多用途复合气体过滤器的制作方法

本发明涉及一种复合过滤器和所述复合过滤器在空气调节器或空气清洁器中的用途。此外，本发明涉及包括复合过滤器的空气清洁装置。此外，本发明涉及一种机动车辆，该机动车辆包括空气调节装置、空气清洁装置或空气清洁装置和空气调节装置两者，其中这些装置的任一者包括复合过滤器。本发明还涉及一种从周围空气移除污染成分的方法，该方法包括将周围空气输送通过复合过滤器。本发明为一种用于通过捕获或转换从空气流移除成分的复合过滤器，该捕获或转换利用包括多个不同活性区域的复合过滤器，这些不同活性区域在相同复合过滤器内具有各种化学性质以及不同化学组分。

背景技术：

空气污染对健康为有害的；根据世界卫生组织，空气污染为最大环境威胁，相比于交通事故、糖尿病和艾滋病组合症每年致死更多人。世界银行报道，空气污染的组合效应为主要经济体的显著外流。

空气污染包括许多气体和凝聚相物质。重点放在其对人健康的影响，空气污染的一些主要成分为颗粒物(pm)、臭氧(o3)、氧化氮(no)、二氧化氮(no2)、挥发性有机化合物(voc)(诸如甲醛(ch2o))，和一氧化碳(co)。一个常见实例为，柴油发动机由于其操作性质可为细小颗粒物(柴油碳烟)和一氧化氮和二氧化氮(no和no2，一起标注为“nox”)的显著来源。空气污染随着位置和时间而显著地改变；其来源可为原生性排放物或形成于大气环境内的污染。在升高背景浓度之上，可存在局部来源。局部来源可包括柴油车辆、牲畜、人类以木材或煤炭燃烧炉加热其家庭、沙尘暴、工业或农业燃烧，等等。此外，可存在空气污染的十分局部来源，例如香烟烟雾。空气污染还见于车辆内，例如当车辆留置于太阳下，温度可变的极高，从而导致许多不期望化合物从车辆内部的排放。

空气污染对于人健康有着相当大威胁。作为实例，英国预计每年40000例早逝与暴露于不良质量空气有关，并且对于英国商业、社会和卫生服务的产生成本每年累积超过200亿英镑。

很大比例的早逝可归因于二氧化氮，二氧化氮主要由于燃烧过程而产生，其中车辆排放废气为城市环境中的主要no2来源。no2对人健康的不利影响已充分证明，并且包括气道发炎、肺功能受损、先前存在哮喘的恶化，和呼吸道感染的敏感性增加。对于no2，欧盟设定的年度平均限值为40μg/m³，并且作为小时平均值的平均浓度限值为200μg/m³。

此外，存在许多可憎气味，诸如工业和农业的排放物。食品生产、塑料制造、精炼厂、涂漆和胶合产生了宽泛范围的挥发性有机化合物(voc)和颗粒物。牲畜生产可产生包括氨气和硫化氢的强烈气味。这些化合物对人的影响可包括发炎、头痛、哮喘和其它健康效应。气味本身通常为可调控的。

在开放或半开放空间中(诸如在街谷(具有商店、餐厅、咖啡店、俱乐部的街谷)、交通站和终点站(包括火车、公交和飞机的终点站)、机场、购物商场)的人、街道行人等人暴露于交通、烹饪、工业和其它来源的受污染空气。

防止人暴露于空气污染为复杂的。其可涉及将全部交通工具转变为低排放运载工具，这由于所需时间和成本可为不切实际的。在其源头处防止污染为一种优选解决方案，但许多污染源头(野火、灰尘、运输、加热等)难以控制，并且在源头控制对于许多源头已普遍地实现以前，存在对空气清洁装置的需求以保护特定位置的人和商业。空气净化器移除污染物，诸如o3、voc、no2和pm2.5。这些空气净化器主要包括风扇、一个或多个过滤器和用于容纳风扇和过滤器的箱体。许多过滤方法为已知的，诸如机械过滤、吸附、气相先进氧化和静电过滤，并且不同方法适用于不同移除任务。

空气过滤涉及从气体流移除一种或多种成分。这可通过以下方式来实现：吸附或吸收、物理吸附或化学吸附、液体洗涤器，或在气溶胶颗粒的情况下，与纤维或静电过滤器的撞击和拦截。活性介质可包括用于物理吸附的大表面积(实例包括活性炭、石墨烯、金属有机框架)、催化剂、光催化剂、光热催化剂、反应性基材(生物过滤、化学试剂)，和均质混合的材料(例如，以化学试剂浸渍的活性炭)。在许多情况下，空气流将经历多个处理阶段，例如，催化剂之后是化学“管制”过滤器，或酸性洗涤器之后是碱性洗涤器。很重要过滤器将能够以小体积处理大量的空气而无需大量的能量，这意味着其不应阻止空气流。对于不同类型的污染，难以将多种过滤功能组合于小而高效的过滤器内。

技术实现要素：

包括吸附剂(例如，活性炭、金属有机框架(mof)(例如，富马酸铝、hkust-1、febtc、zif-8或ni-mof-74)和其它石墨烯/碳类材料)、催化剂(例如，金纳米簇、金属氧化物)和光催化剂(例如，二氧化钛、混合金属氧化物、复合金属氧化物/石墨烯)的材料移除与之接触的污染物。此类系统的性能可通过对表面进行掺杂来增强，然而，许多组合为非互相兼容的。例如，接触大气环境的每个表面覆盖有一层水(在极低相对湿度下的单分子厚度至在高湿度下化学上类似批量水的层的范围内)。为与表面进行交互作用，污染物必须渗透该层。许多污染物对于水的亲和力随着ph值而急剧地改变。一些污染物为酸性气体(例如，硫化氢、硝酸、硫酸、亚硝酸、盐酸、甲酸、乙酸)，并且碱性基材在收获与表面交互的污染物方面将为更佳的。其它污染物为碱性气体(例如，氨气、胺、质子受体/电子供体)，并且酸性基材将增强吸附剂、催化剂或光催化剂的性能。在该实例中，问题在于一种材料不可能具有酸性和碱性两者，因为酸和碱彼此中和。

本发明涉及一种用于减少或移除例如污染的复合过滤器，该复合过滤器在存在具有不同过滤能力的多个化学域的意义上具有复合宏观形态。一个实例将为利用具有不同化学性质的活性炭珠状物的混合物，这些化学性质在相同珠状物内不兼容。例如，酸和碱浸渍，或通过将一些珠状物与嵌入式催化剂等混合，该复合物过滤不同组的目标污染物或气体成分。通过将珠状物与不同化学域混合以形成复合过滤器，而非所有珠状物上所用的以浸渍方式混合化学物，获得了某些优点。例如，所用化学物可为非互相兼容的，或它们可抑制具体成分的活性。包含多个域的混合物的复合过滤器(例如，不同类型的已处理和/或未处理活性炭珠状物的形式)可进行优化以靶向具体污染混合物。此外，浸渍本身可抑制吸附和/或减小可用表面积。另外，可有利的是将复合过滤器内的半挥发性污染捕获于一个珠状物中，使得其可重新释放并且可捕获于附近反应性珠状物中，从而得到具有高容量并且自身可再生的复合过滤器。本发明的复合过滤器可包括载体结构、吸附性基材(诸如活性炭)和化学活性材料(反应性掺杂物和/或(光)催化剂)；本发明涉及一种具有多个化学域的复合过滤器形态，从而得到改善性能。

本发明涉及一种用于从气体流移除多种目标分子的复合过滤器，该复合过滤器包括三维多孔载体、第一多个活性颗粒和第二多个活性颗粒，该三维多孔载体对于气体流为可透过的，该第一多个活性颗粒用于移除第一目标分子，该第二多个活性颗粒用于移除第二目标分子；其中第一多个活性颗粒不同于第二多个活性颗粒，并且其中第一和第二多个活性颗粒固定于固体载体上或由该固体载体固定。

在另一个方面，本发明涉及一种用于从气体流移除多种目标分子的复合过滤器，该复合过滤器包括三维多孔载体、第一多个活性颗粒和第二多个活性颗粒，该三维多孔载体对于气体流为可透过的，该第一多个活性颗粒用于移除第一目标分子，该第二多个活性颗粒用于移除第二目标分子，其中第一多个活性颗粒不同于第二多个活性颗粒，其中第一和第二多个活性颗粒固定于载体中或由该载体固定，并且其中第一和第二多个活性颗粒各自独立地选自活性碳颗粒、以金属预处理/浸渍的活性碳颗粒、以酶预处理/浸渍的活性碳颗粒、以碱性化合物预处理/浸渍的活性碳颗粒、以酸性化合物预处理/浸渍的活性碳颗粒、金属有机框架(mof)颗粒、催化剂颗粒、掺杂金属氧化物颗粒、1wt％的pt/tio2颗粒、0.1wt％的pt/fe2o3颗粒、3wt％的pt/mnox-ceo2颗粒、光催化颗粒。在一个实施例中，第一多个活性颗粒选自掺杂金属氧化物颗粒并且第二多个活性颗粒选自浸渍活性炭颗粒。在又一个实施例中，掺杂金属氧化物颗粒进行掺杂以提供靶向特定部分的污染物的化学性质，诸如改性石墨烯上的金纳米簇或其它金属纳米簇，诸如银纳米簇，例如铈(iv)氧化物(ceo2)颗粒上的1wt％的金。在又一个实施例中，第一多个活性颗粒选自金属有机框架颗粒，诸如富马酸铝、hkust-1、febtc、zif-8或ni-mof-74、cu-btc中的至少一者。在又一个实施例中，第二多个活性颗粒选自金属有机框架颗粒，诸如富马酸铝、hkust-1、febtc、zif-8或ni-mof-74、cu-btc中的至少一者。

在一个实施例中，气体为周围空气，并且目标分子为该周围空气所包括的污染物。

在另一个实施例中，第一和/或第二多个活性颗粒进行掺杂以提供靶向特定部分的污染物的化学性质。

就此而论，已掺杂或掺杂旨在意指薄分子层，该薄分子层物理附接或化学键合至颗粒的表面以使它们为活性的，该薄分子层不覆盖整个表面积。掺杂为额外微量物质以任何手段的有意添加。该额外微量物质可为催化剂、痕量化学试剂等。掺杂可通过浸渍或通过涂布来实现。

在又一个实施例中，污染物选自以下项的至少一者：挥发性有机化合物、城市污染物、天然存在的化合物、交通排放物、室内源(例如，油漆墙壁、汽车仪表板、电子装置的脱气)、工业场所(例如，发电厂、油漆车间、污水处理厂、隧道、航站楼、港口、客运码头、石化设施、材料制造、生物燃料存储和加工、食物生产、家畜设施)、建筑场所、天然源(纤维、沙尘暴)，或职业空气污染负荷(包括有害和无害浓度的污染)。通常，污染物选自以下项的至少一者：臭氧、氮氧化物、硫氧化物、甲醛、一氧化碳、氨气和硫化氢。

在又一个实施例中，多孔载体包括用于移除第三目标分子的第三多个活性颗粒，其中该第三多个活性颗粒不同于第一和第二多个活性颗粒，并且其中第三多个活性颗粒固定于固体载体中或由该固体载体固定。

在又一个实施例中，多孔载体本体包括用于移除另一目标分子的另一多个活性颗粒，其中该另一多个活性颗粒不同于所述第一、第二和第三多个活性颗粒，并且其中另一多个活性颗粒固定于固体载体中或由该固体载体固定。此类另一多个活性颗粒定义为第四、第五、第六等，并且为本发明的多个实施例。

在又一个实施例中，第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒各自独立地选自活性碳颗粒、以金属预处理/浸渍的活性碳颗粒、以酶预处理/浸渍的活性碳颗粒、以碱性化合物预处理/浸渍的活性碳颗粒、以酸性化合物预处理/浸渍的活性碳颗粒、金属有机框架(mof)颗粒(诸如富马酸铝、hkust-1(苯-1,3,5-三羧酸铜)、febtc(1,3,5-苯三羧酸铁)、zif-8(2-甲基咪唑锌盐)或ni-mof-74)、催化剂颗粒(诸如铈(iv)氧化物(ceo2)颗粒上的1wt％的掺杂金纳米簇)、1wt％的pt/tio2颗粒、0.1wt％的pt/fe2o3颗粒、3wt％的pt/mnox-ceo2颗粒、光催化颗粒；前提条件是第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒选自不同活性颗粒。

在又一个实施例中，三维多孔载体选自(i)具有网状孔隙结构的泡沫载体本体，(ii)化学或生物聚合物纤维的毡制品，(iii)绞合纤维线，(iv)柔性针织物，(v)网状物束，(vi)线丝堆，(vii)褶皱纸基材，(viii)空气可透过三维刚性框架(例如，金属线材或单丝)，(viii)刷状过滤器，和(ix)设计成向气体(诸如空气)流赋予最小流动阻力和最大可访问性的反应表面的材料。

在又一个实施例中，第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒具有从100m²/g至7000m²/g的总表面积。通常，第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒具有从800m²/g至2000m²/g，诸如从1000m²/g至1700m²/g的总表面积。

在又一个实施例中，第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒通过形成粘合剂层的粘合剂固定至载体的孔隙结构。

在又一个实施例中，活性碳颗粒选自活性碳球体、活性碳珠状物和/或活性碳粒料。

在又一个实施例中，第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒具有从0.005m至3.0mm，诸如0.01mm至2.0mm范围内的平均粒径。

在又一个实施例中，第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒独立地选自以高锰酸锂预处理的活性碳颗粒、乙酸钙、二氧化铜、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙或氢氧化锰、高锰酸钾、二氧化锰、硝酸铜、乙酸锰、碳酸钾或高锰酸钠。

在又一个实施例中，泡沫为聚氨酯基泡沫，诸如聚酯和/或聚醚基泡沫。

在又一个实施例中，粘合剂层具有通过以粘合剂涂布泡沫至少两次(诸如2次至10次，通常4次至6次)可获得的厚度。

在又一个实施例中，粘合剂选自热熔粘合剂，诸如乙烯乙酸乙烯酯基粘合剂；或基于聚苯乙烯、氨基甲酸酯、液体树脂、聚氨酯和/或苯乙烯的粘合剂。

在又一个实施例中，当空气或气体输送通过复合过滤器以从该空气或气体移除污染时，复合过滤器表现出低压降和具体空间速度，其中压降低于20pa并且空间速度为5.000h-1至180.000h-1。

在又一个方面，本发明涉及根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器在空气清洁装置中的用途。

在又一个方面，本发明涉及根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器在空气调节装置中的用途。

在又一个方面，本发明涉及一种空气清洁装置，该空气清洁装置包括根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器。

在又一个方面，本发明涉及一种机动车辆，该机动车辆包括空气调节装置、空气清洁装置或空气清洁装置和空气调节装置两者，其中这些装置的任一者包括根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器。

在又一个方面，本发明涉及一种从周围空气移除污染分子的方法，该方法包括将周围空气输送通过根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器。

本发明的其它目标和优点根据下述描述和权利要求书将显而易见。

具体实施方式

对于广泛范围污染的最佳污染控制可利用复合过滤器来实现，该复合过滤器包括具有不同化学环境的材料；这些化学区域非必然地为彼此兼容的。一个实例将为酸处理活性炭珠状物与碱处理活性炭珠状物的混合物。包括混合物的珠状物可进行优化以靶向具体污染物或具体污染物类型(酸性气体或碱性气体)，或者也许靶向催化剂(例如，对于甲醛而言靶向金纳米簇)，该催化剂靶向具体形式的污染物。因为酸或碱处理可降低材料的容量，并且因此可最佳的是具有向复合过滤器增加贮存容量的一些未处理珠状物。这些珠状物将捕集污染物并且将其保持于处理珠状物的区域中，该区域处理污染物。广泛范围空气污染的性能深度通过将珠状物与不同化学环境共混而增益。

本发明涉及一种用于从气体流移除多种目标分子的复合过滤器，该复合过滤器包括三维多孔载体、第一多个活性颗粒和第二多个活性颗粒，该三维多孔载体对于气体流为可透过的，该第一多个活性颗粒用于移除第一目标分子，该第二多个活性颗粒用于移除第二目标分子；其中第一多个活性颗粒不同于第二多个活性颗粒，并且其中第一和第二多个活性颗粒固定于载体上或由该载体固定。

当从气体移除多种目标分子时，术语“多种”意指至少两种不同种类的目标分子，诸如臭氧、氮氧化物、硫氧化物、甲醛、一氧化碳和硫化氢。

如本文所用，术语“对于气体流可透过的三维多孔载体”意指对于气体流可透过的载体，并且该载体自身为三维结构或该载体可用于形成三维结构。实例为具有网状孔隙结构的泡沫载体本体，聚合物纤维的毡制品，绞合纤维线，柔性针织物，网状物束，线丝堆，褶皱纸基材，空气可透过三维刚性框架(例如，金属线材或单丝)，刷状复合过滤器，和设计成向气体赋予最小流动阻力和最大可访问性的反应表面的材料。

如本文所用，“目标分子”意指一种或多种分子(包括分子簇)，这些分子已决定从气体流(诸如周围空气)移除。基于此类决定，选择多个活性颗粒，并且并入本发明的复合过滤器中。

如本文所用，术语“分子簇”为5个至105个原子或分子之间的整体，这些原子或分子通过范德华相互作用、电子共享的化合价(共价键)或通过离子键而彼此键合。簇可包括不同分子的混合物；一种簇可主要为不同有机分子，而其它簇主要为酸性或碱性分子。

当第一和第二多个活性颗粒(或甚至第三或另一多个活性颗粒)固定于固体载体时，这意味着此类活性颗粒固定至载体，诸如胶合至载体；并且当活性颗粒由载体固定时，这意味着活性颗粒由载体的结构保持于适当位置。

在一个实施例中，气体为周围空气，并且目标分子为该周围空气所包括的污染物。

如本文所用，术语“周围空气”非限制地为城市空气、室内空气、工业排放空气、加工废气、封闭空间中(汽车内、公交内、卡车内、出租车内，等等)的空气、半封闭空间(公交站、火车站、停车库等)中的空气、交通或轮船所排放的空气、建筑场所加工所排放的空气、生物来源或天然来源所排放的空气、地球大气环境内所见的空气、不能够摆脱地球引力的空气。

在另一个实施例中，第一多个活性颗粒进行掺杂以提供靶向特定部分的污染物的化学性质。

在另一个实施例中，第二多个活性颗粒进行掺杂以提供靶向特定部分的污染物的化学性质。

在另一个实施例中，第一和第二多个活性颗粒进行掺杂以提供靶向特定部分的污染物的化学性质。

在又一个实施例中，污染物选自以下项的至少一者：挥发性有机化合物、城市污染物、天然存在的化合物、交通排放物、室内源(例如，油漆墙壁、汽车仪表板、电子装置的脱气)、工业场所(例如，发电厂、油漆车间、污水处理厂、隧道、航站楼、港口、客运码头、石化设施、材料制造、生物燃料存储和加工、食物生产、家畜设施)、建筑场所、天然源(纤维、沙尘暴)、职业空气污染负荷(包括有害和无害浓度的污染)。通常，污染物选自以下项的至少一者：臭氧、氮氧化物、硫氧化物、甲醛、一氧化碳、氨气和硫化氢。

在又一个实施例中，多孔载体包括用于移除第三目标分子的第三多个活性颗粒，其中该第三多个活性颗粒不同于第一和第二多个活性颗粒，并且其中第三多个活性颗粒固定于固体载体中或由该固体载体固定。

在又一个实施例中，多孔载体本体包括用于移除另一目标分子的另一多个活性颗粒，其中该另一多个活性颗粒不同于所述第一、第二和第三多个活性颗粒，并且其中另一多个活性颗粒固定于固体载体中或由该固体载体固定。

在又一个实施例中，第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒各自独立地选自活性碳颗粒、以金属预处理/浸渍的活性碳颗粒、以酶预处理/浸渍的活性碳颗粒、以碱性化合物预处理/浸渍的活性碳颗粒、以酸性化合物预处理/浸渍的活性碳颗粒、金属有机框架(mof)颗粒(诸如富马酸铝、hkust-1(苯-1,3,5-三羧酸铜)、febtc(1,3,5-苯三羧酸铁)、zif-8(2-甲基咪唑锌盐)或ni-mof-74)、催化剂颗粒(诸如铈(iv)氧化物(ceo2)颗粒上的1wt％的掺杂金纳米簇)、1wt％的pt/tio2颗粒、0.1wt％的pt/fe2o3颗粒、3wt％的pt/mnox-ceo2颗粒、光催化颗粒；前提条件是第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒选自不同活性颗粒。在又一个实施例中，存在第一、第二和第三多个活性颗粒。在又一个实施例中，存在第一、第二、第三和第四多个活性颗粒。在又一个实施例中，存在第一、第二、第三、第四和第五多个活性颗粒。在又一个实施例中，存在第一、第二、第三、第四、第五和第六多个活性颗粒。

在又一个实施例中，三维多孔载体具有小于25个孔隙每英寸(ppi)的孔隙尺寸。通常，孔隙尺寸为5ppi至20ppi，诸如8ppi至12ppi。

在又一个实施例中，三维多孔载体选自(i)具有网状孔隙结构的泡沫载体本体，(ii)聚合物纤维的毡制品，(iii)绞合纤维线，(iv)柔性针织物，(v)网状物束，(vi)线丝堆，(vii)褶皱纸基材，(viii)空气可透过三维刚性框架(例如，金属线材或单丝)，(viii)刷状复合过滤器，和(ix)设计成向气体(诸如空气)流赋予最小流动阻力和最大可访问性的反应表面的材料。

在又一个实施例中，第一多个活性颗粒具有从500m²/g至3000m²/g的总表面积。在又一个实施例中，第二多个活性颗粒具有从500m²/g至3000m²/g的总表面积。在又一个实施例中，第三多个活性颗粒具有从500m²/g至3000m²/g的总表面积。在又一个实施例中，另一多个活性颗粒具有从500m²/g至3000m²/g的总表面积。当另一多个活性颗粒存在于多孔载体中时，这可意指4、5、6、7、8、9或10种不同多个活性分子。通常，第一、第二、任选的第三和任选的另一多个活性颗粒具有从800m²/g至2000m²/g，诸如从1000m²/g至1700m²/g的总表面积。

如本文所用，术语“多个”意指至少3个活性颗粒存在于多孔载体中；并且通常，当例如将过滤器用于汽车中时，存在100个以上的活性颗粒。

在又一个实施例中，第一多个活性颗粒通过形成粘合剂层的粘合剂固定至载体的孔隙结构。

在又一个实施例中，第二多个活性颗粒通过形成粘合剂层的粘合剂固定至载体的孔隙结构。

在又一个实施例中，第三多个活性颗粒通过形成粘合剂层的粘合剂固定至载体的孔隙结构。

在又一个实施例中，另一多个活性颗粒通过形成粘合剂层的粘合剂固定至载体的孔隙结构。

在又一个实施例中，活性碳颗粒选自活性碳球体、活性碳珠状物和/或活性碳粒料。

在又一个实施例中，第一多个活性颗粒具有在0.005mm至3.0mm范围内的平均粒径。在又一个实施例中，第二多个活性颗粒具有在0.005mm至3.0mm范围内的平均粒径。在又一个实施例中，第三多个活性颗粒具有在0.005mm至3.0mm范围内的平均粒径。在又一个实施例中，另一多个活性颗粒具有在0.005mm至3.0mm范围内的平均粒径。通常，平均粒径在0.01mm至2.0mm的范围内。

在又一个实施例中，第一多个活性颗粒选自以高锰酸锂预处理的活性碳颗粒、乙酸钙、二氧化铜、碱性或碱土氢氧化物、高锰酸钾、二氧化锰、硝酸铜、乙酸锰、碳酸钾或高锰酸钠。

在又一个实施例中，第二多个活性颗粒选自以高锰酸锂预处理的活性碳颗粒、乙酸钙、二氧化铜、碱性或碱土氢氧化物、高锰酸钾、二氧化锰、硝酸铜、乙酸锰、碳酸钾或高锰酸钠。

在又一个实施例中，第三多个活性颗粒选自以高锰酸锂预处理的活性碳颗粒、乙酸钙、二氧化铜、碱性或碱土氢氧化物、高锰酸钾、二氧化锰、硝酸铜、乙酸锰、碳酸钾或高锰酸钠。

在又一个实施例中，另一多个活性颗粒选自以高锰酸锂预处理的活性碳颗粒、乙酸钙、二氧化铜、碱性或碱土氢氧化物、高锰酸钾、二氧化锰、硝酸铜、乙酸锰、碳酸钾或高锰酸钠。

在又一个实施例中，三维多孔载体选自具有网状孔隙结构的泡沫载体本体。优选地，泡沫为聚氨酯基泡沫，诸如聚酯和/或聚醚基泡沫。

在又一个实施例中，粘合剂层具有通过以粘合剂涂布泡沫至少两次可获得的厚度。通常，以粘合剂涂布泡沫2次至10次，诸如4次至6次。

在又一个实施例中，粘合剂选自热熔粘合剂。在又一个实施例中，粘合剂选自乙烯乙酸乙烯酯基粘合剂。

在又一个实施例中，粘合剂选自基于聚苯乙烯、氨基甲酸酯、液体树脂、聚氨酯和/或苯乙烯的粘合剂。

在又一个实施例中，当空气或气体输送通过复合过滤器以从该空气或气体移除污染时，复合过滤器表现出低压降和具体空间速度，其中压降低于20pa并且空间速度为5.000h^-1至180.000h^-1。

在又一个方面，本发明涉及根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器在空气清洁装置中的用途。

在又一个方面，本发明涉及根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器在空气调节装置中的用途。

在又一个方面，本发明涉及一种空气清洁装置，该空气清洁装置包括根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器。

在又一个方面，本发明涉及一种机动车辆，该机动车辆包括空气调节装置、空气清洁装置或空气清洁装置和空气调节装置两者，其中这些装置的任一者包括根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器。

在又一个方面，本发明涉及一种从周围空气移除污染分子的方法，该方法包括将周围空气输送通过根据上述方面和/或实施例的任一者所述的复合过滤器。

如结合不同方面所描述的各个和每个实施例还单独地和组合地适用于上文所描述的其它方面。

如本文所用，术语“空气清洁装置”意指配置成将空气抽吸至该单元的单元；其中空气对于污染物进行清洁，诸如通过将空气引导通过移除污染物或部分污染物的本发明的复合过滤器，并且然后排出该单元，例如，借助于风扇、风力动能装置或类似器件。此类空气清洁装置的典型构造对于技术人员为已知的。空气清洁装置适于从例如电源线缆接收电流。

如本文所用，术语“细小颗粒物”意指平均质量空气动力学直径(mmad)小于300nm的颗粒。术语“纳米颗粒”或“细小颗粒”与细小颗粒物可互换地使用。

本发明现将参考附图更全面地描述，这些附图示出了街道设施(空气清洁装置集成于其中)的典型实施例。

这些附图绝非限制本发明的范围，并且仅旨在引导技术人员更好地理解本发明。

图1示出了泡沫载体本体(10)，泡沫载体本体(10)具有带有不同多个活性颗粒的网状孔隙结构复合过滤器。放大(19)了小部分的过滤器本体(10)，并且示出了不同活性颗粒(11、12、13、14、15、16)。例如，第一活性颗粒(11)可为催化剂珠状物，或更具体地，铈(iv)氧化物催化剂颗粒上的金纳米簇。第二活性颗粒(12)可为活性碳珠状物，更具体地，以高锰酸钾浸渍的活性碳颗粒。第三活性颗粒(13)可为碱性/碱活性碳珠状物，更具体地，以氢氧化钾浸渍的活性碳颗粒。第四活性颗粒(14)可为酸性活性碳颗粒，更具体地，以硝酸浸渍的活性碳颗粒。第五活性颗粒(15)可为活性mof颗粒，更具体地，hkust-1颗粒。第六活性颗粒(16)可为活性碳颗粒，更具体地，未浸渍的活性碳颗粒以将表面积保持尽可能高。泡沫壁(18)构成具有这些泡沫壁之间的空白空间(17)的多孔结构。活性颗粒可胶合于孔隙的表面上。

图2示出了具有不同活性颗粒(24至29)的聚合物纤维过滤器(20)的毡制品。放大(30)了小部分的过滤器(20)，并且示出了不同活性颗粒(24至29)。不同活性颗粒可选自与图1相同的颗粒，使得活性颗粒(11至16)分别对应于(24至29)。毡制品由纤维(21)和空白空间(22)组成。活性颗粒可胶合于纤维的表面上。

图3示出了具有不同活性颗粒(43至48)的纺纱或绞合线过滤器(40)。放大(42)了小部分的过滤器(40)，并且示出了不同活性颗粒(43至48)。不同活性颗粒可选自与图1相同的颗粒，使得活性颗粒(11至16)分别对应于(43至48)。线(40)由如所示进行纺纱的纤维(49)构成。活性颗粒可胶合于线的表面上。

图4示出了具有不同活性颗粒(53至58)的柔性针织物过滤器(50)。放大(51)了小部分的过滤器(50)，并且示出了不同活性颗粒(53至58)。不同活性颗粒可选自与图1相同的颗粒，使得活性颗粒(11至16)分别对应于(53至58)。针织物(50)由纤维(51)和空白空间(52)组成。活性颗粒可胶合于织物的表面上。

图5示出了具有不同活性颗粒(73至78)的海绵或网状物束过滤器(79)。放大(70)了小部分的过滤器(79)，并且示出了不同活性颗粒(73至78)。不同活性颗粒可选自与图1相同的颗粒，使得活性颗粒(11至16)分别对应于(73至78)。网状物过滤器(79)由网状物中的纤维(71)和空白空间(72)组成。活性颗粒可胶合于纤维的表面上。

图6示出了具有不同活性颗粒(123至128)的线丝堆或由一个线丝过滤器(120)制成的束。小部分的过滤器(120)为线丝(122)的放大视图，并且示出了不同活性颗粒(123至128)。不同活性颗粒可选自与图1相同的颗粒，使得活性颗粒(11至16)分别对应于(123至128)。线丝过滤器(120)由制成束的多个线丝(129)组成。活性颗粒可胶合于线丝的表面上。

图7示出了具有不同活性颗粒(93至98)的褶皱纸或非织造基材过滤器(90)。小部分的过滤器(90)为线丝(92)的放大视图，并且示出了不同活性颗粒(93至98)。不同活性颗粒可选自与图1相同的颗粒，使得活性颗粒(11至16)分别对应于(93至98)。基材过滤器(90)由已褶皱的过滤器基材(99)组成。活性颗粒可胶合于褶皱纸的表面上。

图8示出了具有不同活性颗粒(103至108)的三维刚性框架过滤器(100)。小部分的过滤器(100)为三维刚性框架(102)的放大视图，并且示出了不同活性颗粒(103至108)。不同活性颗粒可选自与图1相同的颗粒，使得活性颗粒(11至16)分别对应于(103至108)。框架过滤器(100)由刚性框架(109)组成。活性颗粒可胶合于框架上。

图9示出了在刷线(132)上具有活性颗粒的羽毛或刷状过滤器(130)。小部分的过滤器(130)为刷线(139)的放大视图，并且示出了不同活性颗粒(133至138)。不同活性颗粒可选自与图1相同的颗粒，使得活性颗粒(11至16)分别对应于(133至138)。刷状过滤器(130)由活性颗粒可胶合至其的多个刷线(132)组成。

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本文所描述的所有方法可以任何合适次序执行，除非本文另行指明或上下文另行明确地否认。

如在描述本发明的上下文中所用的术语“一个”和“一种”以及“该”和类似指示词应解释为单数和复数两者，除非本文另行指明或上下文明确地否认。因此，“一个”和“一种”以及“该”可意指至少一个，或一个或多个。

如本文所用，术语“和/或”意指每个个体替代物以及组合替代物，例如“第一和/或第二屏障”旨在意指仅一个屏障，仅另一个屏障，或同时意指第一和第二屏障两者。

本文所提供的任何和所有实例的使用或示例性语言(例如，“诸如”)仅旨在更好地说明本发明，并且不具有对于本发明的范围的限制意义，除非另外指明。说明书中的语言不应视为指示任何元素对于本发明的实践为必不可少的，除非明确地陈述。

在本描述中，当使用“选自”或“选自由以下项组成的组”时，其还意指所述及术语的所有可能组合，以及每个个体术语。

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本发明的任何方面或实施例利用术语(诸如“包含”、“具有”、“包括”或“含有”)相对于一个或多个元素的本文描述旨在提供对于本发明的类似方面或实施例的支持(“由该一个或多个特定元素组成”，“基本上由该一个或多个特定元素组成”，或“大体包括”该一个或多个特定元素)，除非另行陈述或上下文明确地否认(例如，本文描述为包括特定元素的组合物应理解为还描述了基本上由该元素组成的组合物，除非另行陈述或上下文明确地否认)。

本发明在适用法律所允许的最大程度上包括本文所呈现的多个方面或权利要求所表述的主题的所有修改和等同物。

前述描述所公开的特征可单独地和以其任何组合为用于以各种形式实现本发明的材料。

实验

实例：靶向具体污染物组分的复合过滤器

广义限定的活性颗粒可物理地或化学地附连至基材。物理附连可用以将活性颗粒捕获于毡制品或纸的两个薄层之间或捕获于紧凑线丝堆内，或此时纤维线绞合或热密封于两个尼龙网状物之间的小凹坑中或热密封于尼龙网状物和颗粒复合过滤器之间的小凹坑中。一种化学附连可通过添加粘合剂层来实现，该粘合剂层将活性颗粒附连至基材的表面。

更具体地，如图1所示的泡沫类复合过滤器可以如oehler等人在美国专利no.5,820,927中所描述的类似方式或通过下述描述进行制备。泡沫基材涂布有胶层，该胶层确保活性颗粒的牢固附连。粘合剂胶层可优选地由热熔粘合剂制成，但聚苯乙烯、abs、苯乙烯或其它粘合剂将也可用。

复合过滤器的合成包括以下步骤：利用合适溶剂(诸如二氯甲烷(dcm))使泡沫膨胀，和以胶涂布基材(例如通过将热熔粘合剂棒溶解于dcm中)。溶剂可以溶解于1l的dcm中的50g的乙烯乙酸乙烯酯类粘合剂(诸如3m#3792热熔胶棒)来制备。溶剂应保持于带盖的封闭玻璃瓶中，同时搅拌并加热，直至胶棒溶解。溶剂温度不应超过35。溶剂引起泡沫膨胀例如二的系数。

然后，将泡沫置于溶剂中，并允许其膨胀。泡沫膨胀增大了泡沫中的孔隙尺寸，这增加了泡沫表面积并从而增大了活性碳颗粒覆盖率。在约10秒之后，将泡沫移除并摇晃以防止任何孔隙被胶堵塞。在浸泡于溶剂中之后，泡沫收缩。这种收缩作用于赋予基材和活性碳颗粒之间的最佳粘结。然后，将泡沫置于金属架上并干燥。当泡沫进行多次(2次至10次，最佳地5次)涂布时，获得了最佳胶层厚度。当将基材置于溶剂中时，重要的是泡沫仅停留于溶剂中足够长以用于全部泡沫接触溶剂，但又不太长以至于溶剂溶解已形成的胶层。在最终涂布之后，将泡沫置于金属架上，并且将碳颗粒倾倒于“湿润”泡沫上。然后，将泡沫翻转，并且将碳颗粒倾倒于另一侧上。

用以引入碳的工作时间为约0.5分钟至1分钟。活性碳颗粒可为活性碳球体、活性碳珠状物、粒状活性碳颗粒，或其混合物。活性碳颗粒具有约1000m²/g至1700m²/g的高表面积，由小于1nm的孔隙所决定。该泡沫现标注为复合过滤器。

将复合过滤器干燥20分钟至30分钟，同时静置于振动台上，该振动台确保了最大填料并且移除了受困于复合过滤器中的任何多于碳颗粒。振动台以400hz的频率振动，功率为60w。一旦碳颗粒受困于表面，则将复合过滤器在115至135(最佳地，123)的温度下放入烘箱中10分钟至25分钟(最佳地，15分钟)。胶层的粘度在该温度下降低，从而允许碳颗粒渗透至胶层中。正确温度为极其重要的，因为太高温度使得胶层太粘稠并且使基材分解，而太低温度使得胶层太硬而活性碳颗粒不能恰当地渗透。在加热之后，随即将复合过滤器置于振动台上10分钟或直至复合过滤器冷却。胶结合振动台的振动的减小粘度使碳颗粒与胶层更紧密地粘结，从而允许胶渗入活性碳颗粒的表面孔隙，并且因此将活性碳颗粒牢固地捕获至基材。

柔性针织物、网状物束、空气可透过三维刚性框架(例如，金属线材或单丝)和刷状复合过滤器均可以如对于泡沫载体所描述的类似方式用作复合过滤器介质的载体结构。

为靶向甲醛，活性颗粒可为催化剂(诸如，铈(iv)氧化物(ceo2)颗粒上的1wt％的掺杂金纳米簇、1wt％的pt/tio2颗粒、0.1wt％的pt/fe2o3颗粒、3wt％的pt/mnox-ceo2颗粒)、经浸渍的酸性活性碳颗粒(诸如，高锰酸钾、4-氨基苯甲酸(paba)，或己二胺(hmda))、光催化剂颗粒(诸如，二氧化钛(tio2))，或金属有机框架颗粒(诸如，富马酸铝、hkust-1(苯-1,3,5-三羧酸铜)、febtc(1,3,5-苯三羧酸铁)、zif-8(2-甲基咪唑锌盐)或ni-mof-74)。为靶向nox，活性颗粒可为含有经浸渍的碱性活性碳颗粒的钾，诸如硝酸钾(kno3)、氢氧化钾(koh)、碳酸钾(k2co3)或硫酸钾(k2so4)。为靶向voc，活性颗粒可为活性碳颗粒，该活性碳颗粒具有高可用表面积/容量以吸附大量的分子并且可为未经浸渍的活性碳颗粒。为靶向酸性气体(诸如硫化氢、二氧化硫、硝酸、硫酸、亚硝酸、盐酸、甲酸、乙酸)，需要碱性处理的活性颗粒。然而，碱性气体(诸如氨气、胺、质子受体/电子供体)将由酸性颗粒更有效地移除。靶向二氧化硫和硫化氢的活性颗粒可为碱性浸渍的活性碳颗粒，诸如氢氧化钾(koh)或氢氧化钠(naoh)或另一种类似碱。为靶向氨气，活性颗粒可为活性碳颗粒，该活性碳颗粒改性成在表面层上具有大量的氧表面基团，诸如布朗斯台德酸(诸如羧酸基团)或路易斯酸位点。该活性颗粒可为酸浸渍的活性碳颗粒，诸如硝酸(hno3)、硫酸(h2so4)或类似酸所处理的活性碳颗粒。

为移除高浓度的甲醛、nox和voc，复合过滤器需要至少三种不同活性颗粒。

1)靶向甲醛、nox和voc的移除的一个复合过滤器实例可具有三种不同活性颗粒之间的比率如下：铈(iv)氧化物上1量％至35wt％的金纳米簇，40wt％至95wt％的氢氧化钾(碱/碱性)所浸渍的活性碳，和1wt％至30wt％的活性碳颗粒。

2)靶向相同空气污染的另一个复合过滤器实例可具有三种活性颗粒之间的比率如下：1wt％至30wt％的高锰酸钾所浸渍的活性碳，40wt％至95wt％的氢氧化钾(碱/碱性)所浸渍的活性碳，和1wt％至30wt％的活性碳颗粒。

所有wt％为活性颗粒的wt％。诸如硫化氢和二氧化硫的硫物质对于金属中心为极具反应性的，并且因此已知使催化剂中毒。用以克服这个问题的一种方式是使复合过滤器具有差异化活性颗粒比率，或在复合过滤器的第一半上具有一种颗粒比率并且在另一半上具有另一种颗粒比率，其中所给出颗粒类型的分数随着从复合过滤器的正面至背面的深度而改变。然后，上游颗粒比率可具有大量的活性颗粒，这些活性颗粒靶向硫化合物。这些活性颗粒将移除硫化合物，并且从而保护催化剂免于中毒。然后，复合过滤器的下游侧可具有其中催化剂颗粒的分数增加的活性颗粒浓度。

3)将克服催化剂中毒问题的一个复合过滤器实例在复合过滤器的上游侧可具有下述比率：45wt％至95wt％的氢氧化钾(碱/碱性)所浸渍的活性碳，5wt％至40wt％的酸性活性颗粒，和5wt％至30wt％的活性碳颗粒。然后，复合过滤器的下游侧可具有下述比率：铈(iv)氧化物上50量％至60wt％的金纳米簇，20wt％至60wt％的氢氧化钾(碱/碱性)所浸渍的活性碳，1wt％至20wt％的酸性活性颗粒，和1wt％至20wt％的活性碳颗粒。

另一个复合过滤器实例为设计成移除氨气的复合过滤器。

4)靶向nox、甲醛、voc和氨气的一个复合过滤器实例可具有下述活性颗粒比率：铈(iv)氧化物上1wt％至30wt％的金纳米簇，40wt％至95wt％的氢氧化钾(碱/碱性)所浸渍的活性碳，1wt％至30wt％的活性碳，和1wt％至15wt％的硝酸或硫酸所浸渍的活性碳。