乾式淨化用介質組合物及其製備方法和使用方法

2023-09-17 06:39:50 1

專利名稱：乾式淨化用介質組合物及其製備方法和使用方法
技術領域：
本發明涉及用於從氣流中除去有毒的、腐蝕性的、有害的或者惡臭的化合 物的組合物和方法。更具體的，本發明涉及一種含有活性氧化鋁和碳酸鉀的混 合物的乾式淨化用介質的應用。
背景技術：
在很多環境中會出現不希望的氣體化合物，包括含氯和含硫的化合物、氨、 曱醛、尿素、 一氧化碳、氮的氧化物、硫醇類、胺類、乙烯，這些環境中大多 都存在著令人不愉快的氣味、刺激性或有毒的氣體。這些環境包括石油儲存區、 精煉廠、水處理才幾構、汙水處理才幾構、醫院太平間、動物房、遊泳池、紙漿和 造紙生產廠等等。
儲存危險數量的氯或二氧化硫的機構必須購置應急備用設備以防止突發
性化學洩漏。環保署(EPA)的防止化學物突發性洩漏的危機處理計劃中要求
"需要常設機構來研究和執行適當的危機處理計劃以將化工廠事故的頻率和 嚴重性降到最低"，另外，"針對危機處理計劃的規定還需要可執行的手段"。
《統一消防規範》第80條表明，對於氯的最大單體儲存容器中的全部儲 存物也一定會在30分鐘內釋放。如果從1噸的氯瓶中洩漏有毒氣體，動力學 定律表明，約4001bs的液氯揮發為氣體，而剩餘量的氯以液體狀態在其沸點 放出。根據美國水行業協會(AWWA)的風險管理計劃指南，對於氯洩漏的 影響區域的最大範圍是從影響點向各方向劃出5英裡的半徑。
氯氣(Cl2)是黃綠色緻密氣體，具有令人窒息的氣味。該化合物用於漂 白織物、淨化水、鐵處理(treating iron)等。對這種強刺激物的控制對於那些 與其接觸工作或暴露於其中的人是非常重要的。當與水分結合時，氯氣對於電路、不鏽鋼等具有腐蝕作用。因此，需要對電子設備進行保護以阻止氯的腐蝕 性煙霧以及氯的副產品。
二氧化硫(so2)是無色氣體，可以被氧化為三氧化硫，後者在水蒸氣存 在時會轉化為硫酸霧。暴露於高濃度的S02對於健康的影響包括呼吸問題、呼
吸疾病、肺防禦(lung defences)的變異、呼吸衰竭、心血管疾病。哮喘、慢
性肺病或慢性心臟病的患者對此更為敏感。S02還毀壞樹木和農作物。S02與
氮氧化物一起是酸雨的主要緣由。這將促使湖泊和水流的酸化、加速建築物的 腐蝕、降低可視性。
硫化氫(HS2)是一種無色、有毒氣體，具有典型的臭雞蛋的氣味，產生 於煤礦、氣井、含硫溫泉以及含硫有機物質的腐敗。長期以來一直希望控制該 氣體的釋放，尤其是從城市汙水處理廠的排放。最近，防止電子設備4妄觸這些 化合物的腐蝕性煙霧變得日趨重要。另外，HS2是可燃的。
氨(NEb)也是無色、腐蝕性的鹼性氣體，具有特殊的、刺激性的氣味。 該氣體產生於動物室和託兒所，長期以來也一直希望對其進行控制。
曱醛(HCHO)是一種具有刺激性、窒息性氣味的無色氣體，存在於醫院 的太平間，由於對於黏膜的強烈刺激，需要對其進行控制。
尿素(CH4N20)存在於廁所排棄物，並廣泛用於造紙工業來軟化纖維素。 由於其氣味而希望對其進行控制。
一氧化碳(CO)是一種無色、無味的有毒氣體，存在於壓縮呼吸氣中。 對於某些大氣，包括那些有人類居住的大氣的氧化需求，要求對其進行控制。
氮氧化物，包括二氧化氮(N02)、 一氧化氮(NO)和氧化亞氮(N20) 分別具有不同的特性，對於人類的危險性也不同，其中氧化亞氮是刺激性最小 的氧化物。而二氧化氮具有致死性毒性。根據氧化物的不同，對於控制源於這 些氧化物的汙染而是必須的或是需要的。
硫醇、胺都是汙水氣味中所不希望的氣體，包括曱基硫醇(CH3SH)、 丁 基硫醇(C4H9SH)和曱基胺(CH5N)。從氣味控制的角度來說，需要對這些 氣體進行控制。
乙烯(C2H4)是一種無色可燃性氣體，是一種簡單的窒息劑，用於加速 水果、蔬菜、鮮花的成熟或腐爛。控制該化合物會延長這些類別的物質的市場壽命。
對於去除上述的不希望的化合物的方法，已經提出了一些固體過濾介質。 對於這樣的介質的所要求的特性是具有對於目標化合物的高的總吸收能力、從 空氣或氣流中去除該化合物的高效率，以及點燃溫度低(不可燃性)。例如，
美國專利No.3,049,399中公開了小球狀的固體氧化系統，由含浸有高錳酸鉀 KMn04的活性氧化鋁A1203構成。該小球通過吸附和吸附氣味來淨化空氣和控 制氣味，並通過高錳酸鉀控制的氧化反應來消除收集到的氣味。
活性碳可以物理性吸附大量的硫化氬，例如，參見美國專利No.2,967，587。 還可參見法國專利No.1，443，080,其中公開了通過活性碳直接吸附硫化氬，然 後通過熱的惰性氣體或過熱氣流來再生活性碳。
基於有氧條件下的碳能夠將硫化氫氧化成單質硫，可以通過將硫化氫氧化 為硫的催化劑來更好地去除硫化合物。可以在流入的硫化氫和氧的氣流中加入 氨來作為催化劑。含浸矽酸鹽的活性碳也是有效的。殘餘的被吸附物也許不會 被鹼溶液的萃取所除去，參見南非專利No.70/4611。用r/。的NaOH溶液進行 處理可以恢復用於吸附除去硫化氫氣體的活性碳的吸附能力，參見Boki， Shikoku Igaku Zasshi， 30(c), 121-8(1974) (Chemical Abstracts, Vol.81).
還有，例如參見法國專利No.1，388,453，其中記載了用於此目的的含浸有 1%碘(12)的活性碳顆粒。南非專利No.70/4611公開了使用含浸矽酸鹽的活 性碳。Swinarski等在Chem. Stosowana, Ser. A9(3)， 287-94(1965)，(Chemical Abstracts, Vol.64， 1379c)中記載了使用鉀鹽，包括氬氧化鉀(KOH)處理的活 性碳用於吸附石危化氫。還有，將活性碳含浸氫氧化鈉(NaOH)和碘化鉀(KI) 溶液。
在美國專利No.3,391，988中，硫醇通過與含浸有鹼性物質的液體混合物的 吸收劑接觸而被從廢氣中除去。以後的專利中記載了用NaOH(任選地與醋酸 鉛(PbOAc) —起)對活性碳進行不同的處理，並指出與活性碳的物理吸附結 合的化學反應的影響。參見美國專利No4,072,479和No.4，072,480。儘管沒有 確認，美國專利No4,072，479指出在活性碳存在時可以將硫化氬氧化為單質硫， 而且在活性碳中存在的水分的作用是顯著的。另一種從氣流中除去硫和其它化 合物的方法是使用一種Purakol K ( Lindair， Ljusne， Sweden)的已知產品，該產品含有含浸有NaOH和KI的碳。
其它的使用含浸的碳的例子包括從空氣中除去水分(乾燥)，例如參見 蘇聯專利No.1，219,122 (結合氪氧化鋁的活性碳；粘結劑，氬氧化鉀；以及溴 化鋰)；從氣流中去除酸性汙染物，例如參見美國專利No.4,215,096 (用於去 除氣流中的氯的含浸有氬氧化鈉和水分的活性碳)以及美國專利No.4,273，751 (用於去除氣流中的二氧化硫氣體和蒸氣的含浸有氫氧化鈉和水分的活性 碳)。
日本專利No.61-178809指出通過擔載了金屬銅或銅鹽的活性碳的處理來 進行水的淨化。還有些專利教導使用氧化鋁和碳吸附劑，包括美國專利 No.3，360,134 (與含碳溶液相接觸的水合氧化鋁，用於褪色劑、從巻煙煙氣中 去除組分的貴金屬電鍍浴的復活劑，以及用於壓力或重力流滲濾床的吸附劑)、 美國專利No.4,449,208 (粉末狀的碳、緻密氧化鋁和粘結劑，用於增加吸附劑 的熱容量，通過在絕熱變壓吸附過程的每一循環中降低吸附劑床的循環溫度變 化來強化該過程的操作)、美國專利No.3，819，532 (石墨粉與細分級氧化鋁吸 附劑，用於從潤滑油中去除芳香族化合物、雜環化合物、硫化合物以及染色物 質)、美國專利No.3，842，014 (石墨粉末和氧化鋁粘結劑，用於吸附石蠟)。這 些文獻中主要教導了一種主要由活性碳以及相對少量的氧化鋁組成的物質。
上述的至今為止的組合物中沒有一種能夠有效解決活性碳的可燃性的問 題。這一問題在例如建設核電站時是很關鍵的。
進而，至今為止沒有一種方法可以有效地應用於大量氣體的中和。相應地， 目前該領域中仍然需要一種具有增強的去除氯和二氧化硫的能力的組合物。進 而，目前該領域中需要一種能夠在低的大氣溫度下使用的組合物。

發明內容
這裡，提供一種組合物以及方法，用來捕捉和中和氣流中的大量有毒或有 害化合物。典型的，有毒或有害的化合物是酸性氣體。更典型的，這裡所述的 組合物和方法可以吸收和吸附化合物，例如但不限於疏化氫、氯氣、二氧化碳、 二氧化氮、氟化物和二氧化硫。
這裡所述的組合物是乾式淨化用介質，含有活性氧化鋁和碳酸鉀。任選地， 該千式淨化用介質還可含有粉末狀活性碳。另外，該乾式淨化用介質還可以含浸其它物質，例如硫代闢u酸鈉。
這裡所提供的乾式淨化用介質與市售介質相比具有增強的吸附能力，可以 更高效地吸附不希望的化合物。另夕卜，與碳酸鉀的結合會產生增強的物理強度。 此外，使用粉末狀活性碳可以降低生產成本。另外，含浸硫代硫酸鈉可以提高 乾式淨化用介質對氯的化學吸附，特別是在較低的大氣溫度下，會更加降低成 本並提高機械特性。
顆粒狀碳被用於傳統的過濾系統，而且與粉末狀碳相比非常貴。粉末狀碳 是顆粒狀碳生產中的副產品。但是，粉末狀碳對於固體過濾床而言過於細微和 揚塵。
這裡所提供的組合物可以用來處理、防止或過濾有毒化合物從至少以下的 場所的洩漏，即石油儲存區、精煉廠、水處理系統、汙水處理機構、醫院太平 間、動物房、遊泳池、紙漿和造紙生產廠。
這種組合物的吸收和吸附大量有毒或有害氣體化合物(例如氯氣和二氧化 硫)的前所未有的、驚奇的能力，填補了該領域長期的、未能實現的需求，並 將對於動物和環境的健康做出重要的貢獻。
本發明的一個目標是提供一種有效的、便宜的方法來防止或減少有毒或有 害氣體化合物的洩漏。
本發明的另 一 目標是提供一種有效的、便宜的方法來從空氣或氣流中過濾 有害、有毒或有氣味的化合物。
本發明的另外一個目標是提供一種吸附劑組合物，其結合併促進或超越了 活性氧化鋁、碳酸鉀以及可選擇的粉末狀活性碳和硫代硫酸鈉的各自的吸附、 除味或過濾能力。
本發明的另外一個目標是提供一種在高溫下還可維持其完整性的吸附劑 組合物。
本發明的另 一個目標是提供一種基本上不可燃的吸附劑組合物。 在綜合以下所公開的實施方式的詳細記載和權利要求之後，可以更清晰地
了解本發明的這些以及其它的目的、特徵和優勢。


圖l是緊急氣體淨化器(EGS)的示意圖。圖2是乾式淨化裝置的試驗原型機的詳細說明圖。 圖3是蜂窩結構體形式的乾式淨化介質的圖。
具體實施例方式
這裡提供乾式淨化介質組合物以及其製造方法和應用。該乾式淨化介質通
消除收集到的氣味，從而提供空氣淨化和氣味控制。 乾式淨化介質組合物
這裡所述的乾式淨化介質組合物含有活性氧化鋁和碳酸鉀。在一個實施方 式中，乾式淨化介質進一步含有粉末狀活性碳。在另一個實施方式中，乾式淨 化介質含浸有硫代好u酸鈉。
這裡所述的乾式淨化介質組合物與現有的介質相比，對於某些不希望的化 合物具有高效的、增強的吸附能力。另外，這裡所述的乾式淨化介質組合物由 於使用了碳酸鹽，例如碳酸鉀，從而提高了物理強度。另外，還出乎意料到地 發現在乾式淨化介質中使用碳酸鉀顯著提高了去除氯的能力。
因為粉末狀活性碳與顆粒狀碳相比價格便宜，因此添加粉末狀活性碳降低 了生產成本。粉末狀碳是顆粒狀碳生產過程中的副產品。粉末狀碳由於其細微 性和揚塵性一般不用於固體過濾系統。另外，發現使用硫代硫酸鈉作為本發明 組合物的含浸劑可以促進在較低大氣溫度下吸收和吸附氯，導致進一步的成本
更低的點燃溫度，被分類為可燃固體。過濾介質領域中多年來一直將碳和氧化 鋁吸附劑作為可選介質。
本發明的組合物中優選使用的活性氧化鋁是由Engelhar公司(Iselin, NJ ) 或巴斯夫公司(Florham Park, NJ)生產的。也可以使用其他可接受的或合適 的活性氧化鋁。合適的活性氧化鋁的特徵為可使用的，或者脫水具有燒失量 (LOI)特性優選小於等於20，更優選LOI小於等於10。
可以使用粉末狀活性碳來替代顆粒狀活性碳，與顆粒狀活性碳相比更優先 使用粉末狀活性碳。也可以使用碳黑。這裡將活性碳、粉末狀碳和碳黑總稱為 "高表面積碳"。粉末的尺寸範圍可以有廣泛的選擇範圍，但生產乾式淨化用 介質的小球時需要一些參數來保證在滾動(rolling)中獲得均勻的小球。在一個實施方式中，碳的尺寸為85%通過-325目的篩子。在另一實施方式中，碳 的尺寸為通過-50目的篩子。
我們注意到吸附速度隨所使用的活性碳的表面積而變化，因此使用具有大 的表面積的活性碳是很重要的，優選表面積為500 ~ 2000m2/g，更優選為 1000 ~ 1200 m2/g。本發明組合物中優選使用的活性石灰由NORIT (美國)7〉司 (馬歇爾，德克薩斯州)製造。也可以使用其它可以接受的活性碳。
在含有粉末狀活性碳的實施方式中，優選高表面積碳的比例為約30%或 更多。
本發明的組合物中優選使用的碳酸鉀來自Church&Dwight公司(普林斯 頓，新澤西州)。也可以使用其它可接受來源或製造商的碳酸鉀。
硫代硫酸鈉是無色晶體化合物，常見的形式為五水化物Na2S203 5H20, 一種風化的、單斜晶體的物質，也稱為大蘇打或"海波"。硫代硫酸鈉易溶於 水，是一種溫和的還原劑。本發明的組合物中使用的硫代硫酸鈉優選來自 MallinckrodtBaker公司(菲利普斯堡，新澤西)。也可以使用其它可接受來源 的或製造商的硫代硫酸鈉。
所使用的含浸劑為1A族金屬的硫酸鹽。特別的，含浸劑為硫代硫酸鈉。 儘管還不清楚含浸劑在乾式淨化用介質中的如何起作用，但認為含浸劑與被吸 附的不希望的化合物直接發生反應。
儘管不希望限於以下的理論，還是相信這裡所提供的乾式淨化用介質利用 了通過吸收、吸附和化學反應的方式除去氯和二氧化硫的化學吸附過程。在幹 式淨化用介質中捕捉氯和二氧化硫，發生不可逆化學反應，將氣體轉化為無害 固體。該化學反應發生在乾式淨化用介質的表面。另外，將該乾式淨化用介質 安裝在一種裝置中，該裝置被設計成使得在安裝了乾式淨化用介質的柱中反應 前沿隨著氯洩漏的進行而向下移動。這種結構使得部分的洩漏只消耗相應比例 量的介質。所以在使用和更換材料方面，該乾式淨化用介質組合物切實地節約 成本。
在一個實施方式中， 一種安裝有該乾式淨化用介質組合物的裝置被稱為如 圖1所示的緊急氣體淨化器(EGS) 10。含有乾式淨化用介質20的EGS系統 的示意圖也顯示於圖1中。EGS的最初的小型原型機如圖2所示進行組裝。圖2中的EGS包括:被安裝於反應室或柱中的這裡所述的乾式淨化用介質。該 EGS的設計是能去除假定最壞情況下的滿載Cb或S02氣瓶的洩漏時氣瓶中的 全部氣體。更特別的是，設計該EGS要使得可以中和在化學溢出的第一分鐘 內的最初4001bs的氯氣洩漏以及後續的781bs/min的其餘洩漏，這將超過《統 一消防規範》的要求，並優於目前可以使用的系統。
該EGS使用乾式淨化用介質20來代替使用有毒液體(溼式淨化器)來中 和氣體。在一個實施方式中，乾式淨化用介質被製成小球狀。小球可以裝入反 應室、過濾床或柱，用於裝置10中。在另一個實施方式中，乾式淨化用介質 可以通過擠出來製備，形成基體(matrix)或蜂窩結構體，其中具有多個通道 在長度方向穿過擠出的乾式淨化用介質30。通過擠出成形製備的乾式淨化用 介質的一個優點是製造的基體或蜂窩結構體具備充分的表面積，用於當氣流通 過基體結構時汙染物例如氯氣和二氧化^e與乾式淨化用介質之間發生化學反 應。該乾式淨化用介質的化學吸附過程通過吸收、吸附和化學反應的方式將 Cl2和S02除去。在一個實施方式中，Cb和S02白捕捉到乾式淨化用介質的小 球中並進行不可逆化學反應將氣體轉化為無害固體。該化學反應發生在乾式淨 化用介質小球的表面，並遍及小球的體積。 一旦暴露於氯或二氧化硫，反應前
漏只消耗對應比例量的介質。
與目前可用的溼式淨化系統不同，這裡的乾式淨化用介質需要較少的維護 來獲得高可靠性。我們注意到乾式淨化用介質的效率並不直接依賴於該系統維 護得多麼好。
與目前可用的溼式淨化系統不同，緊急氣體淨化器(EGS)不需要物質傳 輸站或二次安全殼(secondary containment )。乾式淨化用介質與溼式淨化用介 質非常不同的是，不具有高腐蝕性、毒性、有害性，並且壽命也不是有限的， 這些都是優點。
進而，還注意到目前可用的溼式淨化系統可以通過上述的乾式淨化用介質 的組分或EGS來轉化或更新，從而提供了更高的能力來捕獲或中和有毒氣體， 例如氯氣和二氧化碌u。
上述的組合物的其它優點包括，乾式淨化 介質是可以任意使用的可掩埋物，不需要特殊的排放以及相應的成本。在反應或使用的前後，該介質也是無
毒和無害的。該乾式淨化用介質可以在較低的大氣溫度下來使用，例如-40°F。
該乾式淨化用介質具有比本領域目前使用的和已知的介質更好的去除氯氣和 二氧化硫的能力，還可以用該乾式淨化用介質來更新溼式淨化系統，導致更好 的氯氣或二氧化^f克的去除。
廢氣流的溼式淨化包括將來自特定工藝的廢氣流與淨化液體相接觸，來使 得不希望的廢氣流組分被液體吸收，或與液體(例如用來接觸酸性廢氣的鹼性 溶液)反應，來有效地將不希望的成分從氣相中除去。通常淨化液體含有氧化 劑例如高錳酸鉀、調節物質或次氯酸鈉，它們會導致不希望產生的沉澱反應。 進而，溼式淨化系統需要消耗非常大量的氧化劑，並會導致汙染的廢水流。
而與此相反，乾式淨化用介質使固體材料來接觸廢氣流，該固體材料作用 在於化學吸附不希望的成分或與其反應來將其有效去除。這裡所述的乾式淨化 用介質幾種並包含全部有害成分，在操作中是被動的，沒有運動的部分，並且 根據需要來工作，因此是安全的，尤其適合於過濾和淨化。
在一個實施方式中，該乾式淨化用介質提供一種吸附劑組合物的乾式添加
混合物，基於組合物的重量含有約40%~60%的活性氧化鋁和約60%~40% 的碳酸鉀。認為組合物中的氧化鋁導致含有"大孔"的更大開口的孔結構。這 樣的結構與單獨的活性碳相比更不易於被吸附的組分堵塞。這就可以解釋了為 什麼該組合物比含浸的和未含浸的活性碳具有更高的吸附能力和效率。進而， 活性氧化鋁支撐著碳，即使在非常高的表面積時仍具有硬度，並提高組合物的 點燃溫度。
在另一實施方式中，乾式添加混合物中還任選地含有活性碳。這時，基於 組合物的全重，該乾式添加混合物含有約20%~30%活性氧化鋁、約20%~ 30 %的碳酸鉀和約40-60 %的活性碳。
在另外一個實施方式中，基於組合物的全重，乾式添加混合物含有約25 %活性氧化鋁、約25 %的碳酸鉀和約50 %的活性碳。
在另一實施方式中，基於組合物的重量含有約40% ~ 60%的活性氧化鋁和 約60% ~ 40 %的碳酸鉀的乾式添加混合物可選擇性的噴灑液體或噴灑含浸劑。 在一個實施方式中噴灑到乾式混合物上的液體是水。通常，施加的液體量相對於乾式添加混合物為約5%~約30%。在另一實施方式中，對乾式添加混合物 噴灑含浸劑，例如硫代硫酸鈉。通常5% ~約20%的硫代石危酸鈉溶液施加到或 噴灑到乾式混合物上。
在另外的實施方式中，提供吸附劑組合物來作為"馬上即可使用"的最終 狀態的乾式淨化用介質。在一個實施方式中，乾式淨化用介質可以直接應用於 柱、過濾床、反應室或裝置，來製成緊急氣體淨化器或EGS。通常，在這樣 的情況下，吸附劑組合物包括約40%活性氧化鋁、約40%碳酸鉀和約20%液 體，液體在幹搖或滾筒(tumbling)加工過程中噴灑或添加，從而形成小塊狀。 在一個實施方式中在製備過程中添加的液體是水。
在另一實施方式中，乾式淨化用介質含有活性碳，該乾式淨化用介質含有 約15 ~ 25 %活性氧化鋁、約15 ~ 25 %碳酸鉀、約15 ~ 20 %水和約30% ~ 55 % 活性碳。
在另外的一個實施方式中，乾式淨化用介質含有活性氧化鋁和碳酸鉀，以 及可選擇地含有含浸劑例如硫代硫酸鈉。典型的，乾式淨化用介質的約5重量 % ~ 10重量％為硫代硫酸鈉。
在另一實施方式中，通過擠壓來製備或製造乾式淨化用介質，來形成固體 結構。擠出是一種製造工藝，用來生產具有固定截面圖形的長物體。材料或混 合物被推入和/或拉過具有所需要圖形的形狀的模具。模具可以有不同的形狀 和直徑。使用機械或者水壓的方式將活性氧化鋁和碳酸鉀的混合物擠入模具， 來進行這裡所述的乾式淨化用介質的擠出。在一個實施方式中，通過擠出成形 將乾式淨化用介質形成基體或蜂窩狀的結構或形狀，如圖3所示，具有多個通 道貫穿擠出的乾式淨化用介質30的長度方向。蜂窩結構體是由乾式淨化用介 質構成的多孔壁的基體，由多孔壁形成多個從蜂窩結構體的一端(近端)到另 一端(遠端)延伸的孔格。通過擠出成形製備乾式淨化用介質的一個優點是基 體或蜂窩結構體具備充分的表面積，用於氣流中汙染物與乾式淨化用介質之間 發生化學反應。在一個實施方式中，擠出成形的乾式淨化用介質由活性氧化鋁 和碳酸鉀構成。在另一個實施方式中，由擠出成形生產的乾式淨化用介質可以 進一步含有活性碳。在另一實施方式中，通過擠出形成基體或蜂窩體而製造的 乾式淨化用介質可以進一步含有含浸劑，例如硫代硫酸鈉。含浸劑可以在擠出前、擠出中或擠出後施加於乾式淨化用介質。可以理解的是擠出的過程是業內 所熟知的技術，包括了各種手段，包括但不限於冷擠出和熱擠出。進而，通常 可以使用添加劑，例如著色劑和UV防止劑(可以為液態或小球狀)，可以在 擠出前與活性氧化鋁和碳酸鉀的混合物進行混合。通過使用粘結劑可以改變或 改善擠出材料的塑性和形狀延伸性。對粘合劑沒有特別限定，可以使用在4齊出 成形或注塑成形製備成形品時使用的各種粘合劑。特別的，可以舉出各種類型 的醇類，如曱基纖維素、乙基纖維素等的纖維素類，澱粉，乙烯樹脂，各種蠟, 如聚乙烯、聚丙烯等的熱塑性聚烯烴，聚乙酸乙烯酯化合物等。在一個實施方 式中，粘結劑包括但不限於澱粉添加劑、有機粘合劑、粘土和長石。
儘管不希望限定於如下的理論，認為擠出成形的蜂窩體或基體結構導致在 固體結構中形成空洞或通道，增加了可以用來與汙染物進行化學反應的總的表 面積。
在另一實施方式中，提供了 一種形成粉末狀或顆粒狀乾式淨化用介質產品 的系統，該產品與目前可用的介質相比具有高密度、低粉塵、更好的顆粒成形 性和更好的流動性。提供了一種系統，用於將乾式淨化用介質製成小球，然後 將小球進行研磨以獲得粉末狀態。在形成小球的過程中，可以添加蒸汽。得到 的粉末與成球前的材料相比更緻密、更加顆粒化、具有更好的自由流動性。粉 末狀的乾式淨化用介質可以用於反應室或柱。
可以理解的是，本領域一般技術人員除了上述的成球和擠出成形的方法還 可以對這裡所述的乾式淨化用介質進行改進和修飾。實際上，可以想到的是該 乾式淨化用介質可以具有適合於最終使用用途和汙染物的去除(例如從氣體或 氣流中去除氯和二氧化硫)的各種尺寸、形狀和構造。該乾式淨化用介質還可 以含有活性或非活性組分，還可以細分為各種形態，例如細珠狀、球狀、環狀、
螺旋管形(toroidal shape )、不規則形、棒狀、圓筒狀、薄片狀、薄膜狀、立 方體、幾何多邊形、片、圈、螺旋形、網狀、顆粒狀、小球狀、粉末、微粒、 擠出體、蜂窩基體、(乾式淨化用介質和其它組分的)複合物，或者上述這些 形態的碾碎物。
在一個實施方式中，用於去除氯氣的乾式淨化用介質最少是至少10重量 %。例如，1001bs的乾式淨化用介質至少去除101bs的氯。在另一實施方式中，用於去除氯氣的乾式淨化用介質最少是至少15重量
%。例如，1001bs的乾式淨化用介質至少去除151bs的氯。
在又一實施方式中，用於去除氯氣的乾式淨化用介質最少是至少20重量 %。例如，1001bs的乾式淨化用介質至少去除201bs的氯。
在再一實施方式中，用於去除氯氣的乾式淨化用介質最少是至少25重量 %。例如，1001bs的乾式淨化用介質至少去除251bs的氯。
在其它實施方式中，在例如化學洩漏後，組合物有能力快速吸收約l噸的 氯氣。這時，安裝在例如緊急氣體淨化器中的乾式淨化用介質可以防止有毒氣 體汙染或洩漏到環境中。
一般記載為乾式淨化用介質的吸附劑組合物含有活性氧化鋁和碳酸鉀。該 乾式淨化用介質可以進一步含有水和活性碳。碳酸鉀是低成本的材料並為在較 低溫度下固化的組合物的小球提供強度，從而節約燃料。相信石友酸鉀也可以降 低可燃性，並可以協助促進涉及由組合物吸附的化合物的化學反應。
組合物可以優選含有有效的含浸劑來造成通過或穿過組合物的氣流中的 不希望的物質的失活。含浸劑優選為1A族金屬的硫酸鹽。例如活性氧化鋁和 碳酸鉀可以用硫代硫酸鈉來浸漬。後者的組合物與由硫代硫酸鈉或硫代硫酸鈉 與KOH的混合物含浸後的活性碳相比，具有更高的吸附能力和效率來去除 Cl2。觀察到，含有活性氧化鋁、碳酸鉀和硫代硫酸鈉的組合物在較低的大氣 溫度下具有增強的從氣流中去除氯的能力。儘管不希望限定於如下的理論，但 認為含有硫代硫酸鈉的組合物的提高的能力是基於氫氧化鉀的相對冷凝溫度。 硫代硫酸鈉在低於氬氧化鐘的大氣溫度下仍保持為液態，因此在較低溫度仍可 以有效地繼續發揮作用，不同於含有氳氧化鉀的組合物。
乾式淨化用介質組合物的製備工藝
以下介紹乾式淨化用介質組合物的製備工藝。在一個實施方式中，將活性 氧化鋁、,友酸鉀和液體的組合物成形為至少一種粘聚單元(cohesive unit )，將 該粘聚單元在高溫，優選100-225°F固化至少一小時。從而獲得活性氧化鋁 和碳酸鉀的乾式添加混合物，將該乾式添加混合物進行滾筒加工或滾動加工， 同時向其噴灑液體，例如水。該乾式添加混合物可以進一步含有粉末狀活性碳。
在滾筒研磨裝置中在滾動小球前預先加熱含浸劑溶液以使得小球開始快速固化，會比在室溫施加含浸劑溶液獲得更好的物理特性。可以在室溫和溶液
的沸點之間的溫度來進行上述操作。優選的溶液溫度是約50°F ~約200°F。
可以以任何方式來混合活性氧化鋁、碳酸鉀和水來有效地生成形態為含有 約40重量％ ~約60重量％的活性氧化鋁和約40重量％ ~約60重量％的碳酸 鉀的乾式添加混合物的吸附劑。典型地，該固化的吸附產物應該含有5重量％ ~30重量％的水。氧化鋁在乾式混合物中優選的量為約40重量％ ~約60重量 % ，更優選量為約50重量％ 。鉀在乾式混合物中優選的量為約40重量％ ~約 60重量％，更優選量為約50重量％。在一個優選實施方式中，最終產品含有 約5重量％ ~約20重量％的水。
組合物中存在的水分的量依賴於幾個因素，主要與被處理的活性氧化鋁的 特性有關。根據美國專利No.3,226,332的方法，組合物中的所需水分含量通過 對乾式混合物當其在混合機中滾動時進行噴灑來方便地獲得。
同樣可以以任何方式進行活性碳粉末與活性氧化鋁和碳酸鉀的結合，從而 有效得到乾式混合物，其含有約20重量％ ~約30重量％的碳酸鉀、約40重 量％ ~約60重量％的活性碳粉末和約20重量％ ~約30重量％的活性氧化鋁。
在另一實施方式中，乾式添加混合物含有約25重量％的活性氧化鋁、約 25重量％的碳酸鉀和約50重量％的活性碳粉末。
同樣可以以任何方式進行活性碳粉末與活性氧化鋁、碳g吏鉀和水的結合， 從而有效得到含有約15重量％ ~約25重量％的碳酸鉀、約30重量％ ~約55 重量％的活性石友4分末、約15重量％ ~約25重量％的活性氧化鋁和約15重量 % ~20重量％的水。
對於上述任一種組合物可以以任何方式進行含浸，從而有效獲得使用約 0.3%~約40%含浸劑的溶液而製成的含有約0.1重量％ ~約15重量％的含浸 劑的吸附劑。含浸可以通過簡單地將組合物浸泡於一定體積的含浸劑溶液中來 進行。獲得所希望的含浸程度所需的時間取決於所使用的含浸劑，僅僅是要達 到含浸劑滲透到組合物中所需的時間。另外，可以在使用前，例如在製備乾式 混合物或在滾筒/滾動加工過程中加熱含浸劑溶液。
在一個實施方式中，可以是使用約3% ~ 20°/。的硫代硫酸鈉溶液來進行硫 代硫酸鈉的含浸。得到的小球將含有約1重量％ ~約10重量％的硫代硫酸鈉。還可以以任何方式含浸其它的含浸劑，通過使用最多約40%含浸劑的溶液， 來有效獲得含有約1重量％ ~約10重量％含浸劑的吸附劑。
含浸乾式淨化用介質的其它方法證明也同樣有效，並且包括在本發明的範 圍內。例如，可以將含浸劑溶劑通過介質，而不是使用靜態的浸泡處理。但是， 發現優選的含浸方法是"噴灑添加"，即將含浸即溶液噴向在混合機中滾動的
乾式混合物。該含浸方法記載於美國專利No.3，226,332。
另外，如上所述，可以通過擠出形成基體或蜂窩結構體來形成乾式淨化用 介質。在基體中形成的通道和空洞產生大的表面積來用於氣流中汙染物與乾式 淨化用介質的表面之間發生的化學反應。可以使用已知的製備球化產品的標準設備來製造乾式淨化用介質的小球。 一些生產商是本領域普通的技術人員了解的，並且這樣的設備也廣泛用於產業 中。球化後的材料的有點包括對灰塵的控制。本方法中對灰塵的控制是很重要 的，因為氣流必須穿過乾式淨化用介質。如果由於灰塵堵塞了乾式淨化用介質，
為了生產小球，可以將活性氧化鋁和碳酸鉀以恆定的速度添加到在水平方 向上以可調整的角度傾斜的旋轉盤中。隨著盤的旋轉，將液體粘結劑噴灑到粉 末的表面，結合的材料將被滾向盤面，從而形成被滾動的小球。隨著新的粉末 和粘結劑在盤的高端添加，小球從盤的低端滾動。在優選的方式中，該盤為表 面粗糙的盤，至少具有一個刮板，並從垂直方向傾斜10°~80°的角度。更優選 的，該方法還包括將小球通過篩子來區分小球的大小。
使用方法
提供從空氣或氣流中去除雜質的方法。根據該方法，將上述的乾式淨化用 介質與含有將要去除的雜質的氣流相接觸。該乾式淨化用介質特別適用於從氣
流中去除Cl2和S02。在一定水平的去除效率下，小球形態的組合物比含浸有 氫氧化鈉的活性碳持續的時間延長50%以上，並提供更好的去除效率。這裡 所述的乾式淨化用介質也可以用於從氣流中去除H2S和烴。
的洩漏水消毒系統、城市廢棄物處理機構、石化精煉廠、遊泳池、醫院、賓 館機構、石油存儲區、精煉廠、水處理系統、汙水處理機構、醫院太平間、動物房、紙漿和造紙生產廠等等。
這些不希望的化合物在氣流中的濃度對於處理過程來說不是很重要，在穿 過乾式淨化用介質的化合物的排放中，可以實現的最終濃度為低於十億分之五 (ppb)的程度。
氣流(需要從中去除所不希望的組分)的物理和化學組成不是很重要。氧 化性條件佔主導地位可能很重要，當還不清楚在何種程度上氧化會影響所實現 的淨化。典型的，不希望的組分將從空氣中去除，特別是從混有廢氣流的空氣 中。重要的氧化性條件通常是在處理的氣流中存在氧，至少存在少量。如果完 全不存在氧，或者存在的氧的量不充分，可以單獨地將氧導入將要處理的氣流 中。有很多因素會影響根據本方法的最大吸收量所需的氧量，包括從被處理的 氣流中吸收的化合物的濃度和絕對量。
根據吸收的化合物的量，發現以下因素影響處理過程活性氧化鋁和^f友酸 鉀對於化合物的吸引的基礎水平、活性氧化鋁的孔結構和尺寸、活性氧化鋁的 比表面積以及活性氧化鋁的表面特徵。在含有乾式淨化用介質和活性碳的實施 方式中，活性碳的比表面積和表面特徵會影響吸收的化合物或汙染物的量。
還沒有發現本方法的活性起始材料的含浸處理對特定的結果有重要作用， 其中，乾式淨化用介質由水分和含浸劑所含浸。
該乾式淨化用介質適合於單獨用於柱或緊急氣體淨化器(EGS )來去除不
共同使用。這種共同使用尤其適合於當氣流中存在高濃度的汙染物或烴。任何 這樣的柱可以置於上遊(關於將要處理的廢氣或氣流位於乾式淨化用介質之
前)或下遊o
還發現將要處理的氣流的流速對於乾式淨化用介質並不影響乾式淨化用
介質的極限容量，但優選流速為10 ~ 750ft/min，更優選為50 ~ 150ft/min。
以下的實施例將更好地說明組合物、處理方法以及所帶來的吸附能力。在 以下的實施例中相對於滾筒研磨做對比。這樣的對比是使用試驗室級別的小規 模的滾動盤。該盤的直徑為14英寸，深度為4英寸。該盤距垂直的角度為30°， 運轉速度為20rpm。作為比較，全尺寸的生產盤一般的直徑是6英尺，深度為 4英寸，並以相同的角度和速度運轉。試驗室條件下形成的小球具有與全尺寸盤大致相同的尺寸，但不如後者強度高，因為盤的外周的運動速度慢。這樣， 小球在滾動中沒有經受同等強度的力。因此，相信使用與以下實施例同樣的初 始材料在全尺寸盤中形成的小球強度將更高，將比這些實施例中的表現更好。 需要注意的是，在以下的幾個實施例中所記載的連續流動系統是在相對溼度
40~50%下運行的。
通過以下實施例進一步說明本發明，但以下實施例並不對保護範圍施加任 何限定。相反，應該清楚地知道，本領域技術人員在閱讀了本說明書後在不脫 離本發明宗旨的情況下受到啟示可以採用各種實施方式、改進和等同方式。
實施例1
通過混合25重量％的活性氧化鋁、25重量％的碳酸鉀和50重量％的活 性碳粉末來製備乾式添加混合物。 實施例2
通過混合40重量％的活性氧化鋁和40重量％的碳酸鉀和在200°F噴灑的 20重量％的水，同時將乾式添加混合物在滾筒研磨機裡進行滾筒加工來製備 乾式淨化用介質。獲得的小球在135 140。F的空氣中千燥，相對溼度為約35 %,直到小球含有約10重量％的水分。
實施例3
通過混合20重量％的活性氧化鋁、20重量o/。的碳酸鉀、40重量％的活性 碳粉末和20重量％的水來製備千式淨化用介質。在200°F向該混合物噴灑15 %硫代硫酸鈉水溶液，同時對乾式添加混合物在滾筒研磨機裡進行滾筒加工。 獲得的小球在135 ~ 140°F的空氣中乾燥，相對溼度為約35% ,直到小球含有 約5重量％ ~ 10重量％的-危^^克酸鈉。
實施例4
通過混合25重量％的活性氧化鋁、25重量％的碳酸鉀、50重量％的活性 碳粉末來製備乾式淨化用介質。在200°F向乾式添加混合物噴灑15%硫代硫 酸鈉水溶液，同時對乾式添加混合物在滾筒研磨機裡進行滾筒加工。獲得的小 球在135 14(TF的空氣中乾燥，相對溼度為約35%,直到小球含有約5重量 % ~ 10重量％的硫代闢b酸鈉。
實施例5對上述實施例中記載的吸附劑組合物進行整體壓碎試驗和吸附測試。整體
壓碎試驗通過測定對樣品施加200磅的壓力一分鐘後未壓碎的殘留的樣品的 比例來測量強度。最佳的範圍為35~45%。吸附測試測量小球釋放灰塵的程 度。最佳的範圍為小於6%。測量結果如下所示。
壓碎強度35%~最大70%
磨損最大4.5% 乾式淨化用介質具有如下的物理性質
堆密度451bs/ft3 (0.72g/cc) ±5%
標稱小球直徑1/8英寸(3.2mm)
儘管通過優選的實施方式詳細說明了本發明，但應該了解在不脫離本發明 的權利要求的保護範圍的宗旨的情況下可以進行各種變更和改進。
權利要求
1.一種乾式淨化用介質組合物，含有活性氧化鋁和碳酸鉀。
2. 根據權利要求1所述的組合物，其中，進一步含有活性碳。
3. 根據權利要求1所述的組合物，其中，進一步含有IA族金屬的硫酸鹽。
4. 根據權利要求3所述的組合物，其中，所述硫酸鹽是硫代硫酸鈉。
5. —種乾式淨化用介質組合物，含有(a) 約25重量％的活性氧化鋁，(b) 約50重量％的活性碳，和(c) 約25重量％的碳酸鉀。
6. 根據權利要求5所述的組合物，其中，進一步含有約5重量％ ~約10 重量％的硫代硫酸鈉。
7. —種製備乾式淨化用介質組合物的方法，包括(a) 在水中混合活性氧化鋁和碳酸鉀，(b) 將混合物成形為至少一種粘聚單元，和(c )將該粘聚單元固化直到水基於組合物的重量比例為約5% ~約20% 。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，將混合物成形為至少一種粘聚單 元的步驟包括對活性氧化鋁和碳酸鉀的混合物進行滾筒加工，同時對該混合物 噴灑水。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中，水中的混合物進一步含有IA族金 屬的硫酸鹽，並且所述固化步驟中包括固化該粘聚單元直到硫酸鹽基於組合物 的重量比例為約1%~約10%。
10. 由權利要求7所述的方法製備的乾式淨化用介質組合物。
11. 一種製備乾式淨化用介質組合物的方法，包括(a )形成約30% ~約55 %的活性碳、約15% ~約25°/。的氧化鋁和約15% ~ 25%的碳酸鉀的混合物，和(b )將所述混合物與IA族金屬硫酸鹽的約5 % ~約15 %的水溶液的混合 物相混合，成形為至少一種粘聚單元，和(c) 將該粘聚單元在約100 ~約225華氏度的溫度下進行固化直到水基於組合物的重量比例為約5%~約10% ,且硫酸鹽基於組合物的重量比例為約 1% ~約10%。
12. 由權利要求12的方法所製備的吸附劑組合物。
13. —種防止或減少汙染物從氣流中洩漏的方法，包括將含有活性氧化鋁 和碳酸鉀的乾式淨化用介質組合物置於氣流中，其中所述乾式淨化用介質組合 物從所述氣流中有效去除所述汙染物。
14. 根據權利要求13的方法，其中，汙染物為氯或二氧化硫。
15. 根據權利要求13的方法，其中，所述乾式淨化用介質組合物進一步 含有活性碳。
16. —種從氣流中去除汙染物的裝置，其包括乾式淨化用介質和反應室， 其中，乾式淨化用介質含有活性氧化鋁和碳酸鉀。
17. 根據權利要求16所述的裝置，其中，所述乾式淨化用介質組合物進 一步含有活性碳。
18. 根據權利要求16所述的裝置，其中，所述汙染物包括氯或二氧化硫。
19. 根據權利要求16所述的裝置，其中，所述乾式淨化用介質組合物進 一步含有硫代硫酸鈉。
20. 根據權利要求19所述的裝置，其中，所述硫代硫酸鈉的含量為約5 重量％~10重量％。
21. —種製備乾式淨化用介質組合物的方法，包括(a) 形成活性氧化鋁和碳酸鉀的混合物，和(b) 通過模具擠出成形該混合物，形成具有長的開放通道的基體或蜂窩 結構體。
22. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述混合物進一步含有活性碳。
23. 根據權利要求21所述的方法，其中，所述混合物進一步含有含浸劑。
全文摘要
本發明提供一種乾式淨化用介質及其製備方法和使用方法。該組合物含有活性氧化鋁和碳酸鉀。可選擇地該組合物中含有活性炭和其它例如1A族金屬硫酸鹽的含浸劑。該組合物具有更好的效率和能力來從氣流中去除例如氯或二氧化硫的化合物。該組合物特別適用於降低或防止有毒氣體從如下的場所的洩漏，例如石油儲存區、精煉廠、飲水系統、汙水處理機構、遊泳池、醫院太平間、動物房以及紙漿和造紙生產廠。
文檔編號B01D53/04GK101588855SQ200780044142
公開日2009年11月25日 申請日期2007年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者威廉·G.·英格蘭 申請人:普拉菲爾有限公司