过滤介质及其应用的制作方法

专利名称：过滤介质及其应用的制作方法
过滤介质及其应用
相关申请的交叉参考
本申请要求2010年7月14日提交的美国临时专利申请61/364，197的优先权，将 该申请的全部内容通过引用并入本申请。技术领域
本申请涉及到过滤介质，尤其是用于烟道气(flue gas)应用的过滤介质。
背景技术：
存在于烟道气中的氮氧化物、汞和其它化合物的危害已经导致强加了严格的标准 来限制这些化学物质的排放。为了满足这些标准，有必要除去存在于来自固定或者移动燃 烧源的废气中的大部分氮氧化物、汞和/或其它化学物质。
脱氮作用或者选择性催化还原(SCR)技术通常用于当通过催化的反应器时施加 到源自燃烧的烟道气，用于除去氮氧化物。SCR技术已经发展到了能够从烟道气基本上除去 所有的氮氧化物的程度。
但是，有效和高效地从烟道气除去汞变得越来越困难。烟道气中的元素汞与烟灰 和/或其它微粒的粘附不佳，这使得难以通过常规的微粒收集方法，例如静电沉积、灰尘过 滤和净气器(scrubber)进行收集。此外，与烟道气过滤和处理相关的环境需求和破坏性条 件使得许多汞吸收物质不适合用于工业方法例如脉冲式喷气(pulse jet)或者反向空气应 用(reverse air applications)。发明内容
一方面，本发明提供过滤介质。在一些实施方式中，本申请描述的过滤介质可操作 用于从烟道气流除去一种或者多种污染物，包括但不限于，汞和/或重金属。本申请描述的 过滤介质，在一些实施方式中，适合用于脉冲式喷气和/或反向空气过程。
在一些实施方式中，过滤介质包含含有多个活化的碳纤维的污染物吸附剂层，至 少一个机织织物；和至少一个无纺织物，其中所述污染物吸附剂层位于所述至少一个机织 织物和所述至少一个无纺织物之间。
在一些实施方式中，将所述污染物吸附剂层缝制到所述至少一个机织织物和所述 至少一个无纺织物。在一些实施方式中，所述过滤介质还包括第二无纺织物。在一些实施方 式中，所述第二无纺织物位于所述污染物吸附剂层的与所述至少一个无纺织物相对侧上。 在一些实施方式中，将所述第一无纺织物、所述污染物吸附剂层、所述机织织物、和所述第 二无纺织物缝制到一起。
在一些实施方式中，所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物包括玻璃纤 维、合成聚合物纤维、无机纤维、天然纤维、或其组合。在一些实施方式中，所述至少一个机 织织物和所述至少一个非机织织物包括E-玻璃纤维、C-玻璃纤维、ECR玻璃纤维、S-玻璃 纤维、无硼玻璃纤维或其混合物。
在一些实施方式中，所述至少一个无纺织物的厚度为至多约O. 2英寸。在一些实施方式中，所述至少一个无纺织物的根据ASTM D737的渗透率为至少约80scfm/ft2。在一些实施方式中，所述至少一个机织织物的厚度为至多约O. 2英寸。在一些实施方式中，所述至少一个机织织物的重量为小于约25oz/yd2。在一些实施方式中，所述至少一个机织织物的重量为至少约loz/yd2。在一些实施方式中，所述至少一个机织织物的渗透率为至少约 100scfm/ft2，根据 ASTM D737 测得。
在一些实施方式中，所述活化的碳纤维包括合成聚合物纤维、天然纤维、或其组合。在一些实施方式中，合成聚合物纤维可包括聚丙烯腈纤维、酹纤维(phenolic fibers)、 聚乙烯醇纤维、或其组合。在一些实施方式中，所述天然纤维可包括纤维素纤维或者人造丝前体。在一些实施方式中，所述活化的碳纤维是部分碳化的。
在一些实施方式中，所述污染物吸附剂层还包括金属卤化物盐、金属氢氧化物、无机酸、贵金属、或其组合。
在一些实施方式中，所述金属卤化物盐包括氯化锌、溴化锌、或其组合。在一些含有金属卤化物盐的实施方式中，所述金属卤化物盐包括氯化锌，所述氯化锌可以约O. 25至约6wt%的锌的量存在。在含有金属卤化物盐的实施方式中，所述金属卤化物盐可包括氯化钾、溴化钾、碘化钾、或其组合。
在一些实施方式中，所述活化的碳纤维的平均直径可为至多约50 μ m。在一些实施方式中，活化的碳纤维的平均直径可为至少约lOOnm。
在一些实施方式中，所述活化的碳纤维还包括至少一种汞持留物质。在一些实施方式中，所述至少一种汞持留物质包括硫或者卤素。在一些实施方式中，所述卤素包括碘、 溴、或者氯。在一种实施方式中，所述齒素包括溴。在一些实施方式中，所述齒素存在的量可为至少lwt%。在一些实施方式中，所述卤素存在的量可为至少5wt%。
在一些实施方式中，所述污染物吸附剂层的表面积为至少约150m2/g，根据ASTM D6556-10测得。在一些实施方式中，所述污染物吸附剂层在室温在饱和的汞蒸气中吸附至少约50mg的汞每克活化的碳纤维。在一些实施方式中，所述污染物吸附剂层在室温在饱和的汞蒸气中吸附至少约IOOmg的汞每克活化的碳纤维。在一些实施方式中，所述污染物吸附剂层的根据ASTM D737的渗透率为至少约20scfm/ft2。
在一些实施方式中，所述污染物吸附剂层的厚度为至少约0.01英寸。在一些实施方式中，所述污染物吸附剂层的基重为至少约lg/ft2。在一些实施方式中，所述污染物吸附剂层的基重为至多约60g/ft2。
本发明的过滤介质通常包括流体入口表面和流体出口表面。在那些实施方式中的一些中，可将涂层提供于所述流体入口表面和所述流体出口表面的至少一个上。所述涂层可根据所选择的涂层和所期望的特性提供一个或多个功能。例如，并且不限于，各种涂层可提供耐磨性，可帮助粘结各个层，可提供耐化学性，和/或可提供非黏着性质。在一些实施方式中，所述涂层可包括以下中的一个`或者多个至少一种聚氨酯、至少一种有机硅、至少一种碳氟化合物、至少一种环氧化物、至少一种硅烷、或者至少一种硅氧烷、或其组合。在一些其中所述涂层包括碳氟化合物的实施方式中，所述碳氟化合物可包括聚四氟乙烯。
在一些实施方式中，可将隔膜偶联至所述至少一个无纺织物。在一些实施方式中， 所述隔膜可为聚四氟乙烯隔膜。
在一些实施方式中，所述过滤介质的厚度可为至少约O.1英寸。在一些实施方式 中，所述过滤介质的厚度可为少于约O. 5英寸。在一些实施方式中，所述过滤介质的渗透率 可为至少约lOscfm/ft2，根据ASTM D737测得。过滤介质的一些实施方式的拉伸强度可为 至少约2001bf/2英寸。在一些实施方式中，所述过滤介质的相对于所述过滤介质的宽度的 MIT Flex计数可为至少约300，000。
在另一方面，本发明涉及过滤系统，所述过滤系统包括例如脉冲式喷气烟道气过 滤系统和反向空气烟道气过滤系统。在一些实施方式中，过滤系统可包括烟道气入口歧管、 烟道气出口歧管、和位于所述烟道气入口歧管和所述烟道气出口歧管之间的至少一个过滤 装置，所述至少一个过滤装置包括置于线材笼载体(wire cage support)上的一种本申请 披露的过滤介质。
在一些实施方式中，所述过滤介质可为袋子的形状。在一些实施方式中，所述至少 一个过滤装置还可包括可操作地偶联于所述过滤介质的至少一个载体环。
在一些实施方式中，过滤介质包括含有多个用汞持留物质处理的活化的碳纤维的 污染物吸附剂层，至少一个玻璃纤维机织织物，和至少一个无纺玻璃纤维织物，其中所述污 染物吸附剂层位于所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物之间，和其中所述污染 物吸附剂层缝制到所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物。在一些实施方式中， 可将隔膜偶联至所述至少一个无纺织物。
在另一方面，本发明涉及生产过滤介质的方法。在一些实施方式中，生产过滤介质 的方法包括提供含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层，将无纺织物与所述污染物吸附剂层 的第一表面相邻放置，将机织织物与所述污染物吸附剂层的第二表面相邻放置；和将所述 无纺织物和所述机织织物缝制到所述污染物吸附剂层。
在一些实施方式中，这些方法还包括在缝制前，将第二无纺织物与所述机织织物 相邻放置。在一些这种实施方式中，所述至少一个机织织物可位于所述第二无纺织物和所 述污染物吸附剂层之间。在其它这些实施方式中，所述第二无纺织物可位于所述至少一个 机织织物和所述污染物吸附剂层之间。
在一些实施方式中，生产过滤介质的方法还可包括施加涂层至所述过滤介质的流 体入口表面或者流体出口表面中的至少一个。
在一些实施方式中，生产过滤介质的方法还可包括将碳氟化合物隔膜附接至所述 过滤介质的流体入口表面或者流体出口表面的至少一个。在一些实施方式中，所述碳氟化 合物可包括聚四氟乙烯。
在一些实施方式中，该方法还可包括用含有金属卤素盐的水溶液处理所述污染物 吸附剂层。在一些实施方式中，所述金属卤素盐可包括氯化锌、溴化锌、氯化钾、溴化钾、碘 化钾、或其组合。在一些这种实施方式中，所述处理可包括将污染物吸附剂层暴露于含有金 属卤素盐的水溶液，和干燥所述污染物吸附剂层。在包括金属卤素盐的一些实施方式中，所 述金属卤素盐可包括氯化锌。在其它实施方式中，所述金属卤素盐可包括溴化钾。
这些和其它实施方式详细披露于以下的具体实施方式
中。


图1说明根据本发明一种实施方式的过滤介质的横截面图。
图2说明根据本发明一种实施方式的过滤介质的横截面图。
图3说明根据本发明一种实施方式的过滤介质的横截面图。
图4说明根据本发明一种实施方式的脉冲式喷气烟道气过滤系统的过滤装置。
具体实施方式
对于本说明书的目的，除非另外指出，否则，表示说明书中使用的成分、反应条件 等的所有的数字都应该理解为在所有的情况下用术语“约”修饰。因此，除非相反地指出， 否则，以下说明书中所列的数值参数都是近似值，其根据本发明要获得的期望性质而变化。 至少，和不试图限制将等同原则应用于权利要求的范围，每个数值参数应该至少根据所给 出的有效数字的数值并且通过应用普通的四舍五入技术解释。
尽管限定本发明的范围的数值范围和参数是约数，但是在具体的实施例中所列的 数值是尽可能精确地给出的。但是，任何数值本身含有在它们各自的测量技术中发现的由 标准偏差必然导致的某些误差。此外，应该理解本申请披露的所有范围都包括其中的任何 和所有的子范围。例如，给出的范围“I至10”应该理解为含有在记载的最小值I和记载的 最大值10之间(并且包含端点)的任何和所有的子范围，即，所有的子范围开始于最小值 I或者更大，例如I至6. 1，并且终止于最大值10或者更小，例如，5. 5至10。此外，提及到 “结合到本申请中”的任何参考文献都应该理解为将其全部内容结合。
进一步指出，如本说明书所使用的，单数形式“一种(a) ”、“一个(an) ”和“该”包 括复数指示物，否则会另外明确和不含糊地限制于一个指示物。
一方面，本发明提供过滤介质，其可用于例如处理烟道气流。在一些实施方式中， 本申请描述的过滤介质可用来从烟道气流除去一种或多种污染物，包括但不限于，汞和/ 或其它重金属。
在一些实施方式中，过滤介质包括污染物吸附剂层，所述污染物吸附剂层包括活 化的碳纤维，第一无纺织物和至少一个机织织物，其中所述污染物吸附剂层置于所述第一 无纺织物和所述机织织物之间，并且缝制到所述第一无纺织物和所述机织织物上。在一些 实施方式中，所述过滤介质包括在所述流体入口表面和/或流体出口表面上的涂层。
图1说明根据本发明一种实施方式的缝制的过滤介质的横截面。图1中说明的过 滤介质(100)包括含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层(101)，其置于第一无纺织物(102) 和机织织物(103)之间并且与它们接触。机织织物(103)的表面(104)包括涂层(105)。 虽然在图1中涂层(105)看起来是分开的层，应该理解实际上涂层(105)是施涂到机织织 物(103)中的至少部分纤维的表面上的。在一些实施方式中，涂层(105)能够通过提高从 机织织物(103)的表面(104)突出的纤维的耐磨性抑制过滤介质(100)的降解，所述突出 是由于缝制所述无纺织物(102)、污染物吸附剂层和无纺织物(102)导致的。在一些实施 方式中，涂层(105)对流体流中的粒子可以是非黏着性的或者排斥的，由此便于清洁所述 过滤介质(100)。在一些实施方式中，隔膜可以偶联(例如，层压)至无纺织物(102)的表 面。在一些实施方式中，隔膜可为例如薄的聚四氟乙烯膜。
在一些实施方式中，过滤介质还包括与所述第一无纺织物隔开的第二无纺织物。 在一些实施方式中，第二无纺织物与所述第一无纺织物被所述污染物吸附剂层隔开。在一 些实施方式中，第二无纺织物与所述第一无纺织物被所述污染物吸附剂层和所述机织织物隔开。
图2说明根据本发明另一实施方式的缝制的过滤介质的横截面。图2的过滤介 质(200)包括缝制在一起的第一无纺织物(201)，含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层 (202)，机织织物(203)和第二无纺织物(204)。该污染物吸附剂层位于第一无纺织物(201) 和机织织物(203)之间。第二无纺织物(204)与第一无纺织物(201)被机织织物(203)和 污染物吸附剂层(202)隔开。过滤介质(200)的流体入口(205)和流体出口(206)表面含 有涂层，在一些实施方式中，该涂层能够用来提高从表面(205，206)由于缝制该过滤介质 (200)而导致的突出的纤维的耐磨性。在一些实施方式中，该涂层对于该流体流中的粒子是 非黏着性的或者排斥的，由此便于通过通过技术例如脉冲式喷气或者反向空气而清洁该过 滤介质(200)。在一些实施方式中，隔膜可以偶联(例如，层压)至无纺织物(201)的表面 (205)。在一些实施方式中，隔膜可为例如薄聚四氟乙烯膜。
图3说明根据本发明的另一实施方式的缝制的过滤介质的横截面。图3的过滤 介质(300)包括第一无纺织物(301)，包括缝制在一起的活化的碳纤维的污染物吸附剂层 (302)，机织织物(303)和第二无纺织物(304)。第二无纺织物(304)与第一无纺织物(301) 通过污染物吸附剂层(302)隔开，和机织织物(303)与污染物吸附剂层(302)通过第二无 纺织物(304)隔开。过滤介质(300)的流体入口(305)和流体出口(306)表面包括涂层， 在一些实施方式中，该涂层可用来提高通过缝制过滤介质(300)导致的从表面(305，306) 突出的纤维的耐磨性。在一些实施方式中，所述涂层对液体流中的粒子可以是非黏着性的 或者排斥的，由此便于通过技术例如脉冲式喷气或者反向空气清洁所述过滤介质(300)。在 一些实施方式中，隔膜可以偶联(例如，层压)至无纺织物(305)的表面。在一些实施方式 中，隔膜可为例如薄的聚四氟乙烯膜。
在一些实施方式中，本申请所述的过滤介质包括含有活化的碳纤维的污染物吸附 剂层，第一无纺织物和第二无纺织物，其中所述污染物吸附剂层位于第一无纺织物和第二 无纺织物之间，并且缝制到它们上。在一些实施方式中，过滤介质包括机织织物和污染物吸 附剂层，所述污染物吸附剂层含有活化的碳纤维和结构纤维的混合物，其中所述污染物吸 附剂层缝制到所述机织织物层。
在一些实施方式中，和如下进一步所述，过滤介质(或者该介质的某些组分)可具 有期望的气体或者空气渗透率。除非另外指出，否则，本申请提及的本申请所用的气体渗透 率或者空气渗透率值使用ASTM D737标准测量。
如上所述，在一些实施方式中，所述无纺织物、机织织物、污染物吸附剂层、和/或 其它材料层中的一个或者多个可以缝制在一起。缝制包括使材料穿过缝制设备，其中多个 有倒钩的针上下往复，从而使穿过该材料中(即该织物、污染物吸附剂层、其它材料层等 中)的线束，并由此将它们彼此绞缠在一起。
要在组装过滤介质的过程中缝制的层可以使用本领域普通技术人员已知的技 术缝制。这些技术进一步描述于美国专利3，713，962 (Ackley)、4，277，531 (Picone)、 4，404，717 (Neubauer等)、和4，964，891 (Schaefer)中，将其通过参考并入本申请。通常， 应该选择该缝制条件(包括，例如，针尺寸(needle size))从而在各层之间提供充分的机 械性互锁，同时在总体上寻求避免在过滤介质中存在残余的大洞(例如，容许气流中的大 颗粒物质完全通过该过滤介质的洞)。能够用作合适的缝制设备的机器可从各种供应商购得，包括例如来自DILO Group, Germany的缝制设备。在一些实施方式中,在缝制中使用的针可为小规格的针，例如40号针。为了用于一些实施方式中，合适的针是来自Groz-Beckert USA的型号609901的针。
1.无纺织物
现在转到在过滤介质中可能使用的单个组件，本申请描述的过滤介质包括至少一个无纺织物。
在一些实施方式中，无纺织物包括玻璃纤维。适合用于该无纺织物中的玻璃纤维可包括与本发明的目的一致的任何玻璃纤维。在一些实施方式中，合适的玻璃纤维包括 E-玻璃纤维、C-玻璃纤维、ECR玻璃纤维、S-玻璃纤维、无硼玻璃纤维或其混合物。
在一些实施方式中，本申请描述的过滤介质的无纺织物包括合成聚合物纤维。在一些实施方式中，合适的合成聚合物纤维包括丙烯酸树脂、聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚烯烃、聚苯硫醚、聚苯并咪唑、聚氯乙烯、聚酰亚胺、碳纤维、聚醚酰亚胺、氟聚合物或其混合物。在一些实施方式中，合成聚合物纤维包括各种结构，包括各种单组件和双组件结构。
在一些实施方式中，无纺织物包括天然纤维。在一些实施方式中，合适的天然纤维包括纤维素及其衍生物。此外，在一些实施方式中，本申请描述的过滤介质的无纺织物包括在玻璃纤维范围之外的无机纤维。在一些实施方式中，合适的无机纤维包括二氧化硅纤维、 氧化铝纤维、铝硅酸盐纤维、硼铝硅酸盐纤维、玄武岩纤维或其混合物。
在一些实施方式中，无纺织物的纤维可具有与本发明的目的一致的任何直径。在一些实施方式中,无纺织物的纤维的平均直径为约Iym至约30 μ m。在一些实施方式中，无纺织物的纤维的平均直径为约2 μ m至约15 μ m。在一些实施方式中，无纺织物的纤维的平均直径为约3 μ m至约10 μ m，或者约5 μ m至约7 μ m。在一些实施方式中，无纺织物能够由 D75或者D150E-玻璃纤维玻璃线束形成。
无纺织物可以具有与本发明的目的一致的任何结构。在一些实施方式中，无纺织物提供为任何前述纤维的非机织毡。在一些实施方式中，无纺织物包括一种或多种用于所述纤维的粘合剂。在一些实施方式中，粘合剂包括淀粉-油粘合剂或者施胶剂，例如可商购自 Pittsburgh, PA 的 PPG Industries 的 610 或者 8610。
此外，在一些实施 方式中，无纺织物能够受到形成后处理，从而提高该毡对各种化学条件(例如酸或者碱侵袭)的耐性。在一些实施方式中，形成后处理提高无纺织物的物理性质，例如非黏着性性质。形成后处理可以包括将该无纺织物暴露于各种化学物质例如聚四氟乙烯(PTFE)、有机硅、聚氨酯、环氧化物、石墨或者硅烷或其组合。
在一些实施方式中，本申请描述的过滤介质的无纺织物的厚度为至多约0. 2英寸。在一些实施方式中，无纺织物的厚度少于约O.1英寸或者少于约O. 05英寸。在一些实施方式中，无纺织物的重量为至少约loz/yd2。在一些实施方式中，无纺织物的重量为至少约5oz/yd2。在一些实施方式中,无纺织物的重量为约loz/yd2至约15oz/yd2。在一些实施方式中，无纺织物的重量为约5oz/yd2至约ΙΟοζ/yd2。在一些实施方式中，无纺织物的重量可为约6至约30oz/yd2。无纺织物的重量可为约16至24oz/yd2。
在一些实施方式中，无纺织物具有渗透率或者孔隙率，当将该无纺织物结合到该介质中时，该渗透率或者孔隙率最小化跨该织物和/或过滤介质的压降。在一些实施方式中，无纺织物的渗透率或者孔隙率适合用于工业烟道气过滤应用例如脉冲式喷气或者反向空气应用。
在一些实施方式中，当使用ASTM D737标准测量时，无纺织物的渗透率为至少约 80scfm/ft2o在一些实施方式中，无纺织物的渗透率为至少约100scfm/ft2，或者渗透率为至少约130scfm/ft2。在一些实施方式中，无纺织物的渗透率为至少约150scfm/ft2，或者渗透率为至少约200scfm/ft2。在一些实施方式中，无纺织物的渗透率为约90scfm/ft2至约 250scfm/ft2o
在一些实施方式中，所述无纺织物使用本领域普通技术人员已知的技术通过湿铺设方法形成。在一些实施方式中，所述无纺织物使用本领域普通技术人员已知的技术通过干铺设方法形成。
I1.机织织物
在一些实施方式中，除了至少一个无纺织物层，本申请披露的过滤介质还包括至少一个机织织物层。
在一些实施方式中，机织织物层包括玻璃纤维、合成聚合物纤维、天然纤维或者无机纤维或其混合物。适合用于机织织物层中的玻璃纤维、聚合纤维、天然纤维或者无机纤维可包括前面在第I部分中对于无纺织物层所记载的任何那些。此外，在一些实施方式中，机织织物层的纤维可具有平均直径，其与前面在第I部分中对于无纺织物层所记载的任何平均纤维直径一致。例如，在一些实施方式中，与无纺织物一样，机织织物也能够由D75或者 D150E-玻璃纤维玻璃线束形成。
在一些实施方式中，机织织物包括一种或多种用于所述纤维的粘合剂。在一些实施方式中，粘合剂包括淀粉-油粘合剂或者施胶剂。在一些实施方式中，机织织物能够受到形成后处理，从而提高该毡对各种化学条件(例如酸或者碱侵袭)的耐性。在一些实施方式中，形成后处理提高无纺织物的物理性质，例如非黏着性性质。形成后处理可以包括将该无纺织物暴露于各种化学物质例如聚四氟乙烯(PTFE)、有机硅、聚氨酯、环氧化物、石墨或者娃烧或其组合。
在一些实施方式中， 本申请描述的过滤介质的机织织物的厚度为小于O. 2英寸。 在一些实施方式中，机织织物的厚度少于约O.1英寸或者少于约O. 05英寸。在一些实施方式中，机织织物的重量为至少约loz/yd2。在一些实施方式中，机织织物的重量为至少约 5oz/yd2。在一些实施方式中，机织织物的重量为约loz/yd2至约25oz/yd2。在一些实施方式中，机织织物的重量为约5oz/yd2至约ΙΟοζ/yd2。在一些实施方式中，无纺织物的重量可为约6至约30oz/yd2。无纺织物的重量可为约16至24oz/yd2。
在一些实施方式中，机织织物具有渗透率或者孔隙率，该渗透率或者孔隙率最小化跨该织物和/或组装的过滤介质的压降。在一些实施方式中，机织织物的渗透率或者孔隙率适合用于工业烟道气过滤应用例如脉冲式喷气或者反向空气应用。在一些实施方式中，机织织物通过显示松的开口迂回结构而获得期望的渗透率和/或孔隙率。在一些实施方式中，机织织物提供为粗布(scrim)。此外，在一些实施方式中，机织织物使用低加捻或者没有加捻的膨体纱来提高渗透率。在一些实施方式中，机织织物能够由在至少一个方向 (例如，经线方向)使用的膨体纱形成。认为，在机织织物的至少一个方向上使用膨体纱能够帮助在缝制过程中将织物整合到过滤介质中。
在一些实施方式中，当使用ASTM D737标准测量时，机织织物的渗透率为至少约100scfm/ft2。在一些实施方式中，机织织物的渗透率为至少约150scfm/ft2，或者渗透率为至少约175scfm/ft2。在一些实施方式中，无纺织物的渗透率为至少约200scfm/ft2。在一些实施方式中，机织织物的渗透率为约100scfm/ft2至约250scfm/ft2。
II1.污染物吸附剂层
本申请描述的过滤介质包括含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层。在一些实施方式中，污染物吸附剂层可用于从烟道气流除去一种或者多种污染物，包括但不限于，汞和/ 或重金属。此外，在一些实施方式中，本申请描述的烟道气过滤介质的污染物吸附剂层可用来无限期地保持吸收的污染物或者保持期望的时间期间。在一些实施方式中，当暴露于各种环境条件时例如与烟道气过滤应用相关的升高的温度时，污染物吸附剂层可用来保持一种或多种污染物。
在一些实施方式中，活化的碳纤维由一种或多种合成聚合物纤维生产。在一些实施方式中，适合于生产活化的碳纤维的合成聚合物纤维包括聚丙烯腈纤维(PAN)、酚纤维 (phenolic fiber)或者聚乙烯醇纤维。在一些实施方式中，活化的碳纤维由一种或多种天然纤维生产。在一些实施方式中，适合于生产活化的碳纤维的天然纤维包括纤维素纤维或者人造丝前体。
在一些实施方式中，可将合成聚合物纤维和/或天然纤维碳化从而生产活化的碳纤维。在一些实施方式中，合成的聚合物和/或天然纤维是完全碳化的或者部分碳化的。在一种实施方式中，例如，PAN纤维是部分碳化的，包括约20%至约30%的来自前体PAN的氮。
在一些实施方式中，可用于污染物吸附剂层的活化的碳纤维是可以以毡的形式以产品号 TK1000 或者 TK1600 从 Jiangsu Tonkang Special Fabric & Garments Co. , Ltd., China商购的。
污染物吸附剂层的活化的碳纤维可具有任何与本发明的目的一致的尺寸。在一些实施方式中，活化的碳纤维的平均直径为约10nm至约50 μ m。在一些实施方式中，活化的碳纤维的平均直径为约IOOnm至约30 μ m。在一些实施方式中，活化的碳纤维的平均直径为至少约I μ m。在一些实施方式中，活化的碳纤维的平均直径为约1 μ m至约20 μ m,或者约 5 μ m 15 μ m。
除了以毡的形式商业购买之外，在一些实施方式中，活化的碳纤维可由合成的聚合的和/或由静电喷纺技术产生的天然纤维衍生物生产，如美国专利申请公开 2008/0207798和2009/0102100中披露的那些，将这些文献披露的全部内容通过参考并入本申请。这种纤维可以使用本领域技术人员已知的技术组装成毡形式。
在一些实施方式中，碳纤维可以是活化的，或者通过各种物理和化学方法进一步活化。在一些实施方式中，物理方法通常包括在控制的气氛下和在升高的温度存在二氧化碳或者水蒸气。或者，许多活化过程在约400至约700° C的温度使用脱水剂例如氯化锌或者磷酸来完成活化。在一些实施方式中，能够在活化之后使用氢氧化钾来进一步打开碳纤维中的孔，导致较大的孔尺寸分布。
在一些实施方式中，活化的碳纤维也可用持留物质处理，所述持留物质可用来抑制或者排除一种或者多种在烟道气的过滤过程中被纤维俘获的污染物(例如汞)的解吸附或者释放。在一些实施方式中，例如，活化的碳纤维可以使用各种形式的硫、氯、溴和/或碘 (包括例如元素硫)浸溃，从而抑制或者排除从烟道气流俘获的汞的解吸附或者释放。
在一些实施方式中，本申请描述的烟道气过滤介质的污染物吸附剂层包含至少 lwt%的硫。在一些实施方式中，污染物吸附剂层包括含量为约2wt%至约30wt%的硫。在一 些实施方式中，污染物吸附剂层包括含量为约5wt%至约15wt%的硫。在一些实施方式中， 污染物吸附剂层包括含量为约18wt%至约25wt%的硫。
在一些实施方式中，污染物吸附剂层包含作为汞持留物质的溴，其量为至少约 lwt%。在一些实施方式中，污染物吸附剂层包含溴，其量为至少约5wt%。在一些实施方式 中，污染物吸附剂层包括作为汞持留物质的氯，其量为至少约lwt%。在一些实施方式中，污 染物吸附剂层包含作为汞持留物质的氯，其量为至少约5wt%。在一些实施方式中，污染物吸 附剂层包含作为汞持留物质的碘，其量为至少约lwt%。在一些实施方式中，污染物吸附剂层 包含碘，其量为至少约5wt%。
在一些实施方式中，来自活化过程的残留物也可用作汞持留物质。例如，在一些实 施方式中，碳化的纤维(以毡的形式或者其它形式)可暴露于作为活化剂的氯化锌溶液。然 后，在一些实施方式中，氯化锌的残留物能够氧化汞和将汞保留在活化的碳中。在一些实施 方式中，活化的碳纤维可以包含锌，其量为至少约O. 25wt%。在一些实施方式中，活化的碳纤 维可以包含锌，其量为至多约6wt%。
在一些实施方式中，为了将该持留物质结合到该污染物吸附剂层中，包含活化的 碳纤维(以毡的形式或者其它形式)的该污染物吸附剂层可受到金属盐的化学处理，所述 金属盐包括氯化钾、溴化钾、碘化钾、溴化锌、氯化锌、或其组合。在一些实施方式中，例如， 可将该金属作为含有一定量的金属盐的水溶液施加至活化的碳纤维的毡，该量对应于在污 染物吸附剂层中约5至约100%的碳质量。
在一些实施方式中，该污染物吸附剂层可以在用金属盐处理之后在炉中加热。在 一些这样的实施方式中，将该污染物吸附剂层加热约I至约7小时。在一些这样的实施方式 中，该污染物吸附剂层在约150° C至约950° C的温度加热。在一些这样的实施方式中， 将该污染物吸附剂层在约150° C至约250° C或者约450° C至约500° C加热。
在一些实施方式中，活化的碳纤维用贵金属浸溃，所述贵金属包括例如钼、钯、金 或者银或其合金。
在一些实施方式中，汞持留物质当施用至毡形式的活化的碳纤维时可用来抑制或 者排除当将该污染物吸附剂层加热至至多约550° F的温度时的俘获的汞的解吸附或者释 放。在一些实施方式中，施用至活化的碳纤维的汞持留物质可操作来抑制或者排除当将污 染物吸附剂层加热至至多约500° F的温度时俘获的汞的解吸附或者释放。在一些实施方 式中，施用至活化的碳纤维的汞持留物质可操作来抑制或者排除当将污染物吸附剂层加热 至至多约400° F的温度时俘获的汞的解吸附或者释放。
在一些实施方式中，含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层的表面积可为约150m2/ g至约2600m2/g。在一些实施方式中，含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层的表面积可为约 IOOmVg至约600m2/g。在一些实施方式中，含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层的表面积 可为约1200m2/g至约1700m2/g。在一些实施方式中，含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层 的表面积可为约1300m2/g至约1600m2/g。本申请描述的污染物吸附剂层的表面积根据BET 理论和技术测定。除非另外指出，否则，本申请提及的表面积反映根据ASTM D6556-10标准 方法(其用于通过氮吸收测量炭黑总的和外表面积)的表面积的量度。
在室温和饱和的汞蒸气的静态条件下，每克活化的碳纤维吸附剂的汞保留量可根 据以下工序测量将50mg的污染物吸收材料密封到玻璃纤维袋中，该玻璃纤维袋在提供物 理保护的同时允许空气流动。通过悬挂在I夸脱广口瓶(其在底部中具有一定量的液体元 素汞)的蒸气相中，将样品悬浮。将该广口瓶密封，并在室温存储7天，然后，从该广口瓶取 出样品，并将其置于气密的塑料袋中。通过直接汞分析(DMA)测试样品的总汞含量。DMA分 析通过MR测试实验使用它们的CAP-054E(DMA)过程进行。除非本申请中另外指出，否则， 本申请提及的静态汞保留率值(汞保留率每克活化的碳纤维吸附剂)反应使用该方法进行 的测量。
在一些实施方式中，在室温在饱和的汞蒸气中的静态条件下，污染物吸附剂层具 有吸附至少约50mg的汞每克活化的碳纤维吸附剂的能力。在室温在饱和的汞蒸气中的静 态条件下，污染物吸附剂层的一些实施方式可以具有吸附至少约IOOmg的汞每克活化的碳 纤维吸附剂的能力，这使用相同的工序测得。在一些实施方式中，在室温在饱和的汞蒸气中 的静态条件下，污染物吸附剂层可以具有吸附至少约150mg的汞每克活化的碳纤维吸附剂 的能力，这使用相同的工序测得。在室温在饱和的汞蒸气中的静态条件下，污染物吸附剂层 的一些实施方式可以具有吸附至少约200mg的汞每克活化的碳纤维吸附剂的能力，这使用 相同的工序测得。
在一些实施方式中，污染物吸附剂层具有吸附至少约6mg汞每克活化的碳纤维吸 附剂的能力，在5天的时间上，在350° F的动态空气流的条件下，该空气含有Ilppb汞蒸 气。在一些实施方式中，在动态干氮气流的条件下在300° F持续140小时，以75ppb的汞 蒸气浓度和4fpm的通过该样品的气体速度，污染物吸附剂层具有吸附至少约IOmg汞，至少 约15mg萊,至少约20mg萊,或者至少约25mg萊每克活化的碳纤维吸附剂的能力。
含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层可以具有任何与本发明的目的一致的尺寸。 在一些实施方式中，污染物吸附剂层的厚度为约O. 01英寸至约O. 3英寸。在一些实施方式 中，污染物吸附剂层的厚度可为约O. 02英寸至约O.1英寸。在一些实施方式中，污染物吸 附剂层的厚度可为约O.1英寸至约O. 2英寸。
在一些实施方式中，含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层的气体渗透率为至少约 20scfm/ft2o在一些实施方式中，污染物吸附剂层的气体渗透率为至少约25scfm/ft2。在 一些实施方式中，污染物吸附剂层的气体渗透率为约15scfm/ft2至约120scfm/ft2，或者约 20scfm/ft2 至约 80scfm/ft2。
在一些实施方式中，含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层的基重为约lg/ft2至约 60g/ft2。在一些实施方式中，污染物吸附剂层的基重为约5g/ft2至约30g/ft2。在一些实 施方式中，污染物吸附剂层的基重为约20g/ft2至约30g/ft2。
在一些实施方式中，构成所述污染物吸附剂层的纤维的尺寸为少于约15微米，其 能够容许改进的空气流和增加的表面积，由此改善吸附过程动力学。不受理论限制，认为改 善的吸附过程动力学是由于增加的碰撞频率导致的。在一些实施方式中，构成所述污染物 吸附剂层的纤维可以具有多叶片(mult1-lobal)横截面(例如，由粘胶纤维人造丝制成的 纤维)，其也提供增加的表面积。
IV.流体入口 /出口涂层和隔膜
在一些实施方式中，本申请描述的过滤介质的流体入口表面和/或流体气体出口表面可以包括涂层。通常，可将该涂层施涂至该过滤介质的一个或多个层。在一些实施方式中，涂层可用来提高由于缝制所述过滤介质导致的从气体入口和/或出口表面突出的纤维的耐磨性。在一些实施方式中，所述涂层对液体流中的粒子可以是非黏着性的或者排斥的，由此便于通过技术例如脉冲式喷气或者反向空气清洁所述过滤介质。
该涂层能够根据所选的涂层和所期望的特性提供一种或者多种功能。例如，但不限于，各种涂层能够提供耐磨性，能够帮助层的粘结，能够提供耐化学性，和/或能够提供非黏着性性质。此外，在一些实施方式中，涂层能够提高流体入口和/或出口表面对湿气， 酸和/或碱性物质的耐性。
用于过滤介质的流体气体入口和/或出口表面涂层能够聚任何与本发明的目的一致的厚度。在一些实施方式中，涂层可以具有少于约5μπι的厚度。在一些实施方式中， 涂层可以具有约I μ m至约3 μ m的厚度。在一些实施方式中，涂层可以具有少于约I μ m的厚度。
在选择涂层和涂层厚度时，通常应该避免流体入口表面和/或流体出口表面上的总体上封闭(occlude)或者基本上封闭该表面的孔结构的涂层，从而通过所述表面和过滤介质保持可接受的或者期望的气体流动特性。
在一些实施方式中，该涂层可以包括一种或多种以下物质至少一种聚氨酯、至少一种有机娃、至少一种碳氟化合物、至少一种环氧化物、至少一种娃烧、或者至少一种娃氧烷、或其组合。在一些实施方式中，聚氨酯涂层能够提供粘结，耐化学性，和/或耐磨性。在一些实施方式中，碳氟化合物能够提供耐磨性和/或高温稳定性。在一些实施方式中，环氧化物能够提供粘结、耐化学性、和/或耐磨性。有机硅、硅烷和/或硅氧烷能够提供粘结。在涂层含有碳氟化合物的一些实施方式中，所述碳氟化合物可以包括聚四氟乙烯(PTFE)。在一些实施方式中，PTFE涂层能够提供非黏着性性质、耐磨性、和/或耐化学性。例如，所述非黏着性性质可用于促进当过滤介质经受清洁循环时飞尘粒子(fly ash particle)的容易释放，以及提高小于2. 5μπι的粒子的滤过。在一些实施方式中，提供粘性粘结的涂层材料能够增强无纺织物介质并且促进无纺织物和吸附层之间的粘性。
在一些实施方式中，过滤介质能够进一步包括附着至流体入口表面或者流体出口表面的隔膜。在一些实施方式中，所述隔膜能够偶联(例如层压)在流体入口表面。在一些实施方式中，所述隔膜可以包括聚酯，乙烯基聚合物，聚乙烯，纤维素纤维，碳氟化合物， 或其组合。在一种实施方式中，所述隔膜包括膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)。在一些实施方式中，所述隔膜使用压延辊通过热层压偶联至无纺织物层。在一些实施方式中，所述隔膜具有孔尺寸和厚度，其改善2. 5微米粒子(例如从流体流除去尺寸为2. 5微米或者更大的粒子)的过滤效率。适合用于本发明的实施方式中的隔膜能够通过Higginsville,MO的TTG Inc.从过滤介质得到并且层压到过滤介质上。
在一些实施方式中 ，所述过滤介质可以包括偶联至流体入口表面的涂层和隔膜。
V.组装的过滤介质
在一些实施方式中，本申请所述的过滤介质是通过本申请所述的方法组装的。在一些实施方式中，本申请所述的过滤介质的厚度为约O. 05英寸至约O. 5英寸。在一些实施方式中，过滤介质的厚度为约O.1英寸至约O. 3英寸。
在一些实施方式中，本申请所述的过滤介质的渗透率为至少约10scfm/ft2。在一些实施方式中，过滤介质的渗透率为约15scfm/ft2至约70scfm/ft2。在一些实施方式中， 过滤介质的渗透率为约20scfm/ft2至约50scfm/ft2。
在一些实施方式中，过滤介质具有足够的强度和/或机械完整性，从而容许在脉 冲式喷气或者反向空气过滤应用中使用所述过滤介质。在一些实施方式中，本申请所述的 过滤介质的拉伸强度为至少约2001bf/2〃，根据ASTM D5035测得。在一些实施方式中，本申 请描述的过滤介质的拉伸强度为至少约2251bf/2"。在一些实施方式中，过滤介质的拉伸强 度为约 2001bf/2〃 至约 3001bf/2〃。
在一些实施方式中，本申请所述的过滤介质的相对于所述过滤介质的宽度的MIT Flex计数为至少约300，000，根据ASTM D2176测得。在一些实施方式中，本申请所述的过 滤介质的相对于过滤介质的长度的MIT Flex计数为至少约800，000，根据ASTM D2176测得。
在一些实施方式中，本申请所述的过滤介质，当烟道气通过所述过滤介质 时，除去了至少一部分存在于烟道气中的汞。除去的汞的量可根据以下工序测量载 满汞的气流通过使干燥的氮气移动通过结合有汞渗透管的玻璃U形管(可商购自 VICI (Valc° Instruments Co.1nc.))而制备。将该U形管保持在控制温度的油浴中，从而 控制来自渗透管的汞的质量流速。然后使载满汞的氮气流通过在加热的腔室中的一段长度 的管道，从而达到期望的测量温度。通过隔膜过滤器支架例如在HPLC领域中使用的那些将 吸附剂样品保持在原位，在该支架上所述样品替代所述过滤器。该样品暴露于该加热的，载 满萊的氮气，并通过冷蒸气原子吸收仪器(cold vapor atomic absorption instrument) 实时分析样品的下游气体，从而确定汞的通过浓度。同时在吸收实验之前和之后使用相同 的仪器测量汞的入口浓度。本申请提及的从烟道气流的汞除去(或者动态汞除去)将是指 根据这个过程的汞除去，否则会另外指出。
在一些实施方式中，烟道气过滤介质除去烟道气中至少约50%的汞。在一些实施 方式中，烟道气过滤介质除去烟道气中至少约70%的汞。在一些实施方式中，烟道气过滤介 质除去烟道气中至少约90%或者至少约95%的汞。在一些实施方式中，本申请所述的烟道 气过滤介质除去烟道气中高达100%的汞。
此外，在一些实施方式中，烟道气过滤介质保留至少一部分俘获的或者吸收的汞 达至少一年的期间，基于加速的实验。加速通常伴随着增加汞蒸气浓度(通常高达通常在 工业烟道气流出物中所见的值的75倍)。在一些实施方式中，烟道气过滤介质保留至少一 部分俘获的或者吸收的汞达至少3年。在一些实施方式中，该部分保留的汞将取决于烟道 气过滤介质所暴露于的各种环境条件和因素。在一些实施方式中，当过滤介质暴露于至多 约500° F的温度时，本申请所述的烟道气过滤介质保留大于90%或者大于95%的俘获的 汞。在一些实施方式中，当过滤介质暴露于至多约500° F的温度时，本申请所述的烟道气 过滤介质保留所有的或者基本上所有的俘获的汞。
V1.脉冲式喷气和反向空气烟道气过滤系统
在一些实施方式中，本申请所述的过滤介质适合用于脉冲式喷气和/或反向空气 工艺中。在一些实施方式中，提供脉冲式喷气烟道气过滤系统。在一些实施方式中，所述脉 冲式喷气烟道气过滤系统包括烟道气入口歧管，烟道气出口歧管和多个位于入口歧管和出 口歧管之间的过滤装置，其中该多个过滤装置的至少一个包括置于所述线材笼载体上的线材笼载体和过滤介质。置于所述线材笼载体上的过滤介质可包括本申请所述的任一种过滤 介质结构。
在一些实施方式中，本申请所述的过滤介质为袋形，其用于在线材笼载体上组装 或者用于偶联至一个或者多个载体环。在一些实施方式中，吹风管和孔口接近于所述过滤 介质用于提供压缩空气的脉冲到该过滤介质中，用于除去过滤介质的入口表面上的粒子。
图4说明根据本发明一种实施方式的脉冲式喷气过滤系统的过滤装置。图4(a) 说明执行烟道气流(405)过滤的具有本申请所述的结构的烟道气过滤介质(402，404)。如 图4(a)中所说明的，将过滤介质(402，404)形成为用于置于线材笼载体(406)上的袋。烟 道气(405)流经该过滤介质(402，404)，由此将各种颗粒物质(407)沉积到过滤介质(402， 404)的表面上。在一些实施方式中，在烟道气(405)通过过滤介质(402，404)时，本申请所 述的过滤介质(402，404)也除去一种或多种金属污染物，例如汞。
图4(b)说明烟道气过滤介质(402，404)的清洁。在清洁过程中，空气或者气体的 脉冲(410)通过吹风管(412)和孔口(414)提供至气体过滤介质(402，404)的内部，导致 过滤介质(402，404)膨胀和收缩。过滤介质(402，404)的膨胀和收缩驱逐过滤介质(402， 404)的表面上的颗粒物质(407)。能够将驱逐的颗粒物质(407)收集在位于过滤介质(402， 404)下方的储料器(未示出)中。
在另一实施方式中，提供反向空气烟道气过滤系统。所述反向空气烟道气过滤系 统包括烟道气入口歧管，烟道气出口歧管和位于入口歧管和出口歧管之间的多个过滤装 置，其中所述多个过滤装置中的至少一个包括一个或者多个载体环，和偶联至所述一个或 者多个载体环的过滤介质。偶联至所述一个或者多个载体环的过滤介质可以包括本申请所 述的任一个过滤介质。
VI1.生产过滤介质的方法
另一方面，本发明提供生产过滤介质的方法。在一些实施方式中，生产过滤介质的 方法包括提供含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层，第一无纺织物和至少一个机织织物， 将所述污染物吸附剂层置于第一无纺织物和机织织物之间，和缝制所述第一无纺织物，污 染物吸附剂层和机织织物。在一些实施方式中，生产过滤介质的方法还包括提供第二无纺 织物，和在缝制之前将第二无纺织物与所述机织织物相邻放置。在一些实施方式中，机织织 物位于第二无纺织物和污染物吸附剂层之间。在一些实施方式中，第二无纺织物位于所述 机织织物和所述污染物吸附剂层之间。
在一些实施方式中，生产过滤介质的方法包括提供第一无纺织物，第二非机织织 物和含有活化的碳纤维的污染物吸附剂层，将所述污染物吸附剂层置于第一无纺织物和第 二无纺织物之间，和缝制第一无纺织物，污染物吸附剂层和第二无纺织物。
在一些实施方式中，生产过滤介质的方法包括提供机织织物和含有活化的碳纤维 和结构纤维的混合物的污染物吸附剂层，并且缝制所述污染物吸附剂层和机织织物。
在生产过滤介质的方法的一些实施方式中，缝制包括缝制所述过滤介质的一侧或 者两侧。在一些实施方式中，选择缝制条件从而在一个缝制方向或者两个缝制方向都包埋 突出的纤维。
在一些实施方式中，生产过滤介质的方法还包括将涂层施加到过滤介质的流体入 口表面。在一些实施方式中，生产过滤介质的方法还包括将涂层施加到过滤介质的流体出口表面。如本申请所述的，在一些实施方式中，涂层能够增加突出到气体入口和/或出口表 面上方的纤维的耐磨性和耐化学性，由此增加过滤介质的耐久性。
如上所述，在一些实施方式中，生产过滤介质的方法包括将隔膜附接至流体入口 表面或者流体出口表面。
在一些实施方式中，过滤介质当经受根据ASTM D6830-02的ETS颗粒试验时能够 很好地发挥作用。在一些实施方式中，所述过滤介质的PM2. 5(g/dscm)为〈1. 67xl0_5,平均 残留AP(cm w. g.)为2. 6至3. O,和清洁循环数为95至110。
VII1.处理烟道气的方法
在另一方面，本发明提供处理烟道气的方法。在一些实施方式中，处理烟道气的方 法包括提供本申请所述的过滤介质，和使所述烟道气流经所述过滤介质，其中通过所述过 滤介质除去所述烟道气中的至少一部分汞。在一些实施方式中，所述过滤介质除去烟道气 中至少50%的汞。在一些实施方式中，所述过滤介质除去烟道气中至少70%的汞。在一些 实施方式中，所述过滤介质除去烟道气中至少90%或者至少95%的汞。在一些实施方式中， 所述过滤介质除去烟道气中所有的或者基本上所有的汞。
在一些实施方式中，处理烟道气的方法还包括，当烟道气流通过所述过滤介质时， 至少部分地除去烟道气流的颗粒组分。在一些实施方式中，除去大于90%的烟道气的颗粒 组分。在一些实施方式中，除去所有的或者基本上所有的烟道气的颗粒组分。
烟道气过滤介质的这些和其它实施方式通过以下非限制性实施例进一步说明。
实施例1
制备污染物吸附剂层
将含有PAN纤维的无纺织物毡通过置于穿孔盘上的玻璃纤维片材之间在预热至 150° C的马沸炉中氧化并退火。将5scfh的室内空气(house air)供应至该炉中作为吹 洗气体。将该样品以2° C/min加热至240° C，在240° C保持2小时，用20scfh N2吹洗 30分钟，以2° C/min加热至350° C，在350° C保持I小时，然后冷却至低于250° C，然 后从炉中取出并快速冷却。
通过以下步骤进一步活化退火的PAN毡浸溃在9%的氯化锌水溶液中30分钟，在 120° C的对流炉中干燥18小时，加载到预热到200° C的管式炉中，在20scfh的氮气吹洗 下在200° C保持30分钟，以10° C/min加热至600° C，在600° C保持30分钟，冷却至 低于200° C并取出。用O. 5N HCl溶液洗涤处理的样品，接着用DI (去离子)水除去未反 应的氯化锌。
通过氮气孔隙法测量该样品，并测得BET表面积为381m2/g。该样品在饱和的汞蒸 气下在一周之后的室温静态汞吸收为41mg/g。在损失功效之前，在强制流动条件下在具有 Ilppb汞蒸气的350° F空气中进行的动态汞吸收产生6mg/g的吸收。
实施例2
含有TK1600碳纤维租(得自Jiangsu Tonkang Special Fabric & Garments Co., Ltd.，China)的污染物吸附剂层通过以下步骤进一步处理将它浸入1%氯化锌水溶液中I 分钟并且在具有氮气吹洗的炉中在200° C干燥I小时。测得样品的BET表面积为1269m2/ g，根据ASTMD6556-10测得。通过x_射线电光子分光光谱进行的元素分析表明样品加入了5.8原子％的氯。室温静态汞吸收为69mg汞每克碳，通过以上的第
段中所述的工序测得。
实施例3
含有TK1600碳纤维租(得自Jiangsu Tonkang Special Fabric & Garments Co., Ltd. ,China)的污染物吸附剂层通过以下步骤进一步处理将它浸入10%溴化钾水溶液中I 分钟并且在具有氮气吹洗的炉中在475° C干燥6小时。测得样品的BET表面积为558m2/ g，根据ASTMD6556-10测得。通过x_射线电光子分光光谱进行的元素分析表明样品加入了4.O原子％的溴。室温静态汞吸收为68mg汞每克碳，通过以上的第
段中所述的工序 测得。
实施例4
含有尺寸为约6” X 12” 的 TK1600 碳纤维租(得自 Jiangsu Tonkang Special Fabric & Garments Co. , Ltd. , China)的污染物吸附剂层通过以下步骤进一步处理用硫 粉均匀地撒在该表面上，质量比为约1:1的碳硫。将该碳和硫辊压成管形，并且置于6”直 径的石英管炉内侧，用干氮气吹洗，并且以10° C/min加热至470° C的最终温度。将样品 在470° C保持I小时，然后冷却并从该管式炉取出。根据ASTMD6556-10测得样品的BET 表面积为1268m2/g。通过X-射线电光子分光光谱进行的元素分析表明样品的表面加入了9.3原子％的硫。室温静态汞吸收为52mg汞每克碳，通过以上第
段所述的工序测 得。
实施例5
将含有PAN纤维的无纺织物毡通过置于穿孔盘上的玻璃纤维片材之间在预热至 150° C的马沸炉中氧化并退火。将5scfh的室内空气(house air)供应至该炉中作为吹 洗气体。将该样品以2C/min加热至240° C，在240° C保持2小时，用20scfh N2吹洗30 分钟，以2° C/min加热至350° C，在350° C保持I小时，然后冷却至低于250° C，然后 从炉中取出并快速冷却。
通过以下步骤进一步活化退火的PAN毡浸溃在5%的氯化锌水溶液中I分钟，接 着在80° C的对流炉中干燥。然后将干燥的样品置于石英管式炉中，用干氮气吹洗，并且以 10° C/min加热至高达900° C的最终温度。将样品在900° C保持5分钟，然后冷却并且 从该管式炉中取出。根据ASTM D6556-10测得样品的BET表面积为399m2/g。通过χ-射线 电光子分光光谱进行的元素分析表明样品的表面加入了 3.1原子％的氯。室温静态汞吸收 为148mg汞每克碳，通过以上第
段所述的工序测得。
实施例6
将根据实施例1制备的活化的碳纤维毡的样品用元素硫浸溃，通过与过量的硫 (20:1的硫与样品质量之比)在坩埚中组合，在氮气环境下在以10° C/min加热至500° C， 在500° C保持I小时并且在除去之前冷却至低于200° C。使用X-射线荧光光谱(XPS) 的表面元素分析确定活化的碳毡吸收的硫为11质量％，而样品的视觉外观不变。类似的在 400° C和600° C的试验分别产生10%和6%。对于在400，500，和600° C处理的样品，BET 表面积根据ASTM D6556-10测得分别为59，235dP 220m2/g。对于在400，500，和600° C处 理的样品，室温静态汞吸收测得分别为23，22，和19mg汞每克碳，通过以上第
段所述 的工序测得。
实施例7
如上所述，在一些实施方式中，可将无纺织物，机织织物，污染物吸附剂层，和/或其它材料层中的一个或多个缝制在一起。当该无纺织物和机织织物由玻璃纤维形成时，用于将这些层与污染物吸附剂层一起缝制的示例性缝制技术列在本实施例中。对于每个样品，将无纺织物玻璃纤维毡，机织织物玻璃纤维毡，和污染物吸附剂层缝制在一起。所述缝制在DILO Group制造的缝针设备上进行。用于每个样品的针是来自Groz-Beckert USA的型号609901的针。表I描述了缝制不同样品的操作参数。除了表I中所列的参数之外，以下参数对于表I中所述的每个样品是共同的来自Groz-Beckert USA的型号609901的针； 50针/线性英寸；385次/分钟；每次308个冲孔/每平方英尺。
表I
权利要求
1.一种过滤介质，其包括含有多个活化的碳纤维的污染物吸附剂层；至少一个机织织物；和至少一个无纺织物；其中所述污染物吸附剂层位于所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物之间。
2.权利要求1的过滤介质，其中所述污染物吸附剂层缝制到所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物。
3.权利要求1的过滤介质，其中所述过滤介质还包含第二无纺织物。
4.权利要求3的过滤介质，其中所述第二无纺织物位于所述污染物吸附剂层的与所述至少一个无纺织物相对侧上。
5.权利要求3的过滤介质，其中将所述至少一个无纺织物、所述污染物吸附剂层、所述机织织物、和所述第二无纺织物缝制到一起。
6.权利要求1的过滤介质，其中所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物包括玻璃纤维、合成聚合物纤维、无机纤维、天然纤维、或其组合。
7.权利要求1的过滤介质，其中所述至少一个机织织物和所述至少一个非机织织物包括E-玻璃纤维、C-玻璃纤维、ECR玻璃纤维、S-玻璃纤维、无硼玻璃纤维、或它们的混合物。
8.权利要求1的过滤介质，其中所述至少一个无纺织物的厚度为至多约O.2英寸。
9.权利要求1的过滤介质，其中所述至少一个无纺织物的根据ASTMD737的渗透率为至少约 80scfm/ft2。
10.权利要求1的过滤介质，其中所述至少一个机织织物的厚度为至多约O.2英寸。
11.权利要求1的过滤介质，其中所述至少一个机织织物的根据ASTMD737的渗透率为至少约 100scfm/ft2。
12.权利要求1的过滤介质，其中所述活化的碳纤维包括合成聚合物纤维、天然纤维、 或其组合。
13.权利要求12的过滤介质，其中所述合成聚合物纤维包括聚丙烯腈纤维、酚纤维、聚乙烯醇纤维、或其组合。
14.权利要求12的过滤介质，其中所述天然纤维包括纤维素纤维或者人造丝前体。
15.权利要求1的过滤介质，其中所述活化的碳纤维是部分碳化的。
16.权利要求1的过滤介质，其中所述污染物吸附剂层还包含金属卤化物盐、金属氢氧化物、无机酸、贵金属、或其组合。
17.权利要求16的过滤介质，其中所述污染物吸附剂层包括金属卤化物盐，所述金属卤化物盐包括氯化锌、溴化锌、或其组合。
18.权利要求17的过滤介质，其中所述氯化锌或者溴化锌存在的量为约O.25wt%至约 6wt%的锌。
19.权利要求16的过滤介质，其中所述污染物吸附剂层包含金属卤化物盐，和其中所述金属卤化物盐包括氯化钾、溴化钾、碘化钾、或其组合。
20.权利要求1的过滤介质，其中所述活化的碳纤维的平均直径为至多约50μ m。
21.权利要求1的过滤介质，其中所述活化的碳纤维的平均直径为至少约lOOnm。
22.权利要求1的过滤介质，其中所述活化的碳纤维还包含至少一种汞持留物质。
23.权利要求22的过滤介质，其中所述至少一种汞持留物质包括硫或者卤素。
24.权利要求22的过滤介质，其中所述汞持留物质包括碘、溴、或者氯。
25.权利要求23的过滤介质，其中所述汞持留物质包括溴。
26.权利要求24的过滤介质，其中所述汞持留物质存在的量为至少lwt%。
27.权利要求24的过滤介质，其中所述汞持留物质存在的量为至少5wt%。
28.权利要求1的过滤介质，其中所述污染物吸附剂层的通过ASTMD6556-10测得的表面积为至少约150m2/g。
29.权利要求1的过滤介质，其中所述污染物吸附剂层在室温在饱和的汞蒸气中吸附至少约50mg的汞每克活化的碳纤维。
30.权利要求1的过滤介质，其中所述污染物吸附剂层在室温在饱和的汞蒸气中吸附至少约IOOmg的汞每克活化的碳纤维。
31.权利要求1的过滤介质，其中所述污染物吸附剂层的根据ASTMD737的渗透率为至少约 20scfm/ft2。
32.权利要求1的过滤介质,其中所述过滤介质包括流体入口表面和流体出口表面,和其中流体入口表面和流体出口表面中的至少一个还包括涂层。
33.权利要求32的过滤介质，其中所述涂层包括非黏着性涂层。
34.权利要求32的过滤介质，其中所述涂层包括至少一种聚氨酯、至少一种有机硅、至少一种碳氟化合物、至少一种环氧化物、至少一种硅烷、或者至少一种硅氧烷、或其组合。
35.权利要求32的过滤介质，其中所述涂层包括聚四氟乙烯。
36.权利要求1的过滤介质,其中所述过滤介质的厚度为至少约O.1英寸。
37.权利要求36的过滤介质，其中所述过滤介质的厚度为小于约O.5英寸。
38.权利要求1的过滤介质，其中所述过滤介质的根据ASTMD737的渗透率为至少约 10scfm/ft2。
39.权利要求1的过滤介质,其中所述过滤介质的根据D5035的拉伸强度为至少约 2001bf/2 英寸。
40.权利要求1的过滤介质,其中所述过滤介质的相对于所述过滤介质宽度的MIT Flex计数为至少约300，000。
41.权利要求1的过滤介质，还包括偶联至所述至少一个无纺织物的隔膜。
42.权利要求41的过滤介质，其中所述隔膜包括聚四氟乙烯。
43.一种过滤系统,其包括烟道气入口歧管；烟道气出口歧管；和位于所述烟道气入口歧管和所述烟道气出口歧管之间的至少一个过滤装置，所述至少一个过滤装置包括置于线材笼载体上的权利要求1的过滤介质。
44.权利要求43的过滤系统，其中所述过滤介质为袋子的形状。
45.权利要求43的过滤系统，其中所述至少一个过滤装置还包括可操作地偶联于所述过滤介质的至少一个载体环。
46.一种过滤介质，其包含含有多个用汞持留物质处理的活化的碳纤维的污染物吸附剂层；至少一个玻璃纤维机织织物；和至少一个无纺玻璃纤维织物；其中所述污染物吸附剂层位于所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物之间， 并且其中所述污染物吸附剂层缝制到所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物。
47.一种生产过滤介质的方法，其包括提供含有活化碳纤维的污染物吸附剂层；将无纺织物与所述污染物吸附剂层的第一表面相邻放置；将机织织物与所述污染物吸附剂层的第二表面相邻放置；和将所述无纺织物和所述机织织物用针缝制到所述污染物吸附剂层。
48.权利要求47的方法，还包括在缝制前，将第二无纺织物与所述机织织物相邻放置。
49.权利要求47的方法，还包括将涂层施加至所述过滤介质的流体入口表面或者流体出口表面的至少一个。
50.权利要求47的方法，还包括将隔膜附接至所述过滤介质的流体入口表面。
51.权利要求50的方法，其中所述碳氟化合物包括聚四氟乙烯。
52.权利要求47的方法，还包括用含有金属卤素盐的水溶液处理所述污染物吸附剂层。
53.权利要求52的方法，其中所述金属卤素盐包括氯化锌、溴化锌、氯化钾、溴化钾、碘化钾、或其组合。
全文摘要
在一些实施方式中，本申请提供用于处理烟道气流的过滤介质，和制备和使用该过滤介质的方法。在一种实施方式中，过滤介质包括含有多个活化的碳纤维的污染物吸附剂层，至少一个机织织物(woven fabric)，和至少一个无纺织物，其中所述污染物吸附剂层位于所述至少一个机织织物和所述至少一个无纺织物之间。
文档编号B01D39/16GK103068462SQ201180040025
公开日2013年4月24日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者V·维尔帕瑞, 孟坚, D·吉尔摩, T·E·玛什, J·沃特森, S·赫尔灵, P·A·维斯特布鲁克 申请人:Ppg工业俄亥俄公司