專利名稱：原纖化納米纖維的用途和從流體中除去可溶物、膠體顆粒和不溶顆粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于除去流體中的可溶物和膠體顆粒、不溶顆粒的過 濾器。具體地說，本發(fā)明涉及從流體中除去可溶的鉛和不溶鉛，且更
具體地講涉及使用原纖化納米纖維作為過濾介質(zhì)之一從高pH流體中除 去可溶的鉛和不溶鉛。
背景技術(shù)：
某些水處理應(yīng)用的特征為需要除去溶解的物質(zhì)和懸浮的物質(zhì)或膠 體物質(zhì)。雖然鉛已在許多消費產(chǎn)品中使用，但目前已知鉛是一種如果 吸入或攝取將損害人體健康的有毒金屬。重要的鉛暴露源包括環(huán)境 空氣、土壤和灰塵(家內(nèi)和家外)、食物(其可被空氣中或食物容器中的 鉛污染)和水(源于鉛錘的腐蝕)。材料如離子交換樹脂和反滲透膜有效 減少或充分除去溶解的離子物質(zhì)。處于高pH的微粒鉛主要作為膠體碳 酸鉛存在。如果過濾介質(zhì)提供有還可適應(yīng)壓差的足夠細(xì)的網(wǎng)孔，則可 將這些膠體微粒固體物理除去。
已發(fā)展并頒布了調(diào)節(jié)飲用水中所允許的污染物的量的標(biāo)準(zhǔn)。例如， 一個這樣的標(biāo)準(zhǔn)為NSF/ANSI 53,題為"飲用水處理裝置-健康影響 (DRINKING WATER TREATMENT UNITS - HEALTH EFFECT)"。這是用
于建立對于用以減少公用或非公用水供應(yīng)中的具體健康相關(guān)污染物的 使用點和進入點飲用水處理系統(tǒng)的材料、設(shè)計、構(gòu)造和性能的最低要 求的NSF國際標(biāo)準(zhǔn)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)以及其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議控 制飲用水中包括鉛在內(nèi)的污染物的量，控制用于除去那些污染物的測 試協(xié)議以提供針對用以除去或減少這類污染物的濾水器的功效的基 準(zhǔn)。
例如，按照NSF要求，關(guān)于總鉛量的流入挑戰(zhàn)為O. 15mg/L或150ppb，其中30y。或50ppb為總微粒鉛，且20y。的總微粒鉛或10ppb為大小在0. 1 微米和l. 2微米之間的鉛粉。最大流出鉛濃度為O. 010mg/L?？傘U要求 適用于鉛pH 6. 5和鉛pH 8. 5的減少測試。鉛樣吏粒和鉛粉值僅與鉛pH 8. 5 測試最相關(guān)。用于本發(fā)明的說明書的過濾器能夠滿足對于減少飲用水 中的鉛的NSF或其它類似標(biāo)準(zhǔn)挑戰(zhàn)要求。
多年來，已利用纖維如纖維素作為助濾劑來改善流動并降低跨越 床或預(yù)涂層的表面的壓差。纖維顯著改善膠體物質(zhì)的去除，尤其是與 帶電荷的物質(zhì)如離子交換樹脂結(jié)合使用時。1980年2月26日頒予 Halbfoster的題為"帶電助濾物質(zhì)和離子交換床(CHARGED FILTER AID MATERIAL AND ION EXCHANGE BED)"的美國專利號4， 190， 532首次描 述組合帶電荷的離子交換樹脂和帶電荷的助濾劑如處理過的纖維素纖 維的協(xié)同效應(yīng)。該專利中所體現(xiàn)的發(fā)明目前廣泛用于商業(yè)應(yīng)用中，如 處理發(fā)電廠中的高品質(zhì)冷凝水。
2005年3月29日頒予Koslow的題為"納米纖維過濾介質(zhì)(NANOFIBER FILTER MEDIA)"的更新近的專利，美國專利號6， 872， 311,描述了納 米纖維作為加強過濾介質(zhì)的用途。該專利指出，稱為原纖維化的物理 過程強化了標(biāo)準(zhǔn)過濾介質(zhì)例如纖維素纖維的性能。此外，該專利還指 出，在加入納米纖維的情況下制造改善了的空氣過濾介質(zhì)的方法。出 于過濾目的，該方法也已與活性碳組合而商業(yè)化。
有許多獨立機構(gòu)例如NSF國際性組織、UL和WQA (僅舉幾個例子)評 估且證實了過濾裝置從飲用水中除去鉛的性能。 一般來說，其批準(zhǔn)印 章出現(xiàn)在裝置和產(chǎn)品包裝上。源于這些機構(gòu)的新測試標(biāo)準(zhǔn)要求除去高 pH流體中的鉛。
發(fā)明描述
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的問題和不足，因此，本發(fā)明的目標(biāo)在于提供用于 從流體中除去可溶物、膠體顆粒和不溶顆粒的過濾器。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)在于提供用于除去高pH流體環(huán)境中的可溶物、 膠體物質(zhì)和不溶物質(zhì)的過濾器。本發(fā)明的又一 目標(biāo)在于提供使用原纖化納米纖維作為過濾介質(zhì)之
一來除去高pH流體環(huán)境中的可溶物、膠體物質(zhì)和不溶物質(zhì)的過濾器。 本發(fā)明的另 一 目標(biāo)在于提供用于從經(jīng)處理達到飲用水規(guī)格的流體
中除去可溶的鉛、膠體鉛和不溶鉛的過濾器。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)在于提供過濾器，其具有以褶片形式形成的原
纖化納米纖維的過濾介質(zhì)，用于從高pH流體中除去可溶的鉛、膠體鉛
和不溶鉛。
本發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)勢在某種程度上將是顯然的且在某種程度 上將自本說明書顯而易見。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的上述和其它目標(biāo)在本發(fā)明中
實現(xiàn)， 一方面，本發(fā)明涉及用于從流體中除去可溶物質(zhì)、膠體物質(zhì)和 不溶物質(zhì)的過濾器，所述過濾器包括容器，用于接收進入的流體且 用于固定過濾介質(zhì)并向所述流體中引入過濾介質(zhì)；第一過濾介質(zhì)，用 于從所述流體中過濾可溶物質(zhì)；第二過濾介質(zhì)，其與所述第一過濾介 質(zhì)相鄰且與之流體連通，用于從所述流體中過濾所述可溶物質(zhì)；其中 所述第一過濾介質(zhì)與所述第二過濾介質(zhì)在它們的界面處產(chǎn)生所述膠體 物質(zhì)的物理阻擋層以捕獲所述膠體顆粒；所述膠體顆粒保留在所述界 面處，直至其變得可溶解于所述流體中，穿過所述界面且由所述第二 過濾介質(zhì)除去。
所述可溶物質(zhì)和膠體物質(zhì)可包括鉛、有機污染物或無機污染物。 所述過濾介質(zhì)可包含原纖化納米纖維作為所述過濾介質(zhì)之一。所述過 濾介質(zhì)可包括離子交換珠粒、粉末、樹脂、吸附劑、沸石或碳。
可使用位于所述界面處的第三過濾介質(zhì)來捕獲所述膠體顆粒和不 溶顆粒。
第二方面，本發(fā)明涉及用于從高pH流體中除去可溶的鉛、不溶鉛 和膠體鉛顆粒的過濾器，所述過濾器包含容器，用于接收進入的流 體且用于固定過濾介質(zhì)并向所述流體引入過濾介質(zhì)；第一過濾介質(zhì)， 包括離子交換珠粒、樹脂或粉末，用于從所述流體中過濾可溶的鉛； 第二過濾介質(zhì)，其與包括原纖化納米纖維的所述第一過濾介質(zhì)相鄰且與之流體連通，用于從所述流體中過濾可溶的鉛；其中所述第一過濾 介質(zhì)與所述第二過濾介質(zhì)在它們的界面處產(chǎn)生物理膠體鉛阻擋層以捕 獲所述膠體鉛顆粒；所述膠體鉛顆粒保留在所述界面上，直至其變得 可被所述流體溶解并吸收，因此穿過所述界面且由所述第二過濾介質(zhì) 從所述流體中除去。
第三方面，本發(fā)明涉及用于從高pH流體中除去可溶的鉛和微粒鉛 的方法，所述方法包括在流體流動路徑中引入第一過濾介質(zhì)，其中 所述流體含有可溶的鉛和孩t粒鉛；由所述第一過濾介質(zhì)從所述流體中 除去可溶的鉛；在界面區(qū)域捕獲微粒鉛顆粒，而在所述流體流動路徑 中引入笫二過濾介質(zhì)，且保持所述微粒鉛顆粒被捕獲直至其可溶解于 所述流體中；和由所述第二過濾介質(zhì)從所述流體中除去可溶的鉛。
第四方面，本發(fā)明涉及使用原纖化納米纖維作為用于去除顆粒的 過濾介質(zhì)的方法，包括提供許多原纖化納米纖維；使所述原纖化納 米纖維負(fù)載細(xì)分的介質(zhì)；使所述原纖化納米纖維形成褶片；和將至少 一個所述褶片裝入濾筒中。
第五方面，本發(fā)明涉及使用原纖化納米纖維作為用于去除顆粒的 過濾介質(zhì)的方法，包括提供許多原纖化納米纖維；使所述原纖化納 米纖維負(fù)載細(xì)分的介質(zhì)；利用所述負(fù)載了的納米纖維作為所述過濾介 質(zhì)的預(yù)涂過濾層。
第六方面，本發(fā)明涉及使用原纖化納米纖維作為用于去除由核電 廠工藝產(chǎn)生的廢物顆粒的過濾介質(zhì)的方法，包括提供許多原纖化納 米纖維；使所述原纖化納米纖維負(fù)載細(xì)分的介質(zhì)；使所述原纖化納米 纖維形成褶片；將至少 一個所述褶片裝入濾筒中以從所述核電廠的廢 物或其它物流中除去膠體過渡金屬物質(zhì)；使所述濾筒與來自所述核電 廠的工藝廢物接觸。
附圖簡述
認(rèn)為本發(fā)明的特征是新穎的且本發(fā)明的要素特征以附加權(quán)利要求 書中的細(xì)節(jié)闡述。附圖僅用于說明目的且并未按比例繪制。然而，本發(fā)明本身，關(guān)于組織和操作方法，可參考如下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明來
更好地理解，其中


圖1A為用于從流體中除去可溶物和不溶膠體物質(zhì)的雙重褶介質(zhì)過
濾器的剖面圖。
圖1B為圖l的過濾介質(zhì)的透視圖，其描繪在界面介質(zhì)處的過濾區(qū) 域，其中膠體鉛顆粒因直接流過過濾介質(zhì)而被截留。
圖2為圖1的過濾介質(zhì)的剖面圖，描繪用于從流體中除去可溶物質(zhì) 和膠體物質(zhì)的三個過濾區(qū)域。
圖3為用于從流體中除去可溶物質(zhì)和膠體物質(zhì)的三重過濾介質(zhì)的 剖面圖。
圖4描繪在兩(2)升流體之后對于10個過濾系統(tǒng)和2個控制單元測 量的鉛微粒值的表。
圖5描繪在四(4)升流體之后對于所述10個過濾系統(tǒng)和2個控制單 元測量的鉛」微粒值的表。
圖6描繪平均總微粒鉛減少效率對平均流動孔徑的曲線。
圖7描繪流出物總微粒濃度對平均流動孔徑的曲線。
實施本發(fā)明的模式
在描述本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案中，在本文中將提及附圖的圖 l-7，其中相同數(shù)字是指本發(fā)明的相同特征。
如本申請中所用，"納米纖維"是指直徑小于四十(40)微米且優(yōu) 選小于10微米的纖維芯。原纖維化是指用以產(chǎn)生附著于主纖維或纖維 芯上的、直徑優(yōu)選小于一(l)微米的納米纖維細(xì)巻須的物理過程。
原纖化納米纖維在某些水處理應(yīng)用中提供以前未曾預(yù)料到的益 處?？蓪?biāo)準(zhǔn)纖維類型例如纖維素和丙烯酸類用作納米纖維原纖維化 工藝的原料。在納米纖維原纖維化工藝中，所用的纖維芯優(yōu)選長度為 約3. 5mm,雖然對于一些應(yīng)用來說，將優(yōu)選較小的長度，且隨后使其原 纖維化以提供從所述核心伸出的許多細(xì)巻須。
可使用原纖化納米纖維來制造或進一步加工成其它有用形式，如片或褶膜。所述片進而可被層化、纏繞或制造成流道(flow-through) 形式。可利用所述褶膜來單獨或與其它材料組合制造或進一步構(gòu)造成 筒式過濾器。
在與當(dāng)前用于水處理應(yīng)用的其它材料組合使用時，所述原纖化納 米纖維提供重要的性能優(yōu)勢。原纖化纖維的獨特結(jié)構(gòu)允許比可用當(dāng)前 技術(shù)所實現(xiàn)的高得多的這些水處理物質(zhì)的負(fù)載量。所負(fù)載的物質(zhì)可為 帶電荷的物質(zhì)或中性物質(zhì)。這些物質(zhì)的實例包括但不限于合成的有機 和無機離子交換劑、沸石、碳、吸附劑和金屬氧化物例如二氧化鈦、 金屬氫氧化物和其它助濾劑。
可將所述原纖化納米纖維的褶片裝入小型濾筒例如在玻璃瓶、使 用點(P0U)容器或進入點(P0E)容器中所用的濾筒中。這些實施方案適 用于飲用水和工藝水的應(yīng)用。原纖化納米纖維構(gòu)造允許更好地過濾， 尤其對于膠體顆粒來說，而不犧牲水力性質(zhì)或使用壽命。這類用途的 主要實例是處理可飲水以除去膠體鉛，此為用現(xiàn)有技術(shù)的商業(yè)化技術(shù) 困難或者甚至不能實現(xiàn)的方法。應(yīng)注意到，雖然本文描述了鉛污染物 的去除，但本發(fā)明并不限于任何特定的污染物，且可用于以可溶物或 膠體狀態(tài)存在的其它污染物，以及用于非膠體顆粒。鉛污染物去除作 為 一 個說明性實例來論述。
對于去除膠體鉛的要求在某種程度上由最新進展的NSF鉛協(xié)議規(guī) 定，其要求除去低pH的處理過的挑戰(zhàn)性水(challenge water )以及高 pH的處理過的挑戰(zhàn)性水中的鉛。雖然NSF/ANSI協(xié)議是工業(yè)中對于飲用 水中的污染物去除的官方(governing)程序，但它并不是唯一程序， 且本發(fā)明可經(jīng)調(diào)整以適應(yīng)可與NSF/ANSI標(biāo)準(zhǔn)不同或或多或少更嚴(yán)格的 其它污染物去除協(xié)議。
在官方的NSF測試中，在處理過的挑戰(zhàn)性水中引入約100份每十億 份(ppb)的可溶的鉛。該鉛顆粒大小為約O. l至l. 2微米。 一般來說，約 l微米或以下的顆粒將保留在懸浮液中。在優(yōu)選的實施方案中，如圖l 所示，引入包含兩種過濾介質(zhì)12、 14的過濾器10。出于說明性的目的 展示了打褶的過濾器，然而，本發(fā)明并不限于其它過濾介質(zhì)形狀或形
ii式。使用重力流模型作為說明性實例，雖然本發(fā)明并非如此限制，滿
足NSF要求的處理過的挑戰(zhàn)性水流入第一過濾介質(zhì)14中，該第一過濾介 質(zhì)14主要為能夠從處理過的挑戰(zhàn)性水中除去可溶的鉛的合適材料。當(dāng) NSF處理過的挑戰(zhàn)性水穿過在第 一介質(zhì)14與第二介質(zhì)12之間的界面介 質(zhì)18時，在該兩種過濾介質(zhì)之間的界線阻止微粒鉛20的前進且禁止微 粒鉛20穿過到達第二介質(zhì)12。微?；蚰z體鉛20被截留在界面18處。微 ?；蚰z體鉛20的傾向是經(jīng)吸收最終轉(zhuǎn)變到可溶溶液中。因此，所述處 理過的挑戰(zhàn)性水通過溶解膠體鉛直到所有截留在界面介質(zhì)18處的微粒 鉛20都吸收到所述處理過的挑戰(zhàn)性水中而變得可溶解鉛。優(yōu)選過濾介 質(zhì)14為非物理過濾介質(zhì)，因為其并非主要用以阻止物理(膠體)鉛顆粒。 該過濾介質(zhì)可由浸漬紙形成，不過可使用其它形式的過濾介質(zhì)，只要 所述過濾介質(zhì)主要為可溶物過濾介質(zhì)即可。
如圖1A的透視圖所描繪，在界面介質(zhì)18處，形成過濾區(qū)域22，在 那里不溶鉛顆粒和膠體鉛顆粒由于直接流過過濾介質(zhì)12而被截留。在 該過濾區(qū)域22中，存在可溶的鉛與膠體鉛的組合。因為膠體鉛被吸收 到流道的挑戰(zhàn)性水中，所以其穿過界面介質(zhì)18，而過濾介質(zhì)12除去可 溶的鉛。
以此方式，如在圖2中所描繪，雙過濾介質(zhì)過濾器30的三維剖面圖 形成一個三區(qū)域過濾器。在引入被處理的挑戰(zhàn)性水的第一過濾區(qū)域32 中，將含有固定助濾劑例如碳、離子交換珠粒、原纖化納米纖維及其 它適于執(zhí)行過濾的介質(zhì)的浸漬紙的可溶鉛過濾介質(zhì)提供給該被處理的 挑戰(zhàn)性水以除去盡可能多的可溶的鉛。在過濾區(qū)域34中，鉛顆粒截留 在介于第一過濾介質(zhì)31與第二過濾介質(zhì)36之間的界面處。為阻止鉛的 物理組分，在該兩個過濾介質(zhì)之間的界面是必需的。 一旦被截留，物 理鉛顆粒將留在過濾區(qū)域34內(nèi)的界面處，直到其變得可溶并溶解到流 動的被處理的挑戰(zhàn)性水中。當(dāng)先前捕獲的物理鉛顆粒被完全吸收到流 動的被處理的挑戰(zhàn)性水中時，第二過濾介質(zhì)36,其有效形成第三過濾 區(qū)域，起到除去剩余可溶的鉛的作用。
在另一實施方案中，如在圖3中所描繪，三維剖面圖顯示插入過濾區(qū)域34當(dāng)前存在處的過濾介質(zhì)38。過濾介質(zhì)38的表面替代第二過濾介 質(zhì)36的表面。過濾介質(zhì)38因此將充當(dāng)新的界面且將有一個延伸到過濾 介質(zhì)38上方的過濾區(qū)域。過濾介質(zhì)38可由聚合物處理過的過濾介質(zhì)等 形成，以促進更有效地截留物理鉛顆粒并強化鉛顆粒被吸收到流動的 被處理的挑戰(zhàn)性水。
一般來說，包括可溶的鉛的低pH的被處理的挑戰(zhàn)性水可具有通過 某一過濾介質(zhì)例如離子交換珠粒成功除去的可溶的鉛。相比之下，離 子交換珠粒、樹脂或粉末在從高pH的被處理的挑戰(zhàn)性水中除去可溶的 鉛方面并非同樣有效。然而，新的NSF測試協(xié)議規(guī)定在高pH(6. 5 pH和 8.5 pH)的被處理的挑戰(zhàn)性水中的容許的鉛微粒含量。本發(fā)明的高pH 鉛過濾器將成功地從高pH的被處理的挑戰(zhàn)性水中除去可溶的鉛，而現(xiàn) 有技術(shù)的其它過濾介質(zhì)不能履行嚴(yán)格的NSF標(biāo)準(zhǔn)。離子交換珠粒、樹脂 或粉末的第一過濾介質(zhì)與浸漬紙、原纖化納米纖維等的第二過濾介質(zhì) 的結(jié)合(它們形成產(chǎn)生用于在過濾介質(zhì)界面處阻止鉛的物理組分的中 間過濾區(qū)域，以便最后吸收到流體中且隨后由第二過濾介質(zhì)除去)，將 按照NSF協(xié)議成功地從高pH溶液中除去可溶的鉛和不溶鉛。
原纖化納米纖維的褶片提供流體和氣體過濾應(yīng)用的益處，包括形 成如上文所討論的三區(qū)域過濾器的至少 一種介質(zhì)。
微粒鉛減少測試
測試十(10)個系統(tǒng)的鉛減少情況。過濾器具有由納米纖維制成的 具有O. 26微米到2. 6微米的不同平均流動孔徑的濾紙。鉛溶液根據(jù)NSF 的pH8. 5鉛標(biāo)準(zhǔn)物。通過重力流動引入四(4)升溶液，收集流出物且根 據(jù)NSF協(xié)議測量鉛濃度。
在所有十個系統(tǒng)中，溶液的總可溶的鉛部分不受影響。微粒部分 受影響，且顆粒減少效率隨平均流動孔徑減小而增加。本發(fā)明過濾器 的平均流動孔徑優(yōu)選將為約l. 2微米或以下。NSF協(xié)議允許鉛的最大流 出濃度為十(10)份每十億份(ppb)。具有l(wèi). 2微米平均流動孔徑的過濾 器呈現(xiàn)出微粒鉛在6ppb和10ppb之間的 總流 出物。
結(jié)果表明，使用本發(fā)明的過濾器設(shè)計，當(dāng)使用具有低于1.2微米的平均流動孔徑的過濾器時，總鉛微粒減少到低于10ppb。該減少率隨孔 徑減小而增力口。
圖4描繪在兩(2)升流體之后對于10個過濾器系統(tǒng)和2個控制單元 測量的鉛微粒值的表。圖5描繪在四(4)升流體之后關(guān)于同 一值的表。 如所示，鉛微粒減少率隨平均流動孔徑減小而增加。此外，減少效率 隨著更多水穿過過濾器而增加，這也將是隨著鉛微粒被阻止在過濾介 質(zhì)表面上有效總孔徑減小的結(jié)果。
圖6描繪平均總微粒鉛減少效率對平均流動孔徑的曲線。正如所 料，減少效率隨孔徑增加而降低。圖7描繪流出物總微粒濃度對平均流 動孔徑的曲線。隨著孔徑增加，流出物中的總微粒濃度增加。如由測 試數(shù)據(jù)所證明，當(dāng)平均流動孔徑為約l. 2微米或以下時，總流出物鉛濃 度降至低于10ppb。已顯示約O. 5至0. 7微米的孔徑為有效的，且將充分 滿足并超過NSF標(biāo)準(zhǔn)。這保證了流入物的幾乎100。/。的可溶部分能用鉛吸 附介質(zhì)、離子交換介質(zhì)等除去。另外，可將鉛吸附劑或離子交換介質(zhì) 直接引到紙本身，這將通過將流入物中微粒部分中的一些轉(zhuǎn)化為可溶 的鉛以便隨后由過濾介質(zhì)除去而進一 步增加總微粒鉛減少率。
過濾介質(zhì)，其包括所述原纖化納米纖維介質(zhì)，還可用粉末狀離子 交換樹脂、吸附劑、碳等的微細(xì)介質(zhì)"負(fù)載"。在本文中，"負(fù)載" 可指在納米纖維表面上的絮凝(包括電學(xué)相互作用、物理吸附)等。在 每一種情況中，原纖化納米纖維都提供顯著更大的表面積和更緊密的 孔徑。后一組合提供更好的過濾，尤其是對于小顆粒例如膠體來說， 而對壓差沒有典型的不利影響。
含有纖維、陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和/或其它吸附劑例 如碳、沸石等的常規(guī)絮凝產(chǎn)物的性能會受到水力特性和操作能力的限 制。原纖化納米纖維替換標(biāo)準(zhǔn)短切纖維由于更低的壓差和更高的操作 能力而對于離子交換樹脂更好地負(fù)載在纖維上提供了增強的效用。
在吸收性負(fù)載到原纖化納米纖維上的情況下，離子交換樹脂、陰 離子交換樹脂、吸附劑或所加的助濾劑的量增加到用標(biāo)準(zhǔn)絮凝或吸收 所容許的量以上。更大的負(fù)載量進而提供更高的能力和更好的污染物去除。此外，增加的負(fù)載容量有利于以一個或兩個步驟而不是現(xiàn)有技 術(shù)的常用三步法來生產(chǎn)絮凝型產(chǎn)物。
膠體顆粒。使用原纖化納米纖維作為本發(fā)明過濾器的過濾介質(zhì)之一 ， 幫助將膠體鉛顆粒截留在界面處并隨著可溶的鉛流過過濾介質(zhì)而除去 可溶的鉛。在該過濾介質(zhì)的另一實施方案中，原纖化納米纖維可并入 片或褶膜中。
在另一實施方案中，可使用原纖化納米纖維來從核電廠中的廢物 或其它物流中除去膠體過渡金屬物質(zhì)。膠體型式的鈷、鐵、銫、銻、 鎳、銅等(它們可為放射性的且通常證明在所謂的"放射性廢物"處理 中非常麻煩)可在流出之前用操作中的的過濾介質(zhì)中加入的原纖化納 米纖維除去。該過濾方法中所用的原纖化纖維還可具有添加的離子交 換性質(zhì)或負(fù)載有先前描述的其它吸附劑。
雖然已結(jié)合具體優(yōu)選的實施方案專門描述了本發(fā)明，但是根據(jù)上 述描述，很多替代、改進和變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易 見的。因此，所附權(quán)利要求書將打算包含屬于本發(fā)明的真實范圍和精 神的任何此類替代、改進和變化。
因此，已經(jīng)描述了本發(fā)明，其權(quán)利要求如下
權(quán)利要求
1.用于從流體中除去可溶物質(zhì)、膠體物質(zhì)和不溶物質(zhì)的過濾器，其包含容器，用于接收進入的流體且用于固定過濾介質(zhì)并向所述流體中引入過濾介質(zhì)；第一過濾介質(zhì)，用于從所述流體中過濾可溶物質(zhì)；第二過濾介質(zhì)，其與所述第一過濾介質(zhì)相鄰且與之流體連通，用于從所述流體中過濾所述可溶物質(zhì)；其中所述第一過濾介質(zhì)與所述第二過濾介質(zhì)在它們的界面處產(chǎn)生所述膠體物質(zhì)的物理阻擋層以捕獲所述膠體顆粒；所述膠體顆粒保留在所述界面處，直至其變得可溶解于所述流體中，穿過所述界面且由所述第二過濾介質(zhì)除去。
2. 權(quán)利要求l的過濾器，其中所述可溶物質(zhì)和膠體物質(zhì)包括鉛、 有機污染物或無機污染物。
3. 權(quán)利要求l的過濾器，其包括把原纖化納米纖維作為所述過濾 介質(zhì)之一。
4. 權(quán)利要求3的過濾器，其中所述原纖化納米纖維包括纖維素或 丙烯酸類組合物。
5. 權(quán)利要求3的過濾器，其中所述原纖化納米纖維構(gòu)成至少一個 過濾材料的褶片。
6. 權(quán)利要求l的過濾器，其包括把離子交換珠粒、粉末、樹脂、 吸附劑、沸石或碳作為所述過濾介質(zhì)之一。
7. 權(quán)利要求l的過濾器，其包括位于所述界面上的用于捕獲所述 膠體顆粒的第三過濾介質(zhì)。
8. 權(quán)利要求7的過濾器，其中所述第三過濾介質(zhì)包括基于聚合物 處理過的過濾材料。
9. 權(quán)利要求7的過濾器，其中所述第三過濾介質(zhì)包括原纖化納米 纖維。
10. 權(quán)利要求9的過濾器，其中所述原纖化納米纖維負(fù)載有粉末狀 離子交換樹脂、金屬氧化物或金屬氬氧化物的微細(xì)介質(zhì)。
11. 權(quán)利要求10的過濾器，其中負(fù)載了的原纖化納米纖維包括絮凝。
12. 權(quán)利要求ll的過濾器，其中所述絮凝包括電學(xué)相互作用或物 理吸附。
13. 用于從高pH流體中除去可溶的鉛、不溶鉛顆粒和膠體鉛顆粒 的過濾器，其包含容器，用于接收進入的流體且用于固定過濾介質(zhì)并向所述流體引 入過濾介質(zhì)；第一過濾介質(zhì)，包括離子交換珠粒、樹脂或粉末，用于從所述流 體中過濾可溶的鉛；第二過濾介質(zhì)，其與包括原纖化納米纖維的所述第一過濾介質(zhì)相 鄰且與之流體連通，用于從所述流體中過濾可溶的鉛；其中所述第一過濾介質(zhì)與所述第二過濾介質(zhì)在它們的界面處產(chǎn)生 物理膠體鉛阻擋層以捕獲所述膠體鉛顆粒；所述膠體鉛顆粒保留在所述界面上，直至其變得可被所述流體溶 解并吸收，因此穿過所述界面且由所述第二過濾介質(zhì)從所述流體中除 去。
14. 權(quán)利要求13的過濾器，其包括位于所述界面上用于捕獲所述 膠體鉛顆粒的第三過濾介質(zhì)。
15. 權(quán)利要求14的過濾器，其中所述第三過濾介質(zhì)包括基于聚合 物處理過的過濾材料。
16. 權(quán)利要求14的過濾器，其中所述第三過濾介質(zhì)包括原纖化納 米纖維。
17. 用于從高pH流體中除去可溶的鉛和微粒鉛的方法，包括 在流體流動路徑中引入第 一過濾介質(zhì)，其中所述流體含有可溶的鉛和微粒鉛；由所述第一過濾介質(zhì)從所述流體中除去可溶的鉛；在將第二過濾介質(zhì)引入所述流體流動路徑中之處的界面區(qū)域捕獲 微粒鉛顆粒，且保持所述微粒鉛顆粒被捕獲直至其可溶解于所述流體中；和由所述第二過濾介質(zhì)從所述流體中除去可溶的鉛。
18. 權(quán)利要求17的方法，其包括在位于所述第一過濾介質(zhì)與所述 第二過濾介質(zhì)之間且與所述第一過濾介質(zhì)和所述第二過濾介質(zhì)相鄰的 第三過濾介質(zhì)處捕獲微粒鉛顆粒。
19. 使用原纖化納米纖維作為用于去除顆粒的過濾介質(zhì)的方法， 包括提供許多原纖化納米纖維； 使所述原纖化納米纖維負(fù)栽細(xì)分的介質(zhì)； 使所述原纖化納米纖維形成褶片；和 將至少 一個所述褶片裝入濾筒中。
20. 權(quán)利要求19的方法，其包括向所述原纖化納米纖維提供離子 交換樹脂。
21. 權(quán)利要求19的方法，其中所述原纖化纖維包括纖維素或丙烯 酸類納米纖維。
22. 權(quán)利要求19的方法，其中所述負(fù)載步驟包括所述原纖化納米 纖維的絮凝。
23.使用原纖化納米纖維作為用于去除顆粒的過濾介質(zhì)的方法， 包括提供許多原纖化納米纖維； 使所述原纖化納米纖維負(fù)載細(xì)分的介質(zhì)； 利用所述負(fù)載了的納米纖維作為所述過濾介質(zhì)的預(yù)涂過濾層。
24.使用原纖化納米纖維作為用于去除由核電廠工藝產(chǎn)生的廢物 顆粒的過濾介質(zhì)的方法，包括 提供許多原纖化納米纖維； 使所述原纖化納米纖維負(fù)載細(xì)分的介質(zhì)； 使所述原纖化納米纖維形成褶片；將至少一個所述褶片裝入濾筒中以從所述核電廠的廢物或其它物流中除去膠體過渡金屬物質(zhì)；使所述濾筒與來自所述核電廠的工藝廢物接觸。
25. 權(quán)利要求24的方法，其中所述過濾介質(zhì)包括碳。
26. 權(quán)利要求24的方法，其中所述過濾介質(zhì)包括離子交換樹脂。
27. 權(quán)利要求26的方法，其包括直接向所述原纖化納米纖維提供 離子交換樹脂。
全文摘要
用于從包括鉛的流體中除去可溶物、膠體顆粒和不溶顆粒的過濾器，其使用用于從所述流體中過濾可溶物質(zhì)的第一過濾介質(zhì)、鄰近第一過濾介質(zhì)且與所述第一過濾介質(zhì)流體連通的用于從所述流體中過濾可溶物質(zhì)的第二過濾介質(zhì)，其中第一過濾介質(zhì)與第二過濾介質(zhì)在它們的界面處產(chǎn)生物理的不溶顆粒阻擋層以捕獲不溶顆粒，當(dāng)不溶顆粒保留在所述界面上時，隨著時間的過去其變得可溶于所述流體中且隨后由第二過濾介質(zhì)除去。所述過濾介質(zhì)的至少一種可為原纖化納米纖維，其負(fù)載有粉末狀離子交換樹脂的微細(xì)介質(zhì)?？蓪⒌谌^濾介質(zhì)置于第一過濾介質(zhì)與第二過濾介質(zhì)之間以加強捕獲和溶解所述物理不溶顆粒。
文檔編號B01D39/16GK101687128SQ200880022613
公開日2010年3月31日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者A·W·羅姆巴多, J·H·施羅伊德, K·德羅薩, N·佩尼斯, P·A·亞內(nèi)爾 申請人:Kx技術(shù)有限公司