專利名稱：化學(xué)反應(yīng)過濾的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉皿濾體系，并且具體地涉及利用固體和液體反應(yīng)物的體系。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)已知的是使用活性炭和其他材料作為吸附元件將雜質(zhì)從空氣流中除 去。由于有效的纖維橫截面的出現(xiàn)，有可能制造具有部分中空的纖維。尤其有 效的橫截面是一種具有從中心核伸出的三個T形突出部位的橫截面，正如to.S. Patent 5057,368"Filaments Having Trilobal Or Quadrilobal Cross-Sections" to Largman等中所描述的，在此將其弓l入作為參考。在多種應(yīng)用中，傳統(tǒng)的過濾 器{頓涂有固體或液#^才料的過濾介質(zhì)；然而，許多應(yīng)用4繊于吸收，而不是吸 附。吸附是在待轉(zhuǎn)移的微粒附著在過纟戯才料元件的表面之處發(fā)生；然而,吸收是 發(fā)生在將^f運動的遷移率用于以非機械的方式從一個區(qū)域到另一個區(qū)域移動 多余的微粒之處。當(dāng)某些除去污染物的液體或固體充填在毛細(xì)(wicking)纖維中 所形成的空穴時，多葉片(multilobal)的纖維作為毛細(xì)纖維是有特殊效果的。
在吸附空氣過濾和除去氣味的應(yīng)用中，使用以固體過濾顆粒充填的多葉片 纖維。這種過濾微粒包括i頓麵粒，沸石，碳酸氫鈉，環(huán)糊精和可以吸附某 些污M 的固俠見U.S. Patent 5,759,394，在此將其引入作為參考)。其他利用多 葉片型纖維作為毛細(xì)纖維的應(yīng)用，還包括填充在纖維空穴中的某些液體的吸收 性質(zhì)。有代表性ilM,些液體以可逆的方式從被污染的空氣流中輕微地吸收 氣味和氣體分子，以幫助這些分子最終分散進入另一個空氣流(見U.S. Patents 5,891221和5,704,966,在此將其引入作為參考)。
在集成電路生產(chǎn)過程中，維持環(huán)境免于污染是非常關(guān)鍵的，因為晶片極易 受到小的微粒和某對氏濃度的化學(xué)藥品的影響。這可以通過在具有經(jīng)過濾的空 氣的清潔的房間里面制造晶片來做到。過濾器用來使微粒和化學(xué)制品濃度M^、到樹氐的含量(小于lppb)。對于環(huán)境的控第陏時也裝配半導(dǎo)體工具，雜處理時 能麟局部的超清潔的氣流。然而，傳統(tǒng)的化學(xué)藥品過濾器有極短的i頓驗， 需要頻繁的更換，而且在需^W效地去除某些化學(xué)藥品方面是無效的。
優(yōu)先權(quán)申請教導(dǎo)過l頓含有與堿性氣體起化學(xué)反應(yīng)的試齊啲具有縱向伸展 的內(nèi)部空穴的纖維鄉(xiāng)濾堿性氣體。雌的試劑包括酸酉己合劑，絡(luò)合劑，和吸 濕(deliquescing)試劑，并且這些試劑可以方便地浸漬入吸附性的固體中。當(dāng)時, 還沒有認(rèn)識到用氧化劑也可以過濾堿性氣體，或者可以用類似的方式過濾酸性 或者中性氣體。因此，其臓需要掛共適合于過濾各種不同氣體的體和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一些裝置和方法，其中，使用具有內(nèi)部空穴的纖維過濾氣#^ 鵬，該纖維含有化學(xué)反應(yīng)氧化劑，氫離子接受體或掛共體，配合劑，絡(luò)合劑, 或吸濕試劑。
氣銜娜可以是酸性的,堿性的，或pH中性的。如果污染物是堿性的，試劑 可以是任何酸，但是,的是氧化劑。如果污染物是酸性的，im的試劑是堿 性的,以及更雌的包摘族劍族金屬陽離子，下面是 的陰離子磷Kk， 殼聚親次氯麟，硼鵬，碳麟，氫氧化物，或氧化物。當(dāng)污鄉(xiāng)是中性時，優(yōu) 選的試劑是一種絡(luò)合劑，酉己合劑，氧化劑，或者吸濕試劑。
在優(yōu)選的實施方案中試劑包括一種金屬陽離子，尤其慰族^n族金屬陽離
子。試劑也可以進一步包括磷MS，殼聚糖，次氯鵬，硼酸鹽，碳酸鹽，氫 氧化物，或氧化物。
試齊IJ雌的是浸漬入一種吸附的固體內(nèi)，包括例如炭粉，沸石，氧化鋁或 硅石。
,的纖維是多葉片的，最優(yōu)選的^H葉片或者四葉片的。含有許多T形 葉片的纖維也m選的。
從下列本發(fā)明,的實施方案詳細(xì)的描述中，連同附圖一起，可以更加明 確本發(fā)明的各種不同的目的、特點，各方面和優(yōu)點，在附圖中數(shù)字代表各種成 分。


圖l表示一個斜蟲的多葉片纖維的橫斷面視圖。
圖2表示在針多葉纖維中沉積有試劑的，由多葉片纖維制成的纖維墊的特寫圖。
節(jié)標(biāo)歐中的纖維墊寬視圖。
圖4 ^在一個實施方案中，使用經(jīng)酸浸漬的多葉片纖維過濾器過濾空氣 流的腔室。
圖5標(biāo)圖4中的具有多層多葉片纖纟敏濾器的腔室。 在不同的圖中使用相同的參考符號表明對自者相同的項目。 發(fā)明
具體實施例方式
圖1 g單獨的多葉型纖維2橫截面的詳細(xì)視圖。纖鄉(xiāng)t2是一種由熱塑性聚合 物制成的，并且用常規(guī)纖維成型技術(shù)成型的纖維，例如在上面參考U.S. Patent 5,057,368中所描述的，纖維組，M常規(guī)的噴絲頭所形成的紡紗纖維。纖纟t2 包括一個芯4，從芯表面伸展出三個葉片6。用頂蓋8封if^葉片6，其中頂蓋8 與葉片6的末端垂直相連。在葉片6禾湘鄰的頂蓋8之間形成的空穴沿著多葉型纖 維2的整個長度形成縱向狹縫10。多葉型纖維2具有保留粉末狀顆粒物質(zhì)例如 粉末微的能力。^^可以被頂蓋8俘獲而機械性地保持在狹縫10中，并不需要 ^ffl任何液體物質(zhì)?？蓪⒃讵M縫10中的俘獲粉末撒進纖維，然后通過振動除去 多余的粉末或者用風(fēng)扇吹去多余的粉末。
雌地，M毛細(xì)力，纖纟t2可以在狹縫10中保持液體。圖2表示的是纖維 墊騰的特寫鏡頭，其中液體試劑12填充在多孔纖纟t2的狹縫10中。通過將液滴 滲透纖維墊IOO，以及在與纖纟t2表面發(fā)生作用后虹吸到狹縫10中的方式，液體 試劑12可以|細(xì)來±真充狹縫10。在液滴擠入纖it2之后，它們很決聚結(jié)入狹縫IO 中而在纖纟t2之間留下多孔空隙。使得氣流不受阻礙J4ffi過纖維墊100。作為另 一種選擇，也可以將纖纟t2^A試劑12中M毛細(xì)力將試劑12芯吸到狹縫10中， 并除去多余的試劑12。
可以采用不同的方激吏試劑12形臓滴，例如M:機械霧化器纟^i式劑12加 壓，或者，雌地采用常規(guī)的液體滴管。試劑12的范圍可以是不同的液體，例 如酸，堿，氧化劑，還原劑，絡(luò)合劑，配合劑，以及吸濕試劑。
用作試劑12的酸包括例如，無機酸，例如硼酸，雌的是磷酸或硫酸。也 可以使用有機酸而不是無機酸。有機酸包括例如， 一元、二元和三元羧酸；這 些類型的有機酸包括擰檬酸，乳酸，馬來酸，富馬酸，己酸，月桂酸，草酸， 丙二酸，酒碰，琥珀酸，水楊敏salicyclic)，以及蘋果酸。在另一個實施方案中，也可以用固體酸代替液體酸，并以類似于戰(zhàn)碳粉的方法，將其浸漬在狹 縫10中。在另一個實施方案中，粉末狀堿也被用于過濾非堿性污染物。這樣的 粉末狀堿可能包括，諸如碳酸氫鈉，碳,，氫氧化鈉，磷M，碳酸鉀，氫
氧化鉀，以及四硼,。另外，試劑12可以包括配合劑，其包括過渡金屬，例 如銅，錫，鐵，鋅和鈦，以及絡(luò)合劑，其包括俘獲劑，例如環(huán)糊精。
用作試劑12的堿包括，例如，I族艦方錢屬陽離子，以及可能更加有禾哋 包括磷酸鹽，殼聚糖，次氯酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物，或氧化物。尤 其值得預(yù)期的堿是氫氧化鈉和氫氧化鉀，鉀和鈉的磷酸鹽，鈣或鎂的氧化物或
氫氧化物，鈉或鉀的碳Kk。
此處值得預(yù)期的氧化齊抱摘族劍方錢屬的高錳Kk，過氧化氫，以及其 他無機和有機過氧化物，i族，族金屬的次氯酸鹽，金屬氧化物包括鋅，錫， 鐵，鈦等等。
此處預(yù)期的絡(luò)合劑包括尿素，環(huán)糊精，冠醚等等。
此處預(yù)期的配合劑包括鋅和錫的醋,等等。
此處預(yù)期的吸濕試齊抱括鋰和鉀的卣化物(包括溴化物和氯化物)，果糖， 丙烯和乙二醇等。
圖3標(biāo)纖維墊100的寬視圖。纖纟t2可以在層中被打褶艦型以形成各種不 同結(jié)構(gòu)的纖維墊IOO。通常，狹縫10中的體積可達(dá)到多葉纖纟t2體積的一半，并 且依據(jù)污染物的密度，纖纟§2可以在狹縫10中容納大約100重量％的液體污染物
以忠5重量y。到i25重量y。的倒可固體粉末。禾i」用多葉纖纟i2俘獲液體或固體污染
物盼f頓，試劑12用于吸附和吸收的過濾應(yīng)用。試劑12被有意諷也浸漬狹縫10， 并且其可以是反應(yīng)性的液體或固體試劑，優(yōu)選的兩者都是酸，纖維墊100用作支 撐網(wǎng)以便保持試劑12處在高度分散的結(jié)構(gòu)，以去除吸附禾順收性的好污染物。 多葉纖纟粒不但能保留液體或固#(酸)試劑12，而且在保留液體試劑和固體顆粒 的組合 面也有效。固體吸附劑，例如沸石，氧化鋁，活',(浸漬的和原始 狀態(tài)的)，和用化學(xué)改性硅石可以與酸試劑12以液體或固體形式結(jié)合在一起，浸 入到多葉纖鄉(xiāng)t2的狹縫10中。固體吸附齊吔可以與堿性試劑12結(jié)合并臥到狹縫 IO中。
纖維墊勵對從流體中過濾酸或堿的污染物是特別有效。預(yù)期的酸性污鄉(xiāng) 是在化學(xué)領(lǐng)域中通常被認(rèn)為是酸的任何化學(xué)制品或化合物，包括氫離子給予體和電子接受浙路易斯酸)。預(yù)期的堿性污 是在化學(xué)領(lǐng)域中通常被認(rèn)為堿的任 何化學(xué)帝lj品或化合物，包f趨離子接受體和電子鄉(xiāng)好慚路易斯堿)。特別預(yù)期的
酸性污染物是無機酸和有機的酸，尤其包括鹽酸，硫的含氧酸(Sul&r oxide acids)，有機酸。特另頓期的堿性污染物是氨和胺。
采用此處本發(fā)明的技術(shù)也可以過濾PH為中性的污娜。特另顧期的pH中性
的污染物是砷及其衍生物，醇，烴，以及氧化烴。特別預(yù)期的用于這些中性污 反應(yīng)試劑是配合劑，氧化劑，以及絡(luò)合劑。
用液體堿性試劑12浸漬的纖維墊100，在從流體中特別吸收酸性污鵬，例
如無機酸或有機酸，尤其包括織或硫的酸，氧化硫，氧化氮，硫化氫，特別 有效。在一個示范性的例證中，由硫酸污染的空氣資通過纖維墊IOO。當(dāng)污， ffijl用堿性試劑12，如氫氧化鈉浸漬的多葉纖纟I2時，酸和fl戯生化學(xué)反應(yīng)而形 成7j^卩非揮發(fā)性硫勝內(nèi)鹽。之后，纖維2保留部分或全部的鹽。
在多葉纖鄉(xiāng)粒中使用堿性試劑12的纖維墊騰，可以用于各種不同的應(yīng)用， 例如，將多葉纖維2打褶或分層以形成纖維墊100。在一個實施方案中，纖維墊 100可以用于如圖4所示的過濾室102中的過濾元件。過濾室102是由空腔18組 成，其可以用常夫臉屬(例如鋁)來設(shè)計，以適應(yīng)處理和現(xiàn)場安裝。將打褶或分層 的纖維墊100附著到空腔18上，itti也是禾鵬粘結(jié)齊喊低脫氣膠。在另一個實施 方案中，也可將纖維墊100附著在一個框架上(框架沒有畫出)；然后在空腔18 中將這個帶有纖維墊100的框架安裝或去掉交替iik3S行?？涨?8還有入口14和出 口16，以便當(dāng)氣敵0經(jīng)過過濾室102時，被纖維墊100過濾，而氣流能通過。過 濾室102能夠用來掛綳粒和威化學(xué)制品過濾。
圖5標(biāo)纖維墊100的另一個實施方案。圖6與圖4中的過濾室102在許多方面 都相似，只是用多層纖維墊IOO'代替纖維墊IOO。多層纖維墊100'是由一些各自 相鄰的層所組成的過濾器。每個單獨的層用上面所討論的任何試劑浸漬；并且 使每層用不同的試齊啲幾個與蟲的層，結(jié)合成單個多層纖維墊。層數(shù)的范圍從l 至IJN，并且依據(jù)所需功能，纖維墊100'可以包含倒可層與試齊啲組合。
因此，公開了用于化學(xué)反應(yīng)過濾的驢和方法的具體實施方案和應(yīng)用。然 而，明顯地，在不背離本發(fā)明的概念下，本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以做除了 所描述之外的更多改進。因此，只要不違背所附權(quán)利要求書的精神，本發(fā)明的 主題并不受限制。
權(quán)利要求
1.一種氣體過濾器，包括許多延伸纖維，每根纖維限定為許多縱向延伸的內(nèi)部空穴；和沉積在纖維內(nèi)部空穴中的反應(yīng)試劑，并且該試劑選自由酸、堿、配合劑、絡(luò)合劑和吸濕試劑構(gòu)成的組。
2. 權(quán)利要求l的過麟，其中試劑包括酸。
3. 權(quán)利要求l的過濾器，其中試劑包括堿。
4. 權(quán)利要求1的過 ，其中反應(yīng)試劑浸漬入一種吸附性的固體內(nèi)。
5. 權(quán)利要求1的過 ，其中吸附性的固體選自由跪吩、沸石、氧化鋁和硅 石構(gòu)成的組。
6. 權(quán)利要求l的過濾器，其中許多纖維的每一根是三葉片形的。
7. 權(quán)利要求l的過濾器，其中許多^^佳的每一根是四葉片形的。
8. 權(quán)利要求1的過麟，其中許多辯隹的每一根包含許多T形的葉片。
9. 用權(quán)利要求1的過麟從氣體中濾除氣態(tài)污 的方法，包括 選擇與污輸化學(xué)鵬的反應(yīng)試劑； 將臓S^試齊暖漬入吸附性的固體；和將fM吸附性的固Wi:iRA戶M許多內(nèi)部空穴中。
10. 權(quán)利要求9的方法，其中污,是酸性的。
11. 權(quán)利要求9的方法，其中污，是堿性的。
12. 權(quán)利要救的方法，其中戶艦吸附性的固體選自由微、沸石、氧化鋁 和硅石構(gòu)成的組。
13. —種,墊，其包含 許割申長的纖維，^t^B隹包含內(nèi)部空穴； 許多粉末TO粒物質(zhì)；和位于所述纖維的內(nèi)部空穴中的化學(xué)反應(yīng)試劑，其中所述試劑包含至少一 種酸、至少一種吸濕試劑或者其與至少一種酸、至少一種堿、至少一種包含 至少一種過渡金屬的配合劑、至少一種吸濕試劑，其中所述至少一種吸濕試 劑包括鋰、鉀的鹵化物、果糖、丙烯或乙二醇。
14. 權(quán)利要求i3的墊，其中戶; ^Md^種,練體酸。
15. 權(quán)利要求i3的墊，其中戶; ^s[種,鄉(xiāng)末狀酸。
16. 權(quán)利要求i3的墊，其中戶;MM少一種堿包含粉末狀的堿。
17. 權(quán)利要求16的墊，其中戶腿粉末狀的堿包含碳麟鈉、碳,、氫氧化鈉、s^、碳,、織化鉀鵬硼眺
18. 權(quán)利要求13的墊，其中所^M^種逝度金屬包括銅。
19. 權(quán)利要求18的墊，其中所述許多纖維包含至少一種熱塑性聚合物。
20. 權(quán)利要求13的墊，其中所述粉末狀顆粒物質(zhì)包括碳粉。
21. 權(quán)利要求13的墊，其中所述粉末狀顆粒物質(zhì)包括沸石、氧化鋁或硅石。
22. 權(quán)利要求13的墊，其中戶腿許多纖維的至少一些^H葉片形的。
23. 權(quán)利要求13的墊，其中戶做許多纖維的至少一些是四葉片形的。
24. 權(quán)利要求13的墊，其中戶艦許多辯隹的至少一鮑含許多T形的葉片。
25. 權(quán)利要求13的墊，其中戶;MS是打褶的。
26. 權(quán)利要求13的墊，還包職接到戶;MS:的框架。
27. 包括權(quán)利要求13的墊的氣體過 。
28. 包括權(quán)禾l展求13的墊的過濾器腔室。
29. 包^l承展求13的墊的外殼。
全文摘要
使用具有內(nèi)部空穴(10)的纖維(2)過濾氣體污染物，這些空穴內(nèi)含有化學(xué)反應(yīng)氧化劑(12)，酸或堿，配合劑，絡(luò)合劑，或吸濕劑。當(dāng)污染物為堿性時，優(yōu)選的反應(yīng)試劑(12)是氧化劑。當(dāng)污染物為酸性時，優(yōu)選的反應(yīng)試劑(12)是堿性物質(zhì)，更優(yōu)選的是包括I族或II族金屬陽離子的堿性物質(zhì)。反應(yīng)試劑(12)更進一步包括磷酸鹽，殼聚糖，次氯酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物或氧化物。當(dāng)污染物為中性時，優(yōu)選的反應(yīng)試劑(12)是氧化劑，絡(luò)合劑，配合劑或吸濕試劑。優(yōu)選將反應(yīng)試劑(12)浸漬到吸附性固體中，例如包括碳粉，沸石，氧化鋁或硅石。優(yōu)選纖維(2)是多葉型，更加優(yōu)選是三葉或四葉型。含有許多T形葉片(6)的纖維(2)也是優(yōu)選的。
文檔編號D06M15/01GK101549233SQ20081012537
公開日2009年10月7日 申請日期2001年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月17日
發(fā)明者D·保斯, P·昂格爾, R·羅爾巴赫 申請人:霍尼韋爾國際公司