专利名称：对纳米结构的捕捉的制作方法
技术领域：
本发明的各实施方式涉及对纳米结构的捕捉。
背景技术：
纳米结构不是自然存在的，至少不是以高集中度自然存在的。存在对于防止人类暴露于集中的纳米结构，尤其是防止人类呼吸系统暴露的兴趣。
发明内容
提供了根据本发明的各实施方式但并非一定是所有的实施方式。
为了更好地理解本发明的各实施方式的各个示例，现在将仅通过示例方式对附图做出参考，其中图I是使用液体捕捉物质的陷阱(trap)的示例；图2图示了与图I中所示陷阱相似但附加地包括分散器的陷阱的示例；图3示意性地图示了纳米结构处理系统，该系统例如包括与图2中所示陷阱相似的陷阱；以及图4示意性地图示了对纳米结构进行捕捉的方法。
具体实施例方式图I、图2和图3示意性地图示了陷阱2的示例，该陷阱2包括入口 6，用于接收输送纳米结构14的流体12 ;捕捉材料10，用于捕捉纳米结构14 ;以及流体的出口 8。捕捉材料10对接收的流体12中所存在的纳米材料14进行捕捉，以使出口 8处的流体16比接收的流体12具有更少的纳米结构14。入口 6的用途是允许输送纳米结构的流体12接触捕捉材料10，而出口 8的用途是允许流体12离开捕捉材料10以使得更多输送纳米结构的流体12可以接触捕捉材料10。在一些实施方式中，入口 6和出口 8可以是独立的，而在其他实施方式中有可能让单个大开口或小开口例如在不同时间作为入口 6和出口 8进行操作。可以通过使流体12穿过捕捉材料10来实现捕捉材料10与输送纳米结构14的流体12之间改善的接触。如果捕捉材料10为固体，则可将其以蜂窝状或泡沫状配置进行布置，以便使输送纳米结构14的流体12可以穿过捕捉材料10并且接触捕捉材料10所呈现的大的表面积。如果捕捉材料10为液体并且输送纳米结构14的流体12为气体，则流体12例如可以冒泡经过液体捕捉材料10。根据图4可以理解陷阱2的操作，该图示意性地图示了方法40。在所示方法中，在框42处，在陷阱2处接收到输送纳米结构14的流体12。继而，在框44处，所接收的输送 纳米结构14的流体12穿过捕捉材料10。流入的输送纳米结构14的流体12穿过捕捉材料10。捕捉材料10捕捉至少一些纳米结构并且流出的流体16与流入的流体6相比具有较少的纳米结构14。参考图1，其图示了使用液体捕捉材料10的陷阱2的一个示例。陷阱2包括容器4，该容器4具有入口 6和单独的出口 8。容器4容纳了用于捕捉纳米结构14的液体捕捉材料10。在图I中所示特定示例陷阱中，输送纳米结构14的流体12为气相，并且入口 6包 括延伸过液体捕捉材料表面进入到液体中的导管，而出口 8则仅延伸到液体表面之上的空处并且不延伸到液体捕捉材料10中。在该示例中，容器4除了对于入口 6和出口 8以外是密封的。流入的流体12与流出的流体16之间的压差致使流入的流体12被吸过液体捕捉材料10。该配置由于流入的流体12冒泡穿过液体捕捉材料10而被称为‘气泡陷阱’。然而，一般而言，流体12可以是液体、气体、凝胶或者任意组合。其可以包括除纳米结构14以外的固体结构。纳米结构14是纳米尺度的材料结构，其具有至少一个小于I μ m的维度。在一些实施方式中，纳米结构14可能是细长纳米结构，具有至少一个小于I μ m的维度以及大于10 μ m的另一维度。在一些实施方式中，纳米结构14可能是有害纤维，其中有害纤维定义为薄于3um、长于20um且在人类肺部中具有生物持久性(不溶解或分解)的结构。在一些实施方式中，纳米结构14可以包括(单壁或多壁)纳米管和/或纳米突(nanohorn)。纳米结构14可由无机材料(不含碳)或有机材料(含碳)形成。有机纳米结构14可以由石墨烯形成。举例而言，有机纳米结构14例如可以是富勒烯、碳纳米管或者碳纳米突。无机纳米结构14例如可以由ZnO或TiO2形成。无机纳米结构14例如可以是纳米管。纳米结构14可以包括提供极性的特定电子轨道构型。举例而言，纳米结构14可以包括共轭形成π电子体系的成对相邻spn(0 < η < 3)杂化电子轨道。这在碳中例如可以出现于石墨烯的碳‘双’键(sp2)。捕捉材料10可以是固体或液体。一种合适的液体是离子液体。离子液体是熔融的离子盐，该离子盐在使用温度下处于熔融态/液态。这并不意味着其状态一定已经变为熔融态。使用温度例如可以是室温或者室温以上或室温以下。举例而言，使用温度可能低达或低于液氮的沸点(77K ；-196°C )或者高达从焚化炉的排气温度(例如500°C )或者任何中间温度。离子液体可以是室温离子液体(RTIL)，这是在室温(293K)下为液体的离子液体。因此，室温离子液体(RTIL)是在室温下为熔融/液体的离子盐。根据定义，离子盐是强极性的。阴离子相比于阳离子的电子亲和性导致离子形成。离子液体通常包括小阴离子和庞大的非对称有机阳离子。阳离子包括形成共轭η电子体系的多个成对相邻spn(0<n<3)电子轨道。离子液体可以是具有多个离域共轭Ji电子体系的芳香族。阳离子例如可以选自咪唑織、卩比唳锡、咕嗪 翁、卩比嗪 翁、嚼唑鐵、三唑I翁、吡唑I翁、吡咯烷I翁、哌啶I翁、四烷基铵或四烷基磷I翁中的一个或多个。
阴离子例如可以选自氯离子、溴离子和碘离子、氟化硼离子、氟化磷离子、硝酸根、硫酸根、硫酸氢根、碳酸氢根、芳基磺酸根、烷基磺酸根、单氟烷基磺酸根、二氟烷基磺酸根、羧酸根、氟化羧酸根、[PF6]\ [八8 6]_和[SbF6]_中的一个或多个。因此，RTIL的一个示例是I- 丁基-3-甲基-咪唑六氟磷酸盐[BMM]。该离子化合物具有包括咪唑的阳离子。咪唑是C3H4N2的平面环，其为强极性化合物(超过I德拜的偶极)。所述环由于其具有离域共轭η电子体系而是芳香族的。流体12中存在的极性纳米结构14与强极性捕捉材料10相互作用，并且在纳米结构14与捕捉材料10之间经由JI-Ji电子体系相互作用而形成范德华键(Van der Waalsbonds)。这些键足以将纳米结构14捕捉在捕捉材料10内。如果使用离子液体作为捕捉材料10，则其可以在其捕捉纳 米结构时变为凝胶。这改善了处理的简易性。一些离子液体能够捕捉5wt%的纳米结构。图2图示了陷阱2的示例，其类似于图I中所示的陷阱，但附加地包括分散器20。分散器20被配置用于在捕捉材料10内分散纳米结构。分散器可以附加地在纳米结构14发生纠缠的情况下帮助其解除纠缠。分散器20可以是机械分散器、化学分散器或者热力学分散器。热力学分散器的一个不例是加热器。化学分散器的一个不例是分散剂或者分散添加剂。机械分散器例如可以是搅拌器或者混合器或者超声波源。超声波提供非接触式分散。分散器20可以在通过入口 6提供流体12时连续操作。图3示意性地图示了纳米结构处理系统30。该系统30包括与图2中所示陷阱相似的陷阱2。系统30附加地包括源32，该源32向陷阱2提供输送纳米结构14的流体12 ；以及由陷阱2将流体提供到的可选收集槽38。源32例如可以是用于制造包括纳米结构14的一种或多种产品的产品制造装置或系统。产品制造装置或系统32内的空气变得被纳米结构14所污染，并且使用陷阱2来净化空气。作为示例，可在制造装置或系统32中生成高压，该高压推动包含纳米结构14的空气作为流体12经过入口 6。备选地，可在收集槽38中生成低压，该低压抽吸包括纳米结构14的空气作为流体12经过入口 6。继而可以可选地将空气从收集槽38回收到源32。源32例如可以是用于制造纳米结构的纳米结构制造装置或系统。纳米结构可以使用任何适当的工艺来生成。所制造的纳米结构通常在空气中生成，并且使用陷阱2来从空气中清除纳米结构。举例而言，可以在纳米结构制造装置或系统32中生成高压，该高压推动包括纳米结构的空气作为流体12经过入口 6。备选地，可在收集槽38中生成低压，该低压抽吸包括纳米结构14的空气作为流体12经过入口 6。继而可以可选地将空气从收集槽38回收到源32。在此实施方式中，纳米结构14储存在捕捉材料10内。因此，可以通过存储和运输包括纳米结构14的捕捉材料10来储存和运输纳米结构14。附示了定位于容器4的底部、用于清除包括纳米结构14的捕捉材料10的旋塞36。纳米结构14可于稍后例如通过使用丙酮清除离子液体或者通过经毛细管作用将离子液体吸收到过滤器中而从捕捉材料10中重新获得。源32例如可以是用于对材料进行燃烧的燃烧室。纳米结构14可以作为燃烧过程的副产品而被生成。纳米结构14通常在空气中生成，并且陷阱2被用于从空气中清除纳米结构14。举例而言，可在纳米结构制造装置或系统32中生成高压，该高压推动包括纳米结构14的空气作为流体12经过入口 6。备选地，可在收集槽38中生成低压，该低压抽吸包括纳米结构14的空气作为流体12经过入口 6。继而可以可选地将空气从收集槽38回收到源32。燃烧室32例如可以用于燃烧碳氢化合物。该燃烧室32例如可以是内燃机引擎或者电厂的一部分。燃烧室32例如可以是用于毁灭产品的焚烧室。要毁灭的产品例如可以包括纳米结构。纳米结构14作为污染物被释放到燃烧室32的空气中，而陷阱2则清除纳米结构污染物。在此实施方式中，收集槽38可以包括过滤器用于在流体16被释放到地球大气中之前对其进行附加的清洁。焚烧室32可以是低温焚烧室。该焚烧室32可以在1300摄氏度(1300摄氏度确保对碳纳米管的摧毁)以下的温度进行操作。该焚烧室32可以在500摄氏度(500摄氏度 是碳纳米管开始损毁的温度)以下的温度进行操作。应当理解，陷阱2可逆地捕捉纳米结构14的能力允许对纳米结构14进行回收。虽然已在前文段落中参考各个示例对本发明的各实施方式进行了描述，但是应当理解，可以在不偏离本发明所要求保护的范围的情况下做出对给定示例的修改。前文描述中所述的特征可在与明确描述的组合不同的组合中加以使用。虽然已参考某些特征对功能进行了描述，但这些功能可由所描述的或未描述的其他特征所执行。虽然已参考某些实施方式对特征进行了描述，但这些特征也可以存在于所描述的或未描述的其他实施方式之中。在力图在前述说明书中关注于那些被认为是特别重要的本发明的特征的同时，应当理解，申请人要求关于以上提及的和/或图中所示的任何可授予专利权的特征或特征组合的保护，无论其被着重强调与否。
权利要求
1.一种陷讲,包括 入口，配置用于接收输送纳米结构的流体； 离子液体，配置用于捕捉所述纳米结构；以及 所述流体的出口。
2.根据权利要求I所述的陷阱，其中所述纳米结构包括有害纤维。
3.根据权利要求I或2所述的陷阱，其中所述纳米结构是有机的。
4.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述纳米结构包括石墨烯结构。
5.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述纳米结构包括碳纳米管。
6.根据权利要求I或2所述的陷阱，其中所述纳米结构是无机的。
7.根据权利要求6所述的陷阱，其中所述纳米结构包括ZnO或Ti02。
8.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述纳米结构包括纳米管。
9.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述纳米结构是极性的。
10.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述纳米结构包括η电子体系。
11.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述离子液体为室温离子液体。
12.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述离子液体包括庞大的非対称芳香族阳离子。
13.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述离子液体包括具有π电子体系的离子。
14.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述离子液体操作用以经由π-π电子体系相互作用而捕捉所述纳米结构。
15.根据任一前述权利要求所述的陷阱，其中所述离子液体在其捕捉纳米结构时变成凝胶。
16.根据任一前述权利要求所述的陷阱，还包括分散器。
17.根据权利要求16所述的陷阱，其中所述分散器是超声波分散器。
18.—种纳米结构处理系统，包括 纳米结构源，配置用于提供输送纳米结构的流体；以及 陷阱，其包括 入口，配置用于接收输送纳米结构的流体；以及 离子液体，配置用于捕捉所述纳米结构。
19.根据权利要求18所述的纳米结构处理系统，其中所述纳米结构源是下列诸项中之 产品制造装置或系统； 纳米结构制造装置或系统； 燃烧装置或系统；以及 低温焚烧装置或系统。
20.根据权利要求18或19所述的纳米结构处理系统，其中所述流体处于气相并且所述陷阱为气泡陷阱。
21.—种方法,包括 接收输送纳米结构的流体；使用离子液体捕捉所述纳米结构；以及 排出所述流体。
22.根据所述的方法，还包括从所述离子液体中重新获得捕捉到的纳米结构。
23.根据所述的方法，还包括将纳米结构作为所述离子液体内的捕捉的纳米结构进行运输或储存。
24.—种陷讲,包括 入口，用于接收输送极性纳米结构的流体； 强极性捕捉材料，用于捕捉极性纳米结构；以及 所述流体的出口。
25.根据权利要求24所述的陷阱，其中所述捕捉材料包括庞大的非対称芳香族阳离子。
26.根据权利要求24或25所述的陷阱，其中所述捕捉材料包括分布共轭的π电子体系O
27.根据权利要求24至26中任一项所述的陷阱，其中所述捕捉材料包括具有多个成对spn(O < η < 3)电子轨道的材料。
28.根据权利要求24至26中任一项所述的陷阱，其中所述捕捉材料操作用以经由π - Ji电子体系相互作用而捕捉所述纳米结构。
29.根据权利要求24至26中任一项所述的陷阱，还包括超声波分散器。
全文摘要
一种陷阱，包括入口，配置用于接收输送纳米结构的流体；离子液体，配置用于捕捉纳米结构；以及流体的出口。
文档编号A62D3/32GK102665826SQ201080051997
公开日2012年9月12日 申请日期2010年9月15日 优先权日2009年11月20日
发明者M·劳瓦拉, T·里阿南, Z·拉迪沃克, 魏迪 申请人:诺基亚公司