多层吸附剂的制作方法

专利名称：：多层吸附剂的制作方法
技术领域：
：本发明一般涉及借助吸附剂的水净化；更具体涉及有机涂层，其可以被附加至基质用以增强所选择的种类的吸附，然后能被重复以增加吸附剂的总容量，
背景技术：
：多种来源的环境污染是一个严重且持续的问题，特别是在发展中国家，在那里利用昂贵的补救技术通常受到限制。砷、铅以及其它重金属是期望从饮用水中去除的常见污染物。很多研究工作已经指向开发体内螯合剂来治疗急性金属中毒的情况；然而，这些螯合剂不允许诸如Pb(II)或As(III)的金属采用它们优选的配位几何构型(coordinationgeometries)，这可导致它们缺乏选择性。利用可逆的配位键合相互作用(coordinatebondinginteractions)的离散超分子聚集体的自装配提供了获得精细且精确设计的结构的机会，这些结构已经引起人们巨大的兴趣。过渡金属已经被最广泛地用于设计配位引起的(coordination-driven)离散结构。相反，少得多的工作集中在利用主族元素作为构建超分子结构的定向单元。最近的研究表明，As(IH)结合适当设计的桥连硫醇根配体(thiolateligands)(L)可以自装配到离散的双核As2L3结构中，其得到As(III)的孤对电子与L的芳环之间的次级超分子相互作用的支持。这些次级健合相互作用(SBIs)可以采用#>多形式，如在具有As(in)的萘-酰亚胺配体的装配中所示，其中弱的砷-氧相互作用支持在溶液中高度对称的配合物，这些SBIs可以类似地起作用以赋予目标分析物选择性。先前的工作已经显示，As"r和其它具有立体化学活性孤对电子的较重主族元素能够以固态形成与芳烃环的紧密接触。为分析这种相互吸引作用，在AsCb-苯二聚体上进行密度泛函理论计算。这些研究显示，砷-芳烃相互作用的结合能下限为7.4kcalmor1，其中C-As距离为3.2-3.4A。此外，尽管相互作用的优选几何构型使砷孤对电子对苯环以68°角定向；然而该结构仅比两个C3-对称的排列稳定0.5kca，inor1。这表明，尽管这种相互作用十分强，但是其几何构型是灵活的。这种孤对电子-7t相互作用可以在本发明的约束下起作用，以针对特定目标诱导更强的结合或者选择可能性。Raymond在美国专利5,049,280(1)(通过引用并入本文)中教导了在溶液中利用配体来结合铁。配体的一部分可包括有机连接基团A，其结合于固体基质Q。该化合物中每个化合物螯合(chelatesorsequester)—个金属离子。这些化合物在本文中被称为"单官能的"，因为一个分子配体附着或螯合一个目标种类(在Raymond的情况中，为金属离子如Fe+3)。在J.Chem.Soc.，DaltonTrans"1999，1185(2)(通过引用并入本文)中，Caulder和Raymond讨论了多种超分子结构。最简单的多金属簇含有由一个或多个配体连接的两个金属位点。当这两种金属离子通过三个相同的C2-对称配体线(strand)连接时，其被写为M2L3，如果两种金属离子具有相同的手性，则所得到的双金属簇被称为三股螺旋(triplehelicate);一个实例是二羟胺铁载体红酵母酸(dihydroxaminesiderophorerhodotorulicacid)，其它实例见参考文献。邻苯二酚酰胺(Catecholamide)和异羟坊酸盐(hydroxamate)配体是超分子配合物中结合单元的优良选择，原因在于这些具有+3金属离子的螯合物在八面体配位环境下具有高度稳定性和可靠性；羟基吡啶酮和吡唑啉酮配体也用于合成超分子簇。还讨论了M4U配合物，其中四面体的顶点作为四个金属离子种类的相互作用点或配位点，以及六个配体作为该四面体的边。对于两个种类的情况，这些配体化合物在本文被称为"双官能的"，而对于更高级的情况则被称为"多官能的"。Turner在"MolecularContainers:DesignApproachesandApplications";StructureandBonding,Vol.108，2004，97(3)(通过引用并入本文)讨论了许多"分子容器"，其是能够在内部容纳一种或多种客体种类的完全封闭的中空种类，并且它们能够形成"包封客体的宿主种类"的共价装配；在三维相互作用阵列内与它们的客体结合的宿主种类的第一实例是被称为穴状配体(cryptand)的这类化合物，其在1969年的论文中被讨论；典型地通过将二酰基氯加入氮杂冠醚中来合成穴状配体。Turner描述了其它分子形状如空穴配体(cavitand)，其可以被比作能够在其中驻留客体的深碗状物，如在图6A中所示。Turner描述了杯球配体(carcerands)和半杯球配体(hemicarcerands)，其中客体种类被笼型化合物包封；想像该结构的一种方式是两个空穴配体被连接，使得每个空穴配体的碗开口彼此面对，类似于内部捕获有客体种类的蛤壳。Castellano在"FormationofDiscrete,FunctionalAssembliesandInformationalPolymersthroughtheHydrogen-BondingPreferencesofCalixareneArylandSulfonylTetraureas";丄Am.Chem.Soc.1998，120，3657(4)(通过引用并入本文)讨论了具有脲官能的杯芳烃以及它们如何产生包囊。Castellano描述了两个包囊的哑铃排列以及三角形的3包嚢排列。所有四个先前的参考文献显示了配体能够改变共价结合或不稳定结合"客体"种类的复杂性；这些参考文献无一教导如在图3和6B中所示的双官能或多官能配体与一系列"客体"结合的能力。金属配合物，也称为配位化合物，是一种由被很多带负电的离子或具有孤对电子的中性分子包围的中心金属原子或离子(通常为阳离子)组成的结构。抗衡离子通常包围金属配合物离子，使得化合物不具有净电荷。包围金属的离子或分子称为配体。配体通常通过配位共价键与金属离子结合，并且因此被称为与该离子配位。使金属离子与每个配体超过一个配位点结合的过程称为螯合。极欲结合形成配合物的化合物因此被称为螯合剂(例如EDTA)。配位数或者在金属离子与配体之间形成的键的数目可以从2至8之间变化。键的数目取决于金属离子的大小、电荷以及电子构型。一些金属离子可以具有超过一个的配位数。不同的配体结构排布是由配位数造成的。配位数为2对应于线型几何构型；配位数为4对应于四面体或正方形平面分子几何构型；配位数为6对应于八面体几何构型。像水或氯的简单配体仅与中心原子形成一个键并被称为单齿。单齿配体的更多实例包括氢氧化物、亚硝酸盐和硫氰酸盐。一些配体能够与同一金属原子形成多个键，并且被描述为二齿、三齿等。草酸盐和乙二胺(en)是二齿配体的实例，而二亚乙基三胺是(dien)是三齿配体。EDTA是六齿，其解释了其很多配合物稳定性大的原因。在本文中，术语配位点、吸引位点、结合位点、连接位点以及相互作用点被大致等同地使用。先前关于涂覆或表面改性的沸石的研究可在美国专利6,080,319(5)和U.S.2004/0108274(6)中找到；该两篇专利都公开了用于将包括病原体在内的污染物吸附到多孔基质如沸石上的方法。美国专利6,838,005(7)教导了用于吸附目的的纳米多孔、合成氢氧化铝纤维基质。这些实例无一教导这样的一种方法，其通过增加能够进行吸附的物质如双官能或多官能配体的附加层或涂层，可增加基质或滤器的吸附容量。常规的吸附剂，包括碳、沸石以及来自DowChemical或Rohm&Haas的合成树脂，对污染物的容量有限；典型的吸附容量为低于0.01重量％到可能高达0.5重量％，这取决于条件。通常，被污染的吸附剂然后在危害性填埋场上处理，这是一种昂贵的情况。从水中除去重金属(如铅、汞)和其它污染物(如砷和铀)是昂贵的并且它们的处理也是昂贵的。该问题随着可饮用水的缺乏而变严重。对用于水中污染物的便宜吸附剂存在需求，该吸附剂具有增加的容量并且易于处理.本发明的其它应用和实施方式包括在本文中，这对本领域技术人员而言是显而易见的。发明概述公开了用于将连续的"客体种类(guestspecies)"层与基质或多个不同基质结合的方法、制品以及装置，所述"客体种类"例如为原子、阳离子、阴离子、有机分子和病原体。可能的基质包括具有多孔性质的材料；大孔材料、微孔材料和纳米多孔材料都是候选物。通过以下方式来扩充基质的吸附容量使双官能或多官能配体(L)层与被吸附的原子或离子或分子或病原体配位，然后使其与第二层被吸附原子或离子或分子或病原体配位。顺序|"客体种类"1+配体+"客体种类"1+配体+1"客体种类"1被重复多次，极大增加了下面基质的吸附容量。除了增加吸附容量之外，降低净化成本以及建立被去除的"客体种类"(或在一些实施方式中为污染物)的可回收源也是本发明的目的。在一些实施方式中，"客体种类"可以直接吸附于基质上的天然或构建的附着位点；或者，配体能够附着于给定基质上的合成附着位点。本发明的一个区别特征在于双官能或多官能配体通过附着于一层的客体种类以及附着于至少一种以上的客体种类而产生随后的层，能产生一种或多种预定的感兴趣种类的多个吸附层的能力。本发明的另一目的是提供污染水的低成本补救方法。本发明的另一目的是提供从流体中分离感兴趣种类的方法；流体可以是水或血液或者其它液体，其效用可以通过分离或螯合该流体中存在的某些种类而得以增强。在一个实施方式中，流体可以是包含空气和"感兴趣的种类"的空气流，所述"感兴趣的种类"例如是挥发性有机物或VOC's。配体(L)可以具有专一于给定种类或重金属类别(例如铅)的相互作用点或配位点；可选择的配体专门用于下述物质可选的无机类别，例如砷或六价铬；或病原体类别或种类，例如原生动物、寄生物、孢子、微生物、孢囊、病毒或细菌；或有机分子种类，如MTBE、油类、药物、蛋白质、氨基酸或芳族化合物(例如苯)或其它挥发性有机化合物。附图简述图1A、1B和1C是可选的合成方法和一个结构实施方式的示意图。图2是可选的双官能配体类别的示意图。图3是显示多层的配体和污染物的卡通图。图4A是使Ti02官能化的化合物的示意图；图4B显示了使沸石官能化的化合物。图5是三个热重扫描。图6A是与Turner等一致的空穴配体的示意图；图6B显示以一种方式连接的两个空穴配体。具体实施方式详述Johnson及其合作者在'，SecondaryBondingInteractionsObservedinTwoArsenicThiolateComplexes";/厨gfl"ZcC7ie柳/考，.2005，44，9634-9636(8)中已报道了新的第一代(first-generation)的硫基配体一N-(2-巯乙基)-1，8-萘二甲酰亚胺(HL)的合成和晶体结构，该配体能够通过硫醇根基团、借助亚氨基氧(imidooxygen)与砷之间的互补次级键合相互作用与As(III)结合。选择萘二甲酰亚胺核作为未来超分子螯合剂的模型，这是因为其亚氨基氧邻近硫醇以及因为其众所周知的电子吸收和发射性质。通过用AsCl3处理HL形成配合物[AsL2CI]和AsL3。硫醇配体HL在图1A中以85%的ca.收率合成，并且通过乙腈缓慢扩散到HL的CHCl3溶液中形成适合衍射分析的浅棕色单晶。配体的单晶X射线结构由通过芳族面对面兀-7t堆积而相互作用的两组配体层组成，其中相邻层之间的分子间距离为3.45A(图1C)。由这两组层所形成的平面以ca.20°的角度扭转。这种不平行的排列通过芳族CH与酰亚胺的氧原子之间的弱相互作用得以维持，其中d(O"O)=3.2lA。此外在结晶态中，巯基-亚乙基部分采用了预期的反式构象，其中石克原子与酰亚胺的氮原子之间的双面夹角为177°。根据1HNMR光谱，用AsCl3和化学计算量的KOH以甲醇溶液处理三当量的HL,得到[AsLCW、1AsUCII和IAsL3l配合物的混合物。然而，用AsCl3和KOH处理过量的HL可重现地提供56。/。结晶收率的IAsL31。用单晶X射线衍射证实了单晶为[AsL3]，并且1HNMR光谱显示体相(bulk)结晶样品为同一物质。对于[AsL2CI和[AsL3J配合物，均获得适合X射线分析的浅黄色晶体(图1B)。[AsL2CIl.CHCl3的结构显示，通过As…0次级键合相互作用(d(As…0戶:2.9lA)稳定该配合物，所述次级键合相互作用由一个对于巯基-亚乙基部分采用歪扭构象的配体产生，其中硫与氮原子之间的双面夹角为ca.51°。这种SBI位于先前观察到的As...O次级相互作用的范围内，并且其表明，在结晶态中，晶体堆积力和/或As...O次级相互作用至少强到足以补偿一种不利的歪扭的相互作用。另一配体以预期的反式构象存在，相应的双面夹角为ca.170°。配体的空间体积(stericbulk)防止形成另外的As…0相互作用。通过类似于关于HL(图1C)所观察到的芳族堆积(aromaticstacking)维持[AsL2Cl'CHCl3的晶体堆积，其中相邻的砷配合物的萘二曱酰亚胺部分的质心(centroid)之间的距离为3.40A至3.65A。棱锥形配合物IAsU(图1C)和fAsL31(未显示)的晶体结构显示了由巯基-亚乙基部分采用的歪扭构象，分别实现[AsL2Cl](2.91A)和lAsLd(3.21A)的次级As...O键合相互作用。lAsL3J的晶体结构显示，配体中的两种'采用预期的反式构象((S-C-C-N)-180。和170°)，而第三个石危醇根再次采用歪扭构象((S-C-C-N)=60°)，以实现一个弱的As…0相互作用(d=3.2lA)。该距离比在[AsL2Cl中所观察到的距离大0.3A，这可能由AsL3J中另外的第三配体的空间体积所致(图2)。值得注意的是，[AsL3J中的SBI无一不导致As-S键的键伸长，并且所有As-S和As-Cl键落入CSD中对相关砷(III)配合物所报道的那些的范围内。[AsL3]的晶体堆积与HL和[AsL2Cll的晶体堆积相似，两组平面通过芳族堆积(d(质心-质心)=3.50A至3.56A)来维持并且以ca.37°角扭转。尽管普遍知道砷污染在活的生物体和环境中的危害，令人惊讶的是，极少硫醇砷(arsenicthiolate)配合物在结构上被表征。事实上，虽然众所周知，砷与蛋白质中的半胱氨酸位点结合(其含有类似的P-巯基酰氨基结构)，但是依然缺乏有关硫醇砷配合物的详细结构研究。Johnson及其合作者描述了通过其硫醇根与砷结合以支持As...O次级相互作用的p-巯基亚氨基配体，在下面可以找到其试验细节。用Johnson及其合作者的方法制备感兴趣的配体，所述方法描述于"Arsenic-7TInteractionsStabilizeaSelf-assemb，edAs2L3SupramolecularComplex";Angew.Chem.Int.Ed.2004，43,5831，(9)(通过引用将其全部并入本文)。当通过石直基配体配位时，As(HI)的三角锥形配位几何构型以立体化学活性的孤对电子为特征，并且可预测足以被用作特异性配体设计的目标。用化学计算量的AsCl3和碱处理N-(2-巯乙基)-1，8-萘二甲酰亚胺(HL)提供了通过次级As…0键合相互作用而部分稳定的AsL2Cl和AsL3配合物。As(lU)与适当配体的杂原子之间的这些次级键合相互作用(SBrs)的应用为设计该离子的特异性配体提供了补充工具。在主族金属与杂原子(如O、N、S或卤素)之间观察到次级键合相互作用，其中原子间距离小于相应的范德华半径的总和。这些相互作用仅仅最近在超分子化学方面得到系统研究，它们提供了可能对于设计最佳结合主族类金属的螯合剂有用的方法。p-巯基亚氨基配体代表配体的亚氨基氧与配合物的中心砷原子之间的SBI's的两个实例。在开展更好了解砷毒性的情形中，最近已经报道了含硫生物分子(如谷胱甘肽或半胱氨酸)对As(IH)的特征配位。然而，已知结构的硫醇砷配合物相对很少对剑桥结构数据库(CambridgeStructureDatabase,CSD)的检索显示由一个或多个硫醇根有机配体配位的As(IH)离子的实例仅有59个。在这些实例中，仅有三个配合物显示As".OSBl，s位于2.7A至3.2A的范围内。对于As(HI)的特定棱锥形配位几何构型最佳的硫醇根配体的使用与设计针对该毒性主族元素的特异性螯合剂和传感器相关，所述硫醇根配体具有能够表现出次级键合相互作用的其它官能团。用于本发明的一类配体属于千基二硫酚(benzyldithiol)家族；可选物示于图2中。初始数据表明，所述配体对人或动物无毒。在一个实施方式中，诸如氧化钛、Ti02、沸石、表面改性的沸石、SMZ等的吸附剂基质可以用一种或多种客体种类层"预载"或预涂，然后用一层双官能配体涂覆；双官能配体的一个配位点与先前附着于基质的客体种类结合；双官能配体的另一活性点或配位点作为另外一层客体种类附着的受体位点发挥作用。为了扩充给定的基质/配体/客体种类组合的吸附容量，可将吸附客体，然后附加配体的循环重复多次。图3中的"卡通"形象地显示了在一个实施方式中用于去除铅Pb的吸附机理，或者从水中去除砷(+3和+5)的吸附机理图3A以未涂覆的Ti02基质颗粒310开始；图3B表示初载来自流体(如水)的铅315;图3C显示被添加到载铅基质上的配体纳米涂层320;图3D显示被配体纳米涂层捕获的第二层铅325;以相似的方式吸附多层铅。在该实施方式中，双官能配体包含两个连接在一起的活性基团330。I客体种类指从流体中分离或螯合的感兴趣的物质；有时客体种类也可以称为污染物。在另一实施方式中，诸如氧化钛、Ti02、沸石、表面改性的沸石、SMZ等的吸附剂基质可以用可选的(alternative)化合物官能化，以便在接触一种或多种感兴趣种类之前改善双官能配体的吸附。图4A显示了在预定配体的吸附前，用于吸附至二氧化钛基质的可选膦酸。沸石容易水合，并被可选的三甲氧基硅烷(如在图4B中所示的那些)官能化。在该实施方式中，基质经过官能化，被配体层涂覆，接触流体中的一种或多种种类，用第二配体层再涂覆，再接触流体中的一种或多种种类，等等。为了充分利用双官能或多官能配体层结合各种种类并从流体中分离一种或多种种类的能力，可将添加配体层然后吸附污染物或其它种类的循环重复多次。或者，可以对基质物质和双官能配体进行最优化，用以靶向特定的化学种类。例如用软路易斯碱配体靶向软金属，例铅、砷、镉或汞，所述软路易斯碱配体包括但不限于硫醇基团和其它硫供体。可用较硬的路易斯碱供体靶向硬金属(如铁)，所述较硬的路易斯碱供体包括但不限于氧配体，例如邻苯二酚化物(catecholates)。将阴离子(如硝酸根或高氯酸根)吸引至氢键供体配体(例如但不限于脲-型基团)。实施例1三个初始涂覆相中的每一个都观察到质量增加。将Metsorb-G二氧化钬颗粒浸泡在1MPb(N03)2水溶液中过夜，过滤并干燥。然后将所得的涂覆颗粒浸泡在Na2L水溶液中，其中H2L-a，a'-二巯基-对二甲苯。在加入到该溶液后，颗粒的表面变为亮黄色。将颗粒再次过滤并风干，然后再一次浸泡在1M硝酸铅水溶液中，并且重复过滤过程。在铅溶液中的第二次浸泡使得黄色增强。对上述Ti02样品的热解重量分析产生了有趣的行为(如图5中所示)在约100"C时损失了少量的水。将第一及第二层Pb及配体附加(added)至TK)2颗粒时，观察到较少的质量损失。迹线510是未处理的TK)2;520是TiOz加上Pb层和配体层；530是类似于520加另外的Pb涂层的物质。530迹线显示，已将物质附加至表面并且所附加的物质对高达5001C的热降解极其稳定。随后对类似于530物质的物质分析显示铅含量约为13重量％。实施例2以与实施例1中的铅的相似方式，将砷(1U)吸附至非官能化Ti02。将10mgNaAsO;t溶解于20mL去离子水中。然后将1mL该溶液稀释至1L(总[As(III)约300ppb),在该溶液中加入100mgMetsorb-GTi02材料，并静置30分钟。将砷溶液的第二份lmL等分试样加入TK)2烧瓶(再产生300ppb砷浓度，假定所有金属被吸附)，并再次静置30分钟。重复该过程，直至浓砷溶液得到完全使用。保留一部分该物质用于分析。将其余部分浸泡在Na2L水溶液中过夜。然后在与先前所述那些条件相同的条件下，使该物质经历第二次载砷。进行对照试验，其中将10mgNaAs02溶解于1L去离子水中；加入100mgTi()2并使其浸泡。在一个试验中，砷(+3)在Ti02上的初始荷栽为约0.35重量％;在过滤介质用另一种配体基涂层(Hgatidbasedcoating)再生之后，砷的第二次荷载累积为0.75重量％。该数据在加利福尼亚州弗里蒙特的ChemTraceCorporation已经得到证实。在一个试验中，砷(+5)的容量是砷(+3)容量的约70%。砷与配体基涂层共价结合，通过了标准TCLP沥滤试验。实施例3对于所施用的每一层纳米涂层，TK)2基质从水中去除的150-ppb浓度的砷(+3)至多达基质重量的0.35%,而对于所施用的每一层纳米涂层，从水中去除的砷(+5)达到该基质重量的0.25%。例如，具有单层纳米涂层的1，000克过滤介质去除1.75克砷(+3)和1.25克砷(+5)。在300-ppb的总砷浓度下，1，000克基质介质处理10,000升含有150ppb砷(+3)和150ppb砷(+5)的水。当同样的l，OOO克基质介质用新一层纳米涂层再生时，其处理另外10,000升含有300-ppb砷的水，其荷载另外的1.75克砷(+3)和1.25克砷(+5)。对于较低的浓度，该荷载有所下降；所处理的总水量保持大致相同或增加。为将含有300-ppb砷的水处理至等于或低于50-ppb砷，要求水与基质介质之间的接触时间保持约10分钟。将双官能配体纳米涂层化学设计成结合砷优于结合铁，并且自装配到基质上。用1升浓度为300-ppb的砷(+3)或(+5)攻击溶液(challengesolution)装载纳米涂覆的基质介质。将该攻击溶液与1克纳米涂覆的吸附剂过滤介质混合5分钟，以将离子化砷载到过滤介质上。通过用新一层纳米涂层使同一过滤介质再生，额外荷栽的0.38重量％砷(+3)在同一基质介质上的形成层。被一层纳米涂层分开的两(2)层砷(+3)的总荷栽是0.73重量％，As(+5)的结果是As(+3)荷载的约70%。为了向基质附加另外一层双官能或多官能配体纳米涂层，要求将基质材料浸入配体盐溶液中；水是便利的溶剂。将基质浸入配体溶液，保持预定的接触时间(例如60分钟)。在再涂覆另外的配体层之后，基质可以再次接触其中驻留需要去除的客体种类的溶液。在一些预定的接触时间之后，从客体种类溶液中取出基质并将其浸入另一配体溶液中；该顺序可以被重复多次。在备选的实施方式中，滤水器采用具有配体基涂层的矿物吸附剂二氧化钛。将二氧化钛滤器分成两部分；第一部分接触含有一种污染物(例如砷)的制备水或污染水；在饱和之后，将基质取出、干燥并接触砷的特异性配体基涂渍溶液，该涂渍溶液与被吸附的砷附着位点紧密结合。第二部分接触含有别的污染物种类(例如铀)的制备水或污染水；在饱和之后，将基质取出、干燥并接触铀的特异性配体基涂渍溶液，该涂渍溶液与被吸附的铀附着位点紧密结合。滤水器包含两部分，一部分作为砷的特异性基质部分，以及一部分作为铀的特异性基质部分。使适当的制备水过滤器接触含有砷和铀的水。砷优先吸附于砷特异性部分中；铀优先吸附于铀特异性部分中。或者，可以选择其它的种类组合，并且可以选择有机物、无机物和病原体的多种组合。通过选择优先(preferential)的双官能或多官能配体来分离各种类别的物质种类的能力是本发明关键的新颖性。两部分滤水器也可以以两部分再生。在这种方式中，两部分基质均通过施加合适的另外层配体基涂层而再生。再生的滤器能够再次吸附额外数量的一种或多种污染物种类。滤器可以是含有一个或多个优先的配体基涂渍区的一个或多个部分。在一个实施方式中，多个优先的配体涂层可以一起被施涂于多部分滤器，其中优先的配体仅与相关的结合种类结合。配体基涂层的合适基质包括二氧化钛、沸石、表面改性的沸石、碳、具有大孔、微孔或纳米多孔结构的天然矿物或合成树脂，以及本领域技术人员已知的其它材料。诸如砷的种类，荷载容量随可用于结合的活性点或附着位点和数量而变化；基于其表面结构，每一种基质材料具有不同的容量。将配体基涂层施涂于基质可以通过用污染物(如载砷的溶液)预调节基质开始，所述溶液或者是制备得到的或者通过使用具有高砷含量的水。.或者，基质可以通过首先用化合物涂覆来制备，所述化合物能够使基质表面官能化，使得配体基层或者客体种类层能够被涂覆到制备的基质上。或者，除了进行清洁以去除碎屑或其它外来物质之外，可以不需要对基质进行特殊预处理；在这些情况下，双官能或多官能配体直接附着于基质上的活性位点，并且具有一个或多个可供客体种类附着的配位点。一个实施方式中，用于种类分离的制品包含基质，其含有多孔结构和至少一个相互作用位点或附着位点；以及包含至少两个配位点或附着位点的至少一种配体，其中所述至少一种配体通过所述至少两个配体配位点中的一个与所述至少一个基质附着位点结合。第二个配体配位点可用于附着至待从流体中分离的种类上的配位点；随后，另外的配体层被添加至l基质j+l配体l+l种类j结构，形成[基质+[配体]+[种类+配体l;和l基质l+l配体l+l种类j+l配体，+种类l等。污染物种类与配体基涂层的共价键合足够强，以致该种类不会被与涂覆基质结合并置换或释放所结合的污染物种类的另一种种类置换。通过使污染物在过滤介质上形成层(其被配体基涂层的层分开)，污染物(例如砷)也被结合在各层之间。获得多层涂覆基质的高吸附容量。可以吸附足够数量的一种或多种种类，以具有用于工业回收的经济价值，其中一种或多种种类最初具有经济价值。另一实施方式将配体基涂渍溶液直接加入一定量的水中；用双官能或多官能配体分子螯合两种或更多种客体种类(如污染物分子)，并使之失活。然后使水过滤通过另一滤器(例如碳)以去除配体加上污染物。或者，可以直接饮用水加配体加螯合污染物；其被动地经过人或动物。或者，滤器可以是被倾倒入一桶非饮用水(non-potablewater)中并在那里搅拌一段时间(例如IO分钟或15分钟)的松散过滤物质。在一个实施方式中，用布从水中过滤栽砷的过滤介质、对其回收并再次使用。图6A是来自先前提到的Turner参考文献的图；如图4b所见。其显示了空穴配体610的晶体结构以及空穴配体620和被螯合的客体种类625的"卡通图"。本发明的另一实施方式示于图6B中。在此种情况下，客体种类650附着于空穴配体655,空穴配体655通过连接部分656与附着有种类660的空穴配体657连接，种类660还附着于空穴配体665,空穴配体665通过连接部分666与附着有种类670的空穴配体667连接，种类670还附着于空穴配体675，空穴配体675通过连接部分676与空穴配体677连接，等等。与现有技术的差别在于，在本发明中，双官能或多官能配体可包含两个或多个配位点或附着位点，所述配位点通过连接结构彼此相连。按照此种方式，在一个实施方式中，通过连续地将第一客体种类附加至基质，第一配体附加至第一客体种类，第二种类附加至第一配体的至少第二配位点，第二配体的第一配位点附加至第二种类，第三种类添加至第二配体的至少第二配位点等等，重复配体和种类层达到预定的限值，建立层状结构。在可选的实施方式中，优选采用替代种类直接附着于与流体中预定目标种类不同的基质；种类和替代物的实例可以是铅作为汞的替代物。在可选的实施方式中，第一配体的第一配位点可以直接附着于基质位点，第一客体种类附着于第一配体的至少一个第二配位点，然后建立层状结构。或者，可以首先用这样的物质处理或涂覆基质，该物质使表面官能化，以便增强第一种类或第一配体的附着。此类用于官能化的物质的实例是膦酸类(实例示于图4A中)，硅烷类(实例示于图4B中)，或者可同时与选择的基质-配体对或基质-种类对配位的其它有机或无机化合物；一些实例是金属薄膜、碳纳米管和纳米球、金属纳米管和纳米球、陶瓷纳米管和纳米球、蛋白质和有机模板；其它的是本领域技术人员已知的。在另一实施方式中，含有明确定义的不同金属区的物质表现出新的电子性质，产生新的且令人感兴趣的设备。实现特定电子性质的特定组成的纳米膜对设备的大小和组成敏感。配体基纳米涂层能够加入精确数量的不同金属，其中针对预定的性质被调整碱性纳米膜的一些性质。在另一实施方式中，含有发色团、荧光团或其它信号转导性质的配体的掺入产生了能够同时结合并检测感兴趣种类的材料。检测在性质上可以是定性或定量的。在另一实施方式中，将多层材料并入医疗器械(如可再使用的生物测定)中，可能结合如前所述的电子或荧光检测方案。本发明的前述实施方式作为示例和描述加以提供。它们并非有意将本发明局限于所述的确切形式。具体而言，预期本文所述的发明的功能性仪器可同样被实现。可选的构建技术和方法对于能了解集成电路和MEMS技术的人员而言是显而易见的。鉴于上述教导，其它变化和实施方式是可能的，因此本发明的范围意在不受该说明书细节的限制，而是由所附权利要求书来限定。权利要求1.用于从流体中分离一种或多种种类的制品，其包含:基质，其包含含有至少一个附着位点的多孔结构；和包含至少两个配位点的至少一种配体，其中所述至少一种配体通过所述至少两个配位点中的一个与所述至少一个附着位点结合。2.权利要求1所述的制品，其中所述基质基本是选自下述的材料二氧化钛、沸石、碳、合成树脂、氧化铝、氢氧化铝和多孔矿物。3.权利要求l所述的制品，其中所述至少一种配体基本是选自下述的物质脂族二-克醇和芳族二碌u酚、脂族双脲、脂族和芳族二羧酸、脂族和芳族二胺、二邻苯二酚化物、脂族和芳族膦及氧化膦、杯球配体、空穴配体和穴状配体。4.权利要求l所述的制品，其中所述基质还包括表面改性的基质，其中用至少一种来自下述的物质使所述基质官能化三甲氧基硅烷、膦酸、金属薄膜、碳纳米管和纳米球、金属纳米管和纳米球、陶瓷纳米管和纳米球、蛋白质和有机模板.'5.权利要求l所述的制品，其中所述种类包含一种或多种来自下述的物质有机分子、无机元素或化合物以及病原体。6.权利要求l所述的制品，其中所述流体基本是水。7.权利要求1所述的制品，其中所述至少一个附着位点是一个或多个选自下述的附着位点三甲氡基硅烷、有机分子、无机元素、无机化合物和多孔矿物。8.用于从流体中分离一种或多种种类的制品，其包含基质；吸附在所迷基质上的至少一种种类或替代种类；和包含至少两个配位点的至少一种配体，其中一个配位点与所述一种种类或替代种类结合。9.权利要求8所述的制品，其中所述基质基本是选自下述的材料二氧化钬、沸石、碳、合成树脂、氧化铝、氢氧化铝和多孔矿物。10.权利要求8所述的制品，其中所述至少一种配体基本是选自下述的物质脂族二硫醇和芳族二硫酚、脂族双脲、脂族和芳族二羧酸、脂族和芳族二胺、二邻苯二酚化物、脂族和芳族膦及氧化膦、杯球配体、空穴配体和穴状配体。11.权利要求8所述的制品，其中所述基质还包括表面改性的基质，其中用至少一种来自下述的物质使所述基质官能化三曱氧基硅烷、膦酸、金属薄膜、碳纳米管和纳米球、金属纳米管和纳米球、陶瓷纳米管和纳米球、蛋白质和有机模板。12.权利要求8所述的制品，其中所述种类和所述替代种类选自有机分子、无机元素、无机化合物和病原体。13.权利要求8所述的制品，其中所述流体基本是水。14.用于从流体分离一种或多种种类的制品的制备方法，其包括下述步骤a)确定一种或多种待分离的种类；b)基于对一种或多种种类的确定以及所述流体，选择包含至少两个配位点的至少一种配体；c)选择一种或多种基质，在一种或多种基质的每一种上包含至少一个附着位点；和d)使所述至少一种配体附着于所述一种或多种基质的每一种上的至少一个附着位点上；其中所述至少一种配体通过所述至少两个配位点中的一个与所述至少一个附着位点结合。15.权利要求14所述的方法，其中所述基质基本是选自下述的材料二氧化钛、沸石、碳、合成树脂、氧化铝、氢氧化铝和多孔矿物。16.权利要求14所述的方法，其中所述至少一种配体基本是选自下述的物质脂族二硫醇和芳族二硫酚、脂族双脲、脂族和芳族二羧酸、脂族和芳族二胺、二邻苯二酚化物、脂族和芳族膦及氧化膦、杯球配体、空穴配体和穴状配体。17.权利要求14所述的方法，其中所述基质还包括表面改性的基质，其中用至少一种来自下述的物质使所述基质官能化三甲氧基硅烷、膦酸、金属薄膜、碳纳米管和纳米球、金属纳米管和纳米球、陶瓷纳米管和纳米球、蛋白质和有机模板。18.权利要求14所述的方法，其中所述种类选自有机分子、无机元素、无机化合物和病原体。19.权利要求14所述的方法，其中所述流体基本是水。20.从流体分离一种或多种种类的方法，其包括下述步骤a)确定一种或多种待分离的种类；b)基于对一种或多种种类的确定以及所述流体，选择包含至少两个配位点的至少一种配体；c)选择一种或多种基质，在一种或多种基质的每一种上包含至少一个附着位点；d)使所述至少一种配体附着于所述一种或多种基质的每一种上的至少一个附着位点上；其中所述至少一种配体通过所述至少两个配位点中的一个与所述至少一个附着位点结合；和e)从所述流体中分离所述一种或多种种类，其中所述一种或多种种类与所述至少一种配体的所述至少两个配位点中的一个结合。全文摘要公开了用于将连续的“客体种类”层结合于基质或多个不同基质的方法、制品以及装置，所述“客体种类”例如为原子、阳离子、阴离子、有机分子和/或病原体。可能的基质包括具有多孔性质的材料；大孔材料、微孔材料和纳米多孔材料都是候选物。通过以下方式来扩充基质的吸附容量使双官能或多官能配体(L)层与被吸附的原子或离子或分子或病原体配位，然后使其与第二层被吸附原子或离子或分子或病原体配位。文档编号B01D15/08GK101384324SQ200780004538公开日2009年3月11日申请日期2007年2月7日优先权日2006年2月7日发明者D·W·约翰逊,J·M·哈里斯,M·A·皮特申请人:全透明技术公司