝缘和辐射屏蔽应用中使用。关于辐射屏蔽，氮化硼材料已用于恶劣环境中，例如高空航空航天飞行、太空探索和军事应用(装甲)以及用于常规应用(汽车、太阳能住房和建筑物、化妆品、服装、毛毯、头盔等)的常规辐射屏蔽。(参见例如，Kang等人的EP2567385A1)。关于氮化硼的生产和可商购获得的氮化硼粉末的分散有许多参考文献。可以发现许多关于使用石墨作为石墨烯制备中的前体的参考文献。在制备石墨烯中使感兴趣的材料石墨变成其多晶结构的主要特征是各向异性的碳复合片(sp2共价键合的石墨烯类碳)，但其通过相对较强的范德华力而三维堆积。六方氮化硼(h-BN)，有时被称为白色石墨，其在结构上类似于石墨，具有类似地通过范德华力保持在一起的层状片。与石墨烯的全碳结构相比，每个h-BN片由交替地位于平面六方晶体结构中的硼原子和氮原子组成。h-BN的层间结构使得相邻层中的硼原子和氮原子由于两个原子的极性而彼此重叠，形成所谓的AB堆积。附图说明图1是根据本公开各个方面的用于纯化受污染流体的系统的图示。图2是根据本公开各个方面的用于纯化受污染流体的过滤器组合件的横截面视图；和图3是根据本公开各个方面的用于纯化受污染流体的另一种过滤器组合件的横截面视图。具体实施方式以下实施方案的描述本质上仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开内容的主题、其应用或用途。如在全文中所使用的，范围被用作描述该范围内的每个值的简写。可以选择范围内的任何值作为范围的端值。除非另有规定，否则本文和说明书中其他地方表示的所有百分比和量应理解为指重量百分比。出于本说明书和所附权利要求的目的，除非另外指出，否则在说明书和权利要求中使用的表示数量、百分比或比例以及其他数值的所有数字应理解为在所有情况下被术语“约”修饰。术语“约”的使用适用于所有数值，无论是否明确指出。该术语通常指本领域普通技术人员认为的所述数值合理偏差量(即，具有等效功能或结果)的数字范围。例如，该术语可以被解释为包括给定数值±10％，或者±5％，或者±1％的偏差，条件是这样的偏差不改变值的最终功能或结果。因此，除非相反地指出，否则本说明书和所附权利要求中叙述的数值参数是近似值，其可以根据本专利技术寻求获得的期望性质而变化。应注意，如在本说明书和所附权利要求中使用的，没有数量词修饰的指示物包括复数的指示物，除非清楚且明确地限于一个指示物。如本文所使用的，术语“包括”旨在表示非限制性的，使得列表中叙述的项目不排除可以替换或添加到所列项目的其他类似项目。例如，如本说明书和以下权利要求中所使用的，术语“包含”、“包括”和“具有”是包含性的(即，开放式的)并且不排除额外的元素或步骤。因此，这些术语不仅旨在涵盖所列举的要素或步骤，而且还可以包括未明确记载的其他要素或步骤。此外，如本文所使用的，当与要素连用时，要素前不使用数量词可以表示“一个”，但是其也符合“一个或更多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的意思。因此，在没有更多限制的情况下，要素前无数量词不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过滤器组合件，所述组合件包括：限定第一内部流体通道的主壳体；在所述主壳体内并限定第二内部流体通道的第一子壳体，所述第二内部流体通道与所述第一内部流体通道流体连通；在所述第一子壳体内并限定第三内部流体通道的第二子壳体，所述第三内部流体通道与所述第二内部流体通道流体连通；与所述主壳体流体连通的流体入口；与所述第二子壳体流体连通的流体出口；在所述主壳体内部并包围所述第一子壳体的第一吸附介质；在所述第一子壳体内部并包围所述第二子壳体的第二吸附介质；和在所述第二子壳体内部的第三吸附介质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.15 US 62/278,987;2016.01.27 US 62/287,4441.一种过滤器组合件，所述组合件包括：限定第一内部流体通道的主壳体；在所述主壳体内并限定第二内部流体通道的第一子壳体，所述第二内部流体通道与所述第一内部流体通道流体连通；在所述第一子壳体内并限定第三内部流体通道的第二子壳体，所述第三内部流体通道与所述第二内部流体通道流体连通；与所述主壳体流体连通的流体入口；与所述第二子壳体流体连通的流体出口；在所述主壳体内部并包围所述第一子壳体的第一吸附介质；在所述第一子壳体内部并包围所述第二子壳体的第二吸附介质；和在所述第二子壳体内部的第三吸附介质。2.根据权利要求1所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质包含沸石。3.根据权利要求1所述的过滤器组合件，其中所述第二吸附介质包含沸石和氮化硼。4.根据权利要求3所述的过滤器组合件，其中所述氮化硼为六方氮化硼(h-BN)、粉末、纳米纤维、纳米片、纳米管或其任意组合的形式。5.根据权利要求1所述的过滤器组合件，其中所述第三吸附介质包含：沸石；和氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种。6.根据权利要求2至5中任一项所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个还包含稀土元素。7.根据权利要求2至5中任一项所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个还包含离子盐。8.根据权利要求2至5中任一项所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个还包含铁的硫酸盐。9.根据权利要求1所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个包含：沸石；氮化硼；和氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种。10.根据权利要求9所述的过滤器组合件，其中所述氮化硼为六方氮化硼(h-BN)、粉末、纳米纤维、纳米片、纳米管或其任意组合的形式。11.根据权利要求9所述的过滤器组合件，其中所述沸石与所述氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种以约100:0.001至约100:0.01的重量比存在。12.根据权利要求9所述的过滤器组合件，其中所述沸石与所述氮化硼以约100:0.005至约100:0.05的重量比存在。13.根据权利要求1所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个包含：氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种；和沸石、氮化硼、稀土元素、离子盐和铁的硫酸盐中的一种或多于一种。14.根据权利要求13所述的过滤器组合件，其中所述氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种与所述氮化硼以约1:0.01至约1:2的重量比存在。15.根据权利要求13所述的过滤器组合件，其中所述氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种与所述沸石以约1:0.01至约1:2的重量比存在。16.根据权利要求13所述的过滤器组合件，其中所述氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种与所述稀土元素以约1:0.01至约1:2的重量比存在。17.根据权利要求13所述的过滤器组合件，其中所述氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种与所述离子盐以约1:0.01至约1:2的重量比存在。18.根据权利要求13所述的过滤器组合件，其中所述氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种与所述铁的硫酸盐以约1:0.01至约1:2的重量比存在。19.一种过滤器组合件，所述组合件包括：限定具有远端和近端的内部流体通道的壳体；与所述近端流体连接的流体入口；与所述远端流体连接的流体出口；邻近所述近端的第一吸附介质；邻近所述远端的第二吸附介质；和在所述第一吸附介质和所述第二吸附介质之间的第三吸附介质。20.根据权利要求19所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质包含沸石。21.根据权利要求19所述的过滤器组合件，其中所述第二吸附介质包含沸石和氮化硼。22.根据权利要求21所述的过滤器组合件，其中所述氮化硼为六方氮化硼(h-BN)、粉末、纳米纤维、纳米片、纳米管或其任意组合的形式。23.根据权利要求19所述的过滤器组合件，其中所述第三吸附介质包含：沸石；和氧化石墨、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或多于一种。24.根据权利要求20至23中任一项所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个还包含稀土元素。25.根据权利要求20至23中任一项所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个还包含离子盐。26.根据权利要求20至23中任一项所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个还包含铁的硫酸盐。27.根据权利要求19所述的过滤器组合件，其中所述第一吸附介质、所述第二吸附介质和所述第三吸附介质中的一个或多于一个包含：沸石；氮化硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·F·雅尔布特，
申请(专利权)人：梅多克斯私人投资有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG