专利名称：化学反应过滤的装置和方法
技术领域：
本发明涉皿滤体系，并且具体地涉及利用固体和液体反应物的体系。
背景技术：
传统已知的是使用活性炭和其他材料作为吸附元件将杂质从空气流中除 去。由于有效的纤维横截面的出现，有可能制造具有部分中空的纤维。尤其有 效的横截面是一种具有从中心核伸出的三个T形突出部位的横截面，正如to.S. Patent 5057,368"Filaments Having Trilobal Or Quadrilobal Cross-Sections" to Largman等中所描述的，在此将其弓l入作为参考。在多种应用中，传统的过滤 器{顿涂有固体或液#^才料的过滤介质；然而，许多应用4繊于吸收，而不是吸 附。吸附是在待转移的微粒附着在过纟戯才料元件的表面之处发生；然而,吸收是 发生在将^f运动的迁移率用于以非机械的方式从一个区域到另一个区域移动 多余的微粒之处。当某些除去污染物的液体或固体充填在毛细(wicking)纤维中 所形成的空穴时，多叶片(multilobal)的纤维作为毛细纤维是有特殊效果的。
在吸附空气过滤和除去气味的应用中，使用以固体过滤颗粒充填的多叶片 纤维。这种过滤微粒包括i顿麵粒，沸石，碳酸氢钠，环糊精和可以吸附某 些污M 的固俠见U.S. Patent 5,759,394，在此将其引入作为参考)。其他利用多 叶片型纤维作为毛细纤维的应用，还包括填充在纤维空穴中的某些液体的吸收 性质。有代表性ilM,些液体以可逆的方式从被污染的空气流中轻微地吸收 气味和气体分子，以帮助这些分子最终分散进入另一个空气流(见U.S. Patents 5,891221和5,704,966,在此将其引入作为参考)。
在集成电路生产过程中，维持环境免于污染是非常关键的，因为晶片极易 受到小的微粒和某對氏浓度的化学药品的影响。这可以通过在具有经过滤的空 气的清洁的房间里面制造晶片来做到。过滤器用来使微粒和化学制品浓度M^、到樹氐的含量(小于lppb)。对于环境的控第陏时也装配半导体工具，雜处理时 能麟局部的超清洁的气流。然而，传统的化学药品过滤器有极短的i顿驗， 需要频繁的更换，而且在需^W效地去除某些化学药品方面是无效的。
优先权申请教导过l顿含有与碱性气体起化学反应的试齐啲具有纵向伸展 的内部空穴的纤维鄉滤碱性气体。雌的试剂包括酸酉己合剂，络合剂，和吸 湿(deliquescing)试剂，并且这些试剂可以方便地浸渍入吸附性的固体中。当时, 还没有认识到用氧化剂也可以过滤碱性气体，或者可以用类似的方式过滤酸性 或者中性气体。因此，其臓需要掛共适合于过滤各种不同气体的體和方法。
发明内容
本发明提供一些装置和方法，其中，使用具有内部空穴的纤维过滤气#^ 鹏，该纤维含有化学反应氧化剂，氢离子接受体或掛共体，配合剂，络合剂, 或吸湿试剂。
气銜娜可以是酸性的,碱性的，或pH中性的。如果污染物是碱性的，试剂 可以是任何酸，但是,的是氧化剂。如果污染物是酸性的，im的试剂是碱 性的,以及更雌的包摘族劍族金属阳离子，下面是 的阴离子磷Kk， 壳聚親次氯麟，硼鹏，碳麟，氢氧化物，或氧化物。当污鄉是中性时，优 选的试剂是一种络合剂，酉己合剂，氧化剂，或者吸湿试剂。
在优选的实施方案中试剂包括一种金属阳离子，尤其慰族^n族金属阳离
子。试剂也可以进一步包括磷MS，壳聚糖，次氯鹏，硼酸盐，碳酸盐，氢 氧化物，或氧化物。
试齐IJ雌的是浸渍入一种吸附的固体内，包括例如炭粉，沸石，氧化铝或 硅石。
,的纤维是多叶片的，最优选的^H叶片或者四叶片的。含有许多T形 叶片的纤维也m选的。
从下列本发明,的实施方案详细的描述中，连同附图一起，可以更加明 确本发明的各种不同的目的、特点，各方面和优点，在附图中数字代表各种成 分。
图l表示一个斜虫的多叶片纤维的横断面视图。
图2表示在針多叶纤维中沉积有试剂的，由多叶片纤维制成的纤维垫的特写图。
節标歐中的纤维垫宽视图。
图4 ^在一个实施方案中，使用经酸浸渍的多叶片纤维过滤器过滤空气 流的腔室。
图5标图4中的具有多层多叶片纤纟敏滤器的腔室。 在不同的图中使用相同的参考符号表明對自者相同的项目。 发明
具体实施例方式
图1 g单独的多叶型纤维2横截面的详细视图。纤乡t2是一种由热塑性聚合 物制成的，并且用常规纤维成型技术成型的纤维，例如在上面参考U.S. Patent 5,057,368中所描述的，纤维组，M常规的喷丝头所形成的纺纱纤维。纤纟t2 包括一个芯4，从芯表面伸展出三个叶片6。用顶盖8封if^叶片6，其中顶盖8 与叶片6的末端垂直相连。在叶片6禾湘邻的顶盖8之间形成的空穴沿着多叶型纤 维2的整个长度形成纵向狭缝10。多叶型纤维2具有保留粉末状颗粒物质例如 粉末微的能力。^^可以被顶盖8俘获而机械性地保持在狭缝10中，并不需要 ^ffl任何液体物质。可将在狭缝10中的俘获粉末撒进纤维，然后通过振动除去 多余的粉末或者用风扇吹去多余的粉末。
雌地，M毛细力，纤纟t2可以在狭缝10中保持液体。图2表示的是纤维 垫騰的特写镜头，其中液体试剂12填充在多孔纤纟t2的狭缝10中。通过将液滴 渗透纤维垫IOO，以及在与纤纟t2表面发生作用后虹吸到狭缝10中的方式，液体 试剂12可以|細来±真充狭缝10。在液滴挤入纤it2之后，它们很决聚结入狭缝IO 中而在纤纟t2之间留下多孔空隙。使得气流不受阻碍J4ffi过纤维垫100。作为另 一种选择，也可以将纤纟t2^A试剂12中M毛细力将试剂12芯吸到狭缝10中， 并除去多余的试剂12。
可以采用不同的方激吏试剂12形臓滴，例如M:机械雾化器纟^i式剂12加 压，或者，雌地采用常规的液体滴管。试剂12的范围可以是不同的液体，例 如酸，碱，氧化剂，还原剂，络合剂，配合剂，以及吸湿试剂。
用作试剂12的酸包括例如，无机酸，例如硼酸，雌的是磷酸或硫酸。也 可以使用有机酸而不是无机酸。有机酸包括例如， 一元、二元和三元羧酸；这 些类型的有机酸包括拧檬酸，乳酸，马来酸，富马酸，己酸，月桂酸，草酸， 丙二酸，酒碰，琥珀酸，水杨敏salicyclic)，以及苹果酸。在另一个实施方案中，也可以用固体酸代替液体酸，并以类似于战碳粉的方法，将其浸渍在狭 缝10中。在另一个实施方案中，粉末状碱也被用于过滤非碱性污染物。这样的 粉末状碱可能包括，诸如碳酸氢钠，碳,，氢氧化钠，磷M，碳酸钾，氢
氧化钾，以及四硼,。另外，试剂12可以包括配合剂，其包括过渡金属，例 如铜，锡，铁，锌和钛，以及络合剂，其包括俘获剂，例如环糊精。
用作试剂12的碱包括，例如，I族舰方錢属阳离子，以及可能更加有禾哋 包括磷酸盐，壳聚糖，次氯酸盐，硼酸盐，碳酸盐，氢氧化物，或氧化物。尤 其值得预期的碱是氢氧化钠和氢氧化钾，钾和钠的磷酸盐，钙或镁的氧化物或
氢氧化物，钠或钾的碳Kk。
此处值得预期的氧化齐抱摘族劍方錢属的高锰Kk，过氧化氢，以及其 他无机和有机过氧化物，i族，族金属的次氯酸盐，金属氧化物包括锌，锡， 铁，钛等等。
此处预期的络合剂包括尿素，环糊精，冠醚等等。
此处预期的配合剂包括锌和锡的醋,等等。
此处预期的吸湿试齐抱括锂和钾的卣化物(包括溴化物和氯化物)，果糖， 丙烯和乙二醇等。
图3标纤维垫100的宽视图。纤纟t2可以在层中被打褶舰型以形成各种不 同结构的纤维垫IOO。通常，狭缝10中的体积可达到多叶纤纟t2体积的一半，并 且依据污染物的密度，纤纟§2可以在狭缝10中容纳大约100重量％的液体污染物
以忠5重量y。到i25重量y。的倒可固体粉末。禾i」用多叶纤纟i2俘获液体或固体污染
物盼f顿，试剂12用于吸附和吸收的过滤应用。试剂12被有意讽也浸渍狭缝10， 并且其可以是反应性的液体或固体试剂，优选的两者都是酸，纤维垫100用作支 撑网以便保持试剂12处在高度分散的结构，以去除吸附禾顺收性的好污染物。 多叶纤纟粒不但能保留液体或固#(酸)试剂12，而且在保留液体试剂和固体颗粒 的组合 面也有效。固体吸附剂，例如沸石，氧化铝，活',(浸渍的和原始 状态的)，和用化学改性硅石可以与酸试剂12以液体或固体形式结合在一起，浸 入到多叶纤乡t2的狭缝10中。固体吸附齐吔可以与碱性试剂12结合并臥到狭缝 IO中。
纤维垫励对从流体中过滤酸或碱的污染物是特别有效。预期的酸性污鄉 是在化学领域中通常被认为是酸的任何化学制品或化合物，包括氢离子给予体和电子接受浙路易斯酸)。预期的碱性污 是在化学领域中通常被认为碱的任 何化学帝lj品或化合物，包f趨离子接受体和电子乡好惭路易斯碱)。特别预期的
酸性污染物是无机酸和有机的酸，尤其包括盐酸，硫的含氧酸(Sul&r oxide acids)，有机酸。特另顿期的碱性污染物是氨和胺。
采用此处本发明的技术也可以过滤PH为中性的污娜。特另顾期的pH中性
的污染物是砷及其衍生物，醇，烃，以及氧化烃。特别预期的用于这些中性污 反应试剂是配合剂，氧化剂，以及络合剂。
用液体碱性试剂12浸渍的纤维垫100，在从流体中特别吸收酸性污鹏，例
如无机酸或有机酸，尤其包括織或硫的酸，氧化硫，氧化氮，硫化氢，特别 有效。在一个示范性的例证中，由硫酸污染的空气资通过纤维垫IOO。当污， ffijl用碱性试剂12，如氢氧化钠浸渍的多叶纤纟I2时，酸和fl戯生化学反应而形 成7j^卩非挥发性硫勝内盐。之后，纤维2保留部分或全部的盐。
在多叶纤乡粒中使用碱性试剂12的纤维垫騰，可以用于各种不同的应用， 例如，将多叶纤维2打褶或分层以形成纤维垫100。在一个实施方案中，纤维垫 100可以用于如图4所示的过滤室102中的过滤元件。过滤室102是由空腔18组 成，其可以用常夫脸属(例如铝)来设计，以适应处理和现场安装。将打褶或分层 的纤维垫100附着到空腔18上，itti也是禾鹏粘结齐喊低脱气胶。在另一个实施 方案中，也可将纤维垫100附着在一个框架上(框架没有画出)；然后在空腔18 中将这个带有纤维垫100的框架安装或去掉交替iik3S行。空腔18还有入口14和出 口16，以便当气敵0经过过滤室102时，被纤维垫100过滤，而气流能通过。过 滤室102能够用来掛綳粒和威化学制品过滤。
图5标纤维垫100的另一个实施方案。图6与图4中的过滤室102在许多方面 都相似，只是用多层纤维垫IOO'代替纤维垫IOO。多层纤维垫100'是由一些各自 相邻的层所组成的过滤器。每个单独的层用上面所讨论的任何试剂浸渍；并且 使每层用不同的试齐啲几个與虫的层，结合成单个多层纤维垫。层数的范围从l 至IJN，并且依据所需功能，纤维垫100'可以包含倒可层与试齐啲组合。
因此，公开了用于化学反应过滤的驢和方法的具体实施方案和应用。然 而，明显地，在不背离本发明的概念下，本技术领域普通技术人员可以做除了 所描述之外的更多改进。因此，只要不违背所附权利要求书的精神，本发明的 主题并不受限制。
权利要求
1.一种气体过滤器，包括许多延伸纤维，每根纤维限定为许多纵向延伸的内部空穴；和沉积在纤维内部空穴中的反应试剂，并且该试剂选自由酸、碱、配合剂、络合剂和吸湿试剂构成的组。
2. 权利要求l的过麟，其中试剂包括酸。
3. 权利要求l的过滤器，其中试剂包括碱。
4. 权利要求1的过 ，其中反应试剂浸渍入一种吸附性的固体内。
5. 权利要求1的过 ，其中吸附性的固体选自由跪吩、沸石、氧化铝和硅 石构成的组。
6. 权利要求l的过滤器，其中许多纤维的每一根是三叶片形的。
7. 权利要求l的过滤器，其中许多^^佳的每一根是四叶片形的。
8. 权利要求1的过麟，其中许多辩隹的每一根包含许多T形的叶片。
9. 用权利要求1的过麟从气体中滤除气态污 的方法，包括 选择与污輸化学鹏的反应试剂； 将臓S^试齐暖渍入吸附性的固体；和将fM吸附性的固Wi:iRA戶M许多内部空穴中。
10. 权利要求9的方法，其中污,是酸性的。
11. 权利要求9的方法，其中污，是碱性的。
12. 权利要救的方法，其中戶舰吸附性的固体选自由微、沸石、氧化铝 和硅石构成的组。
13. —种,垫，其包含 许割申长的纤维，^t^B隹包含内部空穴； 许多粉末TO粒物质；和位于所述纤维的内部空穴中的化学反应试剂，其中所述试剂包含至少一 种酸、至少一种吸湿试剂或者其与至少一种酸、至少一种碱、至少一种包含 至少一种过渡金属的配合剂、至少一种吸湿试剂，其中所述至少一种吸湿试 剂包括锂、钾的鹵化物、果糖、丙烯或乙二醇。
14. 权利要求i3的垫，其中戶; ^Md^种,練体酸。
15. 权利要求i3的垫，其中戶; ^s[种,鄉末状酸。
16. 权利要求i3的垫，其中戶;MM少一种碱包含粉末状的碱。
17. 权利要求16的垫，其中戶腿粉末状的碱包含碳麟钠、碳,、氢氧化钠、s^、碳,、織化钾鹏硼眺
18. 权利要求13的垫，其中所^M^种逝度金属包括铜。
19. 权利要求18的垫，其中所述许多纤维包含至少一种热塑性聚合物。
20. 权利要求13的垫，其中所述粉末状颗粒物质包括碳粉。
21. 权利要求13的垫，其中所述粉末状颗粒物质包括沸石、氧化铝或硅石。
22. 权利要求13的垫，其中戶腿许多纤维的至少一些^H叶片形的。
23. 权利要求13的垫，其中戶做许多纤维的至少一些是四叶片形的。
24. 权利要求13的垫，其中戶舰许多辩隹的至少一鲍含许多T形的叶片。
25. 权利要求13的垫，其中戶;MS是打褶的。
26. 权利要求13的垫，还包職接到戶;MS:的框架。
27. 包括权利要求13的垫的气体过 。
28. 包括权禾l展求13的垫的过滤器腔室。
29. 包^l承展求13的垫的外壳。
全文摘要
使用具有内部空穴(10)的纤维(2)过滤气体污染物，这些空穴内含有化学反应氧化剂(12)，酸或碱，配合剂，络合剂，或吸湿剂。当污染物为碱性时，优选的反应试剂(12)是氧化剂。当污染物为酸性时，优选的反应试剂(12)是碱性物质，更优选的是包括I族或II族金属阳离子的碱性物质。反应试剂(12)更进一步包括磷酸盐，壳聚糖，次氯酸盐，硼酸盐，碳酸盐，氢氧化物或氧化物。当污染物为中性时，优选的反应试剂(12)是氧化剂，络合剂，配合剂或吸湿试剂。优选将反应试剂(12)浸渍到吸附性固体中，例如包括碳粉，沸石，氧化铝或硅石。优选纤维(2)是多叶型，更加优选是三叶或四叶型。含有许多T形叶片(6)的纤维(2)也是优选的。
文档编号D06M15/01GK101549233SQ20081012537
公开日2009年10月7日 申请日期2001年4月11日 优先权日2000年10月17日
发明者D·保斯, P·昂格尔, R·罗尔巴赫 申请人:霍尼韦尔国际公司