CN103687819A - 承载过氧化自由基的阳离子纤维及其制造和使用方法 - Google Patents

承载过氧化自由基的阳离子纤维及其制造和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有聚阳离子外表面的反应性纤维，所述聚阳离子外表面结合有多价过氧阴离子。本发明也公开了这种纤维、这种纤维的垫和这种纤维的过滤体的用途，以及处理流体流和使这种纤维、垫和过滤体恢复的方法。

Description

承载过氧化自由基的阳离子纤维及其制造和使用方法
技术领域
本发明主要涉及纤维、由其制造的纤维垫，和制造和使用这种纤维和纤维垫的方法。更具体而言，本发明涉及承载反应性部分的阳离子纤维及其制造和使用方法。
背景技术
过硫酸盐是一种强氧化剂，已广泛用于引发乳液聚合反应、净化游泳池、头发漂白、铜印刷电路板的微刻蚀和TOC分析。在通常制造的所有过硫酸盐(钠、钾和铵盐)中，在过去几年中钠形式最常用于环境应用。过硫酸钠具有原位破坏在污染的土壤和地下水中所常遇到的氯代和非氯代的有机化合物的潜力。如过氧二磷酸根、过硅酸根和过硼酸根等其他过氧阴离子也被用于漂白应用中。
过硫酸根阴离子(S2O82-)和如过氧二磷酸根、过硅酸根等其他过氧化阴离子可以通过各种方法(加热、紫外光、过渡金属催化剂)活化，以提供高度氧化性自由基。对于过硫酸盐而言，已发现所形成的SO4-自由基在消毒水和去除有机污染物方面的用途。容易获得的过硫酸盐的来源包括Na2S2O8、(NH4)2S2O8、K2S2O8等。这些化合物非常易溶于水，由此当被用于处理水样品时，自由基作用将遍布于水的整个体积。
因此，为处理大水体，需要相当高浓度的过硫酸盐。据我们所知，目前尚不能将过氧化阴离子的作用限定于所期望的有限空间。因此，如过滤、涂布等受益于局部氧化的应用(如对于TiO2光氧化系统所观察到的)对于过氧化阴离子尚不可行，即使这些氧化剂相对于其他材料在容易起作用方面具有明显优势。
因此，希望提供一种系统和方法，所述系统和方法将反应性自由基的作用限定于有限空间，从而能够制造用于水消毒和空气净化的具有氧化能力的高效过滤系统。
发明内容
一些实施方式提供纤维材料，所述纤维材料包含界定了带正电的外表面的纤维，和与带正电的外表面结合的至少一种多价过氧阴离子。
一些实施方式提供包含多根纤维的纤维垫，其中所述多根纤维各自包含界定带正电的外表面的纤维，和通过电荷-电荷相互作用与所述带正电的外表面结合的至少一种多价过氧阴离子。
一些实施方式提供一种净化流体流的方法，所述方法包括将流体流与纤维材料接触的步骤，所述纤维材料包含界定了带正电的外表面的纤维和与该带正电的外表面结合的至少一种多价过氧阴离子。
一些实施方式提供一种制造纤维的方法，所述方法包括提供包含聚阳离子外表面的纤维；和将具有聚阳离子外表面的纤维与包含至少一种过氧阴离子的溶液接触。
以上发明内容只是示例性的，无论如何都不意在进行限制。除上述说明性方面、实施方式和特征之外，其他方面、实施方式和特征通过参照附图和以下详细描述也将显而易见。
附图说明
图1A显示的是纤维材料的横截面透视图。
图1B显示的是纤维材料的横截面透视图。
图2描绘的是纤维材料的活化和恢复反应。
图3A和3B包括两个比较图，显示的是(a)二价阴离子和(b)一价阴离子对于氧化铝的相对吸引力。
图4描绘的是水处理系统中的流程，包括根据本发明的一些实施方式的阳离子过滤体的原位再生。
具体实施方式
在以下具体实施方式中参照了附图，所述附图构成其一部分。附图中，除非另有上下文指出，否则相似的附图标记通常指示的是相似的组成部分。具体实施方式、附图和权利要求中所描述的说明性实施方式并不意在起限制作用。可以采用其他实施方式，并可进行其他改变，而不偏离本文所提出的主题的主旨或范围。容易理解的是，可以以各种各样的不同配置，对如本文所一般性描述的及如附图所说明的本公开内容的各方面进行安排、取代、组合、分离和设计，所有这些在本文中都得到明确预期。
在整个说明书中，术语“过氧”和“过氧化”可互换使用，并且都与其在本领域中的常规意义一致——表明存在额外的氧原子，如过氧化物、过氧酸(例如，过氧化氢、过氧甲酸、过硫酸盐等)中那样。
根据本发明的一些实施方式，反应性纤维材料包含具有带正电的外表面的纤维，其结合有至少一种多价过氧阴离子。
如过硫酸根(S2O82-)等多价过氧化阴离子被限制在聚阳离子纤维的表面上，于该处它们起到局部氧化剂的作用。在使用含有多价过氧阴离子(例如，S2O82-)的溶液洗涤阳离子纤维之后，利用离子交换反应制备所获得的反应性纤维材料。过氧化阴离子受到对于纤维表面的静电吸引力的限制，直至其分解为一价阴离子自由基(例如，SO4-)，由此赋予纤维强氧化能力。这一方法是有利的，原因之一在于，如过硫酸根阴离子等的活化不需要光，这使该反应性纤维可用于许多水环境。例如，所述纤维可以被制成过滤系统，用于处理大量具有弥漫性污染物的水。此外，用过的阳离子纤维可以通过离子交换用一组新的S2O82-阴离子恢复，使反应性过滤体可被再使用。
所使用的纤维可以具有聚阳离子外表面以提供与过氧阴离子的结合点，所述过氧阴离子给予反应性纤维材料其强氧化能力。这可以基于对材料的选择而天然存在，或者通过如涂布等表面改性而实现。适当的纤维包括聚阳离子盐或在本在其外表面呈聚阳离子性的纤维。
为将多价过氧阴离子(例如，过硫酸根)限制在有限空间，可以使用在水性系统中呈阳离子性的纤维，如氧化铝、氧化铈或氧化锆。另外，可以使用如碳纤维、氧化锌、氧化镍等纤维。所述纤维可以单独或者与另一种组合使用。由此类材料制造的纤维天然或固有地提供聚阳离子外表面。在一些实施方式中，优选的是无机纤维。
作为另外一种选择，在一些应用中，可以用阳离子聚合物涂布中性或阴离子纤维(例如，二氧化硅，无机/有机复合材料、纤维素驱动碳纤维、碳纳米管、剥离石墨烯、氧化钛、氧化锡等)，以对其表面赋予正电荷。适当的聚合物涂层包括但不限于聚(乙烯亚胺)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)及其组合。也可以使用生物聚合物，如壳聚糖、胶原蛋白、羊毛等。聚(乙烯亚胺)或聚(二烯丙基二甲基氯化铵)都是作为聚阳离子的优异选择，并且可以通过浸涂或其他工序涂布至纤维上，以使选定纤维的表面即使在具有本来不带电或带负电的状态时也能带正电。在一些实施方式中，可以将垫或过滤体的多根纤维一起涂布，而不是在组装为垫或过滤体之前将单独的纤维涂布。
在一些实例中，可以处理基底纤维以使其呈阴离子性。例如，可以将纤维在臭氧流下或者通过氧等离子氧化，这将获得高密度的羧酸根，其在pH>5时呈阴离子性。也可以采用亚磺化技术在纤维上创建硫酸根基团，以创建聚阴离子。这在较大规模时是优选的，而在较小的规模时可以优选气相处理。
为使该纤维具有反应性(例如，氧化性)，可以将该纤维浸在过氧化阴离子的溶液中。适当的多价过氧化阴离子包括但不限于过硫酸根(S2O82-)、过氧二磷酸根(P2O84-)、过硅酸根(SiO42-)或过硼酸根(B2O4(OH)42-)。它们的来源可以是含有它们的化合物(如其盐)的溶液。具体可以使用钾盐、钠盐和铵盐(例如，Na2S2O8)。过硫酸根在本文的大部分讨论中被引用，但请注意，任何多价过氧化阴离子都起作用；各自具有其自身的优势。多价过氧阴离子可以是二价阴离子、三价阴离子或四价阴离子或其组合。不受限于理论，据信由于这些氧化阴离子通常为二价或四价阴离子，它们将立即置换纤维表面上的任何一价阴离子，并且即使表面被洗涤也保留在那里。这一程序可以在单独的纤维上或者在纤维的集束(例如在预制膜、垫或过滤体中)的表面上一步完成。使给定量的纤维具有反应性所需的溶剂体积取决于如纤维形状、体积堆积密度等因素。在一些实例中，约100mL过硫酸盐溶液将处理1g纤维，其取决于纤维来源。在纤维垫中，考虑约10mL过硫酸盐将处理厚度为约300μm的直径为49mm的过滤体。对于不同纤维、新过滤体或使用过的过滤体的不同情况会需要更多或更少的量。
置换一价阴离子的能力使得可通过简单地将用过的纤维与新制的多价过氧化阴离子的来源接触使纤维迅速且容易地恢复。
被表面所限制的多价过氧阴离子可以通过各种途径(紫外光、热、过渡金属离子)活化，以提供反应性自由基形式的氧化剂(例如，SO4-自由基)，所述氧化剂可以氧化如水和气体等流体流中的有机污染物。由此，与这些纤维接触的流体流使得有机污染物与活化的反应性纤维接触。污染物通过当前活化的过氧自由基的强氧化能力而被氧化。以此方式，流体流得到处理，从而除去存在于流体流中的至少一部分有机污染物。可被处理的有机污染物的清单包括但不限于芳香族有机化合物、多氯联苯、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、1,1-二氯乙烷、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、氯乙烯、二氯甲烷、氯仿、艾氏剂、氯丹、DDT、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、六氯苯、灭蚁灵、多氯联苯、多氯二苯并对二噁英、多氯二苯并呋喃和毒杀芬及其组合。
反应性纤维材料可以通过将阳离子纤维在过氧化阴离子的溶液中浸涂而创建。处理可以在其中在活化步骤中局部释放氧化剂的纤维进行。一旦纤维中存在氧化剂，则可以通过将其再次浸涂而使纤维恢复。反应一般性描述如下。应该容易理解，涉及使流体流与纤维材料接触的处理步骤发生在活化与恢复之间。
氧化铝在结构上比较坚固并且容易被制成所期望的过滤系统，因而对于聚阳离子过滤体而言是一个好选择。氧化铝在酸性和中性pH(pKa=7～9)时呈阳离子性。有利的是，当与氧化剂接触时，氧化铝也不容易降解。如图3所示，氧化铝的ζ电位在中性和酸性条件下是正的，但当添加二价阴离子时，它们强烈地吸附于表面，导致电荷抵消(在硫酸根的情形中)甚至电荷逆转(在S2O3的情形中)。硫酸根二价阴离子的添加将表面完全中和，而S2O3二价阴离子结核得如此牢固以致其对表面赋予负电荷，如图3a所证实。通过比较，如图3b所示，一价阴离子结合得远没有那么牢固，这由其对于ζ电位的小得多的影响所证实。多价过氧阴离子的更强的结合可以被有利地利用来置换一价阴离子，从而使用过的纤维再带电。此前已经描述过具有可容纳大量过氧化阴离子的极大表面积的氧化铝纤维的合成。随着过氧化阴离子被消耗，一价阴离子可以留下与纤维结合。通过将用过的纤维与新制的多价过氧化阴离子接触，一价阴离子被置换，并且纤维再带电。据信其他天然阳离子性的纤维将表现出相似的性质。
其他非阳离子纤维可以通过使用适当的聚阳离子材料(如聚阳离子聚合物等)处理而对其表面赋予阳离子性。PEI(聚(乙烯亚胺))可以被质子化，因此在约pH9以下能够具有大量阳离子中心。这种涂层适用于利用较弱的氧化剂(如过硅酸盐)的应用，因为它们会被如过硫酸盐等较强的氧化剂破坏。由于PEI和其他聚阳离子可以通过浸涂而作为单层涂布，因此易于根据需要在使用后恢复该涂层。
如上所述，多价过氧阴离子(例如过硫酸根)可以通过各种手段活化，以提供反应性自由基(例如，SO4-)。例如，由反应性纤维制造的过滤体可以被加热、用紫外光照射或者用如FeSO4、FeCl2等过渡金属络合物处理，以加速活性自由基的产生。通常可以加热至足以使阴离子活化的任何温度。示例性温度包括约20℃、约30℃、约40℃、约50℃、约80℃、约90℃，以及这些值中任意二者之间的范围。例如，此处所述的方法和设备可以在如织物染色(其可在约80℃～90℃进行)等应用中用于废水流中。如果需要，可以利用嵌在由反应性纤维制得的过滤体中的电阻丝先进行加热，以使加热在过滤体自身的局部发生，与将待处理的全部溶液加热相比节省了大量能量。被使用(或用过)的过滤体或纤维可以通过引入含有多价过氧阴离子(例如，过硫酸根阴离子)的水溶液而再生。图4中示意性显示出过滤系统在线再生的概念图。因此，采用另外的多价过氧阴离子(例如，过硫酸根)可以原位进行阳离子过滤体的再生，无需对过滤体进行任何特别处理。
如图4中所描绘，在处理过程中，由本文所述的反应性纤维材料制得的过滤体或纤维垫被设置为与拟处理的流体流接触。过滤体可以预先被活化，或者被原位活化，以在反应性纤维材料表面提供反应性自由基。然后使流体流流动，以与反应性纤维材料接触，由此与流体流中的至少一部分有机污染物接触并对其氧化。一旦所期望的处理得到实现，或者已达到过滤体的反应性电位，则可将过滤体恢复。通过对系统中适当的阀和导管的操控，含有多价过氧阴离子的溶液漫过并穿过过滤体。在进行这种接触时，多价过氧阴离子置换用过的一价阴离子，从而获得可用于处理另外的流体流的含有反应性纤维材料的恢复的过滤体。可以多次重复该循环。
除过硫酸盐以外的其他材料可被用作过氧阴离子。在需要其极高氧化能力(Ev=2.7V)的情形中可以使用过硫酸盐。但是，过硫酸盐并非总是与涂布的有机纤维相容，因为它可能氧化纤维自身的有机物。因此，有时可以选择其他氧化剂。可以选择过氧二磷酸盐，因为它是四价阴离子，由此将更牢固地结合于聚阳离子表面(直至通过热、光或化学触发剂破坏)，并且在采用极稀的溶液的应用中较理想。过氧二磷酸盐化合物已经被认知超过80年，并曾被用于如头发漂白等商业应用中。其具有高于臭氧的氧化能力(Ev=2.07V)，因此对于本应用而言是优异的选择。
其他过氧阴离子包括过硅酸根和过硼酸根，其作为较温和的二价阴离子可能可用于其中需要有机过滤材料的特定应用中。
在常规系统中，氧化剂并非作为过滤体的一部分制造，或者必须与过滤体以湿润的状态运输。但是，如本文所述，多价过氧阴离子牢固地结合成为构成过滤体或过滤垫的反应性纤维材料的一部分。这种过滤体或垫可以以未活化的状态存储和干燥地运输。一旦到达地点，可将过滤体原位活化。一旦活化，一价自由基(例如，SO4-)具有高于臭氧的氧化电位(并且几乎与羟基自由基一样高)，而如本文所讨论，其被限制在非常适于原位处理大量水或其他流体的纤维表面。在一些情形中，活化仅需要温和加热，这可以可选地通过埋入的电阻加热器提供。因此，可以处理深处和暗处的水，这点优于基于紫外或光的过滤体。该系统的一个优点在于，事实上没有不必要的物质进入所处理的水体中。
过滤体的活性可以通过与过硫酸根阴离子反应而再生。过滤系统能够通过在线处理再生，这与其他不可再使用的反应性过滤系统相比有显著优势。
本文所述的反应性纤维通过本领域公知技术可以被组装成纤维垫或过滤体。一种简单的方法是形成纤维浆料并将其过滤以制造纤维垫。根据应用，纤维可以是无规的或者是以特定方式取向的。可以采用如将浆料注塑在网上等其他方法。如果纤维具有足够高的纵横比，则其交缠在一起。否则，可以添加少量粘合剂以将它们保持在一起。
重要的是，纤维垫或过滤体可以由与多价过氧阴离子反应前的纤维制得，或者可以先形成垫或过滤体，再与多价过氧阴离子反应。无论哪种方法，最终结果都是获得凭借结合于其外表面的多价过氧阴离子而具有反应性的垫或过滤体。
以上描述及以下实例本质上都意在说明，不应认为限制了本发明的范围。
实施例
实施例1：氧化铝过硫酸盐纤维的制备
可以通过以下方式制造反应性纤维材料：将一定量的氧化铝纤维(市售)与含有来自过硫酸盐的过硫酸根阴离子(0.001mM～1M)的溶液在约20℃～约30℃混合1分钟～约1至15分钟。然后将所获得的纤维与液体分离，以获得具有结合于其外表面的过硫酸根的反应性纤维。
阳离子纤维 g 过硫酸盐 mL 浓度
氧化铝 1 Na2S2O8 100 0.001mM～1M
氧化铝 1 K2S2O8 100 0.001mM～1M
氧化铝 1 (NH4)2K2SO8 100 0.001mM～1M
实施例2：氧化铈过硫酸盐纤维的制备
通过以下方式制造反应性纤维材料：将一定量的氧化铈纤维(市售)与含有来自过硫酸盐的过硫酸根阴离子(0.001mM～1M)的溶液在约20℃～约30℃混合1分钟～约1至约15分钟。然后将所获得的纤维与液体分离，以获得多束具有结合于其外表面的过硫酸根的反应性纤维。
阳离子纤维 过硫酸盐 浓度
氧化铈 Na2S2O8 0.001mM～1M
氧化铈 K2S2O8 0.001mM～1M
氧化铈 (NH4)2K2SO8 0.001mM～1M
实施例3：由具有聚合涂层的纤维制备反应性过硫酸盐纤维
通过以下方式制造反应性纤维材料：将一定量的纤维(其可以为阳离子性、阴离子性或中性的)与聚阳离子聚合物材料混合，以使所有或部分纤维涂布有聚阳离子聚合物材料，从而获得具有聚阳离子外表面的涂布纤维。
纤维 聚合物
阳离子性、阴离子性或中性的 聚(乙烯亚胺)
阳离子性、阴离子性或中性的 1%聚(二烯丙基二甲基氯化铵)
将一定量的涂布纤维与含有来自过硫酸盐的过氧二磷酸根阴离子的溶液在约20℃～约30℃混合1分钟～约24小时。然后将所获得的纤维与液体分离，以获得具有结合于其外表面的过硫酸根的反应性纤维。
实施例4：由反应性纤维材料制备垫
通过如干式铺置或湿式铺置等常规无纺技术形成反应性纤维材料的垫。为制造这种垫，通过干式铺置技术将一定量的氧化铝过硫酸盐纤维材料沉积在表面上，直至形成具有所需的尺寸和厚度的垫。然后从该表面上取下该垫待用。可以将垫制造或切割成所需尺寸。
实施例5：由纤维材料制备垫并随后添加反应性涂层
通过无纺技术由聚阳离子纤维材料制备过滤垫，然后用过氧阴离子涂布。
干式铺置一定量的氧化铝纤维，以形成具有所需的尺寸和厚度的纤维垫。例如，可以通过干式铺置技术制造具有49mm直径且厚度为约300μm的过滤垫。然后使该纤维垫与Na2S2O8的溶液接触。约10mL的100mM Na2S2O8溶液被用于制造涂布有过硫酸根的氧化铝纤维垫。
实施例6：聚合物涂布的树脂过滤垫
臭氧流或下游氧气等离子体将如聚丙烯等常规疏水性聚合物纤维(或过滤体)的表面氧化，从而产生高浓度羧酸根，其在pH≥5时呈阴离子性。然后将氧化的聚丙烯暴露于聚(乙烯亚胺)(0.1M)溶液1分钟～15分钟。如上所述，49mm过滤体需要约10mL液体。
实施例7：湖泊和溪流的处理
在典型应用中，利用少量如聚丙烯酸酯等粘合剂将浆化的纤维干燥成片，使所述片厚约300μm。将这些片缠绕在用于水处理的螺旋过滤模块中。
为对过滤体充电荷或再充电荷，使0.5M～1M的过氧阴离子溶液通过过滤体。其竞争胜过现存的阴离子，并用所需的氧化剂将其置换。然后将螺旋过滤体置于流体流中，以处理通过它的水。
本领域技术人员将了解，对于本文所公开的此过程和其他过程以及方法，这些过程和方法所实现的功能可以以不同顺序来完成。此外，所概述的步骤和操作仅提供作为实例，并且一些步骤和操作可以是可选的、可合并为更少的步骤和操作或者可扩充为附加步骤和操作，而不偏离所公开的实施方式的主旨。
本公开内容不限于本申请中所述的特定实施方式，所述特定实施方式意在说明各个方面。对于本领域技术人员显而易见的是，可以进行许多修改和变化而不脱离其主旨和范围。除本文所列举的内容之外，由以上描述，在本公开内容范围内的功能等同的方法和设备对于本领域技术人员而言是显而易见的。所述修改和变化将落在所附权利要求的范围内。本公开内容仅受所附权利要求的各项以及这些权利要求所赋予权利的等同物的全部范围的限制。可以理解的是，本公开内容不限于当然可以变化的特定方法、试剂、化合物、组合物或生物系统。还应理解，本文所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不意在作出限制。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，在适合上下文和/或应用的情况下，本领域技术人员可以将复数转化为单数和/或将单数转化为复数。为清楚起见，本文中可能明确地阐述了各种单数/复数转换。
本领域技术人员将会理解，一般而言，本文中、特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中所使用的术语通常意在作为“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应理解为“包括但不限于”，术语“具有”应理解为“至少具有”，术语“包括(includes)”应理解为“包括但不限于”，等等)。本领域技术人员将进一步理解，如果意图是特定数量的引入的权利要求叙述，则这样的意图将在权利要求中进行明确地陈述，在没有这样的叙述的情况下，则没有这样的意图。例如，为帮助理解，以下所附的权利要求可能包含对介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以介绍权利要求叙述。然而，这种短语的使用不应解释为暗指：由不定冠词“一(a或an)”介绍的权利要求叙述会使包含这种所介绍的权利要求叙述的任何特定权利要求限于包含仅一个这种叙述的实施方式，即使当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和如“一(a或an)”等不定冠词时亦如此(例如“一(a和/或an)”应解释为“至少一个”或“一个或多个”的意思)；这同样适用于对介绍权利要求叙述的不定冠词的使用。另外，即使在所介绍的权利要求叙述中明确地陈述了确定的数量，本领域技术人员也将认识到这种叙述应解释为至少为所陈述的数量的意思(例如，没有其他修饰语的“两个叙述”这种单纯的叙述是至少两个叙述或者两个以上叙述的意思)。此外，在其中采用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，具有“A、B和C中至少一个的系统”会包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。在其中采用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用说法的那些情形中，通常这类修辞意指本领域技术人员会理解该惯用说法(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”包括但不限于只具有A的系统、只具有B的系统、只具有C的系统、同时具有A和B的系统、同时具有A和C的系统、同时具有B和C的系统和/或同时具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员还应理解，实际上，带出两个以上可选择的术语的任何转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为设想了包括这些术语之一、这些术语中的任一个或者全部这些术语的可能。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或者“A和B”的可能。
另外，当公开内容的特征或方面以马库什群组描述时，本领域技术人员将认识到，公开内容由此也以马库什群组的项的亚组的任何个别项来描述。
如本领域技术人员所将理解的，对于任何和所有目的，如就提供书面说明书等而言，本文件所公开的所有范围都包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何所列范围均可以容易地被认作充分描述了并可使同一范围分解为至少两等分、三等分、四等分、五等分、十等分等。作为非限制性实例，本文件所讨论的各范围可以容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一，等等。如本领域技术人员也将理解，如“至多”、“至少”等所有语言包括所陈述的数字并指之后可分解为如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括各单独的组成部分。因此，例如，具有1～3个单元的组是指具有1、2或3个单元的组。类似地，具有1～5个单元的组是指具有1、2、3、4或5个单元的组，等等。
由上可知，本发明内容的各种实施方式已出于说明的目的而在本文中描述，可以进行各种修改而不脱离本发明内容的范围和主旨。因此，本文所公开的各种实施方式并不意在起限制作用，真实范围和主旨如下文权利要求所指定。

Claims (32)

1.一种纤维材料，所述纤维材料包含：
界定了带正电的外表面的纤维；
与所述带正电的外表面结合的至少一种多价过氧阴离子。
2.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述至少一种多价过氧阴离子通过电荷-电荷相互作用而结合。
3.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述纤维自身带正电，由此提供所述带正电的外表面。
4.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述纤维为在水溶液中呈阳离子性的无机纤维。
5.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述纤维选自碳纳米管、纤维素、碳纤维、氧化锌、氧化镍、氧化铝、氧化铈及其组合。
6.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述带正电的外表面包含在所述纤维上的聚阳离子聚合物涂层。
7.如权利要求6所述的纤维材料，其中所述纤维至少部分地涂布有聚阳离子聚合物，以便为所述纤维提供带正电的外表面。
8.如权利要求6所述的纤维材料，其中所述带正电的外表面包含至少部分地涂布所述纤维的聚阳离子聚合物。
9.如权利要求6所述的纤维材料，其中所述聚阳离子聚合物选自聚(乙烯亚胺)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚丙烯酰胺、高分子量季胺、生物聚合物及其组合。
10.如权利要求1所述的纤维材料，其中界定所述带正电的外表面的纤维包括至少部分地涂布有阳离子聚合物的带负电的或中性的纤维。
11.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述过氧阴离子选自过硫酸根(S2O8 2-)、过氧二磷酸根(P2O8 4-)、过硅酸根(SiO4 2-)、过硼酸根(B2O4(OH)4 2-)及其组合。
12.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述纤维包含处于水溶液中的天然聚阳离子外表面，并且所述过氧阴离子选自过硫酸根(S2O8 2-)、过氧二磷酸根(P2O8 4-)、过硅酸根(SiO4 2-)、过硼酸根(B2O4(OH)4 2-)及其组合。
13.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述纤维选自氧化铝、氧化铈及其组合，并且所述过氧阴离子选自过硫酸根(S2O8 2-)、过氧二磷酸根(P2O8 4-)、过硅酸根(SiO4 2-)、过硼酸根(B2O4(OH)4 2-)及其组合。
14.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述纤维为氧化铝，并且过氧阴离子为过硫酸根。
15.如权利要求1所述的纤维材料，其中所述纤维至少部分地涂布有聚阳离子聚合物，并且所述过氧阴离子为过硅酸根。
16.一种纤维垫，所述纤维垫包含：
多根纤维，其中所述多根纤维各自包含界定了带正电的外表面的纤维，和通过电荷-电荷相互作用与所述带正电的外表面结合的至少一种多价过氧阴离子。
17.如权利要求15所述的纤维垫，其中所述至少一种多价过氧阴离子通过电荷-电荷相互作用而结合。
18.一种净化流体流的方法，所述方法包括：
使所述流体流与纤维材料接触，所述纤维材料包含界定了带正电的外表面的纤维和与所述带正电的外表面结合的至少一种多价过氧阴离子。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述至少一种多价过氧阴离子通过电荷-电荷相互作用而结合。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述流体流为气体或液体。
21.如权利要求17所述的方法，其中所述至少一种多价过氧阴离子在所述接触步骤之前通过紫外光、热、与过渡金属离子反应或者其组合而活化。
22.如权利要求17所述的方法，其中所述流体流包含至少一种拟从所述流体流中除去的有机污染物。
23.如权利要求17所述的方法，其中所述至少一种有机污染物包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、1,1-二氯乙烷、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、氯乙烯、二氯甲烷、氯仿、艾氏剂、氯丹、DDT、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、六氯苯、灭蚁灵、多氯联苯、多氯二苯并对二噁英、多氯二苯并呋喃和毒杀芬及其组合。
24.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括：
在纤维上所结合的多价过氧阴离子与所述流体流接触之后，通过将所述纤维与含有所述多价过氧阴离子的水溶液接触而使纤维上所结合的多价过氧阴离子再生。
25.如权利要求17所述的方法，其中所述纤维包含氧化铝，并且所述多价过氧阴离子包含过硫酸根。
26.一种制造纤维的方法，所述方法包括：
提供包含聚阳离子外表面的纤维；
将所述具有聚阳离子外表面的纤维与包含至少一种过氧阴离子的溶液接触。
27.如权利要求25所述的方法，其中提供所述纤维的步骤包括用在水溶液中呈聚阳离子性的聚合物至少部分地涂布纤维的步骤。
28.如权利要求25所述的方法，其中所述聚阳离子聚合物选自聚(乙烯亚胺)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚丙烯酰胺、高分子量季胺、生物聚合物及其组合。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述纤维选自碳纳米管、纤维素、碳纤维、氧化锌、氧化镍、氧化铝、氧化铈及其组合。
30.如权利要求25所述的方法，其中所述至少一种过氧阴离子选自过硫酸根(S2O8 2-)、过氧二磷酸根(P2O8 4-)、过硅酸根(SiO4 2-)、过硼酸根(B2O4(OH)4 2-)及其组合。
31.如权利要求25所述的方法，其中所述纤维为氧化铝，并且过氧阴离子为过硫酸根。
32.如权利要求25所述的方法，其中所述纤维至少部分地涂布有聚阳离子聚合物，并且所述过氧阴离子为过硅酸根。
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