CN101903296A - 复合聚合物过滤介质 - Google Patents

复合聚合物过滤介质 Download PDF

Info

Publication number
CN101903296A
CN101903296A CN2008801225382A CN200880122538A CN101903296A CN 101903296 A CN101903296 A CN 101903296A CN 2008801225382 A CN2008801225382 A CN 2008801225382A CN 200880122538 A CN200880122538 A CN 200880122538A CN 101903296 A CN101903296 A CN 101903296A
Authority
CN
China
Prior art keywords
filter substrate
particle
functional polymer
maptac
polymeric binder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2008801225382A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101903296B (zh
Inventor
格克汗·库鲁奇
玛乔丽·布霍尔茨
托德·E·阿诺德
罗伯特·T·小菲茨西蒙斯
卡纳安·塞莎德里
史蒂文·M·海尔曼
安德鲁·W·雷宾斯
凯瑟琳·A·博托夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Publication of CN101903296A publication Critical patent/CN101903296A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101903296B publication Critical patent/CN101903296B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1638—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being particulate
    • B01D39/1653—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being particulate of synthetic origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/2803—Sorbents comprising a binder, e.g. for forming aggregated, agglomerated or granulated products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/281—Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
    • B01J20/282—Porous sorbents
    • B01J20/285—Porous sorbents based on polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/08—Special characteristics of binders
    • B01D2239/086—Binders between particles or fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/50—Aspects relating to the use of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/58—Use in a single column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
    • B01J2220/50—Aspects relating to the use of sorbent or filter aid materials
    • B01J2220/66—Other type of housings or containers not covered by B01J2220/58 - B01J2220/64
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/34—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
    • C02F2103/343—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the pharmaceutical industry, e.g. containing antibiotics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明提供一种利用官能聚合物颗粒的过滤介质、过滤基质和用于液体纯化的过滤系统。所述官能聚合物颗粒可具有阳离子电荷。所述官能聚合物颗粒的例子包括与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)。

Description

复合聚合物过滤介质
技术领域
本公开涉及过滤器介质和基质。更具体地讲，本公开提供联合官能聚合物颗粒和聚合物粘结剂形成的用于水过滤系统的过滤器基质。
背景技术
流体过滤可通过多种技术完成，通常由一种或多种污染物或颗粒(目标除去物、减少物、捕获物或分离物)来决定过滤技术的选择。
颗粒最好通过被称为深层过滤的方法除去。过滤器将任何污物或沉淀物收集并容纳在其基质内。以分子水平存在的溶解态有机污染物或其他生物污染物可通过吸附除去；或者在矿物质和金属的情况中，通过离子交换除去。蛋白可通过IEX或亲和色谱法除去。也可通过螯合法将金属除去。极小的污染物(包括小到亚微米级的微生物)通常要求某种形式的膜技术，其中，膜中的孔隙被构造为小于目标污染物；或者可以通过某种方式将它们灭活。
常规上，用于深层过滤的技术使用硅藻土、炭或其他吸附剂或吸收剂与纤维素和电荷调节树脂材料以制备过滤基质。然而，这样构造的材料可受到痕量金属、生物负载(bioburden)(细菌、真菌等)、菌体细胞毒素和β-葡聚糖的不同程度的污染。在制药工业中，(例如)这种污染物的存在会造成一定的问题。例如，可能会存在β-葡聚糖，从而可能会导致鲎变形细胞溶解物(LAL)试验中内毒素呈假阳性。为了解决组合物材料的脱落或冲散(flush out)的问题，向过滤基质中引入了湿强树脂，从而赋予纤维素基介质拉伸强度、并使过滤基质带有净正电荷。在一些情况中，这些树脂需要(例如)加入额外化学品、树脂、缓冲剂、溶剂或施加热量的活化步骤。湿强树脂的使用增加了在使用前冲洗介质的处理步骤，这一步骤可减少或消除残留物、未粘结的树脂、降低树脂/交联化学和用以将树脂粘结至介质基质上的反应条件的灵敏度。
此外，不同批次的天然硅藻土的质量并不一致。另外，使用硅藻土可造成无效和使用过多的资源，这是因为活化硅藻土的常规工艺通常使用大量的水，并且过滤器的制备需要进行介质板的模切，从而导致产生大量的无用介质。
关于颗粒的捕获和分离，通常采用填充床色谱柱(packed bed chromatography column)。在结合和洗脱色谱中，所需种类物质被吸附，然后通过改变pH和/或盐摩尔浓度以将其回收。在流通色谱中，诸如DNA或宿主细胞蛋白(HCP)被捕获，而产物或目标蛋白则流过色谱柱。色谱法被普遍用于生物处理中，其中产品纯化成本高昂。未经处理的产品通常在最终发酵液中的滴度远远低于1％。用于这些工艺中的常见色谱法包括离子交换色谱法、诸如蛋白A之类的配体吸附剂色谱法、或疏水相互作用色谱法。
然而，填充床色谱受到制造环境方面的若干限制。压力降限制将床深层限定为20cm至30cm。随着批量的加大以及发酵时产品滴度的增加，需要越来越宽的色谱柱以提供足够的容量。一些色谱柱的宽度增至150cm至200cm，这不断突破填充这种大容量色谱柱并确保流量分配和填充密度均匀一致的极限。填充柱色谱还具有流量低、难于清洗、以及需要加以保护以免受供入液料中颗粒对其的损害等缺点。
人们一直在研究填充床色谱的替代技术。批量吸附(在批量吸附中，将色谱颗粒与进料在搅拌罐内混合)是不实用和效率低的、并且搅拌叶轮会损坏颗粒。色谱膜封装在常规过滤芯中，尽管可提供足够大的流量和压力降特性，但是其粘结容量(binding capacity)有限。低容量限制了目前的膜色谱产物用于诸如最终精细纯化(其中会存在极小量的污染物)之类的应用中。
人们越来越需要改善的过滤介质，这种过滤介质具有更高的容量以及更低的压力降。人们还需要在提供改善的过滤介质的同时，能够减少与制造工艺相关的废物。对于深层过滤介质基质(如块、垫、板和其他形式的基质)，人们还需要这样一种基质，使得噬菌体、病毒或细菌的减少不会受到过滤器介质基质的孔径或孔径分布的影响；尤其是当过滤器介质基质的孔特性不能有效降低诸如胞囊之类的大尺寸微生物时更是如此。还需要提供具有更高的流量、效率以及粘结容量的色谱柱。
发明概述
提供利用官能聚合物颗粒的过滤介质、基质以及用于液体纯化的系统。在一个方面，提供用以除去污染物的过滤基质，其包含官能聚合物颗粒以及聚合物粘结剂。在一个实施方案中，官能聚合物颗粒具有正电荷。在另一实施方案中，官能聚合物颗粒具有负电荷。在详细的实施方案中，其中官能聚合物颗粒包含聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)和占所述颗粒至少15重量％的量的交联剂。在另一详细的实施方案中，官能聚合物颗粒包含与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)。另外的实施方案提供三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)的比例在95∶5到15∶85的范围内。一个或多个实施方案提供与不含任何官能聚合物颗粒的对比过滤基质相比，该过滤基质能有效提供增大的电荷容量。
在一个或多个实施方案中，过滤基质基本不含天然的过滤材料。在这些实施方案中，官能聚合物颗粒的含量为所述基质的至少10重量％。另一方面，过滤基质的一些实施方案含有至多40重量％的天然过滤材料。在这些实施方案中，滤基质包含至多约5重量％的官能聚合物，并且能有效提供比对比过滤基质的电荷容量至少大3倍的电荷容量。
在另外的实施方案中，聚合物粘结剂包含聚乙烯。在特定实施方案中，聚乙烯包含超高分子量聚乙烯。在其他实施方案中，聚合物粘结剂包含具有不规则的、褶皱表面的颗粒。
另一方面提供了这样的过滤基质，该过滤基质包含与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)的沉淀聚合物以及聚合物粘结剂，该聚合物粘结剂包含具有不规则的、褶皱表面的颗粒。在一个或多个实施方案中，具有不规则的、褶皱表面的颗粒由超高分子量聚乙烯形成。在其他实施方案中，聚合物粘结剂还包含基本上为球形的颗粒。在一个详细的实施方案中，具有不规则的、褶皱表面的颗粒与基本上为球形的颗粒之间的比例在1∶1到10∶1的范围内。在另一实施方案中，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)与[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)的比在95∶5到15∶85的范围内。在另一实施方案中，含有10重量％到60重量％的沉淀聚合物，并且聚合物粘结剂的含量在40重量％到90重量％的范围内。
在另一方面中，提供了这样的过滤系统，该过滤系统包含由官能聚合物颗粒和聚合物粘结剂形成的过滤基质、包围所述过滤基质的壳体、流体入口、和流体出口。在一个详细的实施方案中，官能聚合物颗粒包含与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)。在一个实施方案中，聚合物粘结剂包含超高分子量聚乙烯颗粒，该颗粒具有不规则的、褶皱表面。在另一实施方案中，聚合物粘结剂包括由聚乙二醇和聚醚砜形成的滤膜。
其他方面提供了过滤方法，该过滤方法包括将流体与过滤基质接触，所述过滤基质包含官能聚合物颗粒和聚合物粘结剂。在一个实施方案中，过滤基质的厚度在3至100mm的范围内。在一个实施方案中，该方法还包括将所述的过滤基质放置在深层过滤系统中。在其他实施方案中，该方法还包括将所述过滤基质放置在色谱系统中。在另一实施方案中，过滤基质与不含任何官能聚合物颗粒的对比过滤基质相比，具有增大的电荷容量。在其他实施方案中，当生物分子以10％穿透时，所述过滤基质具有为至少35mg/ml的穿透容量。
其他方面包括制备过滤系统的方法，该方法包括：提供官能聚合物颗粒；将聚合物粘结剂与所述官能聚合物颗粒接触，以形成介质混合物；将该介质混合物加热以形成过滤基质；并将该过滤基质插入壳体中以形成所述的过滤系统。某些方法还包括向所述介质混合物中加入一种或多种天然材料。在一个或多个实施方案中，通过制备含有占所述颗粒至少15重量％的交联剂的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)的沉淀聚合物，来提供所述的官能聚合物颗粒。在一个详细的实施方案中，由[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合来制备所述的官能聚合物颗粒，所述TMPTMA与MAPTAC的比在95∶5到15∶85的范围内。
发明详述
提供了含有官能聚合物颗粒的过滤介质和基质(例如，由沉淀聚合物形成的过滤介质和基质)，并且提供了制备及使用这些过滤介质和基质的方法。由于官能聚合物颗粒无需对其他材料(如天然材料)进行加工以赋予其以官能性(对其电荷进行调节)，因此官能聚合物颗粒是有用的。由于沉淀聚合物纯度高并且容易加工，因此沉淀聚合物是有利的。包含诸如沉淀聚合物之类的官能聚合物颗粒的过滤器介质可用于制备(例如)高度充电的深层过滤器介质以及整体柱制品。本发明的方面包括利用合成材料和/或一些天然材料来制备过滤介质，这种过滤介质使用了一种或多种沉淀聚合物作为复合材料中的一种材料。这种介质旨在提供高容量、高产量(throughput)、以及低杂质含量。
官能聚合物颗粒的使用减少或消除了电荷/粘结改性树脂及其所伴随的交联剂的使用需求。此外，可减少由地下开采出的、或者由天然材料制得的吸附剂在过滤介质中的使用量。另外，通过使用微米大小的聚乙烯颗粒，也可将纤维素从过滤基质中除去。在一个或多个实施方案中，全合成深层过滤器基质可包含低分子量聚乙烯、高分子量聚乙烯、极高分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯、或其组合。与所含介质组分由天然材料得到的过滤器相比，全合成过滤器更为洁净，其所需的冲洗体积(flush out volume)更少。此外，还可对沉淀聚合物进行设计，以使其具有所需的电荷量或所选的官能团。这样，可通过更好地利用整体结构并控制所需过滤液和不需要的过滤物从而可达到更高的过滤效率。除了深层过滤器外，还可将沉淀聚合物引入塑料中，以增加或提高膜/其他结构体的电荷，或者使膜结构体官能化。也可将沉淀聚合物用于色谱的整体块(monolithic block)中，以除去(例如)带负电的杂质，如生物反应器的澄清细胞培养基肉汤中的DNA或者HCP。
由含有沉淀聚合物的介质制成的过滤器可以用作独立的过滤器或者作为预过滤器以保护下游膜过滤器或分离技术。
术语“官能聚合物颗粒”包括由一种或多种聚合物形成的颗粒，所述聚合物具有适于处理流体(例如水)的功能。合适的功能涉及从流体中移除、降低和/或获取污染物。例如，所述颗粒可以是(不仅限于)阳离子性、阴离子性、亲水性、疏水性、选择吸收性和/或选择吸附性的。在“混合模式”中，可以结合使用离子交换和疏水相互作用(HIC)功能。官能聚合物颗粒也可以用作除去金属的螯合剂。
术语“沉淀聚合物”(也称为“ppt聚合物”)包括在沉淀聚合反应中形成的聚合物。所述聚合反应是这样一种反应，其中形成的聚合物不溶于其本身的单体或特定的单体-溶剂组合，因此在其形成时就会沉淀。如果形成，所述沉淀聚合物可具有适于处理水的功能。
合适的单体(其可以单独或组合使用)包括实质上任何可自由基聚合的单体，所述单体还能够通过疏水、亲水、氢键、静电作用或者上述相互作用的组合来与目标溶质相互作用。可用的疏水相互作用的单体包括丙烯酸类，例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸十二烷基酯。可用的亲水相互作用的单体包括N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、以及单羟基聚乙二醇丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。可用的能够形成氢键相互作用的单体包括甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺和2-羟乙基甲基丙烯酸酯。静电相互作用的单体包括：
1)带正电荷的强碱性阴离子交换单体，例如，[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵(MAPTAC)、[3-(丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵(APTAC)和4-乙烯基苄基三甲基氯化鏻；
2)带正电荷的弱碱性阴离子交换单体，例如，3-(N-异丙基氨基)丙基甲基丙烯酰胺；
3)带负电荷的强酸性阳离子交换单体，例如，4-乙烯基苯磺酸钠和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠(AMPS，钠盐)；以及
4)带负电荷的弱酸性阳离子交换单体，例如，丙烯酸四甲基铵。
MAPTAC和AMPS是本公开的两种实施方案。MAPTAC具有大概约220.5g/mol的分子量(如，在约220g/mol至约221g/mol范围内)。在分子量足够低时，均MAPTAC为水溶性的。因此，在一个或多个实施方案中，通常至少约15重量％的交联剂与MAPTAC同时使用。
合适的交联单体包括其中含有一个以上可自由基聚合的基团的单体。可用于本发明的衍生自丙烯酸和甲基丙烯酸的聚烯键式不饱和单体包括：三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、1，4-丁烷二甲基丙烯酸酯、和乙二醇二甲基丙烯酸酯。可用于本发明的聚烯键式不饱和酰胺单体包括亚甲基双(丙烯酰胺)(MBA)、亚甲基双(甲基丙烯酰胺)、和N，N′-二甲基丙烯酰基-1，2-乙二胺。TMPTMA和MBA是本公开的两种实施方案。TMPTMA具有大概约338.4g/mol的分子量。
在一个或多个实施方案中，所述官能聚合物颗粒(例如沉淀聚合物)的表面具有附着其上的接枝种类的物质。材料接枝到所述沉淀聚合物的表面上常会导致沉淀聚合物的表面性能或反应性发生变化。接枝到所述沉淀聚合物的表面的材料通常为单体(例如接枝单体)。接枝单体通常具有(a)可自由基聚合的基团、和(b)其上至少一个附加官能团。可自由基聚合的基团通常为烯键式不饱和基团，如(甲基)丙烯酰基或乙烯基。当暴露于电子束时，可自由基聚合的基团通常能够与所述沉淀聚合物的表面发生反应。即，在γ辐射光束存在下，接枝单体的可自由基聚合的基团与所述沉淀聚合物反应，从而形成官能化聚合物颗粒。一种或多种接枝单体可以接枝到所述沉积聚合物的空隙或外表面上，以改变所得官能化基材的表面性能。
相互作用的单体和交联单体的比例通常分别为5∶95至85∶15(重量份)。通常，颗粒床体积(mL/g)和表面积(m2/g)随着交联单体浓度的增大而增大。这些参数在装置建造和性能中很重要，通常需要综合考虑，即，较低的颗粒床体积(较高的颗粒密度)可用于最大限度的减少灰尘以及操作，而较高的表面积通常通过目标溶质来提供更多接触以及增大相互作用基团的浓度。这些性能可以通过合适的配制来合适地优化。
术语AIBN是指2，2′-偶氮二异丁腈，其分子量为约192.3g/mol，其为所述沉淀聚合反应的示例性引发剂。
本文所用“过滤装置”是指在流体流过该装置时从流体(例如，水)中除去或者分离一种或多种污染物的装置。这种装置通常包含过滤基质和壳体。所用术语“深层过滤器”包含根据表面过滤器的物理原理的过滤器，即，能够从流体中分离出具有特定物理性质(例如，尺寸或电荷)的材料，以及能够将物质俘获并保留在其过滤基质中。厚度过滤器具有达到一定厚度的过滤介质，例如，在1/8至0.3英寸(3至7.6mm)。所述厚度过滤器的厚度形成具有弯道的三维基质。例如，可通过如吸附(由于静电或其它物理-化学相互作用的颗粒结合)和机械筛分(通过小尺寸孔来捕获颗粒)相结合的方式从流体中分离灰尘颗粒。所用基质厚度是指流体路径长度，即，流体从基质入口流至其出口的最短距离。
所用“天然的过滤材料”包括那些从地层中开采的或由天然材料形成的适合于过滤流体的材料。这些材料包括硅藻土(即硅藻起源的具有脆性灰尘样硅石的土)、珍珠岩、云母、硅胶、活性炭、石棉、分子筛、粘土、Avicel(微晶纤维素)、甲壳质、壳聚糖、丝胶蛋白等。大多数情况下，这些吸附颗粒的直径为小于10微米。硅质材料(例如硅藻土或珍珠岩)是常用的。另外，众所周知，吸附颗粒材料可以浸渍在其他化学物质中以提供或提高选择性吸附特性。所用基本上不含天然的过滤材料的基质中包含不超过5重量％的所述天然材料。
术语“吸附介质”包含具有可以通过不同的吸附机理吸附颗粒或其它分子种类的能力的材料(称为“吸附剂”)。例如，这些介质可以为球形小丸、棒状、纤维、模制颗粒、或者流体动力学直径为约0.01至10mm的块等形式。如果该介质为多孔的，则有利于形成较高的裸露的表面积和较高的吸附能力。所述吸附剂可以具有微孔和大孔相结合的结构，从而可以快速传送颗粒并降低流阻。所用“对比过滤介质”是指不使用本文公开的官能聚合物颗粒材料所形成的介质。
“过滤基质”是指由功能性颗粒组成的过滤元件，所述功能性颗粒与粘合剂或骨架结合形成复合形状。所述粘合剂可以是任何能够使所述功能性颗粒粘合在一起并形成复合形状的材料。优选地，所述粘合剂材料为热塑性聚合材料，例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。如果需要的话，可以按照美国专利No.6,878,419和No.7,125,603中提供的方法对所述粘合剂材料进行等离子处理，其内容通过引用的方式并入本文。粘合剂材料的进一步处理包括用抗菌剂进行处理。在一个例中，所述抗菌剂为3-三甲氧基甲硅烷基丙基二甲基十八烷基氯化铵(得自位于美国密歇根州米德兰市Aegis公司，商品名称为AEM5700)形式的有机硅季铵盐化合物。所用“对比过滤基质”是指不含本发明提供的官能聚合物颗粒的对比过滤基质。
术语“UHMW PE”是指具有如Hughes等人共有的美国专利No.7,112,280中所描述的分子量的超高分子量聚乙烯，该专利公开的内容通过引用的方式全部并入本文。
术语“UHMW PE”是具有(例如)低于750,000的分子量的高分子量聚乙烯。
所用“褶皱”UHMW PE包含具有单一形态的颗粒，就像爆米花，其中，所述颗粒本身是穿孔的，而且，与基本上呈球形的颗粒相比，由于其不规则和褶皱因而具有较高的表面积。褶皱的UHMW PE颗粒具有(例如)弯曲的和不规则的表面脊、谷、孔、凹陷和凸起。UHMW PE可包含不同尺寸的颗粒，例如35μm至110μm。使用较大颗粒尺寸的褶皱的UHMW PE可以形成更开放的过滤介质。
所用“球形”UHMW PE包含名义上为球形的颗粒。这样的颗粒可包含不同尺寸的颗粒，例如60μm。
详细的实施方案表明所述聚合物粘合剂包含超高分子量聚乙烯。其它实施方案表明所述聚合物粘合剂还包含具有一般球形、非多孔结构的颗粒。在具体的实施方案中，所述具有不规则，褶皱的表面的颗粒的平均粒度为10至120(或者20-50、或者甚至30-40)微米。其它具体实施方案表明所述具有一般球形、非多孔结构的颗粒的平均粒度为10至100(或者20-80，或者甚至30-65)微米。所用“小的”褶皱的颗粒包含粒度为30微米并且密度为0.25g/cc的颗粒。所用“大的”褶皱的颗粒包含粒度为120微米并且密度为0.23g/cc的颗粒。所用“小的”球形颗粒包含粒度为60微米并且密度为0.45g/cc的颗粒。
术语“流体和/或液体”是指能够通过复合炭块过滤器进行处理的任何流体和/或液体，包括(但不限于)：饮用水、非饮用水、工业液体和/或流体、或能够通过过滤装置进行处理的任何液体和/或流体。
术语“污染物”是指流体中对流体、或后续的加工、或流体的使用有有害影响的物质或物体。
术语“分离”是指通过使流体流动穿过多孔结构来从流体中去除污染物的方法。
术语“电动吸附”包括当微粒状物质(被称为“被吸附物质”)在库仑引力或其它静电相互作用下聚集在固体或液体(较少见)(被称为“吸附剂”)的表面上，从而形成分子或原子膜的过程。
所用“原生质”包括分子，例如活细胞的组分或产物的微生物分子，其包含如蛋白(包含CHOP和HCP)、碳水化合物、类脂、病毒、支原质体、细胞、细胞碎片、内毒素、和核酸(如DNA和RNA)。
长期以来，对这些材料的检验和定量分析、以及分离和纯化一直是研究者的目的。检验和定量分析在诊断上非常重要，例如，作为各种生理情况(如疾病)的指示剂。微生物分子的分离和纯化对治疗目的(例如，在给缺乏某种特定微生物的病人治疗时，或者利用微生物作为某些药物的载体时)和生物医学研究来说是非常重要的。微生物分子，例如酶是一种能够催化化学反应的蛋白，其还可以用于工业生产中；酶可以被分离、纯化，然后应用于增甜剂、抗生素和多种有机化合物例如乙醇、乙酸、赖氨酸、天冬氨酸和生物有用的产品如抗体和类固醇的生产。所用“CHOP”是指中国仓鼠卵巢蛋白，其是指哺乳动物的细胞碎片。HCP是指宿主细胞蛋白，其通常是与细菌培养相关。
除非另有说明，否则在本说明书和所附的权利要求书中用于表示成分的量、性质(例如，分子量、反应条件)等的所有的数字，在所有情况下都应理解为以术语“约”来修饰。因此，除非做出相反说明，否则在上述说明书和所附的权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可以随着采用本发明试图获得的理想性质的不同而加以改变。最起码是，并不试图对权利要求书范围的等同原则的应用进行限制，各个数字参数应该至少被看作是根据所报告的有效数字的数值并通过使用常规四舍五入方法而得到的。
尽管在本发明的较宽范围中所列举的数值范围和参数设定都是近似值，但是在具体例子中所列的数值都报告得尽可能精确。然而，由于各种检测方法都存在标准偏差，使得任何数值必然都含有一定的误差。
例子
例1
按照下列方式制备沉淀聚合物以提供标称交联剂与官能单体的重量比为30∶70的聚合物。将下列量的物质在装配有机械搅拌器、冷凝器、氮气进口、加料漏斗、热电偶、加热罩和温度控制器的3L裂化树脂烧瓶中混合：作为交联剂的9.9克三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、作为官能单体的46.2克[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)在水中的50％的溶液和267mL的异丙醇(IPA)。将混合物加热至60℃。以约1lpm(升/分钟)的流量进行氮气吹扫。在混合物达到60℃后，向烧瓶中加入第一量的0.42g的2，2’-偶氮二异丁腈(AIBN)和5mL的IPA冲洗液，并将氮气流量降至0.2lpm。由于反应混合物变稠，因此加入约500mL的量的IPA以在约1个小时内控制粘度。在加入第一量的AIBN三小时后，向烧瓶中加入第二量的0.21g的AIBN和5mL的IPA冲洗液。在三小时后，将材料冷却并通过烧结玻璃漏斗过滤以获得聚合物颗粒。在漏斗中，使用IPA洗涤颗粒一次，并使用丙酮洗涤三次(每次使用500mL的量)。将颗粒在rotovap上干燥，然后在真空烘箱(约30英寸Hg和80℃)中过夜。
间胺黄是具有负电荷并能够进行分光光度法分析以量化性能的染料。染料上的负电荷是(例如)生物制药下游中的DNA和宿主细胞蛋白靶杂质溶质的良好模型。根据下列测试方法(称为8ppm MY测试法)，该沉淀聚合物的间胺黄(MY)染料容量为62.5mg/g。将0.100g的TMPTMA/MAPTAC沉淀聚合物样品封闭在47mm的壳体在上部(housing atop)的配衡玻璃过滤器中。使1升的8ppm、pH为7的缓冲间胺黄染料(在430nm处的初始吸光度为0.415)通过蠕动泵、以30mL/min通过所述样品循环1小时。将0.088的最终吸光度读数用于计算62.5mg/g容量。根据8ppm MY测试法，比较电荷处理的硅藻土的间胺黄染料容量为约15mg/g。将0.1260g的处理后的硅藻土样品封闭在47的壳体在上部的配衡玻璃过滤器中。使1升的8ppm、pH为7的缓冲间胺黄染料(在430nm处的初始吸光度为0.402)通过蠕动泵、以30mL/min通过所述样品循环1小时。将0.307的最终吸光度读数用于计算15mg/g容量。
例2
使用根据例1制备的沉淀聚合物来制备过滤垫。过滤垫的组成以重量％计有：50％硅藻土(DE)；26.7％的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，其具有褶皱并且标称尺寸为35μm的颗粒(PMX1)；13.3％的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)，其具有褶皱(PMX2)并且标称尺寸为60μm的颗粒(PMX2)；和10％的沉淀聚合物(ppt聚合物)。
UHMW PE褶皱和UHMW PE球形的比例为2。该组合物在160℃下模制45分钟。
将两个过滤垫在60ppm MY浓度下通过至1/2初始吸光度来进行测试，30mL/min，pH 7，均导致约149mg/g的容量。使用120ppmMY浓度法测试第三过滤垫，从而导致约161mg/g的容量。
例3比较例
在没有沉淀聚合物的情况下制备比较过滤垫。过滤垫具有表1中所示的以重量％计的组成，其使用硅藻土(DE)、具有褶皱(PMX1)并且标称尺寸35μm的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)、具有颗粒球形形状(PMX2)并且标称尺寸60μm的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的材料，可任选地超高分子量聚乙烯具有褶皱并且标称尺寸23μm的(X143)的颗粒。将组合物在160℃下模制45分钟。也示出每个组合物的平均间胺黄染料容量。根据60ppm MY测试方法进行下列测试：对各模制盘进行称重，密封到47mm壳体中，以30mL/min流动300mL pH为7的缓冲液，然后流动60ppm的pH为7的缓冲间胺黄染料至1/2初始分光光度法吸光度的端点。
表1
DE％ PAX1％ PAX2％ PAX1/PAX2的比 X143％   平均间胺黄染料容量
  3-A   50   33.3   16.7   2   0   28
  3-B   50   26.7   13.3   2   10   25
例4
在根据例1的沉淀聚合物来制备全合成过滤垫。过滤垫具有表2中所示的以重量％计的组成，具有褶皱(PMX1)并且标称尺寸35μm的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)、具有颗粒球形形状(PMX2)并且标称尺寸60μm的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)的材料，高分子量的聚乙烯(HMW PE)(FA700)和沉淀聚合物(ppt聚合物)。将组合物在160℃下模制45分钟。也示出组合物的平均间胺黄染料容量。
表2
PMX1％ PMX2％ PAX1/PAX2的比 FA700％ Ppt％聚合物(30∶70)   平均间胺黄染料容量
  4-A   41.7   8.3   5   30   20   172a
  4-B   41.7   8.3   5   25   25   267b
  4-C   33.3   16.7   2   20   30   278b
  4-D   33.3   6.7   5   30   60   307b
  4-E   0   0   0   60   40   369a
a自60ppm MY流过开始测量，直至1/2的初始吸光度，流速30mL/min，pH 7。
b自120ppm MY流过开始测量，直至1/2的初始吸光度，流速30mL/min，pH 7。
例5
按照例1来制备沉淀聚合物，不同之处在于提供不同比例TMPTMA交联剂和MAPTAC单体。如下来制备全合成过滤垫：使用这些沉淀聚合物但不使用PE，将各成分依照表3所示百分比所对应的用量加入到Waring家用混合器中，混合30秒，用抹刀将各成分敲下并再次掺混30秒。用匙子将所得混合物舀入铝制模具的空腔中，用直尺的边缘来将过量的混合物除去，并敲击该空腔的另一端20秒，将空腔再次填满，像以前一样用直尺抹平并再次敲击30秒。依次重复填满、抹平和敲击步骤，共重复三次。然后将模具放置到已预热到160摄氏度的加热炉中，放置45分钟，直到该加热炉再次恢复了它的温度的。以重量百分比计，该过滤垫的组成为：45.8％的标称大小为35μm的褶皱的超高分子量的聚乙烯(UHMW PE)(PMX1)、9.2％的标称大小为60μm的球形的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)、15％的高分子量聚乙烯(HMW PE)和30％的所述沉淀聚合物(ppt聚合物)。交联剂与单体的比例如表3所示，在各样品之间有所变化。将所述各组合物在160摄氏度下模制45分钟。该表中还示出了各组合物的平均间胺黄染料容量和BET表面积。用120ppm、pH 7的缓冲间胺黄染料按如上所述来进行间胺黄的测量。
表3
  Ppt聚合物比例交联剂∶单体   平均间胺黄染料容量  BET表面积，m2/g
  5-A   30∶70   330   20
  5-B   40∶60   280   45
  5-C   50∶50   245   110
  5-D   60∶40   200   150
  5-E   70∶30   110   225
例6
对比例
使用60ppm MY浓度测量对比过滤垫的间胺黄染料容量，该对比过滤垫具有两层分级密度。其平均间胺黄染料容量为约6.3。
例7
测量
如0.2微米保护膜所示范的那样，用糖蜜作为污染物，测量例2和3的过滤垫的产量和对污染物的去除效率，使用3g/L糖蜜，以流速15mL/min使之通过47mm的过滤盘，以此来进行测量。该测量系统包括位于该膜前面的存在于另一个壳体内的深层过滤器。当该系统的压差达到25psid时，记录膜端部的压力。
表4
系统的总产量，mL   膜的压力上升2psi时的产量，mL 膜端压力，psid
  2   1580   1560   6
  3-A   1668   1157   24
  3-B   535   247   25
与没有使用沉淀聚合物的例3的过滤垫相比，具有沉淀聚合物的例2的过滤垫显示出得以改善的能力，其保持了较低的跨膜的压力降。总之，与例3的过滤垫相比，例2的过滤垫在膜压上升了2psi时能够提供较大的产量。
如上所述使用糖蜜来测量例5和6的过滤垫。
表5
  系统的总产量，mL   膜的压力上升2psi时的产量，mL 膜端压力，psid
  5-A   727   727   1.8
  5-B   3045   3045   1.85
  5-C   3038   1235   10.9
  5-D   2421   813   16.5
  5-E   2664   1498   17.3
  未保护的0.2微米的PES膜 70 29.5 24
例8A
使用根据1的沉淀聚合物来制备聚合物膜。按照形成该膜的材料的重量百分含量，该膜的组成为0.7％的沉淀聚合物、69.0％的聚乙二醇(PEG400)、13.8％的聚醚砜(PES)、和16.5％的N-甲基吡咯烷酮(也称为1-甲基-吡咯烷酮，NMP)。该膜以本领域技术人员已知的方式来制备。
根据上述8ppm MY测量法，如此形成的该聚合物膜的间胺黄染料容量为大约26mg/g。将由上述组合物制备的、称重了的47mm膜盘放置于47mm的壳体中，使1升的8ppm、pH为7的缓冲间胺黄染料(在430nm处的初始吸光度为0.423)通过蠕动泵、以30mL/min循环通过所述样品1小时。将0.299的最终吸光度读数用于计算约26mg/g容量。
例8B
使用根据例1的沉淀聚合物来制备聚合物微珠和纤维的混合物。使用按重量百分比计具有如下组成的组合物(0.7％的沉淀聚合物、69.0％的聚乙二醇(PEG400)、13.8％的聚醚砜(PES)、和16.5％的N-甲基吡咯烷酮(也称为1-甲基-吡咯烷酮，NMP))，将该组合物泵压穿过小直径的管，使之进入里面盛有8盎司水的家用混合物容器中。在搅拌混合器的同时，使混合器中的水的水面和小直径管的端部之间存在约4英寸的空气间隙。当所述组合物掉入水时，由于混合器中的水的旋转作用，就形成了小的纤维，然后再被混合器的搅拌叶片切割成细小的颗粒。由于组合物与水接触时发生的淬火冷却作用，形成了纤维和颗粒。在另一个试验中，使混合器停止，并向混合器中加入更多的水，以使混合器中的水的水面和管的端部之间存在的空气间隙为约2英寸。观察到，受淬火冷却的组合物形成的具有短尾巴的水滴形状的颗粒(在该试验中，混合器的叶片不旋转)。通过将所得微珠置于47mm的位于配衡滤器的顶部的壳体中，并使8ppm的间胺黄以30ml/min的速度循环流过该微珠1小时，测得这些微珠的容量为13.07mg/g。
例8C
使用例1的沉淀聚合物来制备长的聚合物纤维。使用与例8B中的组合物相同的组合物，所制得的纤维看来具有空腔。如下来制备该纤维：将该组合物泵压穿过小直径的管，使之进入里面盛有8盎司静止水的家用混合器的容器中，所述水的水面和管的端部之间存在约6英寸的空气间隙。当所述组合物由于重力作用从管的端部掉入淬火冷却水中时，用喷雾器在组合物掉入水中的时候用水对它进行喷雾。如此形成的长纤维看起来具有空腔。
例9
对比例
制备不含有沉淀聚合物的聚合物膜，以重量百分比计，其具有如下组成：69.5％的聚乙二醇(PEG400)、13.9％的聚醚砜(PES)、和16.6％的N-甲基吡咯烷酮(也称为1-甲基-吡咯烷酮，NMP)。
该对比聚合物膜的间胺黄染料容量为约2mg/g，其是按照上述8ppm法进行测量得到的。
例10
将根据例1制备的沉淀聚合物加入用于具有天然材料的常规深层过滤器的配方中，以制得改良的深层过滤器。该改良的深层过滤器具有如下成分：23％的Kamloops(一种经漂白的软木Kraft纸浆)、9％高度精制的漂白软木Kraft纸浆、58％的硅藻土，和10％的沉淀聚合物。这种过滤器的间胺黄染料容量为约86.7mg/g。该间胺黄测量是按照120ppm法进行的，其中使120ppm的间胺黄以30ml/min的流速穿过该过滤材料，直到测量终点--吸光度达到1/2的初始吸光度时。作为对比，不具有10％沉淀聚合物的而含有68％硅藻土(该硅藻土是利用季胺和交联剂改性过的)的常规深层过滤器，其装载量为10.98mg/g。
例11
将6.0克实施例1的沉淀聚合物(该沉淀聚合物的MAPTAC∶TMPTMA比值为30∶70)与12.33克PMX1以及1.67克PMX2骨架聚合物混合。随后将这些粉末在韦林氏捣切器中混合一分钟。用PTFE脱模机剂喷雾对铝制模具进行处理以防止发生粘模，其中铝制模具具有直径为3.52mm、深度为6mm的空腔。使用约13克粉末混合物，将该粉末混合物再次填入模具中。在填充操作中，敲击模具30秒钟，并用稍小于模具空腔的圆柱体挤压粉末，以除去空隙。
在模具组件上固定上盖子，并将该组件在177℃的炉内放置1小时(从温度恢复至设定温度时开始计时)。将模具移出炉子并冷却至室温。所得盘状物的平均直径为48.5mm、厚度为5.5mm。盘状物的平均重量为3.7克。
随后将所得盘状物进行两种不同的测试。首先，将盘状物置于固定架(holder)上，并用高纯度水(18.2MΩ-cm)对其进行冲洗。将部分水取样并进行总有机碳(TOC)分析分析，以测定将可提取水平降低至低于0.5ppm所需的冲洗量(level of flushing)。在第一轮测试中，在以11mL/分钟的流速冲洗约10分钟后，TOC＜0.5ppm。在第二轮测试中，在以相同的流速冲洗15分钟后，TOC＜0.5ppm。
在冲洗后，用1.02mg/mL的BSA溶液(Sigma Aldrich A3294-50G溶解于10m M的3-[N-吗啡啉]丙磺酸(MOPS)缓冲剂中，pH＝8.0)对各盘进行测试。溶液的供入流速为13.1mL/分钟，该流速大约为2个床体积/分钟。利用配备有流动池和吸液系统(sipper system)的Agilent 8453UV/vis光谱光度计对流出物进行监测，监测280nm处的峰。一个示例性盘状物可使144mL溶液流过达到10％的穿透容量，这对于15.7mg BSA/cm3的动态结合能力是足够的。
例12
将6克按50∶50的MAPTAC∶MBA(N，N’-亚甲基双丙烯酰胺)配制的沉淀聚合物与11.75克PMX1和2.25克PMX2骨架聚合物混合。按照例11的描述制备过滤盘。
用10升蒸馏水冲洗10”的过滤柱进行等量的冲洗后，该冲洗可提取物的实验的结果表明，该过滤盘具有低于1.0ppm的TOC。
用溶于10mM MOPS的0.5mg/ml BSA溶液(pH＝8.0)以10-12mL/min的流速攻击该过滤盘，得到了8-15mg BSA/cm3的BSA结合容量。
在整个本说明书中，提及“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”是指结合该实施方案描述的具体的特征、结构、材料或性质包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在贯穿本说明书的多个地方出现的短语如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本发明的同一实施方案。另外，具体的特征、结构、材料或特点可以任何适合的方式结合到一个或多个实施方案中。
尽管本文中已结合具体实施方案对本发明进行了描述，但是应当理解这些实施方案仅仅用于说明本发明的原理和应用。对于本领域的技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可对本发明的方法和装置作出多种修改和变型。因此，本发明旨在包括在所附的权利要求和其等同物的范围内的修改和变型。

Claims (34)

1.一种用于除去污染物的过滤基质，含有官能聚合物颗粒和聚合物粘结剂。
2.权利要求1所述的过滤基质，其中所述官能聚合物颗粒具有阳离子电荷。
3.权利要求1所述的过滤基质，其中所述官能聚合物颗粒具有阴离子电荷。
4.权利要求2所述的过滤基质，其中所述官能聚合物颗粒包含聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)和占所述颗粒至少15重量％的量的交联剂。
5.权利要求4所述的过滤基质，其中所述官能聚合物颗粒包含与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)。
6.权利要求5所述的过滤基质，其中三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)的比例在95∶5到15∶85的范围内。
7.权利要求1所述的过滤基质，其中与不含任何官能聚合物颗粒的对比过滤基质相比，该过滤基质能有效提供增大的电荷容量。
8.权利要求1所述的过滤基质，其基本上不含天然的过滤材料。
9.权利要求8所述的过滤基质，其中所述官能聚合物颗粒的含量为所述基质的至少10重量％。
10.权利要求1所述的过滤基质，进一步含有至多40重量％的天然过滤材料。
11.权利要求10所述的过滤基质，其中该过滤基质包含至多约5重量％的官能聚合物，并且能有效提供比对比过滤基质的电荷容量至少大3倍的电荷容量。
12.权利要求1所述的过滤基质，其中所述聚合物粘结剂包含聚乙烯。
13.权利要求12所述的过滤基质，其中所述聚乙烯包含超高分子量聚乙烯。
14.权利要求1所述的过滤基质，其中所述聚合物粘结剂包含具有不规则的、褶皱表面的颗粒。
15.一种过滤基质，包含与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)的沉淀聚合物以及聚合物粘结剂，该聚合物粘结剂包含具有不规则的、褶皱表面的颗粒。
16.权利要求15所述的过滤基质，其中所述具有不规则的、褶皱表面的颗粒由超高分子量聚乙烯形成。
17.权利要求15所述的过滤基质，其中三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)的比例在95∶5到15∶85的范围内。
18.权利要求15所述的过滤基质，其中所述聚合物粘结剂还包含基本上为球形的颗粒。
19.权利要求18所述的过滤基质，其中所述具有不规则的、褶皱表面的颗粒与所述基本上为球形的颗粒之间的比例在1∶1到10∶1的范围内。
20.权利要求15所述的过滤基质，含有10重量％到60重量％的所述沉淀聚合物，并且所述聚合物粘结剂的含量在40重量％到90重量％的范围内。
21.一种过滤系统，包含由官能聚合物颗粒和聚合物粘结剂形成的过滤基质、包围所述过滤基质的壳体、流体入口、和流体出口。
22.权利要求21所述的过滤系统，其中所述官能聚合物颗粒包含与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)。
23.权利要求22所述的过滤系统，其中所述聚合物粘结剂包含超高分子量聚乙烯颗粒，该颗粒具有不规则的、褶皱表面。
24.权利要求22所述的过滤系统，其中所述聚合物粘结剂包括由聚乙二醇和聚醚砜形成的滤膜。
25.一种过滤方法，包括将流体与过滤基质接触，所述过滤基质包含官能聚合物颗粒和聚合物粘结剂。
26.权利要求25所述的方法，其中所述过滤基质的厚度在3至100mm的范围内。
27.权利要求25所述的方法，还包括将所述的过滤基质放置在深层过滤系统中。
28.权利要求25所述的方法，还包括将所述过滤基质放置在色谱系统中。
29.权利要求25所述的方法，其中所述过滤基质与不含任何官能聚合物颗粒的对比过滤基质相比，具有增大的电荷容量。
30.权利要求25所述的方法，其中当生物分子以10％穿透时，所述过滤基质具有为至少35mg/ml的穿透容量。
31.一种制备过滤系统的方法，包括：
提供官能聚合物颗粒；
将聚合物粘结剂与所述官能聚合物颗粒接触，以形成介质混合物；
将该介质混合物加热以形成过滤基质；和
并将该过滤基质插入壳体中以形成所述的过滤系统。
32.权利要求31所述的方法，还包括向所述介质混合物中加入一种或多种天然材料。
33.权利要求31所述的方法，其中通过制备含有占所述颗粒至少15重量％的交联剂的[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)的沉淀聚合物，来提供所述的官能聚合物颗粒。
34.权利要求33所述的方法，其中由[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]-三甲基氯化铵(MAPTAC)与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)聚合来制备所述的官能聚合物颗粒，所述TMPTMA与MAPTAC的比在95∶5到15∶85的范围内。
CN200880122538.2A 2008-02-12 2008-12-19 复合聚合物过滤介质 Expired - Fee Related CN101903296B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US2799008P 2008-02-12 2008-02-12
US61/027,990 2008-02-12
PCT/US2008/087590 WO2009102386A1 (en) 2008-02-12 2008-12-19 Composite polymeric filtration media

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101903296A true CN101903296A (zh) 2010-12-01
CN101903296B CN101903296B (zh) 2013-08-14

Family

ID=40957218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200880122538.2A Expired - Fee Related CN101903296B (zh) 2008-02-12 2008-12-19 复合聚合物过滤介质

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20110006007A1 (zh)
EP (1) EP2240415A4 (zh)
JP (1) JP2011514244A (zh)
CN (1) CN101903296B (zh)
WO (1) WO2009102386A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106809906A (zh) * 2015-11-27 2017-06-09 指示行动股份有限公司 水净化滤筒
CN112354268A (zh) * 2020-11-13 2021-02-12 上海奥德水处理科技有限公司 一种关于轮胎利旧改性颗粒用于污水处理的过滤滤料

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102178191B1 (ko) 2008-09-02 2020-11-13 머크 밀리포어 리미티드 크로마토그래피 막, 이를 포함하는 장치 및 이의 이용방법
IN2012DN05130A (zh) * 2009-11-13 2015-10-23 Natrix Separations Inc
KR20140014217A (ko) * 2011-03-10 2014-02-05 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 여과 매체
CA2836460C (en) 2011-05-17 2021-09-21 Natrix Separations Inc. Methods of using a fluid treatment device
US9028690B2 (en) * 2012-04-18 2015-05-12 3M Innovative Properties Company Water treatment cartridge
US20210101129A1 (en) * 2018-04-09 2021-04-08 Arkema Inc. Immobilized media device with a thermoplastic polymer binder system
CN110975847A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 北京林业大学 一种热稳定性良好的磁性阳离子水凝胶复合吸附材料
CN111408273A (zh) * 2020-04-17 2020-07-14 武汉市天牧云科技有限公司 一种有机管式膜、管式膜组件以及管式膜机组
CN112645418A (zh) * 2020-12-01 2021-04-13 安徽鸿昌糖业科技有限公司 一种甜菊糖提纯用复合絮凝剂
CN116887899A (zh) * 2021-02-26 2023-10-13 3M创新有限公司 用于治疗生物技术制造过程的带电深度过滤器

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5776353A (en) * 1996-02-16 1998-07-07 Advanced Minerals Corporation Advanced composite filtration media
US3767600A (en) * 1968-08-30 1973-10-23 Rohm & Haas Porous polymers with ionic functional groups based on polyfunctional methacrylates
US3663467A (en) * 1968-08-30 1972-05-16 Rohm & Haas Porous polymers based on trimethylolpropane trimethacrylate and related materials
US3984314A (en) * 1974-04-22 1976-10-05 Rohm And Haas Company Process for selective removal and recovery of cyanide values by ion exchange
US4859340A (en) * 1976-03-15 1989-08-22 Cuno, Incorporated Filter sheet
CA1148872A (en) * 1979-04-06 1983-06-28 Eugene A. Ostreicher Filter with inorganic cationic colloidal silica
US4734208A (en) * 1981-10-19 1988-03-29 Pall Corporation Charge-modified microfiber filter sheets
US4920187A (en) * 1987-01-12 1990-04-24 Nippon Paint Co., Ltd. Process for preparing particles having monodisperse particle size
US5336742A (en) * 1987-03-13 1994-08-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Polymeric supports
US4981591A (en) * 1989-04-07 1991-01-01 Cuno, Incorporated Cationic charge modified filter media
US5151192A (en) * 1990-07-13 1992-09-29 Pall Corporation Method for removing heparin from blood or plasma
CZ4294A3 (en) * 1993-01-21 1994-11-16 Minnesota Mining & Mfg Crosslinkable polymer carrier with isocyanate functional groups, process of its preparation, a supported catalyst based thereon and method of its use
US6540916B2 (en) * 1995-12-15 2003-04-01 Microban Products Company Antimicrobial sintered porous plastic filter
US20010009756A1 (en) * 1998-01-06 2001-07-26 Derek Hei Flow devices for the reduction of compounds from biological compositions and methods of use
US6551608B2 (en) * 2000-03-06 2003-04-22 Porex Technologies Corporation Porous plastic media with antiviral or antimicrobial properties and processes for making the same
DE10019757A1 (de) * 2000-04-20 2001-10-25 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von superabsorbierenden Polymeren aus Polyacrylnitril-Fällungspolymerisaten
FR2808199B1 (fr) * 2000-04-28 2004-04-09 Chauvin Lab Sa Piece poreuse anti-microbienne a base d'un materiau polymerique greffe de motifs benzalkonium
CN1596147A (zh) * 2000-05-16 2005-03-16 沃特维森斯国际公司 过滤装置和使用方法
US6994794B2 (en) * 2000-11-27 2006-02-07 Kinetico Incorporated Media with germicidal properties
US20050263453A1 (en) * 2001-08-23 2005-12-01 The Procter & Gamble Company Water filter materials and water filters containing a mixture of microporous and mesoporous carbon particles
US7614507B2 (en) * 2001-08-23 2009-11-10 Pur Water Purification Products Inc. Water filter materials, water filters and kits containing particles coated with cationic polymer and processes for using the same
AU2002333573A1 (en) * 2001-09-10 2003-03-24 The Procter And Gamble Company Multifunctional filter
US6878419B2 (en) * 2001-12-14 2005-04-12 3M Innovative Properties Co. Plasma treatment of porous materials
US6881805B2 (en) * 2002-01-11 2005-04-19 National Starch And Chemical Investment Holding Corporation Free radical retrograde precipitation polymer dispersions
US6767460B1 (en) * 2002-04-08 2004-07-27 Ensci Inc. Filter media containing ion exchange additives
US7112280B2 (en) * 2002-08-12 2006-09-26 3M Innovative Properties Company Gas porous polymer filter and methods of use
US7316323B2 (en) * 2004-05-06 2008-01-08 The Procter & Gamble Company Filters having improved permeability and virus removal capabilities
US7098253B2 (en) * 2004-05-20 2006-08-29 3M Innovative Properties Company Macroporous ion exchange resins
MX2007001821A (es) * 2004-08-13 2007-07-16 Univ Mcmaster Material compuesto que contiene un polimero en gel no reticulado.
WO2007109774A2 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 3M Innovative Properties Company Filter media
US8710111B2 (en) * 2007-11-09 2014-04-29 3M Innovative Properties Company Porous polymeric resins
CN102317523B (zh) * 2008-12-23 2014-08-06 3M创新有限公司 官能化非织造制品

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106809906A (zh) * 2015-11-27 2017-06-09 指示行动股份有限公司 水净化滤筒
CN112354268A (zh) * 2020-11-13 2021-02-12 上海奥德水处理科技有限公司 一种关于轮胎利旧改性颗粒用于污水处理的过滤滤料

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011514244A (ja) 2011-05-06
US20110006007A1 (en) 2011-01-13
CN101903296B (zh) 2013-08-14
WO2009102386A1 (en) 2009-08-20
EP2240415A4 (en) 2012-08-15
EP2240415A1 (en) 2010-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101903296B (zh) 复合聚合物过滤介质
JP5032324B2 (ja) 複合濾過物品
CN104394964B (zh) 结合小珠和纤维的过滤器装置
AU659090B2 (en) Substance carrying conglomerate
EP0320023B1 (en) Macroporous polymeric membranes, their preparation and their use for polymer separation
AU2005212174B2 (en) Ion exchange particle-bound flow-through porous monolith
CA2732398C (en) Graft copolymers for ion exchange chromatography
EP1694420B1 (en) Method for the concentration and purification of biological compounds
JPS60500539A (ja) 変性多糖支持体
JP2001510397A (ja) 吸着／分離方法および吸着／分離の媒体
CN101516496A (zh) 固体载体
JP6469574B2 (ja) 官能化粒状保持体ならびにその製造法及び使用法
US20080090918A1 (en) Separation medium, its preparation and its use
EP1194479B1 (en) Process for making fluorinated polymer adsorbent particles
Rahman et al. Nitrate removal using poly-o-toluidine zirconium (IV) ethylenediamine as adsorbent: Batch and fixed-bed column adsorption modelling
CN113000039B (zh) 一种用于去除生物纳米颗粒中内毒素的层析介质的制备方法
CN1164677C (zh) 固液联合致孔制备两类孔型pgdt分离介质的方法
CN111333764B (zh) 一种弱阴离子层析介质及其制备方法和应用
JPS6143092B2 (zh)
JPS60114340A (ja) 低比重リポ蛋白質吸着用の吸着材
JP2022524935A (ja) デプスフィルタ用のヘッドスペースおよびその使用方法
Svec Organic Polymer Support Materials
Svec University of California at Berkeley Berkeley, California
Svec et al. Monolithic Polysaccharide
Lloyd et al. Polymers and their Application in Liquid Chromatography

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130814

Termination date: 20131219