專利名稱：復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由一種起過(guò)濾作用的組分和一種基質(zhì)組分構(gòu)成的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，及其制備和使用方法。更具體地，本發(fā)明涉及先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)和含起過(guò)濾作用組分的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾制品，例如一種生物二氧化硅制品(例如，硅藻土)或天然玻璃制品(如膨脹珍珠巖)等，它產(chǎn)生適用于過(guò)濾的特殊的多孔的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，該組分通過(guò)加熱燒結(jié)到基質(zhì)組分上，如軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用組分的軟化溫度的工程聚合物(例如，玻璃、晶體礦物、熱塑性塑料和金屬等)。
相關(guān)技術(shù)描述在本申請(qǐng)書全文中，各種出版物、專利和公開的專利申請(qǐng)書被引用參考；可以在本說(shuō)明書末尾的權(quán)利要求書之前找到這些文件的完整引用。為了更完整地描述本發(fā)明涉及的技術(shù)現(xiàn)狀，可參考本發(fā)明參考的出版物、專利和公開的專利申請(qǐng)的內(nèi)容。
本發(fā)明涉及先進(jìn)的復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，包括(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。與簡(jiǎn)單的混合物不同，簡(jiǎn)單的混合物在懸浮(例如，在流體中)或輸送或運(yùn)輸過(guò)程中容易分層，而本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)中起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分例如通過(guò)加熱燒結(jié)等方法緊密地結(jié)合。
本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)在與目前可以得到的過(guò)濾介質(zhì)相同的許多用途中是有用的，但是提供了一種或多種對(duì)過(guò)濾應(yīng)用特別有價(jià)值的獨(dú)特性能，例如增大了滲透性、低的離心濕密度、低的方石英含量、和/或獨(dú)特形狀的顆粒(例如纖維)，以及改進(jìn)了的效率和/或經(jīng)濟(jì)性。
在過(guò)濾領(lǐng)域中，顆粒與流體分離的許多方法使用硅藻土制品或天然玻璃制品作為過(guò)濾助劑。這些硅質(zhì)材料獨(dú)特的復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)對(duì)于過(guò)濾過(guò)程中的顆粒的物理截留是特別有效的。這些復(fù)雜的多孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有空隙的網(wǎng)絡(luò)，從而產(chǎn)生可以飄浮的過(guò)濾介質(zhì)顆粒，其表觀密度類似于其懸浮流體的密度。通常在改善含有懸浮顆?；蝾w粒狀物質(zhì)或具有一定濁度的流體的透明度時(shí)使用過(guò)濾制品。
在有時(shí)稱為“預(yù)涂層”的步驟中，硅藻土或天然玻璃制品通常在過(guò)濾過(guò)程中用于隔膜，來(lái)改善透明度并增大流量。在通常稱為“主體喂料”的步驟中，硅藻土或天然玻璃制品通常還直接添加到流體中，在流體過(guò)濾時(shí)減小不希望存在的顆粒在隔膜上的負(fù)荷，同時(shí)保持計(jì)劃的液體流速。取決于所涉及的特定分離過(guò)程，硅藻土或天然玻璃制品可以用于預(yù)涂層步驟中或主體喂料步驟中，或者在這兩個(gè)步驟中都用。多孔介質(zhì)過(guò)濾的工作原理已經(jīng)發(fā)展了許多年(Carman,1937；Heertjes,1949,1966；Ruth,1946；Sperry,1916；Tiller,1953,1962,1964)，最近，又從其實(shí)用方面(Cain,1984；Kiefer,1991)及其基礎(chǔ)的理論原理方面(Bear,1988；Norden,1994)詳細(xì)地進(jìn)行了評(píng)述。
在某些情況下，硅藻土或天然玻璃制品在過(guò)濾過(guò)程中可以表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能，這大大地增強(qiáng)了流體的澄清或提純。這些吸附性能是非常特殊的，取決于被吸附物質(zhì)對(duì)硅藻土表面的弱電荷的吸引的弱作用力，或者取決于在硅藻土表面產(chǎn)生的硅醇(即，≡Si-OH)官能團(tuán)的反應(yīng)活性。例如，離子化的硅醇基團(tuán)(即，≡Si-O-)可以與溶液中的酸性物質(zhì)(如檸檬酸，即C6H8O7)提供的水化酸離子(即，H3O+)反應(yīng)在表面處吸附H+。在某些情況下，珍珠巖制品，尤其是那些經(jīng)過(guò)表面處理的珍珠巖制品在過(guò)濾過(guò)程中也可以表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，從而大大增強(qiáng)流體的澄清或提純(Ostreicher,1986)。
在某些過(guò)濾應(yīng)用中，不同的硅藻土制品可以混合在一起，或者把不同的天然玻璃制品混合在一起，來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)或優(yōu)化過(guò)濾過(guò)程。另外，有時(shí)也可以把硅藻土制品和天然玻璃制品混合在一起，或者與其它物質(zhì)混合在一起。在某些情況下，這些混合物可以包括簡(jiǎn)單的混合物，例如，與纖維素、活性炭、粘土、石棉或其它材料的混合物。在某些情況下，這些混合物是更復(fù)雜的混合物，其中，硅藻土或天然玻璃制品與其它成分緊密混合制成板、棒、濾筒、塊體或團(tuán)粒介質(zhì)，用作支撐體、基體或用于催化劑的制備過(guò)程中。
這些硅藻土或天然玻璃制品中任何一種的更加精心的改進(jìn)物可以用于過(guò)濾或分離，例如，包括對(duì)硅藻土或天然玻璃制品，混合物或其組合進(jìn)行表面處理或化學(xué)物質(zhì)的吸附。
硅藻土和天然玻璃制品特有的二氧化硅復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)還為聚合物提供防堵塞性能的商業(yè)用途。硅藻土制品通常用于改變涂料、搪瓷釉、油漆以及相關(guān)的涂層和漆面的外觀或性能。硅藻土制品也可以用作色譜載體，特別適用于氣-液色譜法。最近的綜述(Breese,1994；Engh,1994)對(duì)硅藻土的性質(zhì)和用途提供了特別有用的介紹。許多天然玻璃制品，例如包括膨脹珍珠巖、浮石和膨脹浮石也具有優(yōu)異的填料性能。例如，膨脹珍珠巖制品通常用作隔熱填料、樹脂填料以及用于紡織涂層的制造。
制備整體的或團(tuán)粒的介質(zhì)的方法在下列事實(shí)上不同于制備先進(jìn)的復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的方法，即添加到整體的或團(tuán)粒的介質(zhì)中的成分是在熱處理之前作為加工助劑(例如粘土)加入的，通常在熱處理之前為未燒成的混合物提供生坯強(qiáng)度(例如，使它能夠進(jìn)行擠制、成形、注模、澆鑄或生坯混合物的整形)而不是作為先進(jìn)過(guò)濾介質(zhì)要求的功能組分加入的。加工助劑的加入不會(huì)對(duì)所得的整體的或團(tuán)粒狀介質(zhì)制品的過(guò)濾特性有所貢獻(xiàn)，但是這些制品仍然可以用于蛋白質(zhì)、酶和微生物的固定。在用分散的顆粒相的物理混合物制成的技術(shù)陶瓷的加工中的熱處理過(guò)程(即燒成)的目的是產(chǎn)生致密的均質(zhì)的陶瓷材料(Reynolds,1976)，這不同于本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)燒結(jié)后的不均勻組分。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)方面涉及先進(jìn)的復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，包括(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分，(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低壓所說(shuō)的起過(guò)濾作用組分的軟化溫度，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率大于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分(更優(yōu)選的是大于5％或更多)的簡(jiǎn)單混合物的滲透率，其中，在所說(shuō)的簡(jiǎn)單混合物中所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分的比例與所說(shuō)的介質(zhì)制備過(guò)程中所用的比例是相同的。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的平均顆粒直徑大于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的平均顆粒直徑和所說(shuō)的基質(zhì)組分(更優(yōu)選的是大于5％或更多)的平均顆粒直徑的加權(quán)平均值，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分的比例與在所說(shuō)的介質(zhì)的制備過(guò)程中所用的比例是相同的。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，起過(guò)濾作用的組分包括生物二氧化硅和/或天然玻璃；更優(yōu)選的是所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分包括硅藻土、珍珠巖、浮石、黑曜巖、松脂巖、和/或火山灰；更優(yōu)選的是所說(shuō)的起過(guò)濾作用的成分包括硅藻土、珍珠巖和火山灰；更優(yōu)選的是所說(shuō)的過(guò)濾組分包括硅藻土。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括玻璃、結(jié)晶礦物、熱塑性塑料、金屬、和/或金屬合金。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括天然玻璃、更優(yōu)選的是選自珍珠巖、浮石、黑曜巖、松脂巖和火山灰，最優(yōu)選的是珍珠巖或熔融珍珠巖。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括合成玻璃。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括纖維玻璃。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括礦物棉或巖棉。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括熱塑性塑料或具有熱塑性性能的熱固性聚合物。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括金屬或金屬合金。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的特點(diǎn)還在于方石英含量為1wt％或更少。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及包括本文所述的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的組合物，所說(shuō)的介質(zhì)包括(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的組合物是粉末形式的。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的組合物是板、棒或?yàn)V筒的形式的。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的組合物是塊狀載體或團(tuán)粒狀載體形式的。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所說(shuō)的組合物是整體基體或團(tuán)粒狀基體形式的。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及過(guò)濾的方法，包括使含有懸浮顆粒的流體通過(guò)助濾材料的步驟，優(yōu)選的是助濾材料支撐在隔膜上，其中所說(shuō)的助濾材料包括一種本文所述的先進(jìn)的復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，所說(shuō)的介質(zhì)包括(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密地結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。
正如將會(huì)清楚的那樣，本發(fā)明一個(gè)方面的優(yōu)選的特征和特性適合于本發(fā)明的任何其它方面。
優(yōu)選實(shí)施方案說(shuō)明A．本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)包括(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密地結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。
顆粒與流體分離的許多方法采用硅質(zhì)介質(zhì)材料，如硅藻土、珍珠巖、浮石或火山灰作為過(guò)濾介質(zhì)。這些硅質(zhì)介質(zhì)材料特有的復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)對(duì)于過(guò)濾過(guò)程中顆粒的物理截留是特別有效的；所以，把它們用作本發(fā)明的起過(guò)濾作用的組分。在熱處理過(guò)程中尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械性能的保持是工程聚合物和一些其它材料的特征，這使它們可以用作本發(fā)明的基質(zhì)組分。在本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)中，基質(zhì)組分優(yōu)選的是通過(guò)加熱燒結(jié)緊密地與起過(guò)濾作用的組分結(jié)合，而不僅僅是混合在一起。不同于本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，這樣的簡(jiǎn)單混合物在懸浮(例如在流體中)或輸送或運(yùn)輸時(shí)趨于分層。本文所用的術(shù)語(yǔ)“簡(jiǎn)單混合物”是傳統(tǒng)意義的，是指機(jī)械混合物(例如，沒(méi)有經(jīng)過(guò)加熱燒結(jié)的)。
本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)可以方便地認(rèn)為是起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分的結(jié)合體。本文所用的術(shù)語(yǔ)“結(jié)合體”是傳統(tǒng)意義的，是指把顆粒結(jié)合成結(jié)合體的任何方法或作用。結(jié)合方法的一個(gè)實(shí)例是加熱燒結(jié)，其中，使顆粒變成結(jié)合體(即，緊密結(jié)合在一起)，因此，通過(guò)加熱但沒(méi)有熔化形成一種“結(jié)合體”。值得注意的是，在加熱燒結(jié)過(guò)程中，結(jié)合過(guò)程沒(méi)有進(jìn)行到形成均勻介質(zhì)(陶瓷)的溫度。因此，在本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)中，把起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分結(jié)合在一起并緊密結(jié)合，但是保持那些在所得的制品中被認(rèn)為是需要的物理和化學(xué)性質(zhì)，所以，增強(qiáng)了所得的制品的整體性能。
本文所用的術(shù)語(yǔ)“軟化溫度”是傳統(tǒng)意義的，是指物質(zhì)開始軟化的溫度，通常伴隨著硬度和粘度的降低。對(duì)于許多工程聚合物，軟化溫度常常更具體地稱為玻璃轉(zhuǎn)化溫度，有時(shí)稱為二級(jí)轉(zhuǎn)化溫度，該溫度是在溫度繼續(xù)升高時(shí)聚合物鏈開始蠕動(dòng)的溫度，即聚合物從剛性的玻璃態(tài)變成柔性固體的溫度。例如，聚醚酮的玻璃轉(zhuǎn)化溫度約為330°F(即，165℃)，而鈉鈣玻璃的軟化溫度約為1290°F(即700℃)。雖然已經(jīng)開發(fā)了通常采用熱力學(xué)分析的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法(例如，American Society for Testing andMaterials(美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì))，1995)，但是在實(shí)驗(yàn)室研究中常?？梢杂媚繙y(cè)估計(jì)而不采用復(fù)雜的定量測(cè)定。
1．起過(guò)濾作用的組分用于本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的起過(guò)濾作用的組分來(lái)自生物二氧化硅(即二氧化硅，SiO2)，它具有硅藻土特有的復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅。目前硅藻土制品廣泛應(yīng)用于許多用途中，包括但是不局限于分離、吸附、載體、和功能填料等用途。
硅藻土制品從硅藻土(也稱為kieselguhr)制得，是一種富含硅藻的硅藻細(xì)胞，即外殼的沉積物。硅藻是一種多種排列的微小的單細(xì)胞金棕色Bacillariophyceae類海藻，其中，在具有變化的和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的華麗的硅藻細(xì)胞內(nèi)含有細(xì)胞質(zhì)。這些硅藻細(xì)胞具有足夠的耐用性，在保持化學(xué)平衡的條件下保存時(shí)，能夠經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)年代而保持其大部分多孔結(jié)構(gòu)。目前，硅藻土制品可以通過(guò)各種方法用多種資源制造，提供了物理和化學(xué)特性的多樣性。最近的綜述(Breese,1994；Engh,1994)對(duì)硅藻土的性質(zhì)和用途提供了特別有用的介紹。
在制備商業(yè)硅藻土制品的典型的傳統(tǒng)方法中，把硅藻土原礦破碎到可以通過(guò)研磨進(jìn)一步減小其尺寸的尺寸，經(jīng)過(guò)空氣分級(jí)，在空氣中在窯爐內(nèi)干燥，然后再進(jìn)行空氣分級(jí)，得到要求的制品滲透率，從而制成干燥的制品，通常稱為“天然”硅藻土。
在另一種傳統(tǒng)方法中，天然制品可以在空氣中燒結(jié)(通常稱為煅燒)，溫度范圍一般為1800～2000°F(即，1000～1100℃)，然后進(jìn)行空氣分級(jí)。這種方法得到滲透性更高的制品，但是通常伴隨著無(wú)定形二氧化硅(硅藻土礦的天然二氧化硅相)向方石英的部分轉(zhuǎn)變，方石英是一種四方形式的結(jié)晶二氧化硅。用這種方法制備的制品的方石英含量一般在5～40wt％范圍內(nèi)。
在另一種傳統(tǒng)方法中，干燥的制品也可以添加少量熔劑進(jìn)一步在空氣中燒結(jié)(通常稱為熔劑煅燒)，溫度一般在1800～2100°F(即，1000～1150℃)，然后進(jìn)行空氣分級(jí)。這種方法得到滲透性更高的制品，但是通常無(wú)定形二氧化硅向方石英的轉(zhuǎn)變量更大，方石英的量一般在20～75wt％范圍內(nèi)。最常用的熔劑包括蘇打灰(即碳酸鈉，Na2CO3)和巖鹽(即氯化鈉，NaCl)，雖然也可以使用許多其它熔劑，尤其是堿金屬(即周期表中的IA族)的鹽類。
在燒結(jié)硅藻土制品的傳統(tǒng)方法中涉及的高溫除了意料中的二氧化硅從無(wú)定形狀態(tài)轉(zhuǎn)變成方石英的相變以外，通常還會(huì)導(dǎo)致表面積減小，孔的擴(kuò)大，濕密度的增大以及雜質(zhì)溶解度的變化。
已經(jīng)詳細(xì)地描述了加工硅藻土和制品硅藻土質(zhì)制品的其它方法。把低級(jí)硅藻土改進(jìn)為高級(jí)硅藻土礦的許多努力已經(jīng)導(dǎo)致硅藻土制品在其總體質(zhì)量上基本相當(dāng)于從天然的更好的原礦獲得的商業(yè)制品。這樣的工作的實(shí)例包括Norman和Ralston(1940)、Bartuska和Kalina(1968a,1968b)、Visman和Picard(1972)、Tarhanic和Kortisova(1979)、Xiao(1986)、Li(1990)、Liang(1990)、Zhong等人(1991)、Brozek等人(1992)、Wang(1992)、Cai等人(1992)、以及Videnov等人(1993)的工作。Thomson和Barr(1907)、Barr(1907)、Vereinigte(1915、1928)、Koech(1927)、Swallen(1950)、Suzuki和Tomizawa(1971)、Bradley和McAdam(1979)、Nielsen和Vogelsang(1979)、Heyse和Feigl(1980)、以及Mitsui等人(1989)報(bào)導(dǎo)了已經(jīng)制備出了目標(biāo)在于改進(jìn)單一性能，例如減小總的鐵含量或可溶性鐵濃度的幾種硅藻土制品。Baly(1939)制備的一種硅藻土制品具有低的有機(jī)物含量，Codolini(1953)、Pesce(1955、1959)、Martin和Goodbue(1968)、以及Munn(1970)制造了具有較高白度的硅藻土制品。Enzinger(1901)制造的硅藻土制品減小了那時(shí)的常規(guī)的溶解度。Bregar(1955)、Gruder等人(1958)、以及Nishamura(1958)制造的硅藻土制品白度更高，并且具有較低的總鐵濃度。Smith(1991a,b,c；1992a,b,c；1993；1994a,b)制造的制品在熔劑煅燒的硅藻土制品的可溶性多價(jià)離子方面進(jìn)行了改進(jìn)。Schuetz(1935)、Filho和Mariz da Veiga(1980)、Marcus和Creanga(1964)、以及Marcus(1967)也報(bào)導(dǎo)了制造某些更純的硅藻土制品的方法。Dufour(1990、1993)描述了一種制備低方石英含量的硅藻土制品的方法。
但是，上述的硅藻土制品中沒(méi)有一種是由下列組分構(gòu)成的(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。
其它特別有用的起過(guò)濾作用的組分來(lái)自天然玻璃，天然玻璃也具有在過(guò)濾過(guò)程中對(duì)顆粒的物理截留特別有效的獨(dú)特的復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)。本文所用的術(shù)語(yǔ)“天然玻璃”是傳統(tǒng)意義的，通常是指通過(guò)硅質(zhì)巖漿或熔巖快速冷卻形成的火山玻璃。已知幾種類型的天然玻璃，例如包括珍珠巖、浮石、黑曜巖和松脂巖。在加工前，珍珠巖一般是灰色到綠色的，有許多球狀裂紋使其可以破碎成小的珍珠狀顆粒。浮石是非常輕的玻璃態(tài)多孔巖石。黑曜巖一般是黑色的，具有玻璃光澤和特定的貝殼狀特征。松脂巖具有蠟狀的樹脂光澤，通常是棕色、綠色或灰色的。珍珠巖和浮石等火山玻璃存在于塊體沉積巖中，具有廣泛的工業(yè)用途。火山灰通常是指凝固形式存在的凝灰?guī)r，由通常為玻璃態(tài)的小顆粒和碎片組成；象本文所用的那樣，術(shù)語(yǔ)天然玻璃包括火山灰。
大多數(shù)天然玻璃在化學(xué)成分上相當(dāng)于流紋巖?；瘜W(xué)成分上與粗面巖、英安巖、安山巖、二長(zhǎng)安山巖、玄武巖的天然玻璃是已知的但是不太常見(jiàn)。術(shù)語(yǔ)黑曜巖一般應(yīng)用于富含二氧化硅的塊體天然玻璃。黑曜巖玻璃根據(jù)其二氧化硅含量可以分成一些亞族，其中流紋巖型黑曜巖(一般含有約73wt％的二氧化硅)是最常見(jiàn)的(Berry,1983)。
珍珠巖是水化的天然玻璃，一般含有約72～75％SiO2、12～14％Al2O3、0.5～2％Fe2O3、3～5％Na2O、4～5％K2O、0.4～1.5％CaO(按重量計(jì))，和少量的其它金屬元素。珍珠巖與其它天然玻璃的區(qū)別在于其高含量的化學(xué)結(jié)合水(2～5wt％)，存在玻璃狀的珍珠光澤以及特有的同軸的蔥皮狀(即珍珠巖狀)特征。
珍珠巖制品通常通過(guò)研磨和加熱膨脹來(lái)制備，具有優(yōu)異的物理性能，如高孔隙率、低體積密度和化學(xué)惰性。約從40年代后期開始膨脹珍珠巖已經(jīng)用于過(guò)濾(Breese和Barke,1994)。珍珠巖的傳統(tǒng)加工包括粉碎(破碎和研磨)、空氣分級(jí)、加熱膨脹、為滿足最終產(chǎn)品的要求的膨脹材料的空氣分級(jí)。例如，把珍珠巖礦破碎、研磨并分級(jí)到預(yù)定的顆粒尺寸范圍(例如，通過(guò)30目篩)，然后把分級(jí)后的物料在膨脹爐內(nèi)在空氣中加熱到870～1100℃的溫度，玻璃的自發(fā)軟化和所含水分的蒸發(fā)導(dǎo)致玻璃顆粒的快速膨脹，形成堆積體積比未膨脹的原礦的堆積體積最多大20倍的泡沫狀玻璃材料。然后通常把膨脹珍珠巖進(jìn)行空氣分級(jí)并任選地研磨，以滿足要求的產(chǎn)品的尺寸要求。在其它天然玻璃(例如浮石、黑曜巖和火山灰)中化學(xué)結(jié)合水的存在常常能以常用于珍珠巖類似的方式進(jìn)行“加熱膨脹”。
浮石是已知特征為中孔結(jié)構(gòu)(具有尺寸最大為1mm的孔或氣孔)的天然玻璃。浮石的高的多孔性質(zhì)使其具有很低的表觀密度，在許多情況下，使其可以飄浮在水面上。大多數(shù)工業(yè)浮石含有約60至約70wt％的SiO2。浮石一般通過(guò)研磨和分級(jí)進(jìn)行加工(如上所述用于珍珠巖的過(guò)程)，制品主要用作輕質(zhì)團(tuán)粒，也用作研磨劑、吸附劑和填料。未膨脹的浮石和加熱膨脹的浮石(用與珍珠巖所用的相同的方法)在某些情況下也可以用作過(guò)濾助劑(Geitgey,1979)，火山灰也一樣(Kansas Minerals,Inc.，未注明日期)。
已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了對(duì)天然玻璃加工方法和制品的改進(jìn)。例如，Houston(1959),Bradley(1979),Jung(1965),Morisaki(1976),Ruff和Nath(1982),Shiuh(1982,1985)描述了生產(chǎn)特定的天然玻璃制品的處理方法。
但是，上述的天然玻璃制品中，沒(méi)有一種是由下列組分組成的(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。
2．基質(zhì)組分適用于制備本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的基質(zhì)組分特點(diǎn)在于其軟化溫度低于所選的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度。
優(yōu)選的基質(zhì)組分的實(shí)例包括工程聚合物和相關(guān)材料，可以是天然的和人工合成的有機(jī)或無(wú)機(jī)聚合物。Seymour(1990)作了有關(guān)工程聚合物的一個(gè)優(yōu)秀的綜述。特別優(yōu)選的基質(zhì)組分包括玻璃、結(jié)晶礦物、熱塑性塑料和金屬。
玻璃是由聚合物鏈中的重復(fù)硅烷(即，-(Si-O)-)組成的玻璃狀無(wú)定形聚合物。如上所述，某些玻璃是天然的，如珍珠巖、浮石、黑曜巖、松脂巖和火山灰。其它的，如鈉鈣玻璃是人工合成的。鈉鈣玻璃是通過(guò)把幾種原料的配合料一起放在熔窯中熔化，然后使熔體冷卻產(chǎn)生無(wú)定形的產(chǎn)物而制得的，這些原料含有硅的氧化物(即SiO2)、鋁的氧化物(即Al2O3)、鈣的氧化物(即CaO)、鈉的氧化物(即Na2O)、有時(shí)含有鉀的氧化物(即K2O)或鋰的氧化物(即Li2O)。玻璃可以制成許多形狀，包括片、板、澆鑄的形狀或纖維。已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了制造玻璃的主要系列的方法(Scholes,1974)。礦物棉、巖棉和硅酸鹽棉是纖維形成物質(zhì)熔渣、某些巖石或玻璃制成的纖維的一般名稱(Kujawa,1983)。
由這些物質(zhì)的混合物組成的某些結(jié)晶礦物，特別是硅酸鹽礦物和硅鋁酸鹽礦物，和巖石可以用作本發(fā)明的基質(zhì)組分，因?yàn)樗鼈兂３＞哂幸蟮臒崴苄孕再|(zhì)(例如，因?yàn)樗鼈兙哂信c許多硅酸鹽玻璃相應(yīng)的化學(xué)性質(zhì))。這樣的結(jié)晶礦物的實(shí)例包括霞石(一種硅鋁酸鉀鈉，即(Na,K)AlSiO4)、鈉長(zhǎng)石(一種硅鋁酸鈉，即NaAlSi3O8)、或鈣長(zhǎng)石(一種硅鋁酸鈣鈉，即(Na,Ca)(Si,Al)4O8)。
熱塑性材料是那些在加熱作用下會(huì)軟化，在冷卻后又硬化恢復(fù)其原來(lái)性質(zhì)的材料，即，加熱-冷卻循環(huán)是完全可逆的。按照傳統(tǒng)定義，熱塑性材料是分子鍵連接的直鏈和分支的線性鏈有機(jī)聚合物。眾所周知的熱塑性材料的實(shí)例包括丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、苯乙烯丙烯腈(SAN)、丙烯酸酯苯乙烯丙烯腈(ASA)、甲基丙烯酸酯丁二烯苯乙烯(MBS)。同時(shí)還包括甲醛的聚合物，稱為縮醛；甲基丙烯酸甲酯的聚合物，稱為丙烯酸類塑料；單體苯乙烯的聚合物，稱為聚苯乙烯；氟化單體的聚合物，稱為碳氟化合物；酰胺鏈的聚合物，稱為尼龍；石蠟和烯烴的聚合物，稱為聚乙烯、聚丙烯、聚烯烴；雙酚和碳酸酯基團(tuán)的聚合物，稱為聚碳酸酯；對(duì)苯二酸酯的聚合物，稱為聚酯；雙酚和二羧酸的聚合物，稱為聚芳酯；氯乙烯的聚合物，稱為聚氯乙烯(PVC)。高性能熱塑性塑料具有非常好的性能，例如，聚苯硫醚(PPS)具有非常高的強(qiáng)度和剛度；聚醚酮(PEK)，聚醚醚酮(PEEK)，聚酰胺酰亞胺(PAI)都具有非常高的強(qiáng)度和剛度，以及非常好的耐熱性；聚醚酰亞胺(PEI)具有固有的耐火性。獨(dú)特的熱塑性塑料包括離子聚合物，即具有離子交聯(lián)而不是共價(jià)交聯(lián)的乙烯和甲基丙烯酸的共聚物，導(dǎo)致其性能在其操作范圍內(nèi)類似于熱固性塑料的性能；聚乙烯咔唑具有優(yōu)異的電性能；異丁烯的聚合物，稱為聚異丁烯，在室溫下是粘性的。
熱固性塑料是在加熱固化時(shí)產(chǎn)生永久變化的合成樹脂，即它們固化成為不可熔化狀態(tài)，使其在再加熱時(shí)不會(huì)重新軟化并變成塑性的。但是，某些熱固性塑料可能在其有用的應(yīng)用范圍的有限部分內(nèi)表現(xiàn)出熱塑性性能，也可以用作本發(fā)明的基質(zhì)組分。某些類型的熱固性塑料，尤其是某些聚酯和環(huán)氧樹脂，能夠在室溫下冷固化。熱固性塑料包括醇酸樹脂、酚醇樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂(包括尿素甲醛樹脂和三聚氰胺甲醛樹脂)、聚酰亞胺和某些硅塑料。
已經(jīng)詳細(xì)描述了熱塑性塑料和熱固性塑料的性能和用途(Elsevier,1992；Rubin,1990)。
某些金屬和金屬合金是有用的基質(zhì)組分，尤其是低熔點(diǎn)的金屬和合金，它們具有可以用于本發(fā)明的熱塑性特性。合適的金屬的實(shí)例是錫(即Sn)、鋅(即Zn)和鉛(即Pb)。合適的金屬合金的實(shí)例是釬料，如錫-鉛釬料(即Sn-Pb)、錫-鋅釬料(即Sn-Zn)和鋅-鉛釬料(即Zn-Pb)。
具有類似的熱塑性性質(zhì)和軟化溫度低于所選的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度特征的其它材料也可以用作本發(fā)明的基質(zhì)組分。
B．表征本發(fā)明先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的方法本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)具有優(yōu)異的性能，因?yàn)樗鼈冇梢环N起過(guò)濾作用的組分和一種基質(zhì)組分構(gòu)成。這些介質(zhì)保持了復(fù)雜多孔的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的特征(這對(duì)于先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品有效使用的許多用途中是必要的)，這被所說(shuō)的介質(zhì)在適用于過(guò)濾的范圍內(nèi)具有合適的滲透性來(lái)證明。但是，先進(jìn)的復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的性能通過(guò)基質(zhì)組分的存在來(lái)改進(jìn)。這些改進(jìn)通過(guò)獨(dú)特的性能來(lái)說(shuō)明，如增大的滲透性、低的離心濕密度、低的方石英含量和/或微觀結(jié)構(gòu)特性的變化。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的重要性質(zhì)、及其測(cè)定的適當(dāng)方法。
1．滲透率通常加工起過(guò)濾作用的制品以得到一定范圍的過(guò)濾速率，這與其滲透率是密切相關(guān)的。滲透率通常用達(dá)西單位表示，常常縮寫為“Da,”；1達(dá)西相當(dāng)于1cm3粘度為1厘泊的流體在1atm的壓差下(即101.325kPa)在1秒內(nèi)通過(guò)面積為1cm2、厚1cm的過(guò)濾介質(zhì)的滲透率。用特別構(gòu)造的裝置，從過(guò)濾介質(zhì)的水懸浮液在隔膜上形成濾餅，然后測(cè)定特定體積的水流過(guò)已知橫截面積并測(cè)量了厚度的濾餅所需的時(shí)間，可以容易地測(cè)定滲透率。以前由Darcy’s Law(Bear,1988)對(duì)多孔介質(zhì)推導(dǎo)了這些原理，以及存在一組與滲透率相關(guān)的裝置和方法。過(guò)濾介質(zhì)，例如，目前工業(yè)中可以得到的硅藻土和天然玻璃產(chǎn)品(它們也適用于本發(fā)明起過(guò)濾作用的組分)具有很寬范圍的滲透率，從小于0.05Da到30Da以上。對(duì)于特定過(guò)濾過(guò)程，過(guò)濾滲透率的選擇取決于流速和特定用途要求流體澄清的程度。
本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了能與其工業(yè)上起過(guò)濾作用的組分提供的滲透率范圍相媲美的滲透率的隔膜。
結(jié)合以及由此形成的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的證據(jù)(即，其中所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分緊密結(jié)合在一起)可以通過(guò)觀察到所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)(在加熱燒結(jié)而沒(méi)有研磨后，即沒(méi)有進(jìn)一步粉碎或分級(jí))的滲透率比其組分的簡(jiǎn)單混合物(即在加熱燒結(jié)之前)的滲透率更大來(lái)提供。
例如，如果起過(guò)濾作用的組分和一種基質(zhì)組分(滲透率分別為0.06Da和0.29Da)的簡(jiǎn)單混合物的滲透率P(a+b)為0.07Da，則用這種簡(jiǎn)單混合物制備的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率P(c)為0.20Da，那么滲透率的增大就是結(jié)合的證據(jù)。優(yōu)選的是P(c)比P(a+b)大5％或更多，更優(yōu)選的是10％或更多，更優(yōu)選的是20％或更多。
2．濕密度本發(fā)明所說(shuō)的先進(jìn)過(guò)濾介質(zhì)品保留其起過(guò)濾作用的介質(zhì)組分的多孔復(fù)雜結(jié)構(gòu)的程度可以通過(guò)測(cè)量它的離心濕密度來(lái)表示，濕密度代表所說(shuō)制品在過(guò)濾時(shí)的有效堆密度，因?yàn)槊芏鹊拇笮∈艿剿@得時(shí)的堆積排列的限制。濕密度是重要的，因?yàn)樗从沉诉^(guò)濾過(guò)程中可以用來(lái)夾帶顆粒物質(zhì)的孔隙體積；它是測(cè)量過(guò)濾效率的最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一。具有較低濕密度的過(guò)濾制品有較大的孔隙體積，因此具有較大的過(guò)濾效率。
優(yōu)選的測(cè)量本發(fā)明所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品的堆密度的方法是測(cè)量離心濕密度。將一個(gè)重量為0.50～1.00g的已知樣品放入一個(gè)14ml的標(biāo)準(zhǔn)離心試管中，添加去離子水達(dá)到約10ml的體積。充分搖動(dòng)混合物至浸濕整個(gè)樣品，不留下任何干粉。沿著離心試管的上端添加附加的去離子水以沖洗掉搖動(dòng)時(shí)粘附在試管壁上的任何混合物。該試管在1800rpm下離心30min。離心之后，在不影響沉淀物的情況下仔細(xì)地取出離心試管，測(cè)量所得沉降物的高度(即，體積)達(dá)到接近試管0.05ml刻度的一半。用干燥樣品的重量(例如110℃空氣中干燥至恒重)除以所測(cè)得的體積容易計(jì)算出已知重量粉料的濕密度。
對(duì)一般過(guò)濾介質(zhì)來(lái)說(shuō)典型的濕密度范圍是從大約每立方英尺12磅(即，0.19g/ml)至大約每立方英尺30磅(即，0.48g/ml)。相對(duì)于它們的商品化的起作用過(guò)濾介質(zhì)所提供的范圍相比，本發(fā)明所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了一系列可比的濕密度。
3．顆粒尺寸本發(fā)明所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的一個(gè)重要特征是組分顆粒的結(jié)合，尤其是通過(guò)加熱燒結(jié)。定量結(jié)合程度的一種方法是測(cè)量組分(即，結(jié)合前)和生成的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)之間顆粒尺寸分布的差異。
優(yōu)選的測(cè)量顆粒尺寸分布方法借助于激光衍射原理。測(cè)量所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)或其各組分的顆粒尺寸分布的優(yōu)選的儀器是Leeds&Northrup Microtrac ModelX-100。該儀器是完全自動(dòng)的，在過(guò)濾進(jìn)行過(guò)程中，用100個(gè)波道按幾何級(jí)數(shù)格式化的一種體積分布，運(yùn)行30秒得到結(jié)果。用一種解釋衍射譜的數(shù)據(jù)的算法表征所說(shuō)的分布，假定所說(shuō)的顆粒是球形的，可以用直徑D表征。中值顆粒直徑用該儀器表示為D50，即，占總顆粒體積的50％的顆粒的直徑等于或小于該值。
通過(guò)計(jì)算起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分(即，熱燒結(jié)之前)的簡(jiǎn)單混合物的顆粒中值顆粒直徑的加權(quán)平均以及計(jì)算用所說(shuō)的混合物(熱燒結(jié)之后和未球磨的，即，未進(jìn)一步磨碎或分級(jí))制備的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的中值顆粒直徑的加權(quán)平均可以提供結(jié)合的證據(jù)和先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)形成證據(jù)(即，起過(guò)濾作用的組分和基組分緊密結(jié)合)
例如，當(dāng)起過(guò)濾的作用組分的中值顆粒直徑D50(a)和基組分的中值顆粒直徑D50(b)的加權(quán)平均值D50(a+b)小于先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的中值顆粒直徑D50(c)時(shí)，團(tuán)聚已經(jīng)發(fā)生。例如，如果組成為70wt％的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的D50(a)等于16.7μm，以及組成為30wt％的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的D50(b)等于17.3，那么D50(a+b)=[(0.70×16.7)+(0.30×17.3)]=16.9μm。
如果先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的實(shí)際測(cè)量中值顆粒直徑D50(c)等于17.1μm，那么就發(fā)生了結(jié)合，因?yàn)镈50(a+b)比D50(c)小。優(yōu)選的是D50(c)比D50(a+b)大1％或更多，較優(yōu)選的是大5％或更多，更優(yōu)選的是大10％或更多，最優(yōu)選的大于20％或更多。
當(dāng)起過(guò)濾作用的組分、基質(zhì)組分和先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的顆粒具有大約相等的密度以及通過(guò)算法假設(shè)顆粒接近球形時(shí)，顆粒尺寸方法的應(yīng)用是最合適的。對(duì)于在自然界中是纖維狀的基質(zhì)組分，優(yōu)選的方法是較常用的滲透率法。
4．方英石含量一些先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)是獨(dú)特的，與可比滲透性的商品化的硅藻土制品相比，其中的方石英含量是非常低的。測(cè)定方石英含量的優(yōu)選方法是根據(jù)Klug和Alexander(1972)所概述的原理采用定量x-射線衍射方法。用研缽和研棒將樣品研磨成細(xì)粉，然后裝入一個(gè)鋁制的容器。將所裝樣品的容器放入x-射線衍射系統(tǒng)的光路上并且暴露于準(zhǔn)直的用聚焦于一個(gè)銅鈀上的40kV的加速電壓和20mA的電流所產(chǎn)生的x-射線中。通過(guò)步進(jìn)掃描代表方石英的晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)的面間距的角范圍獲得衍射數(shù)據(jù)，這個(gè)角范圍產(chǎn)生最大的衍射強(qiáng)度。這個(gè)區(qū)域處于21～23.2θ°,以0.052θ°的步進(jìn)收集數(shù)據(jù)，每個(gè)步進(jìn)20秒計(jì)數(shù)一次。用凈積分峰強(qiáng)度與那些通過(guò)在無(wú)定型二氧化硅中加入方石英的標(biāo)準(zhǔn)加入法制備方石英的標(biāo)準(zhǔn)物的強(qiáng)度相比，來(lái)確定一個(gè)樣品中方石英相的重量百分含量。
優(yōu)選的是本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)中的方石英含量小于1％(通常從大約1％到檢測(cè)極限)，更優(yōu)選的是小于1.1％(通常從大約1.1％到檢測(cè)極限)，更優(yōu)選的是小于1.5％(通常從大約1.5％到檢測(cè)極限)，更優(yōu)選的是小于2％(通常從大約2％到檢測(cè)極限)，更優(yōu)選的是小于3％(通常從大約3％到檢測(cè)極限)，更優(yōu)選的是5％(通常從大約5％到檢測(cè)極限)，更優(yōu)選的是10％(通常從大約10％到檢測(cè)極限)。
5．微觀結(jié)構(gòu)特征先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)特征常常與加熱燒結(jié)前的起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分的微觀結(jié)構(gòu)特征不同。本發(fā)明所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的微觀特征容易用以下方法觀察到通過(guò)在一個(gè)玻璃載片上制備一種合適折光率的液體(例如，水)中的懸浮液，然后在光學(xué)顯微鏡下以200X和400X的放大倍數(shù)觀察它們。在這些放大倍數(shù)下，在起過(guò)濾作用的組分中所發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)以及基質(zhì)組分的微觀特征是清楚可見(jiàn)的。
C．制備本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的方法一種常用的制備先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的方法是將一種起過(guò)濾作用的組分與一種基質(zhì)組分混合，然后通過(guò)加熱引起燒結(jié)和結(jié)合(即，加熱燒結(jié))。起過(guò)濾作用的組分和一種基質(zhì)組分可以以任何比例混合，所用的比例取決于起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分的選擇以及所尋找的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
例如，在隔膜的基質(zhì)較少的一端，基質(zhì)組分一般占0.5～5wt％(即在加熱燒結(jié)之前由起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分構(gòu)成的簡(jiǎn)單混合物中)，而在隔膜的富含基質(zhì)的一端，基質(zhì)組分一般占70～90wt％(即在加熱燒結(jié)之前由起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分構(gòu)成的簡(jiǎn)單混合物中)。
在加熱燒結(jié)之前，起過(guò)濾作用的組分與基質(zhì)組分的混合可以使用一種機(jī)械混合機(jī)容易地完成，混合進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)間使所說(shuō)的組分充分混合。
例如，可以用傳統(tǒng)的爐子、微波爐、紅外爐、馬弗爐、隧道窯或熱反應(yīng)器進(jìn)行加熱，加熱在周圍的氣體(例如，空氣)或氮?dú)?即N2)或氧氣(即O2)等人工氣體中進(jìn)行。加熱溫度在100-2500°F(即40-1400℃)范圍內(nèi)，壓力在0.1-50atm(即1-5000kPa)范圍內(nèi)。熱處理參數(shù)，如溫度和時(shí)間等，取決于所選的起過(guò)濾作用的組分和基質(zhì)組分以及所尋找的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。例如，時(shí)間范圍約為1毫秒(例如在流態(tài)床反應(yīng)器中)到約10小時(shí)(例如在傳統(tǒng)的窯爐中)。合適的溫度(即得到加熱燒結(jié)的溫度)一般在基質(zhì)組分的軟化溫度附近但是低于其熔化溫度(即不在熔融狀態(tài))。
所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)(在本發(fā)明的范圍內(nèi))的進(jìn)一步改進(jìn)也是可能的。例如，所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)可以進(jìn)一步加工以增強(qiáng)一種或多種特定的性能(例如，溶解性或表面特性)，或者制成具有專門用途的新產(chǎn)品。這樣的進(jìn)一步改進(jìn)的實(shí)例例如包括酸洗、表面處理和/或有機(jī)改性。
1．酸洗可以通過(guò)用酸性物質(zhì)洗滌上述的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，然后用去離子水漂洗除去殘留酸，然后干燥來(lái)制備另一類先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品。所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的酸洗在減小可溶性污染物(如鐵或鋁)的濃度方面是有益的。合適的酸包括無(wú)機(jī)酸，例如硫酸(即H2SO4)、鹽酸(即HCl)、磷酸(即H3PO4)、或硝酸(HNO3)，以及有機(jī)酸，如檸檬酸(即C6H8O7)或醋酸(即CH3COOH)。
2．表面處理通過(guò)對(duì)上述的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品進(jìn)行表面處理可以制備另一類先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品，例如，通過(guò)硅烷化反應(yīng)，從而改進(jìn)制品的表面使其變得更憎水或更親水。
例如，可以把所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)放在塑料容器中，向該容器內(nèi)加入少量二甲基二氯硅烷(即SiCl2(CH3)2)或六甲基二硅氮烷(即(CH3)3Si-NH-Si(CH3)3)。使反應(yīng)在蒸汽相中在表面上進(jìn)行24小時(shí)，得到更憎水的制品。這樣的制品可以用于色譜的組合物中，也可以與其他憎水材料結(jié)合改進(jìn)機(jī)械性能，例如在涉及碳?xì)浠衔锖陀偷膽?yīng)用中。
類似地，所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)也可以進(jìn)行下列反應(yīng)，即使其懸浮在含有10％(w/v)的氨丙基三乙氧基硅烷(即C9H23NO3Si)水溶液中，在700℃下回流3小時(shí)，過(guò)濾所得的混合物，干燥殘留的固體，得到更親水的制品。這樣的制品可以用于色譜的組合物中，與含水系統(tǒng)結(jié)合使用以改進(jìn)機(jī)械性能，并使得所說(shuō)的制品進(jìn)一步改性，把所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品的末端羥基官能團(tuán)(即，-OH)轉(zhuǎn)變?yōu)榘北鶊F(tuán)(即，-(CH2)3NH2)。
3．有機(jī)改性所說(shuō)的親水改性的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品可以進(jìn)一步反應(yīng)來(lái)結(jié)合有機(jī)化合物，例如蛋白質(zhì)。從而使得所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)可以作為固定有機(jī)化合物的載體。這樣改性后，所得的制品可以用于親和性色譜和生物化學(xué)提純中。
以前已經(jīng)描述過(guò)一些涉及硅質(zhì)介質(zhì)制品改性的其它反應(yīng)(Hermanson,1992)。但是，由于加入一種基質(zhì)組分，本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品的改性得到了更有效的改進(jìn)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品(這在本發(fā)明的范圍內(nèi))。
D．使用本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的方法本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品及其進(jìn)一步改性制品，可以用于加工、處理或其它材料的組成部分。
在過(guò)濾應(yīng)用中，本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)及其進(jìn)一步改性制品可以用于在過(guò)濾過(guò)程中改進(jìn)透明度和增大流量的薄膜(例如預(yù)涂層)，或直接添加到正在過(guò)濾的流體中來(lái)減小不希望的顆粒在所說(shuō)的隔膜上的負(fù)荷(如主體供料法中)。
本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)可以與其它介質(zhì)結(jié)合使用(即形成過(guò)濾助劑組合物)用于過(guò)濾。例如，所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)與硅藻土、珍珠巖、天然玻璃、纖維素、活性炭、粘土或其它材料的混合物是有用的過(guò)濾助劑組合物。在其它更復(fù)雜的組合中，可以把所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)與其它成分混合制成板、棒和濾筒。
優(yōu)選的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品的組成或改性的合適選擇取決于特定的用途。例如，在要求特別高的透明度但是可以允許較慢的流速的過(guò)濾過(guò)程中，優(yōu)選低滲透率的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品，而在要求高流速但是不要求特別高的透明度的過(guò)濾過(guò)程中，優(yōu)選高滲透率的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品。在用于與其它材料結(jié)合時(shí)，或制備含有所說(shuō)的制品的混合物時(shí)，類似的理由可以用于所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的使用。類似地，所用的產(chǎn)品的數(shù)量取決于其應(yīng)用的特定用途。
本發(fā)明的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)也可以用于非過(guò)濾用途中，如功能性填料。在油漆和涂料中，或在紙張或聚合物中，這種應(yīng)用通常是直接按要求的作用所需的濃度加入到配料中。在涂料油漆和中所說(shuō)的制品的平光性能以及聚合物中所說(shuō)的制品的防堵塞性能都是來(lái)自所說(shuō)的的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供的優(yōu)異的表面。
當(dāng)這些性質(zhì)進(jìn)一步改進(jìn)過(guò)濾或功能性填料的性能時(shí)，希望的是硅烷化的憎水或親水的制品，因?yàn)樗鼈兣c特定用途中的其它材料或成分有更大的相容性。通過(guò)硅烷化得到的表面特性的改變對(duì)色譜應(yīng)用是特別重要的，因?yàn)檫@些特性強(qiáng)烈影響特定系統(tǒng)的色譜分離的有效性。例如，在色譜載體上的憎水表面減小了載體的表面活性，在用于殺蟲劑的分析測(cè)定時(shí)很大程度上減小了拖尾。
進(jìn)一步進(jìn)行有機(jī)改性的制品也是希望的，如將蛋白質(zhì)偶聯(lián)到胺硅烷化的載體上。例如，蛋白質(zhì)A，一種細(xì)菌源衍生的多肽，可以偶聯(lián)到由本發(fā)明的胺硅烷化的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)構(gòu)成的載體上。
在其它用途中，所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)可以與其它成分混合，制成整體的或團(tuán)粒狀的介質(zhì)，用作載體(例如用于微生物固定)、基體(例如用于酶固定)或用于催化劑制備中如上文所述，在不違背本發(fā)明的原理和范圍的條件下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行許多其它改進(jìn)或變化，其限制范圍應(yīng)該只是由附后的權(quán)利要求書所表明的范圍。
E．實(shí)施例在下面的實(shí)施例中描述了本發(fā)明幾種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)及其制備方法，這些實(shí)施例是作為對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明而不是作為對(duì)本發(fā)明的限制提供的。
實(shí)施例1硅藻土(70％)+珍珠巖(30％)在本實(shí)施例中，通過(guò)70wt％起過(guò)濾作用的組分CELITE 500和30wt％基質(zhì)組分HARBORLITE 200混合制成一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，CELITE500是一種天然硅藻土，滲透率為0.06Da，濕密度為17.0磅每立方英尺(即0.272g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(a)為16.7μm(Celite Corporation Lompoc,California),HARBORLITE 200是一種研磨的膨脹珍珠巖，滲透率為0.29Da，濕密度為14.0磅每平方英尺(即0.224g/cm3)，中值顆粒直接D50(b)為17.3μm(Harborlite Corporation,Vicksburg,Michigan)。在馬弗爐內(nèi)在空氣中在1700°F(即930℃)把這種混合物燒結(jié)45分鐘，然后從爐中取出并冷卻到室溫，制成所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率為0.20Da，濕密度為14.5磅每立方英尺(即0.232g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(c)為17.1μm，方石英含量為0.1％。
相比，本實(shí)施例各組分的簡(jiǎn)單混合物的滲透率為0.07Da，濕密度為17.1磅每立方英尺(即0.274g/cm3)，中值顆粒尺寸17.0μm。此外，滲透率可與本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)相比擬的商業(yè)硅藻土制品的方石英含量一般約為20％，濕密度約為19磅每立方英尺(即0.30g/cm3)。因此，本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了各個(gè)介質(zhì)組分或具有相比擬的滲透率的商業(yè)硅藻土制品不能提供的優(yōu)異的性能。
實(shí)施例2硅藻土(90％)+珍珠巖(10％)+酸助熔劑在本實(shí)施例中，通過(guò)90wt％的起過(guò)濾作用的組分CELITE 500和10wt％的基質(zhì)組分HARBORLITE 200混合制成一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，CELITE 500是一種天然硅藻土，滲透率為0.06Da，濕密度為17.0磅每立方英尺(即0.272g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(a)為16.7μm(Celite CorporationLompoc,California),HARBORLITE 200是一種研磨的膨脹珍珠巖，滲透率為0.29Da，濕密度為14.0磅每平方英尺(即0.224g/cm3)，中值顆粒直徑D50(b)為17.3μm(Harborlite Corporation,Vicksburg,Michigan)，然后，在這種混合物中加入2％的硼酸(即H3BO3)作為酸助熔劑，以降低珍珠巖的軟化溫度。在馬弗爐內(nèi)在空氣中在1700°F(即930℃)把這種混合物燒結(jié)30分鐘，然后從爐中取出并冷卻到室溫，制成所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率為0.69Da，濕密度為13.0磅每立方英尺(即0.208g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(c)為20.3μm，方石英含量為0.5％。
相比，本實(shí)施例各組分的簡(jiǎn)單混合物的滲透率為0.06Da，濕密度為17.3磅每立方英尺(即0.277g/cm3)。此外，滲透率可與本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)相比擬的商業(yè)硅藻土制品的方石英含量一般約為40％，濕密度約為19磅每立方英尺(即0.30g/cm3)。因此，本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了各個(gè)介質(zhì)組分或具有相比擬的滲透率的商業(yè)硅藻土制品不能提供的優(yōu)異性能。
實(shí)施例3
硅藻土(50％)+珍珠巖(50％)+酸助熔劑在本實(shí)施例中，通過(guò)50wt％起過(guò)濾作用的組分CELITE 500和50wt％基質(zhì)組分HARBORLITE 700混合制成一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，CELITE500是一種天然硅藻土，滲透率為0.06Da，濕密度為17.0磅每立方英尺(即0.272g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(a)為16.7μm(Celite Corporation Lompoc,California),HARBORLITE 700是一種研磨的膨脹珍珠巖，滲透率為0.73Da，濕密度為14.5磅每平方英尺(即0.232g/cm3)，中值顆粒直徑D50(b)為30.2μm(Harborlite Corporation,Vicksburg,Michigan)，然后，在這種混合物中加入2％硼酸(即H3BO3)作為酸助熔劑，以降低珍珠巖的軟化溫度。在馬弗爐內(nèi)在空氣中在1700°F(即930℃)把這種混合物燒結(jié)30分鐘，然后從爐中取出并冷卻到室溫，制成所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率為1.9Da，濕密度為11.3磅每立方英尺(即0.181g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(c)為33.5μm，方石英含量為0.1％。
相比，本實(shí)施例各組分的簡(jiǎn)單混合物的滲透率為0.10Da，濕密度為15.8磅每立方英尺(即0.253g/cm3)，中值顆粒尺寸26.4μm。此外，滲透率可與本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)相比擬的商業(yè)硅藻土制品的方石英含量一般約為50％，濕密度約為19磅每立方英尺(即0.30g/cm3)。因此，本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了各個(gè)介質(zhì)組分或具有相比擬的滲透率的商業(yè)硅藻土制品不能提供的高度優(yōu)異的性能。
實(shí)施例4硅藻土(70％)+堿助熔的珍珠巖(30％)在本實(shí)施例中，通過(guò)70wt％起過(guò)濾作用的組分CELITE 500和50wt％基質(zhì)組分HARBORLITE 700混合制成一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，CELITE500是一種天然硅藻土，滲透率為0.06Da，濕密度為17.0磅每立方英尺(即0.272g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(a)為16.7μm(Celite Corporation Lompoc,California),HARBORLITE 700是一種研磨的膨脹珍珠巖，滲透率為0.73Da，濕密度為14.5磅每平方英尺(即0.232g/cm3)，中值顆粒直徑D50(b)為30.2μm(Harborlite Corporation,Vicksburg,Michigan)，其中的后一種組分用2％蘇打灰(即碳酸鈉Na2CO3)作為堿性助熔劑以降低珍珠巖的軟化溫度，在1700°F(即930℃)預(yù)熱10分鐘。然后在馬弗爐內(nèi)在空氣中在1700°F(即930℃)把這種混合物燒結(jié)30分鐘，然后從爐中取出并冷卻到室溫，制成所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率為0.38Da，濕密度為14.5磅每立方英尺(即0.232g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(c)為24.8μm，方石英含量為0.9％。
相比，本實(shí)施例的組分各簡(jiǎn)單混合物的滲透率為0.07Da，濕密度為16.4磅每立方英尺(即0.263g/cm3)，中值顆粒尺寸24.2μm。此外，滲透率可與本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)相比擬的商業(yè)硅藻土制品的方石英含量一般約為30％，濕密度約為19磅每立方英尺(即0.30g/cm3)。因此，本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了各個(gè)介質(zhì)組分或具有相比擬的滲透率的商業(yè)硅藻土制品不能提供的高度優(yōu)異的性能。
實(shí)施例5硅藻土(50％)+聚醚酮(50％)在本實(shí)施例中，通過(guò)50wt％起過(guò)濾作用的組分CELITE 500和50wt％基質(zhì)組分KADELE1000C混合制成一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，CELITE 500是一種天然硅藻土，滲透率為0.06Da，濕密度為17.0磅每立方英尺(即0.272g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(a)為16.7μm(Celite Corporation Lompoc,California),KADELE1000C是一種聚醚酮(Amoco PreformanceProducts,Alpharetta,Georgia)。在馬弗爐內(nèi)在空氣中在400°F(即200℃)把這種混合物燒結(jié)30分鐘，然后從爐中取出并冷卻到室溫，制成所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
本實(shí)施例先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率為0.13Da，濕密度為19.8磅每立方英尺(即0.317g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(c)為61.1μm，方石英含量小于0.1％。
相比，本實(shí)施例各組分的簡(jiǎn)單混合物的滲透率為0.07Da，濕密度為23.1磅每立方英尺(即0.370g/cm3)，中值顆粒尺寸31.3μm。由于聚醚酮本身的憎水性，通過(guò)優(yōu)選的方法對(duì)滲透率、濕密度和平均顆粒尺寸進(jìn)行可比擬的測(cè)定是不可能的。該制品是優(yōu)異的，其中，熱塑性材料部分滲透進(jìn)入起過(guò)濾作用的氣孔中，從而導(dǎo)致了結(jié)合。因此，本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了各個(gè)介質(zhì)組分不能提供的高度優(yōu)異的性能。
實(shí)施例6硅藻土(85％)+巖棉(15％)在本實(shí)施例中，通過(guò)85wt％起過(guò)濾作用的組分CELITE 500和15wt％基質(zhì)組分研磨的巖棉(USG Interiors,Inc.,Chicago,Illinois)混合制成了一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，CEUTE 500是一種天然硅藻土，滲透率為0.06Da，濕密度為17.0磅每立方英尺(即0.272g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(a)為16.7μm(Celite Corporation Lompoc,California)，研磨的巖棉含有棕色的各向同性的纖維，纖維直徑為5-20μm，長(zhǎng)度為50-300μm，濕密度為69.3磅每平方英尺(即1.11g/cm3)。在馬弗爐內(nèi)在空氣中在1700°F(即930℃)把這種混合物燒結(jié)30分鐘，然后從爐中取出并冷卻到室溫，制成所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率為0.25Da，濕密度為17.8磅每立方英尺(即0.285g/cm3)，方石英含量小于0.1％。
相比，本實(shí)施例各組分的簡(jiǎn)單混合物的滲透率為0.06Da，濕密度為19.5磅每立方英尺(即0.313g/cm3)，中值顆粒尺寸17.6μm。該制品是優(yōu)異的，其中，保持了巖棉的微觀結(jié)構(gòu)特征。因此，本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了各個(gè)介質(zhì)組分不能提供的高度優(yōu)異的性能。
實(shí)施例7硅藻土(95％)+纖維玻璃(5％)在本實(shí)施例中，通過(guò)95wt％起過(guò)濾作用的組分CELITE 500和5wt％基質(zhì)組分隔熱玻璃纖維混合制成一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，CELITE 500是一種天然硅藻土，滲透率為0.06Da，濕密度為17.0磅每立方英尺(即0.272g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(a)為16.7μm(Celite Corporation Lompoc,California)，隔熱玻璃纖維(Oweens-Corning Fiberglass,Toledo,Ohio)為無(wú)色纖維，直徑約5μm，長(zhǎng)度300～700μm。在馬弗爐內(nèi)在空氣中把這種混合物燒結(jié)，并冷卻到室溫，制成所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率為0.09Da，濕密度為16.0磅每立方英尺(即0.256g/cm3)，方石英含量小于0.1％。
該制品的獨(dú)特之處在于保持了玻璃纖維的微觀結(jié)構(gòu)特征。因此，本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了各個(gè)介質(zhì)組分不能提供的高度優(yōu)異的性能。
實(shí)施例8硅藻土(80％)+錫(20％)在本實(shí)施例中，通過(guò)80wt％起過(guò)濾作用的組分CELITE 500和20wt％基質(zhì)組分錫粉混合制成一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，CELITE 500是一種天然硅藻土，滲透率為0.06Da，濕密度為17.0磅每立方英尺(即0.272g/cm3)，中值顆粒尺寸D50(a)為16.7μm(Celite Corporation Lompoc,California)，錫粉(Johnson-Matthey,Ward Hill,Massachusets)小于100目，純度為99.5％。在馬弗爐內(nèi)在空氣中在220℃把這種混合物燒結(jié)30分鐘，然后從爐中取出并冷卻到室溫，制成所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。
本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的滲透率為0.06Da，濕密度為20.8磅每立方英尺(即0.333g/cm3)，方石英含量小于0.3％。
該制品的獨(dú)特之處在于微觀結(jié)構(gòu)分析顯示出小的不透明的顆粒，形狀為球形、橢圓形或帶棱角的，具有金屬光澤，從而保持了錫的特征。因此，本實(shí)施例的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了各個(gè)介質(zhì)組分不能提供的高度優(yōu)異的性能。
F．參考文獻(xiàn)為了更完整地描述本發(fā)明涉及的技術(shù)現(xiàn)狀，下面列出了參考的出版物、專利、和公開專利說(shuō)明書的內(nèi)容。
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權(quán)利要求
1.一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，包括(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的介質(zhì)的滲透率大于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分的簡(jiǎn)單混合物的滲透率，其中，在所說(shuō)的簡(jiǎn)單混合物中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分的比例與制備所說(shuō)的介質(zhì)所用的比例相同。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的介質(zhì)的滲透率比所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分的簡(jiǎn)單混合物的滲透率大5％或更多，其中，在所說(shuō)的簡(jiǎn)單混合物中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分的比例與制備所說(shuō)的介質(zhì)所用的比例相同。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的介質(zhì)的中值顆粒尺寸大于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的中值顆粒直徑和所說(shuō)的基質(zhì)組分的中值顆粒直徑的加權(quán)平均；其中，在計(jì)算所說(shuō)的加權(quán)平均時(shí)，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分的比例與制備所說(shuō)的介質(zhì)所用的比例相同。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的介質(zhì)的中值顆粒直徑比所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的中值顆粒直徑和所說(shuō)的基質(zhì)組分的中值顆粒直徑的加權(quán)平均大5％或更多；在計(jì)算加權(quán)平均時(shí)，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分和所說(shuō)的基質(zhì)組分的比例與制備所說(shuō)的介質(zhì)所用的比例相同。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分包括生物二氧化硅或天然玻璃。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分包括硅藻土、珍珠巖、浮石、黑曜巖、松脂巖或火山灰。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分包括硅藻土、珍珠巖或火山灰。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分包括硅藻土。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括玻璃、結(jié)晶礦物、熱塑性塑料、金屬或金屬合金。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括一種天然玻璃。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括珍珠巖、浮石、黑曜巖、松脂巖或火山灰。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括珍珠巖。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括熔融的珍珠巖。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括一種合成玻璃。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括一種結(jié)晶礦物。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括礦物棉或巖棉。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括一種熱塑性塑料。
19.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括一種具有熱塑性性能的熱固性聚合物。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分包括一種金屬或金屬合金。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求1-20的任一個(gè)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，特點(diǎn)在于方石英含量為1wt％或更少。
22.一種含有一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的組合物，所說(shuō)的介質(zhì)包括(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。
23.一種根據(jù)權(quán)利要求22的組合物，其中，所說(shuō)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)是根據(jù)權(quán)利要求1-21的任一項(xiàng)的介質(zhì)。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求22或23的組合物，其中，所說(shuō)的組合物的形式為粉末、板、棒或?yàn)V筒。
25.一種根據(jù)權(quán)利要求22或23的組合物，其中，所說(shuō)的組合物是整體載體、團(tuán)粒載體、整體基體或團(tuán)?；w的形式的。
26.一種過(guò)濾方法，包括使含有懸浮顆粒的流體通過(guò)隔膜上負(fù)載的過(guò)濾助劑材料，其中，所說(shuō)的過(guò)濾助劑材料包括一種先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，所說(shuō)的介質(zhì)包括(ⅰ)一種起過(guò)濾作用的組分和(ⅱ)一種基質(zhì)組分，其中，所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度，所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上。
27.一種根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中所說(shuō)的過(guò)濾助劑包括一種根據(jù)權(quán)利要求1-21的任一項(xiàng)的先進(jìn)復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，或根據(jù)權(quán)利要求22-24的任一項(xiàng)的組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合過(guò)濾介質(zhì),包括(i)一種起過(guò)濾作用的組分和(ii)一種基質(zhì)組分,其中所說(shuō)的基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度,所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分緊密結(jié)合在所說(shuō)的基質(zhì)組分上;以及這種復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的制備和使用方法。更具體地,本發(fā)明涉及復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)和復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)制品,包括一種具有適用于過(guò)濾的特有的復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)的起過(guò)濾作用的組分,如生物二氧化硅制品(例如硅藻土)或天然玻璃制品(如膨脹珍珠巖),燒結(jié)到一種基質(zhì)組分上,如工程聚合物(例如,玻璃、結(jié)晶礦物、熱塑性塑料和金屬),基質(zhì)組分的軟化溫度低于所說(shuō)的起過(guò)濾作用的組分的軟化溫度。本發(fā)明的復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供了優(yōu)異的性能,如高的滲透率、低的離心濕密度、低方石英含量和獨(dú)特形狀的顆粒(如纖維)。
文檔編號(hào)B01J20/26GK1209079SQ96199962
公開日1999年2月24日 申請(qǐng)日期1996年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月16日
發(fā)明者S·K·帕爾姆, T·R·史密斯, J·C·希尤, J·S·羅爾斯頓 申請(qǐng)人:先進(jìn)礦物公司