专利名称：用于从各种疏水性液体或气体中分离亲水性物质的过滤器材料以及用于制备此种材料的方法
技术领域：
本发明属于液体及气体净化领域。更具体而言，本发明涵盖ー种g在用于从疏水性环境中分离亲水性物质的过滤器材料。本发明中所用的过滤器材料能够从例如烷烃混合物等各种疏水性物质中分离例如水等亲水性物质。
背景技术：
日本专利JP 4250807(A)揭露ー种用于生产具有小的均匀连续孔的过滤器的方法，所述过滤器适用于过滤且是由穿孔的聚こ烯醇缩醛壳体组成。将包含聚こ烯醇及淀粉粒的混合物在不会使淀粉粒转换成α型的温度下老化大约I小吋。在老化之后，将交联剂及催化剂添加至所述混合物中以实现反应，从而生产出交联产物。还将消泡剂添加至所述混合物中。日本专利JP 4139236(A)揭露ー种多孔材料的生产方法，所述多孔材料适用于过滤器且具有细致、均匀且开ロ的単元结构，所述生产方法包括使聚こ烯醇、淀粉及交联剂(甲醛或苯甲醛)的混合物在某一温度下老化直到所述混合物实现某一粘度、添加催化剂(例如)、以及交联所述混合物。CN 1296025(A)揭露ー种大分子多微孔的过滤器材料的生产方法，其特征在于将酚醛树脂的线性水性溶液及聚こ烯醇添加至多孔佐剂的淀粉溶液中，以及使用酸性醛的混合物来产生こ缩醛反应及固化反应，上述材料是混合的且聚こ烯醇缩醛及酚醛树脂被转换成具有过滤性质的多微孔材料。本发明中所述的过滤器材料具有独特的性质及生产方法。本发明中所述的过滤器材料具有简单的特性、能够分解各种分散体系(乳浊液、气溶胶)、可重复使用及重量轻。化合物聚こ烯醇缩甲醛具有非常广阔的物理特性。下文所揭露的发明描述作为用于净化燃料的附加装置的聚こ烯醇缩甲醛过滤器。描述ー种聚こ烯醇缩甲醛过滤器，其被合成为能在不存在任何添加剂的情况下运作。描述ー种通过合成聚こ烯醇缩甲醛而产生的材料，所述材料能够用于生产具有最大的物理特性(燃料、空气、气体、水、油等)的各种过滤器。
发明内容
鉴于需要找出ー种高效的具有エ业实用性的方法以及ー种用于从疏水性液体或气体的环境中分离亲水性物质作为连续过程的适宜材料，发明ー种具有特定性质的材料。过滤器材料本质上是聚合含氧材料，其最終性质及微结构形成于此合成エ艺的过程中。更具体而言，过滤器材料是多元醇的こ缩醛或包含脂肪族OH基(羟基)的聚合物，其是通过多元醇与醛之间的反应而生成。此反应是在酸性催化剂的存在下发生。适宜的催化剂是例如硫酸等各种侵蚀性酸。
从实现过滤器材料的性质的观点来看，至关重要的方面是其微结构，更具体而言是孔的尺寸及体积。孔的形成及性质取决于添加至反应混合物中的赋形剂。理想的赋形剂是易于胶凝且水解于酸性环境中的聚合物。此类聚合物是多糖或聚脂。少量的水与一或多种赋形剂一起添加至反应环境中，以确保胶凝。如果使用醛的水性溶液，则不需要使用水。一或多种赋形剂的概念是如果将所述赋形剂与少量的水以及主要组分(多元醇及醛)一起添加至反应环境中，则所述赋形剂会在反应环境中形成均匀的凝胶结构。由所述一或多种赋形剂在反应环境中形成的凝胶将在酸性催化剂的影像下开始分解，与此同时会在多元醇与醛之间形成乙缩醛。乙缩醛的形成反应是在温度范围50°c — 150°C内在常压下发生。 在反应所需的时间(通常为3 - 5小时)过去之后，多元醇已变成聚缩醛且赋形剂已被水解。孔网络仍然位于因水解所述一或多种赋形剂而分解的凝胶结构的位置处。用水或某一其他溶剂清洗所形成的过滤器材料，以移除各种残留物质(未反应的醛、赋形剂的水解产物、催化剂)。用于生产过滤器材料的适宜多元醇可为任何聚合物，其包含每聚合物的至少十二个碳原子一个脂肪族结合的OH基或(C原子的数目)/ (脂肪族OH基的数目)彡12。优选的比率是每4 (四)个碳原子I (一)个OH基，且理想的比率是每2 (二)个碳原子I (一)个OH基。也可使用多种不同多元醇的混合物。用于生产过滤器材料的适宜醛包含一至六个碳原子，可能的话，所述醛包括甲醛、乙醛、丙醛、正丁醛、戊醛、己醛及相关异构体。优选的醛是甲醛(蚁醛)。此外，可使用上述多种醛的混合物。适宜的赋形剂是各种多糖或聚酯或其各种混合物。优选为淀粉，尤其是马铃薯淀粉。由聚乙烯醇缩甲醛组成的多孔过滤器材料的操作原理在于其在静电力的影响下收集孔壁上的带电分子或强极化物质的分子的能力。聚集于孔壁上的分子开始形成连续生长的集合，直到所述集合达到足够的尺寸以从过滤器沉淀出为止。此种在孔壁上进行的收集以及随后的沉淀使得能够将以乳浊液或气溶胶形式出现于疏水性环境中的亲水性物质分离成清晰可辨的馏分。其中亲水性物质以乳浊液或气溶胶形式出现的此类疏水性环境可为例如油料产品(汽油、柴油燃料、油)、化学品(例如Fisher-Tropsch产品)、起源于生物的物质(植物脂肪及动物脂肪、香精油)、天然气。借助于过滤器材料所分离的亲水性物质通常为水、较低级的醇类(C1-C3)、多元醇、离解于水性溶液中的有机物质及无机物质(盐、酸或碱)。
具体实施例方式本发明的实施例为生产过滤器材料，混合多元醇、醛、赋形剂及催化剂。用于生产过滤器材料的混合物的组分I.聚乙烯醇(制造商日本VAM&P0VAL有限公司，注册商标VC-13) — Ikg2.水性甲醛溶液(36%) - Ikg3.马铃薯淀粉一Ikg
4.硫酸(97%) — Ikg在30°C — 40°C的温度下在专门的容器中混合用于生产过滤器材料所需的组分。首先将聚こ烯醇与水性甲醛溶液混合在一起，然后混合马铃薯淀粉，最后小心地加入硫酸。在相关的一致温度下混合所得的混合物，且如果需要的话，对所述混合物进行冷却直到制得均质体为止。将所得的混合物倒入一或多个模具中，并在80°C温度下的恒温器中保持4个小吋。在保持于恒温器中的时间段期间，甲醛与聚こ烯醇将彼此相互反应，从而生成聚こ烯醇缩甲醛。与聚こ烯醇缩甲醛的形成同时，发生马铃薯淀粉的水解，从而产生能较好地溶于水的葡萄糖。在4个小时之后，从模具中取出原始的过滤器材料，并用水进行清洗直到所有已作为催化剂起作用的酸、过量的甲醛、以及马铃薯淀粉的水解产物从过滤器材料分离为止。当清洗水的PH为中性时，可认为清洗完成。在用水进行清洗之后，在室温下干燥过滤器材料7天。在干燥之后得到可用作过滤器材料的轻的、白色且多孔的物质。表I显示对于在利用过滤器进行处理之前(油A的测试結果)及之后(油B的测试結果)的用过的食用油所执行的分析的结果，所述过滤器是由利用上述方法生产的过滤器材料制成。表I
权利要求
1.一种用于从各种疏水性液体或气体的环境中分离亲水性物质的过滤器材料，其中所述疏水性物质是在60°c温度下不溶于水的液态或气态化合物，包括例如汽油、柴油燃料、油等油料产品、化学品、起源于生物的物质一包括植物脂肪及动物脂肪、香精油、天然气，且其中所述亲水性物质是水、例如C1-C3等较低级的醇类、多元醇、离解于水性溶液中的有机物质及无机物质一包括盐、酸及碱，所述过滤器材料的特征在于，从化学上讲，所述过滤器材料是利用赋形剂通过在酸性催化剂的存在下使多元醇与醛反应而获得的多元醇的乙缩醛。
2.如权利要求I所述的过滤器材料，其特征在于，所述酸性催化剂是硫酸。
3.如权利要求I所述的过滤器材料，其特征在于，多元醇的乙缩醛是包含脂肪族羟基的聚合物的乙缩醛。
4.如权利要求I及2所述的过滤器材料，其特征在于，多元醇是包括聚乙烯醇在内的聚合物，其聚合物链每12个碳原子包含至少I (一)个脂肪族键结的OH基。
5.如权利要求I及2所述的过滤器材料，其特征在于，醛是C1-C6醛，包括甲醛。
6.如权利要求I所述的过滤器材料，其特征在于，所述过滤器材料具有多孔结构，所述多孔结构是通过在一或多种赋形剂的存在下合成多元醇的乙缩醛而获得。
7.如权利要求I所述的过滤器材料，其特征在于，赋形剂是易于水解的聚合物，包括多醣、聚脂。
8.一种用于生产过滤器材料的方法，包括以下步骤 一将易于水解的聚合物及水添加至包含多元醇及醛的反应混合物中以形成孔； 一与乙缩醛的生成反应同时进行赋形剂的水解反应，从而使赋形剂的分子分解成较小的成分； 一获得具有多孔结构的多元醇的乙缩醛；以及 一分离用作赋形剂的所述聚合物的分解产物。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述反应中使用适宜的赋形剂，以实现所述过滤器材料的所述孔的所需尺寸。
全文摘要
本发明涉及一种过滤器材料及其制备方法，以用于从各种疏水性液体或气体的环境中分离亲水性物质。此类疏水性物质可为不同的化学品及油料产品、起源于生物的物质(脂肪、香精油)。亲水性物质可为水、较低级的醇类(甲醇、乙醇)、多元醇、离解于水性溶液中的物质(盐、酸及碱)。过滤器材料呈含氧聚合物的形式，其微观及宏观结构是在聚合过程中形成。更确切地说，所述过滤器材料是由聚缩醛(例如聚乙烯缩醛)组成。过滤器材料的聚合结构是在聚缩醛的合成反应期间通过被加入到反应介质中的辅助物质的作用而形成。
文档编号B01D71/38GK102725055SQ201080058789
公开日2012年10月10日 申请日期2010年12月20日 优先权日2009年12月21日
发明者布里特·波斯特, 托马斯·凯文德, 瑞尼·彼得森, 维塔利·切比兹波夫 申请人:Bioconsult有限责任公司