CN109922870A - 包含含有金属的聚合物吸附剂的空气过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空气过滤器，所述空气过滤器包括过滤器支撑体，所述过滤器支撑体支撑包含已浸渍其中的二价金属的多孔聚合物吸附剂颗粒。

Description

包含含有金属的聚合物吸附剂的空气过滤器

背景技术

通常期望从空气中除去诸如例如氨等物质。

发明内容

概括地说，本文公开了包括过滤器支撑体的空气过滤器，该过滤器支撑体包含含有二价金属的多孔、聚合物吸附剂颗粒。在以下具体实施方式中，这些方面和其它方面将显而易见。然而，在任何情况下，都不应当将此广泛的发明内容理解为是对可受权利要求书保护的主题的限制，不论此类主题是在最初提交申请的权利要求书中呈现还是在修订申请的权利要求书中呈现，或者另外是在申请过程中呈现。

附图说明

图1示出了包括含有如本文所公开的吸附剂颗粒的过滤器支撑体的示例性空气过滤器的一部分。

图2示出了另一个示例性空气过滤器的一部分。

图3示出了另一个示例性空气过滤器的一部分。

图4示出了另一个示例性空气过滤器的一部分。

图5示出了另一个示例性空气过滤器的一部分。

图6示出了包括含有如本文所公开的吸附剂颗粒的过滤器支撑体的示例性呼吸器。

图7公开了另一个示例性呼吸器。

图8公开了包含含有如本文所公开的吸附剂颗粒的过滤器支撑体的框架式、折叠型空气过滤器。

具体实施方式

术语表

术语“空气过滤器”表示其中含有本文所述聚合物吸附剂颗粒的任何设备或装置，所述吸附剂颗粒由过滤器支撑体支撑，接触空气(例如移动的气流)使得能够从空气中去除气载物质。术语“过滤器支撑体”表示可保留吸附剂颗粒并将它们呈现给例如移动空气流但是不一定从移动空气中进行任何微观颗粒的过滤的任何结构。术语“过滤介质”表示本身能够过滤微观颗粒的过滤支撑体。“微观”颗粒是具有小于100微米的平均直径(或等同直径，在非球形颗粒的情况下)的颗粒。“细小”颗粒为具有小于10微米的平均直径或等同直径的颗粒。

术语“聚合物吸附剂”和“多孔聚合物吸附剂”可互换使用，是指多孔并且可吸附气载物质(例如气态或蒸汽态物质；具体地讲，碱性含氮化合物，以氨举例说明)的聚合物材料。多孔材料是指无论是否水解BET比表面积至少约50m²/克(在不存在二价金属的情况下，例如在浸渍本文所公开的二价金属之前测量的)的材料。此类材料通常基于例如其孔的尺寸来表征。术语“微孔”是指直径小于2纳米的孔。术语“中孔”是指直径在2至50纳米范围内的孔。术语“大孔”是指直径大于50纳米的孔。

术语“上游”适用于其中过滤器暴露于移动空气的环境，并且是指移动空气遇到过滤器的方向；“下游”是指过滤空气离开过滤器的方向。

术语“结网”是指由相对较少的层(五个或更少，通常一个)固体材料(例如长丝)构成的过滤器支撑体。

术语“纤维幅材”是指由多个层(例如，多于五个)的纤维构成的过滤器支撑体。

术语“熔喷”是指通过将熔融聚合物流挤出成通过位于挤出孔附近的吹气孔引入的会聚高速空气流而形成的纤维(和所得的纤维幅材)。本领域技术人员将理解，熔喷纤维和幅材将特征性地具有通过其这种纤维和幅材可被识别并区别于其它类型的幅材的特征和标记(例如，构成纤维的材料的分子的取向的差异，例如通过诸如双折射、熔化行为等的光学特性所反映的)。

本文公开了一种如图1中的一般表示所示的空气过滤器1。空气过滤器1可为将本文公开的多孔聚合物吸附剂颗粒100暴露于空气，例如移动的气流(按照示例性实施方案中通过图1和其他附图中的方框箭头所示的气流的总体方向)使得能够从空气中至少部分地除去气载(例如气态的或蒸汽态的)碱性含氮材料的任何设备或装置。因此将空气过滤器1与处理液体的装置(例如离子交换膜和装置)区分开。

空气过滤器1包括至少一个过滤器支撑体10。过滤器支撑体10可为以这样的方式支撑吸附剂颗粒100的任何结构：使它们暴露于空气中，同时保留吸附剂颗粒，使得如果空气移动，则吸附剂颗粒不会被移动空气分离。如果空气在移动，则在层流中或在湍流中可能遇到单独的吸附剂颗粒，或者可在例如通过一系列吸附剂颗粒的流动状态之间转变。在一种一般类型的实施方案中，如图1中的一般表示所示，过滤器支撑体10可采用其上设置有吸附剂颗粒100(例如，附接到其主表面)并且例如移动空气流可穿过其的基底的形式。在该类型的一些实施方案中，过滤器支撑体10可例如通过将吸附剂颗粒附接(例如，以粘接方式粘结)到过滤器支撑体上而保持吸附剂颗粒100。在另一一般类型的实施方案中，如图2中的一般表示所示，过滤器支撑体10可例如通过机械地将吸附剂颗粒机械的保持在过滤器支撑体内而保持吸附剂颗粒100。(换句话讲，在此类实施方案中，吸附剂颗粒可能不一定附接到过滤器支撑体上，但过滤器支撑体可物理地阻挡吸附剂颗粒从过滤器支撑体分离和移除)。在一些实施方案中，可采用机械保持和附接(例如粘结)的吸附颗粒与过滤器支撑体的组合。

在一些实施方案中，空气过滤器1可为(例如，可基本上由其组成)包括吸附剂颗粒100的过滤器支撑体10(例如，可将此类过滤器支撑体的独立件安装到例如室内空气净化器中)。在其它实施方案中，空气过滤器1可包括(除了至少一个过滤器支撑体10之外)用于任何目的的其它层，并且/或者可另外包括任何其它辅助部件，诸如例如，周边框架，一个或多个加强构件或稳定构件，一个或多个外壳件，等。稍后在本文中详细讨论各种具体的示例性实施方案和布置。

如参照图1所述，在一些实施方案中，过滤器支撑体可采用在其主表面上设置例如附着有吸附剂颗粒100的基底(该基底可为不透气的，或透气的)的形式。这种类型的空气过滤器可包括，例如，带有附接到其主表面的吸附剂颗粒的平面基底；中空管，其具有附接到其内部表面的吸附剂颗粒；或者，由堆叠或嵌套的微结构化基底(例如，授予Insley的美国专利7955570中描述的一般类型)提供的流通通道阵列，其中吸附剂颗粒附接到流通通道的内表面；等。在一些实施方案中，吸附剂颗粒100可至少基本上作为单层在基底表面上提供(例如，如图1所示)，除了可能在统计上例如在任何工业规模沉积过程中发生的此类偶尔的堆叠。

参照图2，术语过滤器支撑体广泛地包括设计成将吸附剂颗粒100保持在其中并且包括至少一个用于允许空气进入容器内部13的空气入口11和允许处理过的空气离开容器的至少一个空气出口12的任何容器。这种一般类型的此类支撑体可包括众所周知的过滤器滤筒，其中吸附剂颗粒100保持在由例如一个或多个注塑外壳部件制成的滤筒外壳内。在此类过滤器滤筒中，可提供单个空气入口和/或出口；或者，可在过滤器滤筒外壳中设置多个通孔，以共同提供空气入口或出口。此类通孔可具有合适的尺寸以防止吸附剂颗粒穿过其中；并且/或者在一些实施方案中，可提供透气保护层(例如，筛网或网格)以确保吸附剂颗粒保持在滤筒外壳内。在一些实施方案中，如图1的设计中那样，过滤器支撑体可在支撑体的靠近(例如，支撑和保持)吸附剂颗粒的位置中对空气不可渗透(例如，可不包含通孔)。在其它实施方案中，如图2的设计中，过滤器支撑体可在支撑体的靠近吸附剂颗粒的位置中对空气可渗透(例如，可包括一个或多个通孔)。在一些实施方案中，容器形式的过滤器支撑体(例如，过滤器滤筒)可由组装在一起并且除了空气入口和出口之外可为不透气的一个或多个注塑成型的外壳部件组成。此类外壳部件可方便地由例如选自聚酰胺、聚苯乙烯、ABS聚合物、聚烯烃等的热塑性或热固性聚合物或共聚物制成。此类容器还可包括辅助部件，诸如例如，一个或多个弹性垫圈、闩锁、防溅板、连接器(例如，根据需要将滤筒连接到例如个人呼吸保护装置)等。

应当强调的是，呈容器形式的过滤器支撑体10(如图2所示)不必采取由例如注塑部件制成的刚性滤筒的形式。相反，在一些实施方案中，此类容器可采用例如两个透空“壁”的形式，其中至少一个由相对柔性的材料制成(例如多孔基底，诸如纤维幅材、打孔或微穿孔柔性聚合物膜，等)，其中吸附剂颗粒夹在两个壁之间。此类容器(其通常仍可称为过滤器“滤筒”)可采用例如小袋或袋的形式。

另外，术语过滤器支撑体还广泛地涵盖在其上或其内设置有吸附剂颗粒100的任何多孔透气材料。(所谓的多孔透气材料是指包含内部孔隙度的材料，其互连以便允许气流通过材料，如与例如闭孔泡沫所区分)。此类材料可能是例如任何合适类型的开孔泡沫材料；或者，此类材料可为多孔薄膜；例如，相反演膜，径迹蚀刻膜(例如，可以商品名NUCLEPORE购自Whatman的各种产品例示的类型)；或者，拉伸膨胀的膜(例如，可以商品名GORE-TEX购自W.L Gore and Associates以及可以商品名CELGARD购自Celgard公司的各种产品例示的类型)。应当理解，该一般类型的过滤器支撑体10不限于例如成对使用以便如上所述在它们之间限定空间。无论使用何种具体模式，在一些实施方案中此类过滤器支撑体10可采取片状材料的形式，该片状材料具有主平面且厚度小于约8mm、5mm、3mm、或1mm并且被构造成允许气流至少在至少大致垂直于片状材料的主平面的方向上穿过其中。

根据上述讨论，应当理解，如本文所公开的过滤器支撑体广泛地涵盖任何形式或几何形状(以及由单个实体诸如无孔基底、透气结网或多孔泡沫组成或由共同形成过滤器滤筒的部件的组装组合制成)的任何材料或布置，其可将吸附剂颗粒呈现给空气，例如移动空气流。在一些实施方案中，过滤器支撑体可被构造成使得移动空气可例如至少大致平行于承载吸附剂颗粒的支撑体的主表面(例如，如在图1的布置中)流动。在一些实施方案中，移动空气可至少大致垂直于支撑体的主表面(例如，如在图2的布置中)流动。在一些实施方案中，移动空气可在这两个极端之间的方向中间流动。在一些实施方案中，两个方向和/或两个极端之间的方向中间的气流可例如在空气过滤器的不同部分中发生。

在图3的示例性方式所示的一般类型的实施方案中，空气过滤器1可包括呈“蜂窝结构”15形式的过滤器支撑体10。本领域技术人员将认为蜂窝结构是流通支撑结构，其包括允许气流通过的许多宏观通孔，孔通过蜂窝结构的隔板(壁)彼此分开。(虽然此处使用术语蜂窝结构是为了方便，但技术人员将会知道，该结构能够为任何几何形状(例如，具有正方形、三角形、圆形等的开孔)并且可具有一定程度地不规则的外观而不是严格限制于图3的示例性设计中所示的规则的六方晶型几何形状)。通常，这种蜂窝结构可包括与上述层叠微结构化基底相比具有相当大的直径或等同直径(例如从10mm至15mm)的通孔，上述层叠微结构化基底可通常包括直径或等同直径为仅例如几毫米或更小的流通通道。蜂窝结构的壁可由任何合适的材料制成，例如模制或挤出的塑料、纸板或硬纸板、金属等。

在一些实施方案中，吸附剂颗粒可附接到限定蜂窝结构孔的内壁。然而，在一些实施方案中，可方便地部分地或至少基本上用吸附剂颗粒填充蜂窝结构的孔(在封装行为允许的程度内，取决于例如平均尺寸、尺寸分布和吸附剂颗粒的形状)如图3所示。在这种情况下，蜂窝结构可设置有允许气流进入并离开蜂窝结构的通孔并且仍然将吸附剂颗粒保持在蜂窝结构的通孔中的上游和下游透气基底(例如，合适的网格或筛网)。(图3的示例性蜂窝中的气流的方向是平面外的，如圆圈/点箭头所示。)在一些实施方案中，吸附剂颗粒可松散地填充在孔内，例如使得颗粒能够轻微移动或偏移。在其他实施方案中，吸附剂颗粒可彼此粘结(例如，通过使用粘合剂、热活化粘结剂等，其量足以在接触点处将颗粒彼此粘结但不会是无法接受地堵塞颗粒的量以冲击它们捕集气载物质的能力)例如以便使在开孔内颗粒的偏移或沉降最小化。换句话讲，在一些实施方案中(不一定限于用于蜂窝结构)，吸附剂颗粒100可以整体的透气块(具有任何所需尺寸和形状)的形式提供，其由粘结在一起的聚集的颗粒共同提供，而不是作为单个颗粒提供。例如在授予Braun的美国专利5033465中讨论了制造此类整体结构的示例性方法(其再次，可具有任何合适的尺寸和形状以将其结合到任何所需的空气过滤器中，例如用于拟合到容器中，诸如例如滤筒或罐，或用于形成例如呼吸器的层)。例如在授予Senkus的美国专利6391429中讨论了将吸附剂颗粒粘结在一起以制造具体地为至少半柔性的结构的方法(并且因此可能尤其适用于例如柔性呼吸器面罩)。

技术人员将理解，在一些上述实施方案之间可能不一定存在明确的分界线(例如，在中空管内设置的吸附剂颗粒之间，相对于在由堆叠的微结构化基底限定的通道内设置，相对于在蜂窝结构的孔内设置)。所有此类设计和布置以及它们的组合均涵盖在包括如本文所公开的一种或多种过滤器支撑体的空气过滤器的一般概念内。尤其值得注意的是，在一些实施方案中，如本文所公开的空气过滤器1可包括被部分填充或至少基本上填充到任何合适容器(任何几何形式和由任何材料无论是例如刚性的还是至少半柔性制成)的吸附剂颗粒，以便形成例如填充床。在一些实施方案中，此类容器可采用中空管的形式，例如类似于通常称为管的气体检测管的管。

在一些实施方案中，过滤器支撑体10可包括薄的片状材料，其具有允许气流通过的多个通孔22，如图4中的示例性一般表示所示。在各种实施方案中，过滤器支撑体10可采用任何合适的结网、网格、筛网、稀松布、机织或针织材料、熔纺材料、微穿孔膜等的形式。本文将使用术语结网以方便描述由相对较少的层(五个或更少；通常，如图4所示的单层)长丝(或一般来讲，在贯穿开口之间的固体材料层)构成的任何此类材料。通常，这种长丝(或片状过滤器支撑材料的固体部分，例如微穿孔膜)的直径或其等同直径相对较大(例如，0.1mm、0.2mm或0.5mm或更大)。此类结网可由任何合适的材料构成，例如有机聚合物、无机材料(例如，玻璃或陶瓷)，或金属或金属合金。

在此类实施方案中，气流可主要通过结网的实心部分21(例如长丝)之间的通孔22发生，使得气流至少大致垂直于支撑体取向；然而，如果需要，气流可至少大致平行于结网而发生。在穿过结网的大致垂直的气流的情况下，可方便地将吸附剂颗粒设置在结网的上游侧23上(如图4所示)。然而，如果需要，吸附剂颗粒可设置在结网的下游侧24上。在特定实施方案中，吸附剂颗粒可设置在结网两侧。在一些实施方案中，如在图1和图4的示例性实施方案中，包括吸附剂颗粒的结网(或一般来讲，任何充分透气基底)可用作“开面”。在其它实施方案中，可将足够透气的第二保持层(例如，第二层结网或纤维幅材层、微孔膜等)设置在吸附剂颗粒的顶部上，以帮助将吸附剂颗粒保持在适当位置。(换句话讲，吸附剂颗粒可夹置在结网和第二保持层之间)。

在许多实施方案中，吸附剂颗粒100可例如通过设置在结网的一侧的至少一个主表面上的粘合剂例如压敏粘合剂、热熔粘合剂、环氧树脂粘合剂等28粘结到例如以粘接方式粘结到结网的固体材料(例如，长丝)上。吸附剂颗粒可各自粘结到例如单个长丝，或可粘结至多个长丝。长丝的平均直径以及长丝之间的通孔的平均尺寸，如果需要，可根据吸附剂颗粒的平均尺寸来选择。在各种实施方案中，此类结网平均长丝直径可在例如0.2mm至约2.0mm的范围内。在各种实施方案中，结网的开口可在从最短的维度上例如约0.5mm至最长的维度上约5mm的范围内，并且可根据吸附剂的粒度来选择。作为具体示例，具有约1mm-2mm范围的开口的结网可很好地适用于粒度在8×20目范围内的吸附剂。可适用于本文所公开的示例性结网包括可从德星科技(Delstar Technologies)购得的各种产品(例如，以商品名称DELNET)；例如，可以商品名为KX215P、R0412-10PR、RB0404-10P、N02014-90PP、RB0404-28P、N03011-90PP和TK16-SBSH购得的产品。

在具体实施方案中，可在结网的主表面上设置有合适的压敏粘合剂28(换句话讲，压敏粘合剂可设置在通常设置在结网的主表面的长丝的表面上)。这可例如通过将压敏粘合剂前体涂覆到结网上，然后将前体转化成压敏粘合剂来完成。前体可为例如有机溶剂中的溶液、乳液、热熔组合物等。此类前体可例如通过干燥以除去溶剂和/或水、通过冷却以固化热熔组合物等来转化。沉积和转化应以这样的方式进行，以避免不可接受地填充或堵塞结网的通孔(除非气流不能通过在普通使用过滤器中的结网)。

应当理解，在一些实施方案中，设置在结网上的颗粒可主要由于例如粘合剂粘结(而不是通过例如机械缠结)附接到结网。在一些实施方案中，吸附剂颗粒可至少基本上呈单层形式存在于过滤器支撑体上。在其它实施方案中，吸附剂颗粒可存在于多个层中(例如通过将吸附剂颗粒的第一层以粘接方式粘结到结网的主表面上，在吸附剂颗粒的第一层顶部上施加附加粘合剂，沉积更多的吸附剂颗粒，以及重复该方法以生成任何所需深度的吸附剂颗粒的收集)。

在一些实施方案中，过滤器支撑体10可包括由许多纤维组成的片状材料，通常彼此缠结并且通常以多个“层”(例如，多于五层)存在，如图5中的示例性实施方案所示。本文将使用术语纤维幅材以方便描述任何此类材料。当然，应当理解，由于许多此类纤维幅材的无规性质，纤维可能不一定是，并且通常不会存在于离散层中(例如，可彼此剥离的层)；然而，将容易理解的是，如果例如，在从这样的幅材的第一主表面43到其第二主表面44横穿该幅材的厚度(深度)时遇到五个或更多个单独的纤维或纤维部分(如图5所示)。任何具有这种纤维布置的材料均属于如本文所用的纤维幅材的定义。

通常，此类纤维的直径或等同直径可相对较小(例如，小于100μm、80μm、60μm、40μm、20μm、10μm、5μm或2μm)。当然可使用各种直径的纤维的混合物。这种纤维幅材可为任何合适类型的幅材，例如其中纤维相对无规布置的非织造幅材(例如，除了如可与例如梳理幅材和某些类型的纤维沉积方法一起发生这种部分量的纤维对齐之外)。另选地，此类纤维幅材可由针织或织造幅材构成，其中纤维以足够数量的层提供。通常，空气通过穿过幅材的多个纤维之间的间隙空间来流过幅材；通常，此类气流是以如图5所示的至少大致垂直于纤维幅材的主平面的角度取向。然而，如果需要，气流可至少大致平行于纤维幅材的主平面发生。此类纤维幅材的纤维可以任何合适的方式彼此粘结(使得幅材具有足够的机械完整性加工和处理)。此类粘结方法可选自例如水刺法、针刺法、压延等。在一些实施方案中，纤维可彼此自生粘结，这意味着纤维如在烘箱或所谓的通风粘结器中，在未施加例如点粘结或压延的固体接触压力的条件下而获得的高温下的粘结。在特定实施方案中，可使用授予Fox的美国专利7947142中所述的一般类型的自生粘结方法(其中加热的空气流通过纤维集合然后进行有力的淬火)将纤维粘结。或者，可加入一种或多种粘结剂(无论是纤维形式、固体颗粒、水生乳液等)，然后活化(例如通过加热)将纤维粘结在一起以形成最终幅材。任何此类粘结操作(无论是主要通过缠结纤维机械地实现，或者通过使用纤维的熔融粘结和/或通过使用添加的粘结剂来实现)可另外用于将吸附剂颗粒粘结到幅材中或幅材上，如下所述。

在一些实施方案中，吸附剂颗粒100可主要或排他性地沉积在纤维幅材的主表面上(例如，主要上游表面)，其方式一定程度地与图4的结网上的颗粒的排布结构类似。在一些实施方案中，至少一些吸附剂颗粒可至少部分地渗入纤维幅材的内部。(这与图4中的长丝单层所提供的结网的情况相反，在这种情况下，支撑体具有很少或没有其中吸附剂颗粒可渗透的“内部”)。在一些此类实施方案中，吸附剂颗粒可主要存在于纤维幅材的靠近吸附剂颗粒沉积在其上或其中的主表面的区域中。然而，在许多实施方案中，可能希望提供吸附剂颗粒100在纤维幅材的整个厚度上广泛分布(如图5中的示例性实施方案所示)，与颗粒例如沉积在一个表面上使得它们保留在表面上或仅渗透进入纤维幅材内部的短距离相反。本文稍后讨论了形成具有在整个幅材的内部分布广泛地(例如，随机地)分布的吸附剂颗粒的纤维幅材的合适方法。

在特定实施方案中，纤维幅材过滤器支撑体可为非织造幅材。根据定义，非织造纤维幅材不涵盖例如织造或针织幅材或微穿孔膜。此类幅材可通过任何合适的方法制造，并且可为任何合适类型。例如，此类非织造幅材可为：梳理幅材；湿法成网幅材(例如通过造纸工艺制造)；干法成网幅材，例如，通过常规的气流成网工艺如众所周知的Rando-Webber工艺，或通过专门的工艺如授予Lalouch的美国专利8834759中描述的重力铺设工艺制造；或熔纺幅材(例如纺粘幅材、射流喷网幅材等)。(应当理解，某些例如纺粘或纺粘幅材可限定为结网而不是纤维幅材，取决于铺设的纤维的深度)。在特定实施方案中，非织造幅材可为熔喷幅材，其工艺和所得幅材将是技术人员所熟知的。可使用这些多种材料的层的任何组合(包括与不是非织造幅材的层的组合)。纤维可由任何合适的材料制成，例如热塑性有机纤维(诸如例如聚烯烃纤维、纤维素纤维、聚酯纤维、尼龙纤维等)、无机纤维(诸如例如玻璃纤维或陶瓷纤维)、金属纤维等。

吸附剂颗粒100可提供在多孔材料(例如纤维幅材诸如非织造幅材)上和/或内部以通过任何合适的方法形成本文所公开的空气过滤器的过滤器支撑体。在一些实施方案中，吸附剂颗粒可沉积在现有的纤维幅材上或沉积到现有的纤维幅材内。例如，在一些实施方案中，非织造幅材可包括一种或多种粘结组分，诸如可粘结纤维和/或非纤维粘结剂(非纤维粘结剂可采用例如颗粒、乳液或胶乳等形式)。可将幅材加热至软化和活化此类结合组分的温度，并且然后可将吸附剂颗粒沉积到待粘结到其上的非织造幅材的主表面上。应当理解，许多此类方法可优先导致吸附剂颗粒存在于其上沉积吸附剂颗粒的非织造幅材的主表面上或邻近于其上沉积吸附剂颗粒的非织造幅材的主表面。如果需要，此类方法可多次重复，其中连续的层粘结在一起以形成在其中包含吸附剂颗粒的多层产品。

在其它实施方案中，在制造幅材的过程中，可将吸附剂颗粒引入非织造幅材中。例如，如果非织造幅材通过熔喷法制造，则将吸附剂颗粒引入到初始纤维的流动流中可能是方便的(术语“初始纤维”是指可能已开始或可能还没开始固化成纤维或最终固化成纤维的熔融流)。执行此类操作的一般方法公开于授予Fox的美国专利申请公开20120272829中，其以引用方式并入本文。初始纤维可在初始纤维为至少略微粘性的(可粘结的)的条件下沉积(例如，在临时收集表面上或沉积到保留作为过滤器支撑体的一部分的辅助幅材上)。此类布置可提供熔喷非织造幅材的纤维的至少一些被粘结(例如，熔融粘结)至吸附剂颗粒。这样，可在单个操作中制成其中包含吸附剂颗粒的熔喷幅材。

当然，还可使用其它方法在纤维被收集为幅材之前将吸附剂颗粒引入纤维的混合物中。例如，吸附剂颗粒可与纤维混合，纤维输入到幅材形成过程(例如，上述重力铺网成网过程)，以形成其中包含吸附剂颗粒的收集的纤维团。这种方法可包括将粘结剂(无论是纤维形式，或作为非纤维粘结剂诸如颗粒、乳液等)加入到输入材料中，使得可加热所收集的纤维质量以将纤维粘结在一起以形成幅材和/或将吸附剂颗粒粘结到幅材中。无论使用何种方法，将吸附剂颗粒结合到纤维幅材或到纤维幅材上的主要机构可与用于将纤维粘结在一起以形成幅材的粘结机构相同或不同。

特别是关于熔喷纤维幅材，可使用各种形成纤维的聚合物材料来形成这种纤维。至少一些纤维可由在制造非织造幅材的条件(例如，熔喷条件)下具有足够粘结(粘合剂)特性的材料制成。示例包括热塑性塑料，如聚氨酯弹性体材料、聚丁烯弹性体材料、聚酯弹性体材料、聚醚嵌段共聚酰胺弹性体材料、基于聚烯烃的弹性体材料(例如可以商品名VERSIFY购自Dow的那些)和弹性体苯乙烯嵌段共聚物(例如，可以商品名KRATON购自科德克萨斯州休斯顿腾聚合物公司(Kraton Polymers,Houston,TX))的那些。也可使用多组分纤维(例如，芯鞘纤维、可分裂或并列双组分纤维和所谓的“海中岛”纤维)，其中纤维的至少一个暴露表面(例如，芯鞘纤维的鞘部分)表现出足够的粘合性能。

在一些实施方案中，能够粘结到吸附剂颗粒100的纤维可为存在于熔喷幅材中的唯一纤维。在其它实施方案中，可存在其它纤维(例如，不参与粘结吸附剂颗粒的任何显著程度)，例如只要存在足够的可粘结纤维即可。在各种实施方案中，可粘结纤维可包含至少约2重量％、至少约4重量％、和至少约6重量％的熔喷非织造幅材。在另外的实施方案中，可粘结纤维可包含不大于约20重量％、不大于约17重量％、并且不大于约15重量％的熔喷非织造幅材。幅材中存在的任何不可粘结纤维均可具有任何合适的类型和组合物；例如，可使用任何熟知的聚烯烃纤维(例如聚丙烯、聚乙烯等)，如任何熟知的聚酯纤维。在至少一些实施方案中，非织造幅材基本上不含任何种类的任何添加的粘结剂。即，在此类情况下，吸附剂颗粒的基本上所有粘结(以将它们保持在熔喷非织造幅材中)由可粘结纤维执行。因此，此类实施方案排除粘结剂以如颗粒或粉末、液体如胶乳、乳液、悬浮液或溶液等形式存在等。

应当理解，上述讨论涉及将纤维粘结到吸附剂颗粒的方法至少部分地用于将颗粒保持在非织造幅材内。在纤维内的吸附剂颗粒的物理缠结也可有助于将吸附剂颗粒保持在非织造幅材内。在一些实施方案中，可将次级透气层(例如，稀松布或面层)施加(例如，粘结)到非织造幅材中的一个或多个主表面，以使吸附剂颗粒中的任一个从中分离的可能性最小化。事实上，在一些实施方案中，可方便地沉积将形成熔喷非织造幅材的初始纤维(连同被合并到初始纤维流中的吸附剂颗粒)沉积到辅助幅材的主表面上(例如，稀松布或面层)，使得熔喷幅材在制造熔喷幅材的行为中粘结到辅助幅材。

在一些实施方案中，空气过滤器1可包括至少一个过滤介质40。过滤器介质为过滤器支撑体10，其可保留吸附剂颗粒100并将其暴露于空气中；除此之外，过滤器介质是一种特定类型的过滤器支撑体，其能够从移动空气中过滤大量的微观颗粒(即，100微米或更小的平均直径的颗粒)。过滤器介质40可包括可提供其中或其上可掺入吸附剂颗粒的透气网络结构的任何材料，以便将吸附剂颗粒呈现至通过透气网络结构移动的气流，并且此外其自身也能够过滤微观颗粒。此类过滤介质可例如为熔喷和/或带电幅材的非织造幅材。

如所指出的，过滤介质能够捕获显著量的微观颗粒(直径为100μm或更小)。在具体的实施方案中，过滤介质可能够捕获在例如10μm或更小的范围内、或甚至在2.5μm或更小的范围内的大量细小颗粒。在特定实施方案中，过滤介质可能够执行HEPA过滤。应当理解，使用如下所述的驻极体(带电)材料可显著提高执行例如精细颗粒过滤或HEPA过滤的能力。在各种实施方案中，过滤介质40渗透百分比可小于约80、70、60、50、40、30、20、10或5(本文具体说明为使用邻苯二甲酸二辛酯作为测试用材料，并使用授予Fox的美国专利7947142中描述的方法)。一般来讲，本文所述的相对于过滤器支撑体的所有工艺(例如，纤维粘结、充电、折叠等)、参数和表征可具体地应用于过滤介质。

在一些实施方案中，用作过滤器支撑体(或具体地讲作为过滤器介质)的非织造幅材(例如，熔喷非织造幅材)可包括静电荷的纤维。这种纤维的充电可通过任何合适的方法进行，例如，通过如授予Angadjivand的美国专利5496507中所教导的，或者如授予Sebastian的美国专利公开2009/0293279中所教导的使用水赋予非织造幅材电荷。非织造驻极体料片也可通过如授予克拉斯(Klaase)的美国专利4588537中所述的电晕充电(corona charging)来制造，或如授予布朗(Brown)的美国专利4798850中所述使用机械方法在纤维中形成电荷来制造。可使用这类方法的任何组合。可在形成非织造幅材之前或在非织造幅材形成之后加入纤维。(在任何情况下，如果要对空气过滤器介质进行折叠，则在对空气过滤器介质进行折叠之前可方便地执行任何此类充电。)在空气过滤器包括与过滤器支撑体10不同的颗粒过滤层(如下所述)的情况下，如果需要，例如，可通过任何上述方法对这种颗粒过滤层进行充电。

如果要对过滤器支撑体(无论是独立式的，还是多层组件的一部分)折叠，则可使用任何合适的技术进行折叠形成和折叠间隔，包括在授予Siversson的美国专利4798575、授予Siversson的美国专利4976677、和授予Wenz的美国专利5389175中公开的那些技术。可用的折叠程序也描述于例如授予Duffy的美国专利7235115中。(然而，应当理解，在至少一些实施方案中，可避免使用刻痕折叠，因为刻痕过程可用于压碎至少一些吸附剂颗粒。)在各种实施方案中，折叠空气过滤器支撑体可包括每2.5厘米约0.5至约5个折叠。更具体地，折叠间隔可为例如约6mm、8mm、10mm或12mm至约50mm、40mm、30mm、20mm或15mm。在各种实施方案中，折叠高度可为例如约15mm、20mm、25mm或30mm至约100mm、80mm、60mm或40mm。

空气过滤器1可包括由单层组成的过滤器支撑体10(其通过定义支撑至少一些聚合物吸附剂颗粒100)；或者，在空气过滤器1中可存在过滤器支撑体10的多个层(例如，包括至少一些聚合物吸附剂颗粒100的每个层)。尤其如果过滤器支撑体10本身不是如本文所定义的空气过滤器介质，则空气过滤器1可包括(除了至少一个过滤支撑层10之外)不包括聚合物吸附剂颗粒100中的一个或多个颗粒过滤层(例如，能够过滤微观颗粒、细小颗粒和/或HEPA过滤)。如果需要，此类颗粒过滤层可被静电充电，并且在各种实施方案中，渗透率百分比可小于约80、70、60、50、40、30、20、10或5。(术语颗粒广义地涵盖例如气溶胶、粉尘、雾、烟气、烟雾、霉菌、细菌、孢子、花粉等)。在特定的实施方案中，这种颗粒过滤层可为例如在授予Fox的美国专利8240484中描述的类型的并且包括从小于8％至约4％的密实度且由基本上不含卷曲纤维、间隙形成纤维和双组分纤维的熔纺纤维组成的高蓬松度的纺粘非织造幅材。

无论是否存在任何颗粒过滤层，空气过滤器1可包括(除了至少一个过滤支撑层10和任何任选的颗粒过滤层之外)例如用作覆盖层、粗预过滤器、载体层、皮肤接触层中的一个或多个次级层以提供机械支撑或刚度等。也就是说，通常并且不考虑过滤器支撑层10的特定类型、配置或构造，这样的过滤器支撑层可作为可共同提供空气过滤器1的多层透气组件(堆叠)中的一层提供。当然，如本文所述，任何此类多层堆叠当然可为折叠式、框架式等。

本文所公开的吸附剂颗粒(无论是例如分散在非织造纤维幅材内、设置在基底的表面、填充到收集容器例如以形成填充床等)可与任何次级吸附剂颗粒组合使用，构造成能够捕获存在于空气中的任何所需组分(例如，有毒气体/蒸气)。在一些实施方案中，此类次级吸附剂颗粒可存在于例如聚合物吸附剂颗粒100的上游或下游的单独层中。在其它实施方案中，吸附剂颗粒100和任何期望的次级吸附剂颗粒可混合在一起。次级吸附剂颗粒(无论是在单独的层中使用还是与聚合物吸附剂颗粒100混合使用)可选自，例如，活性碳、氧化铝和其他金属氧化物、粘土、霍加拉特、离子交换树脂、分子筛和沸石、二氧化硅、碳酸氢钠、金属-有机框架(MOFs)等，包括这些材料中的任何一种的组合。在一些实施方案中，次级吸附剂颗粒(例如活性碳)可为已浸渍的吸附剂颗粒，其是用例如任何期望的金属盐或复合物经适当浸渍的。可适用作次级吸附剂颗粒的各种颗粒详细描述于授予比灵斯利(Billingsley)的美国专利申请公开2015/0306536；以及2015年12月18日提交的题为“用于醛的聚合物吸附剂”(POLYMERIC SORBENTS FOR ALDEHYDES)的美国临时申请62/269613中；二者全文以引用方式并入本文。可使用任何此类颗粒的任何组合。多孔聚合物吸附剂颗粒100和次级吸附剂颗粒中的一个或多个组可按任何重量比使用。具体地讲，使用术语“次级”是为了方便描述，并且不要求任何次级吸附剂颗粒必须例如以低于多孔聚合物吸附剂颗粒100的量存在。此外，所公开的吸附剂颗粒100可与例如非多孔的和/或不执行任何吸附功能的颗粒，颗粒料等(此类颗粒可例如执行间隔或分离功能)混合。

在一些实施方案中，包括本文所公开的吸附剂颗粒100的空气过滤器1可与与空气过滤器1分开提供的次级空气过滤器组合使用。在一些实施方案中，空气过滤器1和次级空气过滤器可单独安装到空气处理设备的不同区域中。(例如，空气过滤器1和次级空气过滤器可各自为框架式空气过滤器，并且可各自独立地插入例如室内空气净化器中)。另选地，空气过滤器1和次级空气过滤器可在安装到例如空气处理设备中之前组装在一起(例如，彼此附接)。空气过滤器1可被放置在例如次级空气过滤器的上游或下游(如果空气过滤器1是上游的，则其可例如用作用于次级过滤器的预过滤器)。在一些示例性实施方案中，次级空气过滤器可被构造为例如捕获细小颗粒，并且渗透百分比可例如小于约80、70、60、50、40、30、20、10或5。

如本文所公开的包含吸附剂颗粒100的过滤器支撑体10可用于任何类型的空气过滤器1中，其被构造用于任何合适的最终用途。通过具体示例的方式，过滤器支撑体10可用于例如空气过滤器，其为个人呼吸保护装置或是其一部分。已经注意到，过滤器支撑体10可采取过滤器滤筒的形式，该过滤器滤筒可流体连接到面罩主体以提供个人呼吸保护装置(例如，过滤器滤筒为一次性的，并且面罩主体为被成形为适合使用者的面部并且被保持的部件以及在适当时候附接到其上的置换过滤器滤筒)。在其它实施方案中，过滤器支撑体10可结合到“过滤式面罩”呼吸器面罩60中。在这种一般类型的产品中，面罩主体本身提供过滤功能。也就是说，与结合可附接过滤器滤筒等使用面罩主体的呼吸器不同，过滤式面罩呼吸器被设计成在整个面罩主体的大部分或基本上全部上方存在过滤层，从而没有需要安装或更换过滤器滤筒。(即，在过滤式面罩呼吸器中，面罩主体自身执行过滤功能，而不是依赖附接到其上的一个或多个滤筒)。过滤式面罩呼吸器60通常具有两种构型中的一种：模制的(例如成型为大致杯形状，以便适配使用者的面部)，如图6中示例性表示所示，以及平折的，其可在平坦或几乎平坦的条件下提供并且然后可展开并扩展以适配使用者的面部，如图7中的示例性表示所示。

此类呼吸器面罩(无论是例如平折或模制的呼吸器)60可包括任何期望的辅助层(例如，一个或多个覆盖层、加强层、预过滤层等)和组件(例如，一个或多个排气阀、连接带或线、鼻梁等)。如果用于平折呼吸器面罩，过滤器支撑体10通常可采用相对柔性层的形式(例如，提供一个或多个优先折叠线63，以使材料更易于折叠)。如果将过滤器支撑体10用于模制的呼吸器面罩(即不被设计成可折叠的)，则过滤器支撑体10可为例如半刚性的材料(但要注意，因为在许多模制的杯形呼吸器面罩中，大部分刚度可由与过滤层分开的加强层提供，所以在此类产品中使用的过滤器支撑体10可能不是严格必要为刚性的、或甚至是半刚性的)。

可理解，上述用途主要属于所谓的“负压”呼吸器类别；也就是说，用于移动空气的动力是使用者的呼吸而不是单独提供的电动风扇的产品。此类负压呼吸器通常被构造为例如全面罩呼吸器、半面罩呼吸器和罩子(例如逃生罩、烟罩等)。所有这些产品都包括在本文所用的术语负压呼吸器中，并且过滤器支撑体10可与任何这样的产品一起使用。

在其它实施方案中，过滤器支撑体10可用于呼吸器中，其中用于移动空气的动力为电动风扇或鼓风机。此类产品可包括例如PAPR(电动空气净化呼吸器)。在此类产品中，过滤器支撑体10(并且一般来讲，空气过滤器1)可靠近使用者的面部或头部设置；或者，其可远程设置(例如，设置在带磨损外壳的接收器中)。

在图8的示例性实施方案中所示的一些实施方案中，过滤器支撑体10(例如，无论是否折叠或是否包括任何其它层如颗粒过滤层等)可结合到包括周边框架70(例如，刚性或支撑框架)的空气过滤器1中，周边框架可例如布置在过滤器支撑体的周边边缘区域周围。用于框架的合适的材料包括木屑压合板、或纸板、合成塑料材料和金属。合适的框架构造可选自例如授予Pitzen的美国专利6126707的图1至图4所示的“夹式”框架构造、‘707专利的图5和图6所示的“箱式”框架构造、‘707专利的图7至图11所示的混合式框架构造、授予Sundet的美国专利7503953中公开的框架构造中的任一个、以及授予Duffy的美国专利7235115中公开的框架构造中的任一个。任何此类框架均可通过任何合适的方法例如热熔融粘结、室温胶水等附接到过滤器支撑体上。

包括过滤器支撑体10的空气过滤器1(无论是否为框架式)可有利地用于在任何合适的动力空气处理系统中过滤移动空气例如，在HVAC系统中(例如，在通常用于住宅、办公楼、零售机构等的强制空气加热、冷却和/或加热/冷却系统中)。此类过滤器也可用于室内空气净化器、机动车辆(如在例如汽车的机舱室空气过滤)、洁净室、操作室等。在一些实施方案中，如上所述，空气过滤器1(例如，作为过滤器滤筒的一部分)可插入动力空气净化呼吸器的空气通路中。虽然在任何或所有这些用途中，空气过滤器1可能不一定是框架式空气过滤器，但在许多这样的用途中，空气过滤器1对于将是框架式空气过滤器的空气过滤器1是有利的。

上述讨论均涉及在合适的过滤器支撑体10上提供多孔聚合物吸附剂颗粒100以设置空气过滤器1并设置空气过滤器的方法，使得受支撑的吸附剂颗粒暴露于空气(术语空气是广泛使用的并涵盖任何气体或气态混合物，例如氮气、除湿的氮气或空气、富氧空气、包括麻醉剂气体或气体混合物的空气等)。在许多实施方案中，吸附剂颗粒所暴露的空气为移动气流形式。在一些情况下(其可称为“主动”过滤)，此类移动空气可由电动风机、风扇等驱动。在其它情况下(其可称为“被动”过滤)，此类移动空气可例如通过人的呼吸而不是通过任何机动化机构来激发。术语“被动”过滤还涵盖空气过滤器1暴露于电流、涡流等的情况，例如在环境气氛中。此类电流和涡流可采取例如风向的形式(例如可能撞击过滤器支撑体10的外表面，该过滤器支撑体10以例如窗纱的形式提供)。或者，在室内环境中，此类电流和涡流可能采取对流电流、随机气流等形式，例如在建筑物的房间(例如，由于门打开和关闭、人员移动等)经常发生的电流和涡流等。因此应当理解，如本文所公开的空气过滤器1包括如下装置诸如滤筒、袋、小袋、罐、或一般来讲，任何类型的容器，该容器在其中容纳吸附颗粒100并且具有至少一个透气壁，以允许空气进入容器并接触吸附剂颗粒，并且然后离开容器，而不管此类装置是否与任何类型的机械鼓风机一起使用或用于任何类型的呼吸器。

总而言之，本文所述的空气过滤器1可用于其中期望从空气中去除至少一些碱性、含氮气载物质的任何合适的应用中。此类用途可涉及设计供单个使用者使用的个人装置(例如，个人呼吸保护装置)，或设计用于例如建筑物、车辆和其它人居住、工作或聚集的其它场所的集体装置(例如，室内空气净化器、HVAC系统等)。如上所述，这种用途可能涉及“主动”或“被动”过滤，并且可使用空气过滤器1，该空气过滤器1以多种几何形式中的任何一种配置并且由各种材料中任意构成。另外，如所指出的，除了本文所述的聚合物吸附剂颗粒100之外，还可使用一种或多种次级吸附剂，无论是与颗粒100混合和/或在单独的层中提供。如另外所指出的，空气过滤器1可包括至少一层(除了支撑聚合物吸附剂颗粒100的至少一个支撑层10之外)，该层提供细小颗粒过滤和/或捕获除碱性含氮材料(诸如氨)以外的一些气体/蒸气。除了这个之外，或者作为其辅助，除了空气过滤器1之外，还可提供次级空气过滤器，例如以执行细小颗粒的过滤和/或捕获一些其它气体/蒸气。此外，可使用过滤支撑体的任何上述实施方案的组合。例如，聚合物吸附剂颗粒100可设置在纤维幅材内或结网的表面上，幅材或结网可例如放置在外壳内以提供过滤器滤筒。

吸附剂颗粒100为包含一种或多种二价金属的多孔聚合物材料。聚合物材料为二乙烯基苯/马来酸酐聚合物、部分水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物、或完全水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物。术语“聚合物”和“聚合物材料”可互换使用，并且是指通过一种或多种单体反应而形成的材料。该术语包括均聚物、共聚物、三元共聚物等。同样地，术语“聚合”和“使……聚合”是指制备聚合物材料的过程，所述聚合物材料可以是均聚物、共聚物、三元共聚物等。应当理解，由于单体单元中的二乙烯基苯浓度相对高，此类聚合材料将为交联材料(而不是例如直链聚合物)。二价金属选自IUPAC周期表的第2族或第6族至第12族。所述含有金属的聚合物材料可用于捕集分子量不大于150克/摩尔的碱性含氮气载材料。这种捕集导致形成含有金属络合物的聚合物材料。含金属聚合物材料常常在暴露于碱性含氮化合物时改变颜色。

术语“二价金属”是指具有+2的氧化态的金属。二价金属通常来自IUPAC元素周期表的第2族或第6族至第12族。为避免混淆，第2族具有铍作为其最轻成员，第6族具有铬作为其最轻成员，第7族具有锰作为其最轻成员，第8族具有铁作为其最轻成员，第9族具有钴作为其最轻成员，第10族具有镍作为其最轻成员，第11族具有铜作为其最轻成员，并且第12族具有锌作为其最轻成员。二价金属可以为金属盐、金属络合物、金属氧化物等的形式。

所述聚合物材料为包含单体混合物的可聚合组合物的反应产物。术语“单体混合物”是指可聚合组合物中包含单体的那部分。更具体地讲，单体混合物至少包含二乙烯基苯和马来酸酐。术语“可聚合组合物”包含反应混合物中含有的用来形成聚合物材料的所有材料。可聚合组合物包含(例如)单体混合物、有机溶剂、引发剂和其它任选组分。可聚合组合物中的一些组分(诸如有机溶剂)可能不发生化学反应，但可影响化学反应以及形成的所得聚合物材料。

术语“二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料”是指由二乙烯基苯、马来酸酐和任选的苯乙烯类单体衍生的聚合物材料。术语“苯乙烯类单体”是指苯乙烯、烷基取代的苯乙烯(例如乙基苯乙烯)或它们的混合物。(此类单体通常作为杂质存在于二乙烯基苯中。)通常，二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料包含15重量％至65重量％的衍生自马来酸酐的单体单元和35重量％至85重量％的衍生自二乙烯基苯或二乙烯基苯和苯乙烯类单体的混合物的单体单元。衍生自马来酸酐的单体单元可以是式(I)、式(II)或它们的混合的单体单元。也就是说，这些单体单元可具有如式(I)中的酸酐基团或如式(II)中的两个羧基基团，这取决于聚合物材料的水解程度。

衍生自二乙烯基苯的单体单元具有式(III)，衍生自苯乙烯类单体的那些具有式(IV)：

其中R₁为氢或烷基。式(I)至(IV)中的每个星号(*)指示与所述聚合物材料中的另一单体单元或末端基团的连接位点。

聚合物材料可以被认为是未水解的、部分水解的、或完全水解的，这取决于衍生自马来酸酐的单体单元的形式。如果90重量％至100重量％的衍生自马来酸的单体单元具有式(I)并且0重量％至少于10重量％的衍生自马来酸酐的单体单元具有式(II)，那么聚合物材料可以被称为是“未水解的”。如果10重量％至90重量％的衍生自马来酸酐的单体单元具有式(I)并且10重量％至90重量％的衍生自马来酸酐的单体单元具有式(II)，那么聚合物材料可以被称为是“部分水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料”。如果0重量％至少于10重量％的衍生自马来酸酐的单体单元具有式(I)并且大于90重量％至100重量％的衍生自马来酸酐的单体单元具有式(II)，那么聚合物材料可以被称为是“完全水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料”。然而，通常，在二价金属的结合之前未水解或部分水解的聚合物材料在二价金属的结合期间发生一些水解。也就是说，通常在水溶液中进行的二价金属的结合可导致具有式(I)的单体单元的聚合物材料的一些水解。二价金属的结合可将未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料变成部分水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料或者可进一步水解部分水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料。

所述聚合物材料是制备自包括单体混合物的可聚合组合物，所述单体混合物至少包括二乙烯基苯、马来酸酐和任选的苯乙烯类单体。(术语“苯乙烯类单体”是指苯乙烯、烷基取代的苯乙烯(例如，乙基苯乙烯)或它们的混合物，其中单体通常作为杂质存在于二乙烯基苯中)。接着可用二价金属处理所得的未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料。另选地，未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料中的酸酐基团的所有或任何部分可用水解剂处理，以制备部分水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料或完全水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料，接着用二价金属对其进行处理。

随后与二价金属结合的聚合物材料通常是多孔的。更具体地，二乙烯基苯交联剂的量、马来酸酐的量、任选的苯乙烯类单体的量以及用于制备未水解的聚合物材料的有机溶剂均经过仔细选择，以制备多孔聚合物材料。多孔材料可用其中孔的尺寸来表征。术语“微孔”是指直径小于2纳米的孔。术语“中孔”是指直径在2至50纳米范围内的孔。术语“大孔”是指直径大于50纳米的孔。具体地，聚合物材料，至少在结合二价金属之前，通常具有在微孔和/或中孔的尺寸范围内的孔。

聚合物材料的孔隙率可由低温条件下多孔材料吸附惰性气体(诸如氮气或氩气)的吸附等温线来表征。吸附等温线通常通过在约10^-6至约0.98范围内的多种相对压力下测量多孔材料吸附的惰性气体量而获得。然后使用各种方法对等温线进行分析，以计算比表面积(诸如BET比表面积)和总孔内容积。选择用于合成未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料的条件，以制备多孔聚合物材料，该材料即使其中已浸渍二价金属BET比表面积仍等于至少15m²/克、至少20m²/克、至少25m²/克、或至少50m²/克。

术语“表面积”是指材料表面(包括可触及的孔的内表面在内)的总面积。表面积通常由测量在整个相对压力范围内在低温条件(即，77°K)下吸附于材料表面的惰性气体(例如氮气或氩气)的量所获得的吸附等温线来计算。术语“BET比表面积”是每克材料的表面积，通常采用BET法(Brunauer-Emmett-Teller方法)在0.05至0.3的相对压力范围内由惰性气体的吸附等温线数据计算得出。

未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料是由单体混合物合成的，该单体混合物至少包括马来酸酐和二乙烯基苯并且能够包括苯乙烯类单体。通常，二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料包含15重量％至65重量％的衍生自马来酸酐的单体单元和35重量％至85重量％的衍生自二乙烯基苯或二乙烯基苯和苯乙烯类单体的混合物的单体单元。更具体地，用于形成未水解的二乙烯基苯/马来酸酐的单体混合物通常包括：1)15重量％至65重量％的马来酸酐；2)30重量％至85重量％的二乙烯基苯；以及3)0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的苯乙烯类单体，其中苯乙烯类单体是苯乙烯、烷基取代的苯乙烯或它们的组合。每种单体的量均基于单体混合物中单体的总重量计。

单体混合物中用于制备未水解的聚合物材料的马来酸酐的量影响可结合到聚合物材料中的二价金属的量。如果马来酸酐的量太低(例如，低于单体混合物中的单体的15重量百分比)，在所述含金属聚合物材料中的二价金属的量可能太低而不能有效且高效地捕集式Q的碱性含氮化合物。另一方面，如果马来酸酐的量大于基于单体混合物中单体总重量的65重量百分比或60重量百分比，所述聚合物材料可能无法获得足够高的BET比表面积。如果BET比表面积过低，那么聚合物材料可能没有足够的孔隙率以结合适宜量的二价金属。

在一些实施方案中，单体混合物中马来酸酐的量为至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、至少35重量％、或至少40重量％。马来酸酐的量可为至多65重量％、至多62重量％、至多61重量％、至多60重量％、至多55重量％、至多50重量％、至多45重量％、或至多40重量％。例如，所述量可在下列范围内：15重量％至65重量％、15重量％至60重量％、20重量％至60重量％、25重量％至60重量％、30重量％至60重量％、35重量％至60重量％、40重量％至60重量％、15重量％至55重量％、15重量％至50重量％、15重量％至45重量％、20重量％至50重量％、20重量％至45重量％、25重量％至50重量％、或25重量％至45重量％。这些量都基于所述单体混合物中单体的总重量计。

换句话讲，聚合物材料包含15重量％至65重量％的衍生自马来酸酐的单体单元。衍生自马来酸酐的单体单元可具有式(I)、式(II)或两者。式(I)和式(II)的相对量可根据已经发生的水解度变化。基于聚合物材料的总重量计，衍生自马来酸酐的单体单元的量可以例如在下列范围内：15重量％至60重量％、20重量％至60重量％、25重量％至60重量％、30重量％至60重量％、35重量％至60重量％、40重量％至60重量％、15重量％至55重量％、15重量％至50重量％、15重量％至45重量％、20重量％至50重量％、20重量％至45重量％、25重量％至50重量％，或25重量％至45重量％。

二乙烯基苯交联剂的量可强烈影响二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料的BET比表面积，无论其是未水解的、部分水解的，还是完全水解的。二乙烯基苯有助于高交联密度，并有助于形成具有微孔和/或中孔的交联的刚性聚合物材料。BET比表面积趋向于随着单体混合物中二乙烯基苯的量增加而增大。如果单体混合物中二乙烯基苯的量少于30重量％，则聚合物材料可能没有足够高的BET比表面积，尤其是当聚合物材料完全水解时。另一方面，如果二乙烯基苯的量大于85重量％，则酸酐和/或羧酸含量可能不足以结合期望量的二价金属。

在一些实施方案中，二乙烯基苯的量为至少30重量％、至少35重量％、至少40重量％、至少45重量％、至少50重量％、至少55重量％或至少60重量％。二乙烯基苯的量可为至多85重量％、至多80重量％、至多75重量％、至多70重量％、或至多65重量％。例如，二乙烯基苯可在下列范围内：30重量％至85重量％、30重量％至80重量％、30重量％至75重量％、30重量％至70重量％、30重量％至60重量％、30重量％至55重量％、30重量％至50重量％、40重量％至80重量％、50重量％至80重量％、40重量％至75重量％、50重量％至75重量％、或55重量％至75重量％。这些量都基于所述单体混合物中单体的总重量计。

换句话讲，聚合物材料包含30重量％至85重量％的衍生自二乙烯基苯的单体单元。衍生自二乙烯基苯的单体单元的量可以例如在下列范围内：30重量％至80重量％、30重量％至75重量％、30重量％至70重量％、30重量％至60重量％、30重量％至55重量％、30重量％至50重量％、40重量％至80重量％、50重量％至80重量％、40重量％至75重量％、50重量％至75重量％、或55重量％至75重量％。所述量基于聚合物材料的总重量计。

纯的二乙烯基苯可能难以获得。例如，可商购获得的二乙烯基苯的纯度通常低至55重量％。获得纯度高于约80重量％的二乙烯基苯可能花费不菲。二乙烯基苯附带的杂质通常为苯乙烯类单体，例如苯乙烯、烷基取代的苯乙烯(例如乙基苯乙烯)或它们的混合物。因此，苯乙烯类单体常随同二乙烯基苯和马来酸酐一起存在于单体混合物中。单体混合物通常包含基于单体混合物中单体的总重量计0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的苯乙烯类单体。如果苯乙烯类单体的含量大于40重量％，那么交联密度可能过低和/或交联点之间的距离可能过大，而不能提供具有期望的BET比表面积的聚合物材料。在聚合物材料完全水解时尤其如此。随着交联密度降低，所得聚合物材料的刚性往往降低，孔数量往往减少。

在一些实施方案中，苯乙烯类单体的量为至少1重量％、至少2重量％、至少5重量％或至少10重量％。苯乙烯类单体的量能够至多达40重量％、至多达35重量％、至多达30重量％、或至多达25重量％。例如，单体混合物中苯乙烯类单体的量可在0重量％至40重量％、1重量％至40重量％、5重量％至40重量％、1重量％至30重量％、5重量％至30重量％、1重量％至20重量％、5重量％至20重量％、5重量％至15重量％、10重量％至40重量％或10重量％至30重量％的范围内。这些量都基于所述单体混合物中单体的总重量计。

换句话讲，聚合物材料可包含0重量％至40重量％的衍生自苯乙烯类单体的单体单元。例如，所述量可在1重量％至40重量％、5重量％至40重量％、1重量％至30重量％、5重量％至30重量％、1重量％至20重量％、5重量％至20重量％、5重量％至15重量％、10重量％至40重量％、或10重量％至30重量％的范围内。所述量基于聚合物材料的总重量计。

总体而言，单体混合物包括基于单体混合物中单体的总重量计15重量％至65重量％的马来酸酐；基于单体混合物中单体的总重量计30重量％至85重量％的二乙烯基苯；以及基于单体混合物中单体的总重量计0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的苯乙烯类单体。在其它实施方案中，单体混合物包含25重量％至60重量％的马来酸酐、30重量％至75重量％的二乙烯基苯和1重量％至30重量％的苯乙烯类单体。在其它实施方案中，单体混合物包含30重量％至60重量％的马来酸酐、30重量％至60重量％的二乙烯基苯和5重量％至20重量％的苯乙烯类单体。在其他实施方案中，所述单体混合物包含40重量％至60重量％的马来酸酐、30重量％至50重量％的二乙烯基苯和5重量％至15重量％的苯乙烯类单体。

单体混合物通常包含至少95重量％的单体，所述单体选自马来酸酐、二乙烯基苯和苯乙烯类单体。例如，单体混合物中至少97重量％、至少98重量％、至少99重量％、至少99.5重量％或至少99.9重量％的单体选自马来酸酐、二乙烯基苯和苯乙烯类单体。在多个实施方案中，有目的地加入单体混合物中的单体只有马来酸酐和二乙烯基苯，在该马来酸酐和二乙烯基苯中存在作为杂质的其他任何单体(包括苯乙烯类单体)。

也就是说，聚合物材料通常包含15重量％至65重量％的衍生自马来酸酐的单体单元、30重量％至85重量％的衍生自二乙烯基苯的单体单元，以及0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的衍生自苯乙烯类单体的单体单元。在其它实施方案中，聚合物材料包含25重量％至60重量％的衍生自马来酸酐的单体单元、30重量％至75重量％的衍生自二乙烯基苯的单体单元，以及1重量％至30重量％(或10重量％至30重量％)的衍生自苯乙烯类单体的单体单元。在其它实施方案中，聚合物材料包含30重量％至60重量％的衍生自马来酸酐的单体单元、30重量％至65重量％的衍生自二乙烯基苯的单体单元，以及5重量％至20重量％(或10重量％至20重量％)的衍生自苯乙烯类单体的单体单元。在其它实施方案中，聚合物材料包含40重量％至60重量％的衍生自马来酸酐的单体单元、30重量％至55重量％的衍生自二乙烯基苯的单体单元，以及5重量％至20重量％(或10重量％至20重量％)的衍生自苯乙烯类单体的单体单元。

除了单体混合物之外，用于形成未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料的可聚合组合物还包含有机溶剂。可聚合组合物在聚合前为单相。换句话讲，可聚合组合物在聚合之前不是悬浮液。有机溶剂经过选择，以溶解单体混合物中包括的单体，并在聚合物材料开始形成时将其溶解。

在二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料形成时，有机溶剂可起致孔剂的作用。对有机溶剂的选择可强烈影响BET比表面积以及未水解聚合物材料中形成的孔的尺寸。使用与单体和成形聚合物混溶的有机溶剂倾向于产生形成具有微孔和中孔的聚合物材料。对于单体和正在形成的聚合物良好的溶剂往往导致最终聚合物材料的更大百分比的孔隙为微孔和中孔的形式。

可溶解单体和正在形成的聚合物材料两者的有机溶剂包括但不限于酮、酯、乙腈、以及它们的混合物。可与这些有机溶剂中的一种或多种一起添加其他有机溶剂，以提供所得聚合物材料(在任何水解之前)BET比表面积等于例如至少100m²/克。合适的酮的示例包括但不限于烷基酮，诸如甲基乙基酮和甲基异丁基酮。合适的酯的示例包括但不限于乙酸酯，诸如乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯和乙酸叔丁酯。

有机溶剂可以任意所需的量使用。可聚合组合物的固体百分比通常在1重量％至70重量％的范围内。如果固体百分比太低，则聚合时间可能变得不期望地长。固体百分比通常为至少1重量％、至少2重量％、至少5重量％、至少10重量％或至少15重量％。然而，如果固体百分比过大，则单体不与有机溶剂形成单相。另外，增大固体百分比往往导致形成较大直径的孔并且因此聚合物材料往往具有较低的BET比表面积。固体百分比能够为最多至70重量％、最多至65重量％、最多至60重量％、最多至50重量％、最多至40重量％、最多至30重量％、或最多至25重量％。例如，固体百分比能够在5重量％至70重量％的范围内、5重量％至60重量％的范围内、10重量％至60重量％的范围内、20重量％至60重量％的范围内、或25重量％至50重量％的范围内。

可聚合组合物除包含单体混合物和有机溶剂外，通常还包含用于自由基聚合反应的引发剂。可使用任何合适的自由基引发剂。合适的自由基引发剂通常选择为能与可聚合组合物中包含的单体混溶。在一些实施方案中，所述自由基引发剂为可在高于室温(本文限定为20-25℃)的温度下活化的热引发剂。在其它实施方案中，自由基引发剂为氧化还原引发剂。由于聚合反应是一种自由基反应，所以将可聚合组合物中的氧量降至最低是有利的。

引发剂的类型和量均可影响聚合速率。通常，增加引发剂的量往往会降低BET比表面积；然而，如果引发剂的量太低，则可能难以实现单体向聚合物材料的高转化率。自由基引发剂通常以下列范围内的量存在：0.05重量％至10重量％、0.05重量％至8重量％、0.05重量％至5重量％、0.1重量％至10重量％、0.1重量％至8重量％、0.1重量％至5重量％、0.5重量％至10重量％、0.5重量％至8重量％、0.5重量％至5重量％、1重量％至10重量％、1重量％至8重量％、或1重量％至5重量％。所述重量百分比基于可聚合组合物中单体的总重量计。合适的热引发剂包括有机过氧化物、偶氮化合物和氧化还原引发剂。潜在可用的热引发剂在国际(PCT)申请PCT/US2016/030974和美国临时专利申请62/298089中列出并细化讨论，两者均以引用方式并入本文。

可聚合组合物通常不含或基本上不含表面活性剂。如本文所用，有关表面活性剂的术语“基本上不含”意指示没有故意向该可聚合组合物中加入表面活性剂，可能存在的任一种表面活性剂均是可聚合组合物的组分之一中的杂质(例如，有机溶剂或某一种单体中的杂质)。可聚合组合物通常含有基于该可聚合组合物的总重量计小于0.5重量％、小于0.3重量％、小于0.2重量％、小于0.1重量％、小于0.05重量％或小于0.01重量％的表面活性剂。不存在表面活性剂是有利的，因为这些材料往往会限制触及多孔材料内的微孔和中孔，在一些情况下甚至会填充多孔材料内的微孔和中孔。表面活性剂的存在可降低含金属聚合物材料吸附低分子量碱性分子的容量。

在存在自由基引发剂的情况下加热可聚合组合物时，单体混合物中的单体发生聚合。通过均衡单体混合物中每种单体的量并且通过选择可使所有单体溶解且使聚合物材料在其早期形成阶段期间生长的有机溶剂，能够制备BET比表面积等于至少100m²/克的未水解的聚合物材料。在各种实施方案中，未水解的聚合物的BET比表面积可为至少150m²/克、至少200m²/克、至少250m²/克或至少300m²/克。该BET比表面积可为(例如)至多1000m²/g或更高、至多900m²/g、至多800m²/g、至多750m²/g，或至多700m²/g。

高BET比表面积可至少部分归因于未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料中的微孔和/或中孔的存在。从未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料的氩吸附等温线看出，相对压力低于0.1处有相当大的吸附，这说明存在微孔。在至多约0.95的较高相对压力下，吸附增大。这种吸附增大表明存在广泛分布的中孔。在一些实施方案中，至少20％的BET比表面积可归因于微孔和/或中孔的存在。BET比表面积的可归因于存在微孔和/或中孔的百分比可为至少25％、至少30％、至少40％、至少50％或至少60％。在一些实施方案中，BET比表面积的可归因于存在微孔和/或中孔的百分比可为至多90％或更高、至多80％或更高，或者至多75％或更高。

未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料能够为特别(例如颗粒状的)形成的并且如果需要能够直接用作聚合物材料，用于结合二价金属形成含金属的聚合物材料。另选地，未水解的聚合物材料可用水解剂处理，以提供部分或完全水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料。水解剂与马来酸酐单元反应，导致形成两个羧酸基团(-COOH基团)。可使用任何合适的能与马来酸酐单元的酸酐基团(-(CO)-O-(CO)-)反应的水解剂。在许多实施方案中，水解剂是碱，诸如溶于水的碱性材料。一种示例性的碱性材料是碱金属氢氧化物，诸如氢氧化钠(例如氢氧化钠的水溶液)。另选地，在升高的温度下(例如，室温以上至沸点)的水解剂可以只有水，或者在轻微升高的温度下(例如，室温以上至约80℃)的水解剂可以是稀酸。在许多实施方案中，优选的水解剂是碱，诸如碱金属氢氧化物。将未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料与溶于水或醇(诸如甲醇)的碱金属氢氧化物的溶液混合。在接近80℃的温度下加热混合物几个小时(如4至12小时)。然后可用盐酸处理水解聚合物材料，将任何羧酸盐转变成羧酸基团。

就未水解的、部分水解的或完全水解的酸酐聚合物材料中存在的单体单元而言，聚合物材料包含i)15重量％至65重量％的具有式(I)、式(II)、或它们的混合的第一单体单元

；ii)30重量％至85重量％的具有式(III)的第二单体单元；和

iii)0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的具有式(IV)的第三单体单元

其中R¹为氢或烷基。式(I)对应于衍生自马来酸酐的未水解的单体单元。这一未水解的单体单元包含酸酐基团(-(CO)-O-(CO)-)。式(II)对应于衍生自马来酸酐的水解的单体单元。水解的单体单元具有两个羧酸基团(-(CO)OH)，而不是酸酐基团。式(III)对应于衍生自二乙烯基苯的单体单元。连接至芳环的两个亚烷基基团可以处于彼此的间位或对位。式(IV)用于苯乙烯类单体单元。基团R¹为氢或烷基(例如，具有1至4个碳原子或2个碳原子的烷基)。在许多实施方案中，R¹为乙基并且式(IV)的单体单元衍生自乙基苯乙烯(二乙烯基苯中通常存在的杂质)。R¹基团相对于连接至芳环的亚烷基基团常常处于间位或对位。式(I)至(IV)中的每个星号(*)指示与所述聚合物材料中的另一单体单元或末端基团的连接位点。第一、第二和第三单体单元中的每一个的量是相同的，如上文针对用于形成未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料的每种单体的量所描述的。

如果是部分或完全水解的，则聚合物材料包含羧酸基团。如果pH足够高，那么聚合物材料可以带负电荷。通常，聚合物材料自身没有任何带正电荷的基团。

水解的(例如，完全水解的)二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料的BET比表面积小于未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料的BET比表面积。酸酐基团的开口可充分提高主链中的构象自由度，导致孔隙率降低。此外，水解材料中羧酸之间的氢键可能限制或阻止与孔接触。水解的聚合物材料的BET比表面积通常为约未水解的聚合物材料的BET比表面积的30％至80％、30％至60％、40％至80％或40％至60％。由于这种减小，通常希望制备具有可能最高的BET比表面积并具有足够多的马来酸酐单元的未水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料，以允许二价金属的充分结合。

水解的(例如，完全水解的)二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料通常BET比表面积等于至少50m²/克或至少100m²/克。在一些实施方案中，BET比表面积为至少150m²/g、至少175m²/g、至少200m²/g、至少225m²/g、至少250m²/g、或至少300m²/g。BET比表面积可为至多600m²/g或更高、至多500m²/g、或至多400m²/g。在一些实施方案中，BET比表面积在50至600m²/g的范围内、在75至600m²/g的范围内、在100至600m²/g的范围内或在200至600m²/g的范围内。

从水解的(例如，完全水解的)二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料的氩吸附等温线看出，相对压力低于0.1处有一些吸附，这说明存在微孔。在至多约0.95的较高相对压力下，吸附增大。这种吸附增大表明存在广泛分布的中孔。在一些实施方案中，至少20％的BET比表面积可归因于微孔和/或中孔的存在。BET比表面积的可归因于存在微孔和/或中孔的百分比可为至少25％、至少30％、至少40％、至少50％或至少60％。在一些实施方案中，BET比表面积中可归因于存在微孔和/或中孔的百分比可为至多90％或更高、至多80％或更高，或者至多75％或更高。在许多实施方案中，BET比表面积主要可归因于中孔的存在。

在形成聚合物材料(即，未水解的、部分水解的或完全水解的二乙烯基苯/马来酸酐聚合物材料)之后，二价金属结合到聚合物材料中。通常通过用溶解于水中的金属盐的溶液处理聚合物材料来结合二价金属。金属盐包含为二价金属(即，具有+2氧化态的金属)的阳离子以及阴离子。合适的金属离子(二价金属)通常来自周期表的第2族或第6族至第12族。示例性二价金属包括但不限于铬、镍、钴、铜、锌、锰、镉、铁、镁、钙、钡或它们的混合物。在许多实施方案中，二价金属为第6族至第12族，诸如例如铬、镍、钴、铜、锌、铁或它们的混合物。在一些特定的实施方案中，二价金属为铜、钴、锌或镍。在一些甚至更特定的实施方案中，二价金属为锌或铜。应当理解，通过二价金属是指至少一种二价金属；因此可以使用上述二价金属的任一种的混合物。

金属盐通常选自可溶于水的那些。金属盐的阴离子通常为卤化物(例如，氯离子)、硝酸根、硫酸根、羧酸根(例如，乙酸根、甲酸根以及丙酸根)、或卤素取代的羧酸根(例如，氯代乙酸根、二氯乙酸根以及氯取代的丙酸根)。在许多实施方案中，阴离子是氯离子、乙酸根或硝酸根。

特定的金属盐的示例包括但不限于乙酸锌、乙酸铜、乙酸镍、乙酸钴、乙酸铁、乙酸锰、乙酸铬、乙酸镉、甲酸锌、甲酸铜、甲酸镍、甲酸钴、甲酸铁、甲酸锰、甲酸镉、丙酸锌、丙酸铜、丙酸镍、丙酸钴、丙酸铁、丙酸锰、丙酸镉、氯代乙酸锌、氯代乙酸铜、氯代乙酸镍、氯代乙酸钴、氯代乙酸铁、氯代乙酸锰、氯代乙酸镉、二氯乙酸锌、二氯乙酸铜、二氯乙酸镍、二氯乙酸钴、二氯乙酸铁、二氯乙酸锰、二氯乙酸镉、氯化锌、氯化铜、氯化镍、氯化钴、氯化铁、氯化锰、氯化镉、氯化铬、氯化镁、硫酸锌、硫酸铜、硫酸镍、硫酸钴、硫酸铁、硫酸锰、硫酸镉、硝酸锌、硝酸硐、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铁等。如果需要可以使用它们中的任何一种的混合物。

通常通过用溶解于水中的金属盐的溶液处理聚合物材料来结合二价金属。金属盐溶液的浓度通常在0.1至10摩尔/升的范围内。在一些实施方案中，浓度在0.5至10摩尔/升的范围内、在1至10摩尔/升的范围内、在1至8摩尔/升的范围内、在2至8摩尔/升的范围内，或在3至6摩尔/升的范围内。将所得溶液与聚合物材料混合。通常增加金属盐的量，使二价金属的摩尔数超过聚合物材料中的酸酐、羧基基团(-COOH基团)或两者的摩尔数。

金属盐溶液与聚合物材料的混合时间通常为至多1小时、至多2小时、至多4小时、至多8小时、至多16小时、至多24小时或至多48小时。混合温度可以是室温或更高。然后将含金属聚合物材料与水分开并干燥。可以采用任何合适的干燥方法。在一些实施方案中，所述含有金属的聚合物材料在设置为80℃至120℃的烘箱中真空干燥。二价金属结合到未水解聚合物材料或部分水解的聚合物材料中的过程可导致酸酐基团的至少一部分的一些水解或进一步水解。

在一些实施方案中，所得的含金属聚合物材料包含基于聚合物材料的总重量计至少10重量％的二价金属。二价金属的量可为基于聚合物材料的总重量计至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、至少40重量％或至少50重量％。含金属聚合物材料可包括至多100重量％或更多的二价金属(即，二价金属的重量可等于或超过聚合物材料的重量)。例如，所述量可为基于聚合物材料的总重量计至多90重量％、至多80重量％、至多75重量％、至多70重量％、至多60重量％或至多50重量％。例如，所述量通常在下列范围内：10重量％至100重量％、10重量％至80重量％、10重量％至60重量％、10重量％至50重量％、10重量％至40重量％、10重量％至30重量％、15重量％至60重量％、15重量％至50重量％、15重量％至40重量％、15重量％至30重量％、20重量％至60重量％、20重量％至50重量％、20重量％至40重量％或20重量％至30重量％。

在其它实施方案中或换句话讲，所得的含金属聚合物材料包含每克聚合物材料至少1.5mmol(毫摩尔)二价金属。二价金属的量可为每克聚合物材料至少2.0mmol、至少2.25mmol、至少3.0mmol、至少3.75mmol、至少4.0mmol、至少4.5mmol、至少5mmol、至少6.0mmol、至少7mmol或至少7.5mmol。含金属聚合物材料可包括每克至多15mmol或更多的二价金属。例如，所述量可为每克聚合物材料至多14mmol、至多13.5mmol、至多13mmol、至多12mmol、至多11.25mmol、至多11mmol、至多10.5mmol、至多10mmol、至多9mmol、至多8mmol或至多7.5mmol。例如，所述量通常在每克聚合物材料1.5至15mmol、1.5至12mmol、1.5至9mmol、1.5至7.5mmol、1.5至6mmol、1.5至4.5mmol、2.25至9mmol、2.25至7.5mmol、2.25至6mmol、2.25至5mmol、2.25至4.5mmol、3.0至9mmol、3.0至7.5mmol、3.0至6mmol或3.0至4.5mmol的范围内。

概括地说，含金属聚合物材料包括：a)聚合物材料，以及b)二价金属，该二价金属以基于聚合物材料的重量计至少10重量％(或每克聚合物材料至少1.5mmol)结合到聚合物材料中(即，吸附在聚合物材料上)。所述聚合物材料包含i)15重量％至65重量％的具有式(I)、式(II)、或它们的混合的第一单体单元

；ii)30重量％至85重量％的具有式(III)的第二单体单元；和

iii)0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的具有式(IV)的第三单体单元

其中R¹为氢或烷基。

在一些实施方案中，含金属聚合物材料还包括酸碱指示剂。酸碱比色指示剂(即，在其发生从呈酸形式至呈碱形式的转变时改变颜色的染料(通常为有机染料))通常与二价金属同时加入。酸碱比色指示剂通常经过选择，使得正被吸附的含氮化合物的碱度足以使酸碱比色指示剂从其酸性形式移动至其碱性形式。

在选择适当的酸碱比色指示剂时的另一重考虑涉及选择对含氮化合物的亲和力充分低于对二价金属的亲和力的酸碱指示剂，由此使得酸碱指示剂在二价金属的所有或几乎所有含氮化合物吸附容量被用尽之前不改变颜色。也就是说，酸碱比色指示剂经过选择，以在所有或大部分可利用的二价金属原子的含氮化合物的吸附容量被用尽时从第一颜色变成第二颜色。颜色变化则传达出已经达到或快要达到聚合物吸附剂的含氮化合物吸附容量的信号。如本文所用，术语“快要达到”是指已经达到容量的至少60％或更多(即，至少60％或更多的可利用吸附位点已经用于含氮化合物的吸附)。例如，至少70％、至少80％、至少90％或至少95％的吸附位点已经用于含氮化合物的吸附。

在选择酸碱比色指示剂时的最后考虑要点涉及将含金属聚合物材料固有的颜色考虑在内。一些二价金属在结合到多孔聚合物材料中时赋予所得的含金属聚合物材料颜色(即，含ZnCl₂金属的聚合物材料为粉色，含CuCl₂金属的聚合物材料为深灰色/绿色，并且含NiCl₂金属的聚合物材料为棕褐色)。可明显根据含金属聚合物材料自身可固有的颜色变化选择从其酸性形式至其碱性形式颜色变化的酸碱比色指示剂可以是重要的。可为有利的是，甚至向在含氮化合物的吸附时自身发生颜色变化的含金属聚合物材料添加酸碱指示剂，以便获取用于比色指示的更宽的颜色范围，并且在一些情况下，以缓解一些含金属聚合物材料的色移的湿度敏感性。

示例性酸碱比色指示剂包括但不限于甲基红、溴酚蓝、副品红、柯衣定、百里酚蓝、甲基黄、溴苯基蓝、刚果红、甲基橙、溴甲酚绿、石蕊精、溴甲酚紫、溴百里酚蓝、酚红、中性红、萘酚酞、甲酚红、酚酞以及百里酚酞。可使用任何合适的方法向聚合物吸附剂中加入酸碱比色指示剂。在一些实施方案中，将聚合物吸附剂在酸碱比色指示剂的溶液中浸泡至少10分钟、至少20分钟、至少30分钟、至少1小时、至少2小时、至少4小时、或至少8小时。酸碱比色指示剂的溶液通常在1至10毫克/毫升的浓度范围内。通常，将约0.5克的聚合物吸附剂浸泡在约10毫升的溶液中。

尽管聚合物材料可以是未水解的、部分水解的或完全水解的，但是在一些应用中，可优选使用完全水解的聚合物材料。水解的聚合物材料可比未水解或部分水解的聚合物材料更一致地预形成，因为所述未水解或部分水解的聚合物材料可随时间改变(即，它们具有发生水解或进一步水解的倾向，这可能改变它们的性能特性)。

在一些实施方案中，诸如在含锌、含钴、含镍以及含镁的聚合物材料的情况下，二价金属可作为离子物质存在。对于为离子的二价金属，当使用x射线衍射分析含金属聚合物材料时，通常不能检测到包括金属物质的结晶相。在其它实施方案中，诸如在含铜聚合物材料的情况下，二价金属可作为氧化物存在。对于金属氧化物，当使用x射线衍射分析含金属聚合物材料时，可检测到结晶相。

当使用红外光谱进行分析时，对于结合二价金属之后的聚合物材料，观察到羰基峰的移动。虽然不想受理论的限制，但是据信，二价金属可与聚合物材料中的羰基基团或酸酐基团缔合(即，金属可与它们反应或可与它们配位)。

一些含金属聚合物材料可以是有色的。一些有色的示例包括但不限于包含锌(II)、铜(II)和镍(II)的那些。含锌聚合物材料通常是粉色的，含铜聚合物材料通常是深灰绿色的，并且含镍聚合物材料通常是棕褐色的。

含金属聚合物材料通常具有低于相应的聚合物材料的BET比表面积。二价金属驻留在聚合物材料的孔中，导致BET比表面积减小。在许多实施方案中，浸渍二价金属后的多孔聚合物材料的BET表面积为至少15m²/克、至少20m²/克、至少25m²/克、至少30m²/克、至少40m²/克，或至少50m²/克。

在形成并且干燥并且被以任何合适的方法沉积在任何期望的过滤器支撑体上后，所述含金属的多孔聚合物材料以由过滤器支撑体支撑的吸附剂颗粒的形式提供，并能用于捕集气载的碱性含氮化合物。因此，提供了一种从空气中捕集碱性含氮化合物的方法。所述方法包括提供如本文所述的含金属聚合物材料，接着使所述含金属聚合物材料暴露于潜在包括式Q的碱性含氮化合物的空气(例如以气态或蒸汽形态)中。形成金属络合物。金属络合物包括如上文所定义的二价金属和至少一种式Q的化合物的反应产物。

与二价金属反应以形成金属络合物的式Q的碱性含氮化合物可归类为路易斯碱、布朗斯特-劳瑞碱，或两者。合适的碱性含氮化合物常常具有低分子量(例如，不大于150克/摩尔)。即，碱性含氮化合物可在室温下或接近室温下是挥发性的，或者可在使用条件下是挥发性的。碱性含氮化合物的示例包括但不限于氨、肼化合物、胺化合物(例如烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、烷醇胺、亚烷基二胺、芳胺)和含氮杂环(饱和的和不饱和的)化合物。具体的碱性含氮化合物包括例如氨、肼、甲基肼、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺、二丙胺、三丙胺、异丙胺、二异丙胺、三异丙胺、乙醇胺、环己胺、吗啉、吡啶、苄胺、苯肼、乙二胺和1,3-丙二胺。

在暴露于碱性含氮化合物的气体或蒸汽之后，所述含金属聚合物材料被转变为含金属络合物的聚合物材料。含金属络合物的聚合物材料包括a)聚合物材料，以及b)结合到聚合物材料中(即，吸附在聚合物材料上)的金属络合物。所述聚合物材料包含i)15重量％至65重量％的具有式(I)、式(II)、或它们的混合的第一单体单元

；ii)30重量％至85重量％的具有式(III)的第二单体单元；和

iii)0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的具有式(IV)的第三单体单元

其中R¹为氢或烷基。金属络合物包括二价金属和至少一种碱性含氮化合物的反应产物。

在含金属络合物的聚合物材料的许多实施方案中，结合到聚合物材料中的二价金属保持未转化为金属络合物。也就是说，含金属络合物的聚合物材料包括不与碱性含氮化合物络合的二价金属以及与至少一种碱性含氮化合物络合的二价金属的混合物。

二价金属(无论其是否与碱性含氮化合物络合)的总量为基于聚合物材料的总重量计至少10重量％。二价金属的总量可为基于聚合物材料的总重量计至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、至少40重量％或至少50重量％。所述量可为至多100重量％或更多。例如，所述量可为基于聚合物材料的总重量计至多90重量％、至多80重量％、至多75重量％、至多70重量％、至多60重量％或至多50重量％。例如，所述量通常在下列范围内：10重量％至100重量％、10重量％至80重量％、10重量％至60重量％、10重量％至50重量％、10重量％至40重量％、10重量％至30重量％、15重量％至60重量％、15重量％至50重量％、15重量％至40重量％、15重量％至30重量％、20重量％至60重量％、20重量％至50重量％、20重量％至40重量％或20重量％至30重量％。

换句话讲，二价金属(无论其是否与碱性含氮化合物络合)的总量为每克聚合物材料至少1.5mmol(毫摩尔)。二价金属的总量可为每克聚合物材料至少2.0mmol、至少2.25mmol、至少3.0mmol、至少3.75mmol、至少4.0mmol、至少4.5mmol、至少5mmol、至少6.0mmol、至少7mmol或至少7.5mmol。含金属聚合物材料可包括每克至多15mmol或更多的二价金属。例如，所述量可为每克聚合物材料至多14mmol、至多13.5mmol、至多13mmol、至多12mmol、至多11.25mmol、至多11mmol、至多10.5mmol、至多10mmol、至多9mmol、至多8mmol或至多7.5mmol。例如，所述量通常在每克聚合物材料1.5至15mmol、1.5至12mmol、1.5至9mmol、1.5至7.5mmol、1.5至6mmol、1.5至4.5mmol、2.25至9mmol、2.25至7.5mmol、2.25至6mmol、2.25至5mmol、2.25至4.5mmol、3.0至9mmol、3.0至7.5mmol、3.0至6mmol或3.0至4.5mmol的范围内。

含金属聚合物材料所吸附(络合)的碱性含氮化合物的最大量与结合到聚合物材料中的二价金属的量相关。所吸附的碱性含氮化合物的最大量通常为每克含金属聚合物材料至少0.5毫当量(即，每克含金属聚合物材料0.5毫当量的吸附的碱性含氮化合物)并且可为至多10毫当量/克或甚至更高。在许多实施方案中，所吸附的最大量为至少1毫当量/克、至少2毫当量/克、或至少3毫当量/克。所吸附的量可为例如至多9毫当量/克、至多8毫当量/克、至多7毫当量/克、至多6毫当量/克、或至多5毫当量/克。

尽管含金属聚合物材料中二价金属的量是使碱性含氮化合物的吸附容量最大的重要因素，但是达到二价金属的上限量，超过所述上限量容量就不继续增加。也就是说，超过某个点，将更多的二价金属结合到含金属聚合物材料中不导致对碱性含氮化合物的容量增加。如果结合的二价金属的量过大，那么聚合物材料的表面可能变得被二价金属饱和并且可能导致二价金属的集簇和/或分层。集簇和/或分层可导致可用于与碱性含氮化合物配位(即，与其络合)的二价金属的量减少。因此，可优化结合到聚合物材料中的二价金属的量，以获得对碱性含氮化合物的最大吸附容量。

聚合物材料的孔隙率也影响含金属材料的碱性含氮化合物的吸附容量。通常，具有更高孔隙率的聚合物材料对官能团位点具有更大的可接触性。较高孔隙率聚合物材料，可能是由于聚合物材料中中孔和/或微孔的存在，通常导致二价金属的较高结合。二价金属的较高结合(至少高达集簇和/或分层发生的点)导致可用于碱性含氮化合物的吸附的更多配位位点。可通过用于制备聚合物材料的交联剂的量(即，二乙烯基苯的量)以及在聚合物材料的形成期间存在的有机溶剂的身份和量改变聚合物材料的孔隙率和BET比表面积。

在一些实施方案中，含金属聚合物材料中只有一部分二价金属与式Q的碱性含氮化合物络合。即未吸附Q的最大量。在这种情况下，聚合物材料包含金属络合物以及不与碱性含氮化合物络合的二价金属两者。

可使用任何将式Q的碱性含氮化合物捕获(即吸附)在含金属聚合物材料上的方法。在一些实施方案中，尤其是在含金属聚合物材料中的二价金属选自锌、镍或铜时，在暴露于碱性含氮化合物时发生颜色变化。例如，在暴露于碱性含氮化合物时，含锌聚合物材料从粉色变成棕褐色，含铜聚合物材料从深灰绿色变成蓝绿色，并且含镍聚合物材料从棕褐色变成橄榄绿。这种颜色变化可用于指示对碱性含氮化合物的暴露。暴露于碱性含氮化合物之后的颜色强度可与暴露的量相关。应当理解即使此类颜色变化会伴随将设置在活性炭载体上的二价金属暴露在碱性复合物时发生，此类颜色变化可能不会事先认识到因为活性炭的深色通常会掩盖其中掺入的二价金属的任何此类细微的颜色变化。

含有金属的多孔材料、制备此类材料的方法以及使用此类材料捕集碱性含氮化合物的方法详细描述于国际申请PCT/US2016/030974和美国临时专利申请62/298089中，两者标题均为“包含金属的聚合物材料”(Metal-Containing Polymeric Materials)，并且两者均全文以引用方式并入本文中。在一些实施方案中，如本文所公开的过滤器支撑体上支撑的吸附剂颗粒可包含粘结剂。此类方法和排布结构详细描述于美国临时专利申请xx/xxxxxx，代理人案卷号78875US002，随文提交，标题为“包括含有金属的聚合物材料的复合颗粒”(Composite Granules Including Metal-Containing Polymeric Materials)，该文献全文以引用方式并入本文。

示例性实施方案列表

实施方案1为空气过滤器，所述空气过滤器包括支撑吸附剂颗粒的过滤器支撑体，其中至少一些吸附剂颗粒是多孔的并且包含聚合物材料，所述聚合物材料包括：a)一种聚合物，其包含i)15重量％至65重量％的具有式(I)、式(II)或它们的混合的第一单体单元；ii)30重量％至85重量％的具有式(III)的第二单体单元；iii)0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的具有式(IV)的第三单体单元，其中R¹为氢或烷基；以及b)二价金属，该二价金属以每克所述聚合物材料至少1.5mmol的量结合到所述聚合物材料中。

实施方案2为根据实施方案1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括具有至少一个主表面的基底，在所述主表面上设置有至少一些多孔聚合物吸附剂颗粒。

实施方案3为根据实施方案2所述的空气过滤器，其中所述多孔聚合物吸附剂颗粒在基底的主表面上基本上以单层存在。

实施方案4为根据实施方案1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括多孔透气材料，其具有设置在其主表面上的多孔聚合物吸附剂颗粒和/或具有设置在材料内部的至少在邻近材料的主表面位置的多孔聚合物吸附剂颗粒。

实施方案5为根据实施方案4所述的空气过滤器，其中所述多孔聚合物吸附剂颗粒设置在整个多孔透气材料的内部上。

实施方案6为根据实施方案1-5中任一项所述的空气过滤器，其中所述空气过滤器基本上由过滤器支撑体组成。

实施方案7为根据实施方案1-6中任一项所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括片状材料，该片状材料具有主平面且厚度小于约3mm并且被构造成允许气流至少在大致垂直于片状材料的主平面的方向上流过过滤器支撑体。

实施方案8为根据实施方案1-3和6-7中任一项所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括具有主表面的结网，所述主表面上以粘接方式附接有至少一些多孔聚合物吸附剂颗粒。

实施方案9为根据实施方案1-7中任一项所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括具有内部的纤维幅材，并且其中所述多孔聚合物吸附剂颗粒被设置在幅材的内部的至少一部分内。

实施方案10为根据实施方案9所述的空气过滤器，其中所述多孔聚合物吸附剂颗粒被设置在纤维幅材的整个内部上。

实施方案11为根据实施方案9-10中任一项所述的空气过滤器，其中所述幅材为非织造纤维幅材。

实施方案12为根据实施方案11所述的空气过滤器，其中所述非织造纤维幅材为熔喷纤维网。

实施方案13为根据实施方案9-12中任一项所述的空气过滤器，其中纤维幅材的至少一些纤维各自粘结到至少一种多孔聚合物吸附剂颗粒。

实施方案14为根据实施方案1-5和7-13中任一项所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体为多层透气组件中的一层。

实施方案15为根据实施方案14所述的空气过滤器，其中该多层透气组件包括至少一层这样的层，该层与该过滤器支撑体不是同一层并且渗透百分比小于50的颗粒过滤层。

实施方案16为根据实施方案15所述的空气过滤器，其中该颗粒过滤层包括驻极体部分。

实施方案17为根据实施方案1-14中任一项所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体为渗透百分比小于50的过滤介质。

实施方案18为根据实施方案1-17中任一项所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体为折叠的。

实施方案19为根据实施方案1-18中任一项所述的空气过滤器，其中所述空气过滤器为被构造成用于插入空气处理设备的空气过滤器接收器中的框架式空气过滤器，该空气处理设备选自由强制空气加热单元、强制空气冷却单元、强制空气加热/冷却单元、室内空气净化器和用于机动车辆的舱室空气过滤单元组成的组中。

实施方案20为根据实施方案1、6、以及14-16中任一项所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括蜂窝结构，该蜂窝结构具有其内设置有吸附剂颗粒的通孔。

实施方案21为根据实施方案1-5、以及7-17中任一项所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体设置有过滤式面罩呼吸器的层。

实施方案22为根据实施方案21所述的空气过滤器，其中该过滤式面罩呼吸器选自由平折式呼吸器和模制呼吸器组成的组中。

实施方案23为根据实施方案1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括容器，所述容器具有在其内设置有多孔聚合物吸附剂颗粒的内部且具有至少一个空气入口和至少一个空气出口。

实施方案24为根据实施方案23所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括过滤器滤筒。

实施方案25为根据实施方案24所述的空气过滤器，其中所述过滤器滤筒被构造成与个人保护装置一起使用，该个人保护装置选自由半面负压呼吸器、全面负压呼吸器、逃生罩和动力空气净化呼吸器组成的组中。

实施方案26为根据实施方案1-25中任一项所述的空气过滤器，其中所述多孔吸附剂颗粒由未水解的聚合物材料组成并且在不存在二价金属时进行测量呈现出>100m²/克的BET比表面积。

实施方案27为根据实施方案1-26中任一项所述的空气过滤器，其中所述多孔吸附剂颗粒由水解的聚合物材料组成并且在不存在二价金属时进行测量呈现出>50m²/g的BET比表面积。

实施方案28为根据实施方案1-27中任一项所述的空气过滤器，其中至少一些多孔吸附剂颗粒通过粘结剂粘结到相邻的多孔吸附剂颗粒。

实施方案29为一种从空气中捕集至少一些分子量不大于150克/摩尔的碱性含氮化合物的方法，所述方法包括：设置根据实施方案1-28中任一项所述的空气过滤器使得所述多孔聚合物吸附剂颗粒暴露于空气；以及将至少一些碱性含氮化合物吸附到所述多孔聚合物吸附剂颗粒上。

实施方案30为根据实施方案29所述的方法，其中所述过滤器支撑体具有主表面，并且其中空气以气流的形式存在，该气流在与过滤器支撑体的主表面的平面至少大致对齐的方向上移动。

实施方案31为根据实施方案29所述的方法，其中所述过滤器支撑体允许气流穿过其中，并且其中空气以气流的形式存在，该气流在至少大致垂直于过滤器支撑体的主表面的方向上穿过至少一部分过滤器支撑体。

实施方案32为一种制造包括过滤器支撑体的空气过滤器的方法，所述过滤器支撑体包含多孔聚合物吸附剂颗粒，该方法包括：提供多孔聚合物吸附剂颗粒，所述多孔聚合物吸附剂颗粒包括聚合物材料，所述聚合物材料包括：a)一种聚合物，其包含i)15至65重量％的具有式(I)、式(II)或它们的混合的第一单体单元；ii)30重量％至85重量％的具有式(III)的第二单体单元；iii)0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的具有式(IV)的第三单体单元，其中R¹为氢或烷基；和b)二价金属，该二价金属以每克所述聚合物材料至少1.5mmol的量结合到所述聚合物材料中；并且在过滤器支撑体上支撑所述多孔聚合物吸附剂颗粒。

实施方案33为根据实施方案1-28中任一项所述的空气过滤器，其中所述空气过滤器还包含至少一种次级吸附剂。

实施方案34为根据实施方案33所述的空气过滤器，其中所述至少一种次级吸附剂包含活性炭。

实施方案35为根据实施方案1-28和33-34中任一项所述的空气过滤器，所述聚合物吸附剂还包含酸基染料(acid-base dye)。

在上述示例性实施方案中，公式(I)、(II)、(III)和(IV)被规定为具有如具体实施方式的“吸附剂”部分中所示的结构的材料。

实施例

材料列表

*据报道容纳80重量百分比的DVB和20重量百分比的苯乙烯类单体。计算用来制备聚合物材料的DVB的摩尔数考虑了纯度。

规程

分析和表征工序

孔隙度和气体吸附实验以及参数(诸如BET比表面积和孔内容积)的计算是按照与国际专利申请PCT/US2016/030974和美国临时专利申请62/298089的“气体吸附分析”部分所述的类似方式进行的，两份专利申请标题均为“含金属的聚合物材料”(METAL-CONTAINING POLYMERIC MATERIALS)，并且两者均全文以引用方式并入本文。(这些专利申请在下文中分别称为PCT’974专利申请和US’089专利申请)。除非另外指明，在实施例中报告的所有孔内容积都是在大约0.98的相对压力(p/p°)下测得的。

氨存在期滤筒测试

使用简单的定制构建的流通递送体系将已知浓度的氨递送至样品进行测量。在整个递送系统中使用不锈钢和聚(氯乙烯)(PVC)管。将氨从无水氨加压气缸(美国明尼苏达州圣保罗的氧气服务公司(Oxygen Service Company,St.Paul,MN,USA))递送至系统。将氨流用压缩空气稀释，以在25.2或32L/min(LPM)的流速下递送1000ppm的氨流至测试室。使用0-300LPM TSI流量计(明尼苏达州肖维TSI公司(TSI，Shoreview，MN))设定空气流速。通过一系列滴定确定氨浓度。将1LPM的作用气体流拉入15mL的冲击机中，并鼓泡通过按重量计4％的硼酸水溶液。约15分钟后，将内容物倾注到烧杯中，并且加入几滴溴甲酚绿。计量加入0.10M的盐酸到混合物中直到混合物从蓝色变至黄色。使用比例积分导数(PID)控制器将氨测试的相对湿度(RH)保持在恒定设定点处，该比例积分导数(PID)控制器检测到系统的％RH并且如果其落在所需％RH的0.2％之外则加热水浴以升高湿度。用Vaisala HMM1014A1AE湿度探头(芬兰万塔维萨拉(Vaisala，Vanta，Finland))校准PID传感器。

在测试室中将滤筒顺着系统放置，使得1000ppm氨气流流过滤筒。将管材连接到测试室的下游侧，该管材通向光声气体检测器创新1412(Innova 1412)(加州橙县加利福尼亚分析公司(California Analytical,Orange,CA))。当氨气流开始经过滤筒时，将此时视为测试开始的时间，启动计时器。创新(Innova)光声气体检测器大约每50秒取样一次，并且取样间隙吹扫所述系统。

在测试之前，使用在氮气加压的气体钢筒(美国明尼苏达州圣保罗的氧气服务公司(Oxygen Services Company,St.Paul,MN,USA))中的经认证的57ppm氨来校准光声气体检测器。用该流出物生成的信号将软件设定为50ppm氨。氨蒸气测试的终点被定义为经过测试材料的料层的氨流出物在光声气体检测器上产生的信号超过对应于50ppm的信号的时间所对应的点。每个滤筒的性能报告为进行如上所述测试直至观察到50ppm突破的分钟数。

氨存在期一次性呼吸器测试

使用简单的定制构建的流通递送体系将已知浓度的氨递送至一次性呼吸器进行测量。在整个递送体系使用不锈钢管和聚氯乙烯(PVC)管。将氨从无水氨加压气缸(美国明尼苏达州圣保罗的氧气服务公司(Oxygen Service Company,St.Paul,MN,USA))递送至系统。将氨流用压缩空气稀释，以在30L/min(LPM)的流速下递送56ppm的氨流至测试室。使用0-300LPM TSI流量计(明尼苏达州肖维TSI公司(TSI，Shoreview，MN))设定空气流速。使用PID控制器将测试的RH维持在恒定的50％RH下。用Vaisala HMM1014A1AE湿度探头(芬兰万塔维萨拉(Vaisala，Vanta，Finland))校准PID传感器。使用光声气体检测器创新1412(Innova 1412)(加州橙县加利福尼亚分析公司(California Analytical,Orange,CA))测定氨浓度。

在测试室中将呼吸器顺着系统放置，使得56ppm氨气流流过测试材料。将管材连接到测试室的下游侧，该管材通向光声气体检测器。氨气流开始经过一次性呼吸器时，将此时视为测试开始的时间，启动计时器。创新(Innova)光声气体检测器大约每50秒取样一次，并且取样间隙吹扫所述系统。

在测试之前，使用在氮气加压的气体钢筒(美国明尼苏达州圣保罗的氧气服务公司(Oxygen Services Company,St.Paul,MN,USA))中的经认证的57ppm氨来校准光声气体检测器。用该流出物生成的信号将软件设定为50ppm氨。氨蒸气测试的终点被定义为经过测试材料的料层的氨流出物在光声气体检测器上产生的信号超过对应于5ppm的信号的时间所对应的点。各一次性呼吸器的性能报告为在观察到5ppm突破之前执行上述测试的分钟数。

代表性实施例

以如上文引用的PCT’974和US’089专利申请的实施例PE-15-1中所述大致类似的方式制备一批前体聚合物材料。前体聚合物材料的SA_BET在大约240m²/克的范围内，并且全部孔内容积在大约0.275cm³/克的范围内(在等于0.96的分压(p/p°)下测量的)。将前体聚合物材料筛分至12×40目颗粒。以如PCT’974和US’089专利申请的实施例15中所述大致相似的方式，使前体聚合物材料与4.0M锌(II)氯化物水溶液(ZnCl₂)反应。包含ZnCl₂的多孔聚合物吸附剂的SA_BET在大约35m²/克的范围内，并且全部孔内容积在大约0.050cm³/克的范围内。

过滤器滤筒可购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul，MN)，其类型可用于3M半面罩可重复使用呼吸器6000系列(3M HALF FACEPIECE REUSABLERESPIRATOR 6000SERIES)。购得的滤筒是空的，并且包含大约105mL的空的内部体积。将上述含有ZnCl₂的多孔聚合物吸附剂颗粒作为填充床手动沉积到滤筒外壳的内部，所述填充床占用滤筒的105mL内部体积至手动填充所述颗粒所允许的堆积密度。然后用超音波焊接将滤筒的封盖放置到位。按质量计，该滤筒含有59.3克包含ZnCl₂的多孔聚合物吸附剂颗粒。该滤筒用于在15％RH和32LPM下进行如上所述的氨存在期滤筒测试。代表性实施例滤筒的氨存在期测定为大约133分钟。

比较实施例(1)

购得活性炭并以与PCT’974和US’089专利申请的比较实施例3中所述大致类似的方式浸渍ZnCl₂，不同的是活性炭的目尺寸为12×40。如代表性实施例中所述获得空的过滤器滤筒外壳，并且将滤筒外壳的105mL内部体积填充已浸渍ZnCl₂的活性炭以形成填充床。然后用超音波焊接将滤筒的封盖放置到位。按质量计，该滤筒含有61.9克包含ZnCl₂的活性炭。该滤筒用于在15％RH和32LPM下进行如上所述的氨存在期滤筒测试。比较实施例(1)滤筒的氨存在期测定为大约78分钟。

变型实施例

变型实施例(1)

以如代表性实施例中所述的类似方式制备一批包含ZnCl₂的多孔聚合物吸附剂颗粒，并且加载到过滤器滤筒外壳的内部体积中。以如代表性实施例中所述的类似方式测试变型实施例(1)滤筒的氨存在期，不同的是RH为大约0％而不是15％。在这些条件下，测定变型实施例(1)滤筒的氨存在期为大约178分钟。

变型实施例(2)

购得授予赫恩(Hern)为“URC”碳的美国专利6767860中所述类型的活性炭，并且不用ZnCl₂浸渍。所述活性炭为12×30目。将大约75mL的该活性炭加载到上述类型的过滤器滤筒外壳的内部体积(105mL)中。以如代表性实施例中的类似方式制备一批含有ZnCl₂的多孔聚合物吸附剂颗粒，不同的是将前体聚合物材料筛分至40×80目并且用6.0M的ZnCl₂水溶液进行浸渍。该前体材料为未水解的，并且SA_BET在约240m²/克的范围内，并且全部孔内容积在约0.275cm³/克的范围内(在等于0.96的p/p°下测量)。将大约30mL含有ZnCl₂的多孔聚合物吸附剂颗粒加载到过滤器滤筒外壳中，作为在75mL活性炭层顶上的层。然后用超音波焊接将滤筒的封盖放置到位。按质量计，该滤筒包含47.3克活性炭(作为占大约75mL的层)和18.2克含有ZnCl₂的聚合物吸附剂(作为占大约25mL的层)。该滤筒用于在15％RH和32LPM下进行如上所述的氨存在期滤筒测试。变型实施例(2)滤筒的氨存在期测定为大约39分钟。

变型实施例(3)

购得如上文变型实施例(2)中所述的一般类型的活性炭，并且未用ZnCl₂浸渍。所述活性炭为12×30目。将大约75mL的该活性炭加载到上述类型的过滤器滤筒外壳的内部体积(105mL)中。以与变型实施例(2)中类似的方式制备一批多孔聚合物吸附剂颗粒。该前体材料的SA_BET在大约240m²/克的范围内，并且全部孔内容积在约0.275cm³/克的范围内(在等于0.96的p/p°下测量)。以与PCT’974和US’089专利申请的实施例PE-10-2中所述大致类似的方式水解该前体材料。水解的多孔聚合物材料的SA_BET在大约110m²/g的范围内，全部孔内容积在大约0.135cm³/克范围内。然后以与变型实施例(2)中大致类似的方式，用ZnCl₂浸渍水解的多孔聚合物材料。包含ZnCl₂的水解的多孔聚合物吸附剂的SA_BET在大约35m²/克的范围内，并且全部孔内容积在大约0.050cm³/克的范围内。

如变型实施例(2)中(所述)，将大约30mL含有ZnCl₂的水解的多孔聚合物吸附剂颗粒加载到过滤器滤筒外壳中，作为在75mL活性炭层顶上的层。然后用超音波焊接将滤筒的封盖放置到位。按质量计，该滤筒包含47.3克活性炭和17.6克含有ZnCl₂的水解的聚合物吸附剂。该滤筒用于在15％RH和32LPM下进行如上所述的氨存在期滤筒测试。变型实施例(3)滤筒的氨存在期测定为34分钟。

变型实施例(4)

以如上文引用的PCT’974和US’089专利申请的实施例PE-7-1中所述大致类似的方式制备一批前体聚合物材料。该前体聚合物材料的SA_BET在大约290m²/克的范围内，并且全部孔内容积在大约0.240cm³/克的范围内。将前体聚合物材料筛分至40×80目颗粒。

以与PCT’974和US’089专利申请的实施例PE-7-2中所述大致类似的方式水解该前体材料。水解的多孔聚合物材料的SA_BET在大约110m²/g的范围内，并且全部孔内容积在大约0.135cm³/克范围内。然后以与PCT’974和US’089专利申请的实施例7中大致类似的方式，用ZnCl₂浸渍水解的多孔聚合物材料。包含ZnCl₂的水解的多孔聚合物吸附剂的SA_BET在大约35m²/克的范围内，并且全部孔内容积在大约0.050cm³/克的范围内。

根据商品名DELNET从德星科技(Delstar Technologies，Middleton，DE)购得结网。结网包括两组基本上垂直于彼此取向的细丝，以形成大致矩形的通孔(开口)阵列，每个孔具有0.2×1.1mm的大致尺寸。将压敏粘合剂(PSA)前体(涂覆溶液)，其主要包含丙烯酸类胶乳(Novacryl PSP-180；俄亥俄州比奇伍德的欧诺法解决方案公司(Omnova Solutions，Beachwood，OH)和增粘剂(Aquatac 6085；佛罗里达州杰克逊维尔的亚利桑那化学品公司(Arizona Chemicals，Jacksonville，FL)，施用到结网的两侧，并且通过蒸发除去液体以在结网的每一侧上留下PSA。将上述包含ZnCl₂的聚合物吸附剂颗粒手动喷洒到结网的两侧上，使得吸附剂颗粒以粘接方式附接到结网的主表面上的PSA。

将这种载有吸附剂的结网片切割成与过滤器滤筒外壳的内部维度相同的尺寸，所述过滤器滤筒外壳与上文所述的过滤器滤筒外壳类似，不同之处在于内部体积是75mL而不是105mL。将两片载有吸附剂的结网加载到滤筒的内部中。滤筒内部体积的剩余部分用变型实施例2中所述的一般类型的12×30目活性炭(并且尚未用ZnCl₂浸渍)来填充。然后用超音波焊接将滤筒的封盖放置到位。计算滤筒内包含ZnCl₂的聚合物吸附剂的质量(基于在结网上的填充和所用的结网面积)，为大约2.71克。该滤筒用于在5％RH和25.2LPM下进行如上所述的氨存在期滤筒测试。该滤筒的氨存在期被测定为31分钟。

比较实施例(4)

购得活性炭并以上文所述比较实施例(1)大致类似的方式浸渍ZnCl₂，不同的是活性炭的目尺寸为20×40。以与变型实施例(4)中所述类似的方式，将加载了ZnCl₂的活性炭手动沉积到结网上并且用PSA与之粘附。将两层结网加载到过滤器滤筒外壳中，并且以类似于变型实施例(4)中的方式，用活性炭(尚未加载ZnCl₂的)填充该过滤器滤筒外壳的剩余体积。然后用超音波焊接将滤筒的封盖放置到位。计算(基于在结网上的负载和所用的结网面积)在滤筒内的包含ZnCl₂的活性炭的质量为大约3.35克。该滤筒用于在5％RH和25.2LPM下进行如上所述的氨存在期滤筒测试。该滤筒的氨存在期被测定为22分钟。

变型实施例(5)

以与上文代表性实施例中所述大致类似的方式制备一批前体聚合物材料。前体聚合物材料的SA_BET在大约240m²/克的范围内，并且全部孔内容积在大约0.275cm³/克的范围内(在等于0.96的p/p°下测量的)。将前体聚合物材料筛分至20×40目颗粒。以与PCT’974和US’089专利申请的实施例15中类似的方式，用ZnCl₂浸渍前体聚合物材料。包含ZnCl₂的多孔聚合物吸附剂的SA_BET在大约35m²/克的范围内，并且全部孔内容积在大约0.050cm³/克的范围内。

以大约70g/m²的基重获得熔喷聚丙烯非织造幅材。将丙烯酸类压敏粘合剂(Acronal A 220；德国路德维希港巴斯夫公司(BASF,Ludwigshafen，Germany))丝网印刷到熔喷聚丙烯非织造幅材中的一个主表面上。将包含ZnCl₂的聚合物吸附剂颗粒手动喷洒到非织造幅材的粘合剂支撑主表面上，使得吸附剂颗粒通过PSA以粘接方式附接到幅材的主表面上。然后将该吸附剂加载的非织造幅材(经由超声焊接)结合到原型平折的一次性呼吸器面罩中。按质量计，一次性呼吸器面罩包含大约4.69克的包含ZnCl₂的多孔聚合物吸附剂。如上文所述，使用该呼吸器(处于打开构型)来进行氨存在期一次性呼吸器测试。测定该一次性呼吸器的氨存在期为大约211分钟。

比较实施例(5)

购得活性炭，并且以与上文比较实施例(1)所述大致类似的方式浸渍ZnCl₂。以与变型实施例(5)中所述多孔聚合物吸附剂颗粒类似的方式，将加载了ZnCl₂的活性碳颗粒手动沉积在熔喷非织造幅材的主表面上并用PSA与之粘附。以与变型实施例(5)中类似的方式将非织造幅材结合到原型平折的一次性呼吸器面罩中。然后使用该呼吸器在5％RH和25.2LPM下进行如上所述的氨存在期一次性呼吸器测试。测定该一次性呼吸器的氨存在期为大约112分钟。

本专利申请以引用方式并入了国际专利申请PCT/US2016/030974和美国临时专利申请62/298089。那些专利申请包含工作实施例，其中使用多种抗衡离子(例如氯离子、乙酸根和硝酸根)制备多孔聚合物吸附剂并用多种二价金属(例如锌、铜、镍和镁)浸渍。尽管为简明起见在本专利申请中不复制那些实施例，但是如PCT’974和US’089专利申请中所述的那些实施例的性能将导致本领域普通技术人员期望：如果以本专利申请中公开的方式将这些吸附剂设置在合适的过滤器支撑体上，这些工作实施例吸附剂所显示的特性(尤其是增强的吸附碱性含氮化合物诸如氨的能力)将会类似地表现出来。

许多工作实施例包括通过各种制剂和构型实现的以“氨存在期”表示的结果。应当理解，使用诸如“氨存在期”之类的参数纯粹是为了方便表征增强的吸附碱性含氮化合物的能力；此类参数的相对较低的值并不一定意味着特定制剂或构型不能表现出令人满意的过滤性能(例如，以通过任何适用的政府标准而言)。还应当理解，实现相对长的氨存在期可表明，对于特定制剂或构型，可减少吸附剂的使用量和/或减少浸渍其中的金属的使用量，同时仍符合所有适用的性能标准。

提供上述实施例只是为了清楚地理解本发明，而不应被理解为不必要的限制。在实施例中所描述的测试和测试结果旨在为例示性而非预测性的，且测试过程的变化可预计得到不同的结果。实施例中所有定量值均应理解为根据所使用过程中所涉及的通常所知公差的近似值。

对于本领域的技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性元件、结构、特征、细节、构造等在许多实施方案中可修改和/或组合。本发明人预期所有此类变型和组合均在所构思发明的范围内，而不仅仅是被选择充当示例性图示的那些代表性设计。因此，本发明的范围不应限于本文所述的特定说明性结构，而应至少扩展至由权利要求的语言所描述的结构以及这些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可以根据需要以任何组合明确地包括于权利要求书中或从权利要求书排除。以开放式语言(例如，包括和由其衍生)引用到本说明书中的任何元件或元件的组合被认为是以封闭式语言(例如，由……组成和由其衍生)并且以部分封闭式语言(例如，基本上由……组成和由其衍生)另外地引用。虽然本文可能已经讨论了各种理论和可能的机理，但在任何情况下都不应将此类讨论用于限制可受权利要求书保护的主题。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文档中的公开内容之间存在任何冲突或矛盾，则将以所写的本说明书为准。

Claims (29)

1.一种空气过滤器，所述空气过滤器包括支撑吸附剂颗粒的过滤器支撑体，其中至少一些所述吸附剂颗粒为多孔的并且包含聚合物材料，所述聚合物材料包含：

a)聚合物，包括：

i)15重量％至65重量％的具有式(I)、式(II)或它们的混合的第一单体单元；

ii)30重量％至85重量％的具有式(III)的第二单体单元；和

iii)0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的具有式(IV)的第三单体单元

其中R¹为氢或烷基；和

b)二价金属，该二价金属以每克所述聚合物材料至少1.5mmol的量结合到所述聚合物材料中。

2.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括具有至少一个主表面的基底，在所述主表面上设置有至少一些多孔聚合物吸附剂颗粒。

3.根据权利要求2所述的空气过滤器，其中所述多孔聚合物吸附剂颗粒在所述基底的主表面上基本上作为单层存在。

4.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括多孔透气材料，所述多孔透气材料在其主表面上设置有多孔聚合物吸附剂颗粒，和/或在所述材料内部的至少在邻近所述材料的主表面的位置设置有多孔聚合物吸附剂颗粒。

5.根据权利要求4所述的空气过滤器，其中多孔聚合物吸附剂颗粒设置在所述多孔透气材料的整个内部。

6.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述空气过滤器基本上由所述过滤器支撑体组成。

7.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括片状材料，所述片状材料具有主平面且厚度小于约3mm，并且被构造成允许气流至少在大致垂直于所述片状材料的主平面的方向上流过所述过滤器支撑体。

8.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括具有主表面的结网，所述主表面上以粘接方式附接有至少一些多孔聚合物吸附剂颗粒。

9.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括具有内部的纤维幅材，并且其中所述多孔聚合物吸附剂颗粒设置在所述幅材的内部的至少一部分内。

10.根据权利要求9所述的空气过滤器，其中所述多孔聚合物吸附剂颗粒设置在所述纤维幅材的整个内部。

11.根据权利要求9所述的空气过滤器，其中所述幅材为非织造纤维幅材。

12.根据权利要求11所述的空气过滤器，其中所述非织造纤维幅材为熔喷幅材。

13.根据权利要求9所述的空气过滤器，其中所述纤维幅材的至少一些纤维各自粘结到至少一种多孔聚合物吸附剂颗粒。

14.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体为多层透气组件中的一层。

15.根据权利要求14所述的空气过滤器，其中所述多层透气组件包括至少一层这样的层，该层与所述过滤器支撑体不是同一层并且为渗透百分比小于50的颗粒过滤层。

16.根据权利要求15所述的空气过滤器，其中所述颗粒过滤层包含驻极体部分。

17.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体为渗透百分比小于50的过滤介质。

18.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体为折叠的。

19.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述空气过滤器为被构造成被插入空气处理设备的空气过滤器接收器中的框架式空气过滤器，所述空气处理设备选自由强制空气加热单元、强制空气冷却单元、强制空气加热/冷却单元、室内空气净化器和用于机动车辆的舱室空气过滤单元组成的组中。

20.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括蜂窝结构，该蜂窝结构具有其内设置有吸附剂颗粒的通孔。

21.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体提供过滤式面罩呼吸器的层。

22.根据权利要求21所述的空气过滤器，其中所述过滤式面罩呼吸器选自由平折呼吸器和模制呼吸器组成的组中。

23.根据权利要求1所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括容器，所述容器具有在其内设置有多孔聚合物吸附剂颗粒的内部且具有至少一个空气入口和至少一个空气出口。

24.根据权利要求23所述的空气过滤器，其中所述过滤器支撑体包括过滤器滤筒。

25.根据权利要求24所述的空气过滤器，其中所述过滤器滤筒被构造成与个人保护装置一起使用，所述个人保护装置选自由半面负压呼吸器、全面负压呼吸器、逃生罩和动力空气净化呼吸器组成的组中。

26.一种从空气中捕集分子量不大于150克/摩尔的至少一些碱性含氮化合物的方法，所述方法包括：

设置根据权利要求1所述的空气过滤器，使得所述多孔聚合物吸附剂颗粒暴露于空气；以及，

将至少一些碱性含氮化合物吸附到所述多孔聚合物吸附剂颗粒上。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述过滤器支撑体具有主表面，并且其中所述空气以气流的形式存在，所述气流在与所述过滤器支撑体的主表面的平面至少大致对齐的方向上移动。

28.根据权利要求26所述的方法，其中所述过滤器支撑体允许气流穿过其中，并且其中所述空气以气流的形式存在，所述气流在至少大致垂直于所述过滤器支撑体的主表面的方向上穿过过滤器支撑体的至少一部分。

29.一种制造包括过滤器支撑体的空气过滤器的方法，所述空气过滤器包含多孔聚合物吸附剂颗粒，所述方法包括：

提供包含聚合物材料的多孔聚合物吸附剂颗粒，所述聚合物材料包含：

a)聚合物，包括：

i)15重量％至65重量％的具有式(I)、式(II)或它们的混合的第一单体单元；

ii)30重量％至85重量％的具有式(III)的第二单体单元；和

iii)0重量％至40重量％(或5重量％至40重量％)的具有式(IV)的第三单体单元

其中R¹为氢或烷基；和

b)二价金属，该二价金属以每克所述聚合物材料至少1.5mmol的量结合到所述聚合物材料中；

以及，

将所述多孔聚合物吸附剂颗粒支撑在过滤器支撑体上。