過濾介質及其應用的製作方法

2023-07-19 13:41:26

專利名稱：過濾介質及其應用的製作方法
過濾介質及其應用
相關申請的交叉參考
本申請要求2010年7月14日提交的美國臨時專利申請61/364，197的優先權，將 該申請的全部內容通過引用併入本申請。技術領域
本申請涉及到過濾介質，尤其是用於煙道氣(flue gas)應用的過濾介質。
背景技術：
存在於煙道氣中的氮氧化物、汞和其它化合物的危害已經導致強加了嚴格的標準 來限制這些化學物質的排放。為了滿足這些標準，有必要除去存在於來自固定或者移動燃 燒源的廢氣中的大部分氮氧化物、汞和/或其它化學物質。
脫氮作用或者選擇性催化還原(SCR)技術通常用於當通過催化的反應器時施加 到源自燃燒的煙道氣，用於除去氮氧化物。SCR技術已經發展到了能夠從煙道氣基本上除去 所有的氮氧化物的程度。
但是，有效和高效地從煙道氣除去汞變得越來越困難。煙道氣中的元素汞與菸灰 和/或其它微粒的粘附不佳，這使得難以通過常規的微粒收集方法，例如靜電沉積、灰塵過 濾和淨氣器(scrubber)進行收集。此外，與煙道氣過濾和處理相關的環境需求和破壞性條 件使得許多汞吸收物質不適合用於工業方法例如脈衝式噴氣(pulse jet)或者反向空氣應 用(reverse air applications)。發明內容
一方面，本發明提供過濾介質。在一些實施方式中，本申請描述的過濾介質可操作 用於從煙道氣流除去一種或者多種汙染物，包括但不限於，汞和/或重金屬。本申請描述的 過濾介質，在一些實施方式中，適合用於脈衝式噴氣和/或反向空氣過程。
在一些實施方式中，過濾介質包含含有多個活化的碳纖維的汙染物吸附劑層，至 少一個機織織物；和至少一個無紡織物，其中所述汙染物吸附劑層位於所述至少一個機織 織物和所述至少一個無紡織物之間。
在一些實施方式中，將所述汙染物吸附劑層縫製到所述至少一個機織織物和所述 至少一個無紡織物。在一些實施方式中，所述過濾介質還包括第二無紡織物。在一些實施方 式中，所述第二無紡織物位於所述汙染物吸附劑層的與所述至少一個無紡織物相對側上。 在一些實施方式中，將所述第一無紡織物、所述汙染物吸附劑層、所述機織織物、和所述第 二無紡織物縫製到一起。
在一些實施方式中，所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物包括玻璃纖 維、合成聚合物纖維、無機纖維、天然纖維、或其組合。在一些實施方式中，所述至少一個機 織織物和所述至少一個非機織織物包括E-玻璃纖維、C-玻璃纖維、ECR玻璃纖維、S-玻璃 纖維、無硼玻璃纖維或其混合物。
在一些實施方式中，所述至少一個無紡織物的厚度為至多約O. 2英寸。在一些實施方式中，所述至少一個無紡織物的根據ASTM D737的滲透率為至少約80scfm/ft2。在一些實施方式中，所述至少一個機織織物的厚度為至多約O. 2英寸。在一些實施方式中，所述至少一個機織織物的重量為小於約25oz/yd2。在一些實施方式中，所述至少一個機織織物的重量為至少約loz/yd2。在一些實施方式中，所述至少一個機織織物的滲透率為至少約 100scfm/ft2，根據 ASTM D737 測得。
在一些實施方式中，所述活化的碳纖維包括合成聚合物纖維、天然纖維、或其組合。在一些實施方式中，合成聚合物纖維可包括聚丙烯腈纖維、酹纖維(phenolic fibers)、 聚乙烯醇纖維、或其組合。在一些實施方式中，所述天然纖維可包括纖維素纖維或者人造絲前體。在一些實施方式中，所述活化的碳纖維是部分碳化的。
在一些實施方式中，所述汙染物吸附劑層還包括金屬滷化物鹽、金屬氫氧化物、無機酸、貴金屬、或其組合。
在一些實施方式中，所述金屬滷化物鹽包括氯化鋅、溴化鋅、或其組合。在一些含有金屬滷化物鹽的實施方式中，所述金屬滷化物鹽包括氯化鋅，所述氯化鋅可以約O. 25至約6wt%的鋅的量存在。在含有金屬滷化物鹽的實施方式中，所述金屬滷化物鹽可包括氯化鉀、溴化鉀、碘化鉀、或其組合。
在一些實施方式中，所述活化的碳纖維的平均直徑可為至多約50 μ m。在一些實施方式中，活化的碳纖維的平均直徑可為至少約lOOnm。
在一些實施方式中，所述活化的碳纖維還包括至少一種汞持留物質。在一些實施方式中，所述至少一種汞持留物質包括硫或者滷素。在一些實施方式中，所述滷素包括碘、 溴、或者氯。在一種實施方式中，所述齒素包括溴。在一些實施方式中，所述齒素存在的量可為至少lwt%。在一些實施方式中，所述滷素存在的量可為至少5wt%。
在一些實施方式中，所述汙染物吸附劑層的表面積為至少約150m2/g，根據ASTM D6556-10測得。在一些實施方式中，所述汙染物吸附劑層在室溫在飽和的汞蒸氣中吸附至少約50mg的汞每克活化的碳纖維。在一些實施方式中，所述汙染物吸附劑層在室溫在飽和的汞蒸氣中吸附至少約IOOmg的汞每克活化的碳纖維。在一些實施方式中，所述汙染物吸附劑層的根據ASTM D737的滲透率為至少約20scfm/ft2。
在一些實施方式中，所述汙染物吸附劑層的厚度為至少約0.01英寸。在一些實施方式中，所述汙染物吸附劑層的基重為至少約lg/ft2。在一些實施方式中，所述汙染物吸附劑層的基重為至多約60g/ft2。
本發明的過濾介質通常包括流體入口表面和流體出口表面。在那些實施方式中的一些中，可將塗層提供於所述流體入口表面和所述流體出口表面的至少一個上。所述塗層可根據所選擇的塗層和所期望的特性提供一個或多個功能。例如，並且不限於，各種塗層可提供耐磨性，可幫助粘結各個層，可提供耐化學性，和/或可提供非黏著性質。在一些實施方式中，所述塗層可包括以下中的一個`或者多個至少一種聚氨酯、至少一種有機矽、至少一種碳氟化合物、至少一種環氧化物、至少一種矽烷、或者至少一種矽氧烷、或其組合。在一些其中所述塗層包括碳氟化合物的實施方式中，所述碳氟化合物可包括聚四氟乙烯。
在一些實施方式中，可將隔膜偶聯至所述至少一個無紡織物。在一些實施方式中， 所述隔膜可為聚四氟乙烯隔膜。
在一些實施方式中，所述過濾介質的厚度可為至少約O.1英寸。在一些實施方式 中，所述過濾介質的厚度可為少於約O. 5英寸。在一些實施方式中，所述過濾介質的滲透率 可為至少約lOscfm/ft2，根據ASTM D737測得。過濾介質的一些實施方式的拉伸強度可為 至少約2001bf/2英寸。在一些實施方式中，所述過濾介質的相對於所述過濾介質的寬度的 MIT Flex計數可為至少約300，000。
在另一方面，本發明涉及過濾系統，所述過濾系統包括例如脈衝式噴氣煙道氣過 濾系統和反向空氣煙道氣過濾系統。在一些實施方式中，過濾系統可包括煙道氣入口歧管、 煙道氣出口歧管、和位於所述煙道氣入口歧管和所述煙道氣出口歧管之間的至少一個過濾 裝置，所述至少一個過濾裝置包括置於線材籠載體(wire cage support)上的一種本申請 披露的過濾介質。
在一些實施方式中，所述過濾介質可為袋子的形狀。在一些實施方式中，所述至少 一個過濾裝置還可包括可操作地偶聯於所述過濾介質的至少一個載體環。
在一些實施方式中，過濾介質包括含有多個用汞持留物質處理的活化的碳纖維的 汙染物吸附劑層，至少一個玻璃纖維機織織物，和至少一個無紡玻璃纖維織物，其中所述汙 染物吸附劑層位於所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物之間，和其中所述汙染 物吸附劑層縫製到所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物。在一些實施方式中， 可將隔膜偶聯至所述至少一個無紡織物。
在另一方面，本發明涉及生產過濾介質的方法。在一些實施方式中，生產過濾介質 的方法包括提供含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層，將無紡織物與所述汙染物吸附劑層 的第一表面相鄰放置，將機織織物與所述汙染物吸附劑層的第二表面相鄰放置；和將所述 無紡織物和所述機織織物縫製到所述汙染物吸附劑層。
在一些實施方式中，這些方法還包括在縫製前，將第二無紡織物與所述機織織物 相鄰放置。在一些這種實施方式中，所述至少一個機織織物可位於所述第二無紡織物和所 述汙染物吸附劑層之間。在其它這些實施方式中，所述第二無紡織物可位於所述至少一個 機織織物和所述汙染物吸附劑層之間。
在一些實施方式中，生產過濾介質的方法還可包括施加塗層至所述過濾介質的流 體入口表面或者流體出口表面中的至少一個。
在一些實施方式中，生產過濾介質的方法還可包括將碳氟化合物隔膜附接至所述 過濾介質的流體入口表面或者流體出口表面的至少一個。在一些實施方式中，所述碳氟化 合物可包括聚四氟乙烯。
在一些實施方式中，該方法還可包括用含有金屬滷素鹽的水溶液處理所述汙染物 吸附劑層。在一些實施方式中，所述金屬滷素鹽可包括氯化鋅、溴化鋅、氯化鉀、溴化鉀、碘 化鉀、或其組合。在一些這種實施方式中，所述處理可包括將汙染物吸附劑層暴露於含有金 屬滷素鹽的水溶液，和乾燥所述汙染物吸附劑層。在包括金屬滷素鹽的一些實施方式中，所 述金屬滷素鹽可包括氯化鋅。在其它實施方式中，所述金屬滷素鹽可包括溴化鉀。
這些和其它實施方式詳細披露於以下的具體實施方式
中。


圖1說明根據本發明一種實施方式的過濾介質的橫截面圖。
圖2說明根據本發明一種實施方式的過濾介質的橫截面圖。
圖3說明根據本發明一種實施方式的過濾介質的橫截面圖。
圖4說明根據本發明一種實施方式的脈衝式噴氣煙道氣過濾系統的過濾裝置。
具體實施方式
對於本說明書的目的，除非另外指出，否則，表示說明書中使用的成分、反應條件 等的所有的數字都應該理解為在所有的情況下用術語「約」修飾。因此，除非相反地指出， 否則，以下說明書中所列的數值參數都是近似值，其根據本發明要獲得的期望性質而變化。 至少，和不試圖限制將等同原則應用於權利要求的範圍，每個數值參數應該至少根據所給 出的有效數字的數值並且通過應用普通的四捨五入技術解釋。
儘管限定本發明的範圍的數值範圍和參數是約數，但是在具體的實施例中所列的 數值是儘可能精確地給出的。但是，任何數值本身含有在它們各自的測量技術中發現的由 標準偏差必然導致的某些誤差。此外，應該理解本申請披露的所有範圍都包括其中的任何 和所有的子範圍。例如，給出的範圍「I至10」應該理解為含有在記載的最小值I和記載的 最大值10之間(並且包含端點)的任何和所有的子範圍，即，所有的子範圍開始於最小值 I或者更大，例如I至6. 1，並且終止於最大值10或者更小，例如，5. 5至10。此外，提及到 「結合到本申請中」的任何參考文獻都應該理解為將其全部內容結合。
進一步指出，如本說明書所使用的，單數形式「一種(a) 」、「一個(an) 」和「該」包 括複數指示物，否則會另外明確和不含糊地限制於一個指示物。
一方面，本發明提供過濾介質，其可用於例如處理煙道氣流。在一些實施方式中， 本申請描述的過濾介質可用來從煙道氣流除去一種或多種汙染物，包括但不限於，汞和/ 或其它重金屬。
在一些實施方式中，過濾介質包括汙染物吸附劑層，所述汙染物吸附劑層包括活 化的碳纖維，第一無紡織物和至少一個機織織物，其中所述汙染物吸附劑層置於所述第一 無紡織物和所述機織織物之間，並且縫製到所述第一無紡織物和所述機織織物上。在一些 實施方式中，所述過濾介質包括在所述流體入口表面和/或流體出口表面上的塗層。
圖1說明根據本發明一種實施方式的縫製的過濾介質的橫截面。圖1中說明的過 濾介質(100)包括含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層(101)，其置於第一無紡織物(102) 和機織織物(103)之間並且與它們接觸。機織織物(103)的表面(104)包括塗層(105)。 雖然在圖1中塗層(105)看起來是分開的層，應該理解實際上塗層(105)是施塗到機織織 物(103)中的至少部分纖維的表面上的。在一些實施方式中，塗層(105)能夠通過提高從 機織織物(103)的表面(104)突出的纖維的耐磨性抑制過濾介質(100)的降解，所述突出 是由於縫製所述無紡織物(102)、汙染物吸附劑層和無紡織物(102)導致的。在一些實施 方式中，塗層(105)對流體流中的粒子可以是非黏著性的或者排斥的，由此便於清潔所述 過濾介質(100)。在一些實施方式中，隔膜可以偶聯(例如，層壓)至無紡織物(102)的表 面。在一些實施方式中，隔膜可為例如薄的聚四氟乙烯膜。
在一些實施方式中，過濾介質還包括與所述第一無紡織物隔開的第二無紡織物。 在一些實施方式中，第二無紡織物與所述第一無紡織物被所述汙染物吸附劑層隔開。在一 些實施方式中，第二無紡織物與所述第一無紡織物被所述汙染物吸附劑層和所述機織織物隔開。
圖2說明根據本發明另一實施方式的縫製的過濾介質的橫截面。圖2的過濾介 質(200)包括縫製在一起的第一無紡織物(201)，含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層 (202)，機織織物(203)和第二無紡織物(204)。該汙染物吸附劑層位於第一無紡織物(201) 和機織織物(203)之間。第二無紡織物(204)與第一無紡織物(201)被機織織物(203)和 汙染物吸附劑層(202)隔開。過濾介質(200)的流體入口(205)和流體出口(206)表面含 有塗層，在一些實施方式中，該塗層能夠用來提高從表面(205，206)由於縫製該過濾介質 (200)而導致的突出的纖維的耐磨性。在一些實施方式中，該塗層對於該流體流中的粒子是 非黏著性的或者排斥的，由此便於通過通過技術例如脈衝式噴氣或者反向空氣而清潔該過 濾介質(200)。在一些實施方式中，隔膜可以偶聯(例如，層壓)至無紡織物(201)的表面 (205)。在一些實施方式中，隔膜可為例如薄聚四氟乙烯膜。
圖3說明根據本發明的另一實施方式的縫製的過濾介質的橫截面。圖3的過濾 介質(300)包括第一無紡織物(301)，包括縫製在一起的活化的碳纖維的汙染物吸附劑層 (302)，機織織物(303)和第二無紡織物(304)。第二無紡織物(304)與第一無紡織物(301) 通過汙染物吸附劑層(302)隔開，和機織織物(303)與汙染物吸附劑層(302)通過第二無 紡織物(304)隔開。過濾介質(300)的流體入口(305)和流體出口(306)表面包括塗層， 在一些實施方式中，該塗層可用來提高通過縫製過濾介質(300)導致的從表面(305，306) 突出的纖維的耐磨性。在一些實施方式中，所述塗層對液體流中的粒子可以是非黏著性的 或者排斥的，由此便於通過技術例如脈衝式噴氣或者反向空氣清潔所述過濾介質(300)。在 一些實施方式中，隔膜可以偶聯(例如，層壓)至無紡織物(305)的表面。在一些實施方式 中，隔膜可為例如薄的聚四氟乙烯膜。
在一些實施方式中，本申請所述的過濾介質包括含有活化的碳纖維的汙染物吸附 劑層，第一無紡織物和第二無紡織物，其中所述汙染物吸附劑層位於第一無紡織物和第二 無紡織物之間，並且縫製到它們上。在一些實施方式中，過濾介質包括機織織物和汙染物吸 附劑層，所述汙染物吸附劑層含有活化的碳纖維和結構纖維的混合物，其中所述汙染物吸 附劑層縫製到所述機織織物層。
在一些實施方式中，和如下進一步所述，過濾介質(或者該介質的某些組分)可具 有期望的氣體或者空氣滲透率。除非另外指出，否則，本申請提及的本申請所用的氣體滲透 率或者空氣滲透率值使用ASTM D737標準測量。
如上所述，在一些實施方式中，所述無紡織物、機織織物、汙染物吸附劑層、和/或 其它材料層中的一個或者多個可以縫製在一起。縫製包括使材料穿過縫製設備，其中多個 有倒鉤的針上下往復，從而使穿過該材料中(即該織物、汙染物吸附劑層、其它材料層等 中)的線束，並由此將它們彼此絞纏在一起。
要在組裝過濾介質的過程中縫製的層可以使用本領域普通技術人員已知的技 術縫製。這些技術進一步描述於美國專利3，713，962 (Ackley)、4，277，531 (Picone)、 4，404，717 (Neubauer等)、和4，964，891 (Schaefer)中，將其通過參考併入本申請。通常， 應該選擇該縫製條件(包括，例如，針尺寸(needle size))從而在各層之間提供充分的機 械性互鎖，同時在總體上尋求避免在過濾介質中存在殘餘的大洞(例如，容許氣流中的大 顆粒物質完全通過該過濾介質的洞)。能夠用作合適的縫製設備的機器可從各種供應商購得，包括例如來自DILO Group, Germany的縫製設備。在一些實施方式中,在縫製中使用的針可為小規格的針，例如40號針。為了用於一些實施方式中，合適的針是來自Groz-Beckert USA的型號609901的針。
1.無紡織物
現在轉到在過濾介質中可能使用的單個組件，本申請描述的過濾介質包括至少一個無紡織物。
在一些實施方式中，無紡織物包括玻璃纖維。適合用於該無紡織物中的玻璃纖維可包括與本發明的目的一致的任何玻璃纖維。在一些實施方式中，合適的玻璃纖維包括 E-玻璃纖維、C-玻璃纖維、ECR玻璃纖維、S-玻璃纖維、無硼玻璃纖維或其混合物。
在一些實施方式中，本申請描述的過濾介質的無紡織物包括合成聚合物纖維。在一些實施方式中，合適的合成聚合物纖維包括丙烯酸樹脂、聚酯、聚醯胺、芳族聚醯胺、聚烯烴、聚苯硫醚、聚苯並咪唑、聚氯乙烯、聚醯亞胺、碳纖維、聚醚醯亞胺、氟聚合物或其混合物。在一些實施方式中，合成聚合物纖維包括各種結構，包括各種單組件和雙組件結構。
在一些實施方式中，無紡織物包括天然纖維。在一些實施方式中，合適的天然纖維包括纖維素及其衍生物。此外，在一些實施方式中，本申請描述的過濾介質的無紡織物包括在玻璃纖維範圍之外的無機纖維。在一些實施方式中，合適的無機纖維包括二氧化矽纖維、 氧化鋁纖維、鋁矽酸鹽纖維、硼鋁矽酸鹽纖維、玄武巖纖維或其混合物。
在一些實施方式中，無紡織物的纖維可具有與本發明的目的一致的任何直徑。在一些實施方式中,無紡織物的纖維的平均直徑為約Iym至約30 μ m。在一些實施方式中，無紡織物的纖維的平均直徑為約2 μ m至約15 μ m。在一些實施方式中，無紡織物的纖維的平均直徑為約3 μ m至約10 μ m，或者約5 μ m至約7 μ m。在一些實施方式中，無紡織物能夠由 D75或者D150E-玻璃纖維玻璃線束形成。
無紡織物可以具有與本發明的目的一致的任何結構。在一些實施方式中，無紡織物提供為任何前述纖維的非機織氈。在一些實施方式中，無紡織物包括一種或多種用於所述纖維的粘合劑。在一些實施方式中，粘合劑包括澱粉-油粘合劑或者施膠劑，例如可商購自 Pittsburgh, PA 的 PPG Industries 的 610 或者 8610。
此外，在一些實施 方式中，無紡織物能夠受到形成後處理，從而提高該氈對各種化學條件(例如酸或者鹼侵襲)的耐性。在一些實施方式中，形成後處理提高無紡織物的物理性質，例如非黏著性性質。形成後處理可以包括將該無紡織物暴露於各種化學物質例如聚四氟乙烯(PTFE)、有機矽、聚氨酯、環氧化物、石墨或者矽烷或其組合。
在一些實施方式中，本申請描述的過濾介質的無紡織物的厚度為至多約0. 2英寸。在一些實施方式中，無紡織物的厚度少於約O.1英寸或者少於約O. 05英寸。在一些實施方式中，無紡織物的重量為至少約loz/yd2。在一些實施方式中，無紡織物的重量為至少約5oz/yd2。在一些實施方式中,無紡織物的重量為約loz/yd2至約15oz/yd2。在一些實施方式中，無紡織物的重量為約5oz/yd2至約ΙΟοζ/yd2。在一些實施方式中，無紡織物的重量可為約6至約30oz/yd2。無紡織物的重量可為約16至24oz/yd2。
在一些實施方式中，無紡織物具有滲透率或者孔隙率，當將該無紡織物結合到該介質中時，該滲透率或者孔隙率最小化跨該織物和/或過濾介質的壓降。在一些實施方式中，無紡織物的滲透率或者孔隙率適合用於工業煙道氣過濾應用例如脈衝式噴氣或者反向空氣應用。
在一些實施方式中，當使用ASTM D737標準測量時，無紡織物的滲透率為至少約 80scfm/ft2o在一些實施方式中，無紡織物的滲透率為至少約100scfm/ft2，或者滲透率為至少約130scfm/ft2。在一些實施方式中，無紡織物的滲透率為至少約150scfm/ft2，或者滲透率為至少約200scfm/ft2。在一些實施方式中，無紡織物的滲透率為約90scfm/ft2至約 250scfm/ft2o
在一些實施方式中，所述無紡織物使用本領域普通技術人員已知的技術通過溼鋪設方法形成。在一些實施方式中，所述無紡織物使用本領域普通技術人員已知的技術通過幹鋪設方法形成。
I1.機織織物
在一些實施方式中，除了至少一個無紡織物層，本申請披露的過濾介質還包括至少一個機織織物層。
在一些實施方式中，機織織物層包括玻璃纖維、合成聚合物纖維、天然纖維或者無機纖維或其混合物。適合用於機織織物層中的玻璃纖維、聚合纖維、天然纖維或者無機纖維可包括前面在第I部分中對於無紡織物層所記載的任何那些。此外，在一些實施方式中，機織織物層的纖維可具有平均直徑，其與前面在第I部分中對於無紡織物層所記載的任何平均纖維直徑一致。例如，在一些實施方式中，與無紡織物一樣，機織織物也能夠由D75或者 D150E-玻璃纖維玻璃線束形成。
在一些實施方式中，機織織物包括一種或多種用於所述纖維的粘合劑。在一些實施方式中，粘合劑包括澱粉-油粘合劑或者施膠劑。在一些實施方式中，機織織物能夠受到形成後處理，從而提高該氈對各種化學條件(例如酸或者鹼侵襲)的耐性。在一些實施方式中，形成後處理提高無紡織物的物理性質，例如非黏著性性質。形成後處理可以包括將該無紡織物暴露於各種化學物質例如聚四氟乙烯(PTFE)、有機矽、聚氨酯、環氧化物、石墨或者娃燒或其組合。
在一些實施方式中， 本申請描述的過濾介質的機織織物的厚度為小於O. 2英寸。 在一些實施方式中，機織織物的厚度少於約O.1英寸或者少於約O. 05英寸。在一些實施方式中，機織織物的重量為至少約loz/yd2。在一些實施方式中，機織織物的重量為至少約 5oz/yd2。在一些實施方式中，機織織物的重量為約loz/yd2至約25oz/yd2。在一些實施方式中，機織織物的重量為約5oz/yd2至約ΙΟοζ/yd2。在一些實施方式中，無紡織物的重量可為約6至約30oz/yd2。無紡織物的重量可為約16至24oz/yd2。
在一些實施方式中，機織織物具有滲透率或者孔隙率，該滲透率或者孔隙率最小化跨該織物和/或組裝的過濾介質的壓降。在一些實施方式中，機織織物的滲透率或者孔隙率適合用於工業煙道氣過濾應用例如脈衝式噴氣或者反向空氣應用。在一些實施方式中，機織織物通過顯示松的開口迂迴結構而獲得期望的滲透率和/或孔隙率。在一些實施方式中，機織織物提供為粗布(scrim)。此外，在一些實施方式中，機織織物使用低加捻或者沒有加捻的膨體紗來提高滲透率。在一些實施方式中，機織織物能夠由在至少一個方向 (例如，經線方向)使用的膨體紗形成。認為，在機織織物的至少一個方向上使用膨體紗能夠幫助在縫製過程中將織物整合到過濾介質中。
在一些實施方式中，當使用ASTM D737標準測量時，機織織物的滲透率為至少約100scfm/ft2。在一些實施方式中，機織織物的滲透率為至少約150scfm/ft2，或者滲透率為至少約175scfm/ft2。在一些實施方式中，無紡織物的滲透率為至少約200scfm/ft2。在一些實施方式中，機織織物的滲透率為約100scfm/ft2至約250scfm/ft2。
II1.汙染物吸附劑層
本申請描述的過濾介質包括含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層。在一些實施方式中，汙染物吸附劑層可用於從煙道氣流除去一種或者多種汙染物，包括但不限於，汞和/ 或重金屬。此外，在一些實施方式中，本申請描述的煙道氣過濾介質的汙染物吸附劑層可用來無限期地保持吸收的汙染物或者保持期望的時間期間。在一些實施方式中，當暴露於各種環境條件時例如與煙道氣過濾應用相關的升高的溫度時，汙染物吸附劑層可用來保持一種或多種汙染物。
在一些實施方式中，活化的碳纖維由一種或多種合成聚合物纖維生產。在一些實施方式中，適合於生產活化的碳纖維的合成聚合物纖維包括聚丙烯腈纖維(PAN)、酚纖維 (phenolic fiber)或者聚乙烯醇纖維。在一些實施方式中，活化的碳纖維由一種或多種天然纖維生產。在一些實施方式中，適合於生產活化的碳纖維的天然纖維包括纖維素纖維或者人造絲前體。
在一些實施方式中，可將合成聚合物纖維和/或天然纖維碳化從而生產活化的碳纖維。在一些實施方式中，合成的聚合物和/或天然纖維是完全碳化的或者部分碳化的。在一種實施方式中，例如，PAN纖維是部分碳化的，包括約20%至約30%的來自前體PAN的氮。
在一些實施方式中，可用於汙染物吸附劑層的活化的碳纖維是可以以氈的形式以產品號 TK1000 或者 TK1600 從 Jiangsu Tonkang Special Fabric & Garments Co. , Ltd., China商購的。
汙染物吸附劑層的活化的碳纖維可具有任何與本發明的目的一致的尺寸。在一些實施方式中，活化的碳纖維的平均直徑為約10nm至約50 μ m。在一些實施方式中，活化的碳纖維的平均直徑為約IOOnm至約30 μ m。在一些實施方式中，活化的碳纖維的平均直徑為至少約I μ m。在一些實施方式中，活化的碳纖維的平均直徑為約1 μ m至約20 μ m,或者約 5 μ m 15 μ m。
除了以氈的形式商業購買之外，在一些實施方式中，活化的碳纖維可由合成的聚合的和/或由靜電噴紡技術產生的天然纖維衍生物生產，如美國專利申請公開 2008/0207798和2009/0102100中披露的那些，將這些文獻披露的全部內容通過參考併入本申請。這種纖維可以使用本領域技術人員已知的技術組裝成氈形式。
在一些實施方式中，碳纖維可以是活化的，或者通過各種物理和化學方法進一步活化。在一些實施方式中，物理方法通常包括在控制的氣氛下和在升高的溫度存在二氧化碳或者水蒸氣。或者，許多活化過程在約400至約700° C的溫度使用脫水劑例如氯化鋅或者磷酸來完成活化。在一些實施方式中，能夠在活化之後使用氫氧化鉀來進一步打開碳纖維中的孔，導致較大的孔尺寸分布。
在一些實施方式中，活化的碳纖維也可用持留物質處理，所述持留物質可用來抑制或者排除一種或者多種在煙道氣的過濾過程中被纖維俘獲的汙染物(例如汞)的解吸附或者釋放。在一些實施方式中，例如，活化的碳纖維可以使用各種形式的硫、氯、溴和/或碘 (包括例如元素硫)浸潰，從而抑制或者排除從煙道氣流俘獲的汞的解吸附或者釋放。
在一些實施方式中，本申請描述的煙道氣過濾介質的汙染物吸附劑層包含至少 lwt%的硫。在一些實施方式中，汙染物吸附劑層包括含量為約2wt%至約30wt%的硫。在一 些實施方式中，汙染物吸附劑層包括含量為約5wt%至約15wt%的硫。在一些實施方式中， 汙染物吸附劑層包括含量為約18wt%至約25wt%的硫。
在一些實施方式中，汙染物吸附劑層包含作為汞持留物質的溴，其量為至少約 lwt%。在一些實施方式中，汙染物吸附劑層包含溴，其量為至少約5wt%。在一些實施方式 中，汙染物吸附劑層包括作為汞持留物質的氯，其量為至少約lwt%。在一些實施方式中，汙 染物吸附劑層包含作為汞持留物質的氯，其量為至少約5wt%。在一些實施方式中，汙染物吸 附劑層包含作為汞持留物質的碘，其量為至少約lwt%。在一些實施方式中，汙染物吸附劑層 包含碘，其量為至少約5wt%。
在一些實施方式中，來自活化過程的殘留物也可用作汞持留物質。例如，在一些實 施方式中，碳化的纖維(以氈的形式或者其它形式)可暴露於作為活化劑的氯化鋅溶液。然 後，在一些實施方式中，氯化鋅的殘留物能夠氧化汞和將汞保留在活化的碳中。在一些實施 方式中，活化的碳纖維可以包含鋅，其量為至少約O. 25wt%。在一些實施方式中，活化的碳纖 維可以包含鋅，其量為至多約6wt%。
在一些實施方式中，為了將該持留物質結合到該汙染物吸附劑層中，包含活化的 碳纖維(以氈的形式或者其它形式)的該汙染物吸附劑層可受到金屬鹽的化學處理，所述 金屬鹽包括氯化鉀、溴化鉀、碘化鉀、溴化鋅、氯化鋅、或其組合。在一些實施方式中，例如， 可將該金屬作為含有一定量的金屬鹽的水溶液施加至活化的碳纖維的氈，該量對應於在汙 染物吸附劑層中約5至約100%的碳質量。
在一些實施方式中，該汙染物吸附劑層可以在用金屬鹽處理之後在爐中加熱。在 一些這樣的實施方式中，將該汙染物吸附劑層加熱約I至約7小時。在一些這樣的實施方式 中，該汙染物吸附劑層在約150° C至約950° C的溫度加熱。在一些這樣的實施方式中， 將該汙染物吸附劑層在約150° C至約250° C或者約450° C至約500° C加熱。
在一些實施方式中，活化的碳纖維用貴金屬浸潰，所述貴金屬包括例如鉬、鈀、金 或者銀或其合金。
在一些實施方式中，汞持留物質當施用至氈形式的活化的碳纖維時可用來抑制或 者排除當將該汙染物吸附劑層加熱至至多約550° F的溫度時的俘獲的汞的解吸附或者釋 放。在一些實施方式中，施用至活化的碳纖維的汞持留物質可操作來抑制或者排除當將汙 染物吸附劑層加熱至至多約500° F的溫度時俘獲的汞的解吸附或者釋放。在一些實施方 式中，施用至活化的碳纖維的汞持留物質可操作來抑制或者排除當將汙染物吸附劑層加熱 至至多約400° F的溫度時俘獲的汞的解吸附或者釋放。
在一些實施方式中，含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層的表面積可為約150m2/ g至約2600m2/g。在一些實施方式中，含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層的表面積可為約 IOOmVg至約600m2/g。在一些實施方式中，含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層的表面積 可為約1200m2/g至約1700m2/g。在一些實施方式中，含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層 的表面積可為約1300m2/g至約1600m2/g。本申請描述的汙染物吸附劑層的表面積根據BET 理論和技術測定。除非另外指出，否則，本申請提及的表面積反映根據ASTM D6556-10標準 方法(其用於通過氮吸收測量炭黑總的和外表面積)的表面積的量度。
在室溫和飽和的汞蒸氣的靜態條件下，每克活化的碳纖維吸附劑的汞保留量可根 據以下工序測量將50mg的汙染物吸收材料密封到玻璃纖維袋中，該玻璃纖維袋在提供物 理保護的同時允許空氣流動。通過懸掛在I夸脫廣口瓶(其在底部中具有一定量的液體元 素汞)的蒸氣相中，將樣品懸浮。將該廣口瓶密封，並在室溫存儲7天，然後，從該廣口瓶取 出樣品，並將其置於氣密的塑膠袋中。通過直接汞分析(DMA)測試樣品的總汞含量。DMA分 析通過MR測試實驗使用它們的CAP-054E(DMA)過程進行。除非本申請中另外指出，否則， 本申請提及的靜態汞保留率值(汞保留率每克活化的碳纖維吸附劑)反應使用該方法進行 的測量。
在一些實施方式中，在室溫在飽和的汞蒸氣中的靜態條件下，汙染物吸附劑層具 有吸附至少約50mg的汞每克活化的碳纖維吸附劑的能力。在室溫在飽和的汞蒸氣中的靜 態條件下，汙染物吸附劑層的一些實施方式可以具有吸附至少約IOOmg的汞每克活化的碳 纖維吸附劑的能力，這使用相同的工序測得。在一些實施方式中，在室溫在飽和的汞蒸氣中 的靜態條件下，汙染物吸附劑層可以具有吸附至少約150mg的汞每克活化的碳纖維吸附劑 的能力，這使用相同的工序測得。在室溫在飽和的汞蒸氣中的靜態條件下，汙染物吸附劑層 的一些實施方式可以具有吸附至少約200mg的汞每克活化的碳纖維吸附劑的能力，這使用 相同的工序測得。
在一些實施方式中，汙染物吸附劑層具有吸附至少約6mg汞每克活化的碳纖維吸 附劑的能力，在5天的時間上，在350° F的動態空氣流的條件下，該空氣含有Ilppb汞蒸 氣。在一些實施方式中，在動態幹氮氣流的條件下在300° F持續140小時，以75ppb的汞 蒸氣濃度和4fpm的通過該樣品的氣體速度，汙染物吸附劑層具有吸附至少約IOmg汞，至少 約15mg萊,至少約20mg萊,或者至少約25mg萊每克活化的碳纖維吸附劑的能力。
含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層可以具有任何與本發明的目的一致的尺寸。 在一些實施方式中，汙染物吸附劑層的厚度為約O. 01英寸至約O. 3英寸。在一些實施方式 中，汙染物吸附劑層的厚度可為約O. 02英寸至約O.1英寸。在一些實施方式中，汙染物吸 附劑層的厚度可為約O.1英寸至約O. 2英寸。
在一些實施方式中，含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層的氣體滲透率為至少約 20scfm/ft2o在一些實施方式中，汙染物吸附劑層的氣體滲透率為至少約25scfm/ft2。在 一些實施方式中，汙染物吸附劑層的氣體滲透率為約15scfm/ft2至約120scfm/ft2，或者約 20scfm/ft2 至約 80scfm/ft2。
在一些實施方式中，含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層的基重為約lg/ft2至約 60g/ft2。在一些實施方式中，汙染物吸附劑層的基重為約5g/ft2至約30g/ft2。在一些實 施方式中，汙染物吸附劑層的基重為約20g/ft2至約30g/ft2。
在一些實施方式中，構成所述汙染物吸附劑層的纖維的尺寸為少於約15微米，其 能夠容許改進的空氣流和增加的表面積，由此改善吸附過程動力學。不受理論限制，認為改 善的吸附過程動力學是由於增加的碰撞頻率導致的。在一些實施方式中，構成所述汙染物 吸附劑層的纖維可以具有多葉片(mult1-lobal)橫截面(例如，由粘膠纖維人造絲製成的 纖維)，其也提供增加的表面積。
IV.流體入口 /出口塗層和隔膜
在一些實施方式中，本申請描述的過濾介質的流體入口表面和/或流體氣體出口表面可以包括塗層。通常，可將該塗層施塗至該過濾介質的一個或多個層。在一些實施方式中，塗層可用來提高由於縫製所述過濾介質導致的從氣體入口和/或出口表面突出的纖維的耐磨性。在一些實施方式中，所述塗層對液體流中的粒子可以是非黏著性的或者排斥的，由此便於通過技術例如脈衝式噴氣或者反向空氣清潔所述過濾介質。
該塗層能夠根據所選的塗層和所期望的特性提供一種或者多種功能。例如，但不限於，各種塗層能夠提供耐磨性，能夠幫助層的粘結，能夠提供耐化學性，和/或能夠提供非黏著性性質。此外，在一些實施方式中，塗層能夠提高流體入口和/或出口表面對溼氣， 酸和/或鹼性物質的耐性。
用於過濾介質的流體氣體入口和/或出口表面塗層能夠聚任何與本發明的目的一致的厚度。在一些實施方式中，塗層可以具有少於約5μπι的厚度。在一些實施方式中， 塗層可以具有約I μ m至約3 μ m的厚度。在一些實施方式中，塗層可以具有少於約I μ m的厚度。
在選擇塗層和塗層厚度時，通常應該避免流體入口表面和/或流體出口表面上的總體上封閉(occlude)或者基本上封閉該表面的孔結構的塗層，從而通過所述表面和過濾介質保持可接受的或者期望的氣體流動特性。
在一些實施方式中，該塗層可以包括一種或多種以下物質至少一種聚氨酯、至少一種有機娃、至少一種碳氟化合物、至少一種環氧化物、至少一種娃燒、或者至少一種娃氧烷、或其組合。在一些實施方式中，聚氨酯塗層能夠提供粘結，耐化學性，和/或耐磨性。在一些實施方式中，碳氟化合物能夠提供耐磨性和/或高溫穩定性。在一些實施方式中，環氧化物能夠提供粘結、耐化學性、和/或耐磨性。有機矽、矽烷和/或矽氧烷能夠提供粘結。在塗層含有碳氟化合物的一些實施方式中，所述碳氟化合物可以包括聚四氟乙烯(PTFE)。在一些實施方式中，PTFE塗層能夠提供非黏著性性質、耐磨性、和/或耐化學性。例如，所述非黏著性性質可用於促進當過濾介質經受清潔循環時飛塵粒子(fly ash particle)的容易釋放，以及提高小於2. 5μπι的粒子的濾過。在一些實施方式中，提供粘性粘結的塗層材料能夠增強無紡織物介質並且促進無紡織物和吸附層之間的粘性。
在一些實施方式中，過濾介質能夠進一步包括附著至流體入口表面或者流體出口表面的隔膜。在一些實施方式中，所述隔膜能夠偶聯(例如層壓)在流體入口表面。在一些實施方式中，所述隔膜可以包括聚酯，乙烯基聚合物，聚乙烯，纖維素纖維，碳氟化合物， 或其組合。在一種實施方式中，所述隔膜包括膨脹的聚四氟乙烯(ePTFE)。在一些實施方式中，所述隔膜使用壓延輥通過熱層壓偶聯至無紡織物層。在一些實施方式中，所述隔膜具有孔尺寸和厚度，其改善2. 5微米粒子(例如從流體流除去尺寸為2. 5微米或者更大的粒子)的過濾效率。適合用於本發明的實施方式中的隔膜能夠通過Higginsville,MO的TTG Inc.從過濾介質得到並且層壓到過濾介質上。
在一些實施方式中 ，所述過濾介質可以包括偶聯至流體入口表面的塗層和隔膜。
V.組裝的過濾介質
在一些實施方式中，本申請所述的過濾介質是通過本申請所述的方法組裝的。在一些實施方式中，本申請所述的過濾介質的厚度為約O. 05英寸至約O. 5英寸。在一些實施方式中，過濾介質的厚度為約O.1英寸至約O. 3英寸。
在一些實施方式中，本申請所述的過濾介質的滲透率為至少約10scfm/ft2。在一些實施方式中，過濾介質的滲透率為約15scfm/ft2至約70scfm/ft2。在一些實施方式中， 過濾介質的滲透率為約20scfm/ft2至約50scfm/ft2。
在一些實施方式中，過濾介質具有足夠的強度和/或機械完整性，從而容許在脈 衝式噴氣或者反向空氣過濾應用中使用所述過濾介質。在一些實施方式中，本申請所述的 過濾介質的拉伸強度為至少約2001bf/2〃，根據ASTM D5035測得。在一些實施方式中，本申 請描述的過濾介質的拉伸強度為至少約2251bf/2"。在一些實施方式中，過濾介質的拉伸強 度為約 2001bf/2〃 至約 3001bf/2〃。
在一些實施方式中，本申請所述的過濾介質的相對於所述過濾介質的寬度的MIT Flex計數為至少約300，000，根據ASTM D2176測得。在一些實施方式中，本申請所述的過 濾介質的相對於過濾介質的長度的MIT Flex計數為至少約800，000，根據ASTM D2176測得。
在一些實施方式中，本申請所述的過濾介質，當煙道氣通過所述過濾介質 時，除去了至少一部分存在於煙道氣中的汞。除去的汞的量可根據以下工序測量載 滿汞的氣流通過使乾燥的氮氣移動通過結合有汞滲透管的玻璃U形管(可商購自 VICI (Valc° Instruments Co.1nc.))而製備。將該U形管保持在控制溫度的油浴中，從而 控制來自滲透管的汞的質量流速。然後使載滿汞的氮氣流通過在加熱的腔室中的一段長度 的管道，從而達到期望的測量溫度。通過隔膜過濾器支架例如在HPLC領域中使用的那些將 吸附劑樣品保持在原位，在該支架上所述樣品替代所述過濾器。該樣品暴露於該加熱的，載 滿萊的氮氣，並通過冷蒸氣原子吸收儀器(cold vapor atomic absorption instrument) 實時分析樣品的下遊氣體，從而確定汞的通過濃度。同時在吸收實驗之前和之後使用相同 的儀器測量汞的入口濃度。本申請提及的從煙道氣流的汞除去(或者動態汞除去)將是指 根據這個過程的汞除去，否則會另外指出。
在一些實施方式中，煙道氣過濾介質除去煙道氣中至少約50%的汞。在一些實施 方式中，煙道氣過濾介質除去煙道氣中至少約70%的汞。在一些實施方式中，煙道氣過濾介 質除去煙道氣中至少約90%或者至少約95%的汞。在一些實施方式中，本申請所述的煙道 氣過濾介質除去煙道氣中高達100%的汞。
此外，在一些實施方式中，煙道氣過濾介質保留至少一部分俘獲的或者吸收的汞 達至少一年的期間，基於加速的實驗。加速通常伴隨著增加汞蒸氣濃度(通常高達通常在 工業煙道氣流出物中所見的值的75倍)。在一些實施方式中，煙道氣過濾介質保留至少一 部分俘獲的或者吸收的汞達至少3年。在一些實施方式中，該部分保留的汞將取決於煙道 氣過濾介質所暴露於的各種環境條件和因素。在一些實施方式中，當過濾介質暴露於至多 約500° F的溫度時，本申請所述的煙道氣過濾介質保留大於90%或者大於95%的俘獲的 汞。在一些實施方式中，當過濾介質暴露於至多約500° F的溫度時，本申請所述的煙道氣 過濾介質保留所有的或者基本上所有的俘獲的汞。
V1.脈衝式噴氣和反向空氣煙道氣過濾系統
在一些實施方式中，本申請所述的過濾介質適合用於脈衝式噴氣和/或反向空氣 工藝中。在一些實施方式中，提供脈衝式噴氣煙道氣過濾系統。在一些實施方式中，所述脈 衝式噴氣煙道氣過濾系統包括煙道氣入口歧管，煙道氣出口歧管和多個位於入口歧管和出 口歧管之間的過濾裝置，其中該多個過濾裝置的至少一個包括置於所述線材籠載體上的線材籠載體和過濾介質。置於所述線材籠載體上的過濾介質可包括本申請所述的任一種過濾 介質結構。
在一些實施方式中，本申請所述的過濾介質為袋形，其用於在線材籠載體上組裝 或者用於偶聯至一個或者多個載體環。在一些實施方式中，吹風管和孔口接近於所述過濾 介質用於提供壓縮空氣的脈衝到該過濾介質中，用於除去過濾介質的入口表面上的粒子。
圖4說明根據本發明一種實施方式的脈衝式噴氣過濾系統的過濾裝置。圖4(a) 說明執行煙道氣流(405)過濾的具有本申請所述的結構的煙道氣過濾介質(402，404)。如 圖4(a)中所說明的，將過濾介質(402，404)形成為用於置於線材籠載體(406)上的袋。煙 道氣(405)流經該過濾介質(402，404)，由此將各種顆粒物質(407)沉積到過濾介質(402， 404)的表面上。在一些實施方式中，在煙道氣(405)通過過濾介質(402，404)時，本申請所 述的過濾介質(402，404)也除去一種或多種金屬汙染物，例如汞。
圖4(b)說明煙道氣過濾介質(402，404)的清潔。在清潔過程中，空氣或者氣體的 脈衝(410)通過吹風管(412)和孔口(414)提供至氣體過濾介質(402，404)的內部，導致 過濾介質(402，404)膨脹和收縮。過濾介質(402，404)的膨脹和收縮驅逐過濾介質(402， 404)的表面上的顆粒物質(407)。能夠將驅逐的顆粒物質(407)收集在位於過濾介質(402， 404)下方的儲料器(未示出)中。
在另一實施方式中，提供反向空氣煙道氣過濾系統。所述反向空氣煙道氣過濾系 統包括煙道氣入口歧管，煙道氣出口歧管和位於入口歧管和出口歧管之間的多個過濾裝 置，其中所述多個過濾裝置中的至少一個包括一個或者多個載體環，和偶聯至所述一個或 者多個載體環的過濾介質。偶聯至所述一個或者多個載體環的過濾介質可以包括本申請所 述的任一個過濾介質。
VI1.生產過濾介質的方法
另一方面，本發明提供生產過濾介質的方法。在一些實施方式中，生產過濾介質的 方法包括提供含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層，第一無紡織物和至少一個機織織物， 將所述汙染物吸附劑層置於第一無紡織物和機織織物之間，和縫製所述第一無紡織物，汙 染物吸附劑層和機織織物。在一些實施方式中，生產過濾介質的方法還包括提供第二無紡 織物，和在縫製之前將第二無紡織物與所述機織織物相鄰放置。在一些實施方式中，機織織 物位於第二無紡織物和汙染物吸附劑層之間。在一些實施方式中，第二無紡織物位於所述 機織織物和所述汙染物吸附劑層之間。
在一些實施方式中，生產過濾介質的方法包括提供第一無紡織物，第二非機織織 物和含有活化的碳纖維的汙染物吸附劑層，將所述汙染物吸附劑層置於第一無紡織物和第 二無紡織物之間，和縫製第一無紡織物，汙染物吸附劑層和第二無紡織物。
在一些實施方式中，生產過濾介質的方法包括提供機織織物和含有活化的碳纖維 和結構纖維的混合物的汙染物吸附劑層，並且縫製所述汙染物吸附劑層和機織織物。
在生產過濾介質的方法的一些實施方式中，縫製包括縫製所述過濾介質的一側或 者兩側。在一些實施方式中，選擇縫製條件從而在一個縫製方向或者兩個縫製方向都包埋 突出的纖維。
在一些實施方式中，生產過濾介質的方法還包括將塗層施加到過濾介質的流體入 口表面。在一些實施方式中，生產過濾介質的方法還包括將塗層施加到過濾介質的流體出口表面。如本申請所述的，在一些實施方式中，塗層能夠增加突出到氣體入口和/或出口表 面上方的纖維的耐磨性和耐化學性，由此增加過濾介質的耐久性。
如上所述，在一些實施方式中，生產過濾介質的方法包括將隔膜附接至流體入口 表面或者流體出口表面。
在一些實施方式中，過濾介質當經受根據ASTM D6830-02的ETS顆粒試驗時能夠 很好地發揮作用。在一些實施方式中，所述過濾介質的PM2. 5(g/dscm)為〈1. 67xl0_5,平均 殘留AP(cm w. g.)為2. 6至3. O,和清潔循環數為95至110。
VII1.處理煙道氣的方法
在另一方面，本發明提供處理煙道氣的方法。在一些實施方式中，處理煙道氣的方 法包括提供本申請所述的過濾介質，和使所述煙道氣流經所述過濾介質，其中通過所述過 濾介質除去所述煙道氣中的至少一部分汞。在一些實施方式中，所述過濾介質除去煙道氣 中至少50%的汞。在一些實施方式中，所述過濾介質除去煙道氣中至少70%的汞。在一些 實施方式中，所述過濾介質除去煙道氣中至少90%或者至少95%的汞。在一些實施方式中， 所述過濾介質除去煙道氣中所有的或者基本上所有的汞。
在一些實施方式中，處理煙道氣的方法還包括，當煙道氣流通過所述過濾介質時， 至少部分地除去煙道氣流的顆粒組分。在一些實施方式中，除去大於90%的煙道氣的顆粒 組分。在一些實施方式中，除去所有的或者基本上所有的煙道氣的顆粒組分。
煙道氣過濾介質的這些和其它實施方式通過以下非限制性實施例進一步說明。
實施例1
製備汙染物吸附劑層
將含有PAN纖維的無紡織物氈通過置於穿孔盤上的玻璃纖維片材之間在預熱至 150° C的馬沸爐中氧化並退火。將5scfh的室內空氣(house air)供應至該爐中作為吹 洗氣體。將該樣品以2° C/min加熱至240° C，在240° C保持2小時，用20scfh N2吹洗 30分鐘，以2° C/min加熱至350° C，在350° C保持I小時，然後冷卻至低於250° C，然 後從爐中取出並快速冷卻。
通過以下步驟進一步活化退火的PAN氈浸潰在9%的氯化鋅水溶液中30分鐘，在 120° C的對流爐中乾燥18小時，加載到預熱到200° C的管式爐中，在20scfh的氮氣吹洗 下在200° C保持30分鐘，以10° C/min加熱至600° C，在600° C保持30分鐘，冷卻至 低於200° C並取出。用O. 5N HCl溶液洗滌處理的樣品，接著用DI (去離子)水除去未反 應的氯化鋅。
通過氮氣孔隙法測量該樣品，並測得BET表面積為381m2/g。該樣品在飽和的汞蒸 氣下在一周之後的室溫靜態汞吸收為41mg/g。在損失功效之前，在強制流動條件下在具有 Ilppb汞蒸氣的350° F空氣中進行的動態汞吸收產生6mg/g的吸收。
實施例2
含有TK1600碳纖維租(得自Jiangsu Tonkang Special Fabric & Garments Co., Ltd.，China)的汙染物吸附劑層通過以下步驟進一步處理將它浸入1%氯化鋅水溶液中I 分鐘並且在具有氮氣吹洗的爐中在200° C乾燥I小時。測得樣品的BET表面積為1269m2/ g，根據ASTMD6556-10測得。通過x_射線電光子分光光譜進行的元素分析表明樣品加入了5.8原子％的氯。室溫靜態汞吸收為69mg汞每克碳，通過以上的第
段中所述的工序測得。
實施例3
含有TK1600碳纖維租(得自Jiangsu Tonkang Special Fabric & Garments Co., Ltd. ,China)的汙染物吸附劑層通過以下步驟進一步處理將它浸入10%溴化鉀水溶液中I 分鐘並且在具有氮氣吹洗的爐中在475° C乾燥6小時。測得樣品的BET表面積為558m2/ g，根據ASTMD6556-10測得。通過x_射線電光子分光光譜進行的元素分析表明樣品加入了4.O原子％的溴。室溫靜態汞吸收為68mg汞每克碳，通過以上的第
段中所述的工序 測得。
實施例4
含有尺寸為約6」 X 12」 的 TK1600 碳纖維租(得自 Jiangsu Tonkang Special Fabric & Garments Co. , Ltd. , China)的汙染物吸附劑層通過以下步驟進一步處理用硫 粉均勻地撒在該表面上，質量比為約1:1的碳硫。將該碳和硫輥壓成管形，並且置於6」直 徑的石英管爐內側，用幹氮氣吹洗，並且以10° C/min加熱至470° C的最終溫度。將樣品 在470° C保持I小時，然後冷卻並從該管式爐取出。根據ASTMD6556-10測得樣品的BET 表面積為1268m2/g。通過X-射線電光子分光光譜進行的元素分析表明樣品的表面加入了9.3原子％的硫。室溫靜態汞吸收為52mg汞每克碳，通過以上第
段所述的工序測 得。
實施例5
將含有PAN纖維的無紡織物氈通過置於穿孔盤上的玻璃纖維片材之間在預熱至 150° C的馬沸爐中氧化並退火。將5scfh的室內空氣(house air)供應至該爐中作為吹 洗氣體。將該樣品以2C/min加熱至240° C，在240° C保持2小時，用20scfh N2吹洗30 分鐘，以2° C/min加熱至350° C，在350° C保持I小時，然後冷卻至低於250° C，然後 從爐中取出並快速冷卻。
通過以下步驟進一步活化退火的PAN氈浸潰在5%的氯化鋅水溶液中I分鐘，接 著在80° C的對流爐中乾燥。然後將乾燥的樣品置於石英管式爐中，用幹氮氣吹洗，並且以 10° C/min加熱至高達900° C的最終溫度。將樣品在900° C保持5分鐘，然後冷卻並且 從該管式爐中取出。根據ASTM D6556-10測得樣品的BET表面積為399m2/g。通過χ-射線 電光子分光光譜進行的元素分析表明樣品的表面加入了 3.1原子％的氯。室溫靜態汞吸收 為148mg汞每克碳，通過以上第
段所述的工序測得。
實施例6
將根據實施例1製備的活化的碳纖維氈的樣品用元素硫浸潰，通過與過量的硫 (20:1的硫與樣品質量之比)在坩堝中組合，在氮氣環境下在以10° C/min加熱至500° C， 在500° C保持I小時並且在除去之前冷卻至低於200° C。使用X-射線螢光光譜(XPS) 的表面元素分析確定活化的碳氈吸收的硫為11質量％，而樣品的視覺外觀不變。類似的在 400° C和600° C的試驗分別產生10%和6%。對於在400，500，和600° C處理的樣品，BET 表面積根據ASTM D6556-10測得分別為59，235dP 220m2/g。對於在400，500，和600° C處 理的樣品，室溫靜態汞吸收測得分別為23，22，和19mg汞每克碳，通過以上第
段所述 的工序測得。
實施例7
如上所述，在一些實施方式中，可將無紡織物，機織織物，汙染物吸附劑層，和/或其它材料層中的一個或多個縫製在一起。當該無紡織物和機織織物由玻璃纖維形成時，用於將這些層與汙染物吸附劑層一起縫製的示例性縫製技術列在本實施例中。對於每個樣品，將無紡織物玻璃纖維氈，機織織物玻璃纖維氈，和汙染物吸附劑層縫製在一起。所述縫製在DILO Group製造的縫針設備上進行。用於每個樣品的針是來自Groz-Beckert USA的型號609901的針。表I描述了縫製不同樣品的操作參數。除了表I中所列的參數之外，以下參數對於表I中所述的每個樣品是共同的來自Groz-Beckert USA的型號609901的針； 50針/線性英寸；385次/分鐘；每次308個衝孔/每平方英尺。
表I
權利要求
1.一種過濾介質，其包括含有多個活化的碳纖維的汙染物吸附劑層；至少一個機織織物；和至少一個無紡織物；其中所述汙染物吸附劑層位於所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物之間。
2.權利要求1的過濾介質，其中所述汙染物吸附劑層縫製到所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物。
3.權利要求1的過濾介質，其中所述過濾介質還包含第二無紡織物。
4.權利要求3的過濾介質，其中所述第二無紡織物位於所述汙染物吸附劑層的與所述至少一個無紡織物相對側上。
5.權利要求3的過濾介質，其中將所述至少一個無紡織物、所述汙染物吸附劑層、所述機織織物、和所述第二無紡織物縫製到一起。
6.權利要求1的過濾介質，其中所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物包括玻璃纖維、合成聚合物纖維、無機纖維、天然纖維、或其組合。
7.權利要求1的過濾介質，其中所述至少一個機織織物和所述至少一個非機織織物包括E-玻璃纖維、C-玻璃纖維、ECR玻璃纖維、S-玻璃纖維、無硼玻璃纖維、或它們的混合物。
8.權利要求1的過濾介質，其中所述至少一個無紡織物的厚度為至多約O.2英寸。
9.權利要求1的過濾介質，其中所述至少一個無紡織物的根據ASTMD737的滲透率為至少約 80scfm/ft2。
10.權利要求1的過濾介質，其中所述至少一個機織織物的厚度為至多約O.2英寸。
11.權利要求1的過濾介質，其中所述至少一個機織織物的根據ASTMD737的滲透率為至少約 100scfm/ft2。
12.權利要求1的過濾介質，其中所述活化的碳纖維包括合成聚合物纖維、天然纖維、 或其組合。
13.權利要求12的過濾介質，其中所述合成聚合物纖維包括聚丙烯腈纖維、酚纖維、聚乙烯醇纖維、或其組合。
14.權利要求12的過濾介質，其中所述天然纖維包括纖維素纖維或者人造絲前體。
15.權利要求1的過濾介質，其中所述活化的碳纖維是部分碳化的。
16.權利要求1的過濾介質，其中所述汙染物吸附劑層還包含金屬滷化物鹽、金屬氫氧化物、無機酸、貴金屬、或其組合。
17.權利要求16的過濾介質，其中所述汙染物吸附劑層包括金屬滷化物鹽，所述金屬滷化物鹽包括氯化鋅、溴化鋅、或其組合。
18.權利要求17的過濾介質，其中所述氯化鋅或者溴化鋅存在的量為約O.25wt%至約 6wt%的鋅。
19.權利要求16的過濾介質，其中所述汙染物吸附劑層包含金屬滷化物鹽，和其中所述金屬滷化物鹽包括氯化鉀、溴化鉀、碘化鉀、或其組合。
20.權利要求1的過濾介質，其中所述活化的碳纖維的平均直徑為至多約50μ m。
21.權利要求1的過濾介質，其中所述活化的碳纖維的平均直徑為至少約lOOnm。
22.權利要求1的過濾介質，其中所述活化的碳纖維還包含至少一種汞持留物質。
23.權利要求22的過濾介質，其中所述至少一種汞持留物質包括硫或者滷素。
24.權利要求22的過濾介質，其中所述汞持留物質包括碘、溴、或者氯。
25.權利要求23的過濾介質，其中所述汞持留物質包括溴。
26.權利要求24的過濾介質，其中所述汞持留物質存在的量為至少lwt%。
27.權利要求24的過濾介質，其中所述汞持留物質存在的量為至少5wt%。
28.權利要求1的過濾介質，其中所述汙染物吸附劑層的通過ASTMD6556-10測得的表面積為至少約150m2/g。
29.權利要求1的過濾介質，其中所述汙染物吸附劑層在室溫在飽和的汞蒸氣中吸附至少約50mg的汞每克活化的碳纖維。
30.權利要求1的過濾介質，其中所述汙染物吸附劑層在室溫在飽和的汞蒸氣中吸附至少約IOOmg的汞每克活化的碳纖維。
31.權利要求1的過濾介質，其中所述汙染物吸附劑層的根據ASTMD737的滲透率為至少約 20scfm/ft2。
32.權利要求1的過濾介質,其中所述過濾介質包括流體入口表面和流體出口表面,和其中流體入口表面和流體出口表面中的至少一個還包括塗層。
33.權利要求32的過濾介質，其中所述塗層包括非黏著性塗層。
34.權利要求32的過濾介質，其中所述塗層包括至少一種聚氨酯、至少一種有機矽、至少一種碳氟化合物、至少一種環氧化物、至少一種矽烷、或者至少一種矽氧烷、或其組合。
35.權利要求32的過濾介質，其中所述塗層包括聚四氟乙烯。
36.權利要求1的過濾介質,其中所述過濾介質的厚度為至少約O.1英寸。
37.權利要求36的過濾介質，其中所述過濾介質的厚度為小於約O.5英寸。
38.權利要求1的過濾介質，其中所述過濾介質的根據ASTMD737的滲透率為至少約 10scfm/ft2。
39.權利要求1的過濾介質,其中所述過濾介質的根據D5035的拉伸強度為至少約 2001bf/2 英寸。
40.權利要求1的過濾介質,其中所述過濾介質的相對於所述過濾介質寬度的MIT Flex計數為至少約300，000。
41.權利要求1的過濾介質，還包括偶聯至所述至少一個無紡織物的隔膜。
42.權利要求41的過濾介質，其中所述隔膜包括聚四氟乙烯。
43.一種過濾系統,其包括煙道氣入口歧管；煙道氣出口歧管；和位於所述煙道氣入口歧管和所述煙道氣出口歧管之間的至少一個過濾裝置，所述至少一個過濾裝置包括置於線材籠載體上的權利要求1的過濾介質。
44.權利要求43的過濾系統，其中所述過濾介質為袋子的形狀。
45.權利要求43的過濾系統，其中所述至少一個過濾裝置還包括可操作地偶聯於所述過濾介質的至少一個載體環。
46.一種過濾介質，其包含含有多個用汞持留物質處理的活化的碳纖維的汙染物吸附劑層；至少一個玻璃纖維機織織物；和至少一個無紡玻璃纖維織物；其中所述汙染物吸附劑層位於所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物之間， 並且其中所述汙染物吸附劑層縫製到所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物。
47.一種生產過濾介質的方法，其包括提供含有活化碳纖維的汙染物吸附劑層；將無紡織物與所述汙染物吸附劑層的第一表面相鄰放置；將機織織物與所述汙染物吸附劑層的第二表面相鄰放置；和將所述無紡織物和所述機織織物用針縫製到所述汙染物吸附劑層。
48.權利要求47的方法，還包括在縫製前，將第二無紡織物與所述機織織物相鄰放置。
49.權利要求47的方法，還包括將塗層施加至所述過濾介質的流體入口表面或者流體出口表面的至少一個。
50.權利要求47的方法，還包括將隔膜附接至所述過濾介質的流體入口表面。
51.權利要求50的方法，其中所述碳氟化合物包括聚四氟乙烯。
52.權利要求47的方法，還包括用含有金屬滷素鹽的水溶液處理所述汙染物吸附劑層。
53.權利要求52的方法，其中所述金屬滷素鹽包括氯化鋅、溴化鋅、氯化鉀、溴化鉀、碘化鉀、或其組合。
全文摘要
在一些實施方式中，本申請提供用於處理煙道氣流的過濾介質，和製備和使用該過濾介質的方法。在一種實施方式中，過濾介質包括含有多個活化的碳纖維的汙染物吸附劑層，至少一個機織織物(woven fabric)，和至少一個無紡織物，其中所述汙染物吸附劑層位於所述至少一個機織織物和所述至少一個無紡織物之間。
文檔編號B01D39/16GK103068462SQ201180040025
公開日2013年4月24日 申請日期2011年7月14日 優先權日2010年7月14日
發明者V·維爾帕瑞, 孟堅, D·吉爾摩, T·E·瑪什, J·沃特森, S·赫爾靈, P·A·維斯特布魯克 申請人:Ppg工業俄亥俄公司