RU2378035C1 - Электростатический воздушный фильтр - Google Patents
Электростатический воздушный фильтр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2378035C1 RU2378035C1 RU2008114377/15A RU2008114377A RU2378035C1 RU 2378035 C1 RU2378035 C1 RU 2378035C1 RU 2008114377/15 A RU2008114377/15 A RU 2008114377/15A RU 2008114377 A RU2008114377 A RU 2008114377A RU 2378035 C1 RU2378035 C1 RU 2378035C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- fibers
- microns
- particles
- size
- Prior art date
Links
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 103
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 78
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 111
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 45
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 30
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 27
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 claims description 26
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 claims description 26
- 239000004816 latex Substances 0.000 claims description 23
- 229920000126 latex Polymers 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 20
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 20
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 13
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 10
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 claims description 9
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000003973 paint Substances 0.000 claims description 7
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 claims description 7
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 206010061598 Immunodeficiency Diseases 0.000 claims description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 claims 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 112
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 74
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 40
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 37
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 239000008263 liquid aerosol Substances 0.000 description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 14
- MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N Di-n-octyl phthalate Natural products CCCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 13
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 12
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 11
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 11
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 9
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 7
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 5
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 5
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 230000036541 health Effects 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 3
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 2
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000725303 Human immunodeficiency virus Species 0.000 description 2
- 241000701806 Human papillomavirus Species 0.000 description 2
- 229920006309 Invista Polymers 0.000 description 2
- 241000589248 Legionella Species 0.000 description 2
- 208000007764 Legionnaires' Disease Diseases 0.000 description 2
- 241000725643 Respiratory syncytial virus Species 0.000 description 2
- 241000191940 Staphylococcus Species 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000011045 prefiltration Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 2
- 208000035742 Air-borne transmission Diseases 0.000 description 1
- 229910002706 AlOOH Inorganic materials 0.000 description 1
- DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K Arsenate3- Chemical class [O-][As]([O-])([O-])=O DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 1
- 206010011224 Cough Diseases 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000709661 Enterovirus Species 0.000 description 1
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 1
- 101000718497 Homo sapiens Protein AF-10 Proteins 0.000 description 1
- 101000892360 Homo sapiens Protein AF-17 Proteins 0.000 description 1
- 229920000433 Lyocell Polymers 0.000 description 1
- 241000712079 Measles morbillivirus Species 0.000 description 1
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100026286 Protein AF-10 Human genes 0.000 description 1
- 102100040638 Protein AF-17 Human genes 0.000 description 1
- 241000588756 Raoultella terrigena Species 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 244000000022 airborne pathogen Species 0.000 description 1
- 230000005557 airborne transmission Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- GCPXMJHSNVMWNM-UHFFFAOYSA-N arsenous acid Chemical class O[As](O)O GCPXMJHSNVMWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000006673 asthma Diseases 0.000 description 1
- QKSKPIVNLNLAAV-UHFFFAOYSA-N bis(2-chloroethyl) sulfide Chemical compound ClCCSCCCl QKSKPIVNLNLAAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 230000001332 colony forming effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 231100000517 death Toxicity 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical class [H]O* 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003905 indoor air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000013461 intermediate chemical Substances 0.000 description 1
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 210000002850 nasal mucosa Anatomy 0.000 description 1
- 239000003958 nerve gas Substances 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- -1 people Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000002644 respiratory therapy Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 206010041232 sneezing Diseases 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 201000008827 tuberculosis Diseases 0.000 description 1
- 241000701161 unidentified adenovirus Species 0.000 description 1
- 241000712461 unidentified influenza virus Species 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
- B01D39/2082—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being filamentary or fibrous
- B01D39/2089—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being filamentary or fibrous otherwise bonded, e.g. by resins
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
- A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
-
- 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
- B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
- B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
-
- 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
- B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
- B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
- B01D39/163—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin sintered or bonded
-
- 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
- B01D39/18—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being cellulose or derivatives thereof
-
- 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
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2003—Glass or glassy material
- B01D39/2017—Glass or glassy material the material being filamentary or fibrous
-
- 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
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2003—Glass or glassy material
- B01D39/2017—Glass or glassy material the material being filamentary or fibrous
- B01D39/2024—Glass or glassy material the material being filamentary or fibrous otherwise bonded, e.g. by resins
-
- 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
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2055—Carbonaceous material
- B01D39/2058—Carbonaceous material the material being particulate
-
- 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
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
- B01D39/2072—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular
-
- 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
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
- B01D39/2072—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular
- B01D39/2079—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular otherwise bonded, e.g. by resins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
- B01D46/0027—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions
- B01D46/0036—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with additional separating or treating functions by adsorption or absorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
- B01D46/52—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material
- B01D46/521—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
- B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
- B01D67/00791—Different components in separate layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/14—Dynamic membranes
- B01D69/141—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
- B01D69/148—Organic/inorganic mixed matrix membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
- B01D71/025—Aluminium oxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
- B01D71/027—Silicium oxide
-
- 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
- B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
- B01D2239/025—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising nanofibres
-
- 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
- B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
- B01D2239/0258—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising nanoparticles
-
- 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
- B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
- B01D2239/0407—Additives and treatments of the filtering material comprising particulate additives, e.g. adsorbents
-
- 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
- B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
- B01D2239/0442—Antimicrobial, antibacterial, antifungal additives
-
- 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
- B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
- B01D2239/0604—Arrangement of the fibres in the filtering material
- B01D2239/064—The fibres being mixed
-
- 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
- B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
- B01D2239/065—More than one layer present in the filtering material
-
- 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
- B01D—SEPARATION
- B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
- B01D2239/1216—Pore size
-
- 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
- B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
- B01D2239/1225—Fibre length
-
- 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
- B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
- B01D2239/1233—Fibre diameter
-
- 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
- B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
- B01D2239/1241—Particle diameter
-
- 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
- B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
- B01D2239/1291—Other parameters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/102—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/104—Alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/106—Silica or silicates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
- B01D2325/022—Asymmetric membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/40—Fibre reinforced membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/48—Antimicrobial properties
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S55/00—Gas separation
- Y10S55/39—Electrets separator
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/25—Chemistry: analytical and immunological testing including sample preparation
- Y10T436/25375—Liberation or purification of sample or separation of material from a sample [e.g., filtering, centrifuging, etc.]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к фильтрующим материалам для очистки газообразной среды, в котором наноразмерные первые волокна из оксида алюминия и вторые волокна расположены в виде матрицы с образованием асимметричных пор, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм, при этом асимметричные поры имеют средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм, материал способен задерживать частицы, размер которых на порядок величины меньше указанного среднего размера пор. Фильтр по изобретению обладает высокой эффективностью фильтрации и высокой поглощающей способностью. 4 н. и 43 з.п. ф-лы, 7 табл., 14 ил.
Description
Перекрестная ссылка на родственную заявку
Эта заявка притязает на приоритет по предварительной заявке на патент США № 60/716218 под названием «Electrostatic Air Filter», поданной 12 сентября 2005 г.
Государственные интересы
Данное изобретение создано в связи с выполнением научно-исследовательского проекта, поддерживаемого Военно-Воздушными Силами США, контракт № FA8650-05-M-5822, срок со 2 мая 2005 г. по 15 ноября 2005 г. Соответственно, правительство США имеет определенные права на данное изобретение.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к нановолокнам и, в частности, к использованию нановолокон из оксида алюминия в смесях, используемых в воздушных и газовых фильтрах.
Уровень техники
Качество воздуха внутри и снаружи помещений стало в течение последних двух десятилетий важным предметом обсуждения в аспекте гигиены труда, политическом и научном аспектах и в связи с борьбой с загрязнением окружающей среды. Воздушные и газовые потоки переносят различные частицы. Удаление этих частиц улучшает качество воздуха и снижает риск инфекции или других заболеваний, являющихся следствием загрязнения воздуха, которое обусловлено этими аэрозольными частицами. Хорошее качество воздуха особенно важно для тех, кто страдает от респираторных заболеваний, таких как астма.
Одним из основных источников инфекции являются микроорганизмы, находящиеся в воздухе, когда выводятся из состояния покоя грунт, вода, пыль и разлагающееся органическое вещество. Они могут переноситься внутрь помещений многими носителями, включая людей, воздушные потоки, воду, оборудование или конструкционные материалы. Попав в помещение, сопутствующие микроорганизмы могут быстро размножаться в различных экологических нишах внутри помещения и затем при последующем попадании в воздух могут служить источником воздушных инфекций.
Кроме того, болезнетворные микроорганизмы, такие как вирус гриппа, риновирусы, аденовирусы, респираторно-синцитиальный вирус (RSV), туберкулез и вирус кори, могут распространяться в виде аэрозоля оральными и носовыми выделениями. Часто эти болезнетворные микроорганизмы содержатся в каплях или зародышах капель размером в интервале от 1 мкм до 5 мкм. Эти капли остаются взвешенными на неопределенный срок в воздухе и могут перемещаться на большие расстояния. Рассеивание вирусов в воздухе может усиливаться при кашле и чихании, при которых облако болезнетворных микроорганизмов распространяется в воздухе.
Кроме того, многие отрасли промышленности образуют значительные количества жидкостных аэрозолей, которые способствуют загрязнению воздуха внутри помещений. Примерами таких жидкостных аэрозолей являются: туманы, образуемые жидкостями для обработки металлов в отраслях промышленности, связанных с механической обработкой; туманы лакокрасочных материалов, образуемые в автомобильной промышленности; пестициды, используемые в сельскохозяйственном производстве; туманы краски, образуемые в полиграфической промышленности; и кислотные туманы, образуемые в химической промышленности. Не только отрицательное влияние этих жидкостных аэрозолей на здоровье работников, но также и нормы по охране окружающей среды, которые становятся все более жесткими, требуют использования более эффективных фильтров для уменьшения загрязнения воздуха и улучшения его качества.
Передача по воздуху вещества в виде микрочастиц, включая передачу в виде жидкостных аэрозолей, также представляет собой особую проблему в учреждениях здравоохранения, способствуя примерно 103000 смертей ежегодно, вызываемых инфекциями в госпиталях США. Восприимчивость к этим болезнетворным микроорганизмам, переносимым воздушным путем, наиболее велика среди пациентов с иммунодефицитом, таких как люди пожилого возраста, пациенты с ожогами и пациенты, подвергшиеся имплантированию или химиотерапии. Хирурги и другие медицинские работники также подвергаются воздействию болезнетворных микроорганизмов, переносимых жидкостными аэрозолями в операционные, и подвергаются риску заражения этими болезнетворными микроорганизмами, достигающими слизистой оболочки носа. Например, воздух может быть загрязнен такими вирусами и бактериями, как вирус папилломы человека (HPV), вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и стафилококки (Staphylococcus), которые высвобождаются в шлейфе загрязнения от лазера хирургического инструмента, используемого при разрезах костей. В качестве другого примера в системах распределения теплой воды обычно находятся разновидности легионеллы (Legionella), которые могут распространяться в воздушном пространстве над ними. Дистиллированная вода, полученная на месте, создает окружающую среду, в которой легионелла может размножаться. В случае некоторых вспышек заболевания в госпиталях работники здравоохранения определили, что пациенты были инфицированы вследствие воздействия зараженных аэрозолей, созданных градирнями, душами, водопроводными кранами, оборудованием для респираторной терапии и дыхательной терапии и увлажнителями комнатного воздуха.
Воздушные фильтры являются средством, на которое потребители, промышленность и учреждения здравоохранения равным образом рассчитывают для улучшения качества воздуха. Например, многие потребители используют домашние воздухоочистители или фильтры в пылесосах для улучшения качества воздуха у себя дома. Работники здравоохранения и работники промышленных предприятий часто рассчитывают на лицевые маски, чтобы защититься от веществ в виде микрочастиц и болезнетворных микроорганизмов, переносимых по воздуху. Обычно используемым видом воздушного и газового фильтра является фильтр, который содержит фильтрующую среду HEPA (фильтрация воздуха с высокоэффективной задержкой частиц). Фильтрующие среды HEPA способны задерживать >99,97% частиц размером 0,3 мкм и состоят из листа нетканого материала, образованного из стеклянных и/или полимерных волокон диаметром в интервале от примерно 0,5 до примерно 10 мкм. Эти фильтры используются главным образом в фильтрующих системах коллективной защиты (помещений), хотя они могут быть также использованы в респираторах. Фильтрующие среды для фильтрации воздуха с ультранизким пропусканием частиц (ULPA) способны к задержке 99,99% частиц определенного размера при заданной скорости пропускаемой среды. Фильтры SULPA (Super ULPA) подходят для использования в тех случаях, когда требуется максимальная чистота. Эти фильтры обладают эффективностью 99,9999% при тех же условиях, что и фильтры ULPA.
Несмотря на исключительно высокую способность воздушных фильтров HEPA к задержке веществ в воздушных или газовых потоках, эти обычные фильтрующие среды HEPA допускают пропускание жидкостей, что ограничивает их эффективность в отношении захвата или задержки болезнетворных микроорганизмов из жидкостных аэрозолей. Засорение жидкостным аэрозолем происходит, когда частицы жидкости, в частности водные аэрозоли, накапливаются на волокнах и образуют тонкую пленку на каждом из волокон. Когда эта пленка соединяет вместе несколько волокон, то образуются жидкостные слои или мостики, которые ограничивают протекание и быстро увеличивают перепад давления, что в конечном счете приводит к снижению эффективности фильтра. По существу, те лица, которые рассчитывают на фильтры, чтобы защититься от болезнетворных микроорганизмов и других частиц, присутствующих в жидкостных аэрозолях, остаются подверженными инфекции, поскольку функциональность фильтрующих сред, имеющихся в распоряжении в настоящее время, менее эффективна при таких обстоятельствах.
В данной области техники известно использование нановолокон, распределенных поверх стеклянных микроволокон, для отфильтровывания частиц субмикронных размеров от воды. Однако такие фильтры имеют высокие перепады давления, что негативно сказывается на их эффективности при использовании в качестве воздушных или газовых фильтров. Например, в Патенте США № 6838005 описан фильтр на базе наноразмерного оксида алюминия, который эффективен для отфильтровывания вирусов от воды. Вплоть до данного изобретения обычно полагали, что любые попытки понизить перепад давления в фильтрах из наноразмерного оксида алюминия потребовали бы размеров пор, которые были бы слишком велики, чтобы отфильтровывать тонкие частицы из воздуха. Кроме того, предполагали, что необходимо водное окружение, чтобы реализовать электрокинетический потенциал наноразмерного оксида алюминия и, соответственно, его электростатические преимущества, что не дает возможности его использования в качестве воздушного фильтра.
Кроме того, энергия, расходуемая на преодоление перепада давления в фильтре, часто стоит больше самого фильтра. В системах с HEPA фильтром стоимость расходуемой энергии может в четыре-пять раз превышать первоначальную стоимость фильтра. Поэтому фильтр, который предоставляет снижение перепада давления в течение всего срока службы фильтра, обеспечил бы значительную экономию средств. Кроме того, в тех случаях, когда фильтрующий материал используется в медицине или там, где он может содержать бактерии, стоимость ликвидации отходов значительно возрастает, поскольку фильтрующий материал рассматривается как опасные в биологическом отношении отходы. Соответственно, увеличенный срок службы фильтра сводит к минимуму частоту ликвидации опасных в биологическом отношении фильтров и тем самым снижает затраты.
В соответствии с вышеизложенным у потребителей, учреждений здравоохранения и в различных отраслях промышленности имеется потребность в рентабельном высокоэффективном фильтре, который задерживает частицы на уровне, по меньшей мере таком же высоком, что и HEPA фильтры, однако который также способен задерживать бактерии, находящиеся в водном аэрозоле, и который превосходил бы обычные HEPA фильтры для очистки воздуха. Такие фильтры были бы особенно полезны для очистки воздуха в таких условиях окружающей среды, как в госпиталях и учреждениях здравоохранения, на фармацевтических предприятиях, например, при приготовлении лекарственных средств, в средствах обеспечения биологической безопасности и для общего удаления спор плесени, грибков и милдью из воздуха и жидкостных аэрозолей. Такие фильтры были бы также полезны для коллективной защиты и в личных респираторах, таких как для защиты военнослужащих от биологической атаки, для защиты от террористических актов с использованием бактерий или вирусов и/или при очистке атакованных мест, таких как Всемирный Торговый Центр.
Сущность изобретения
Данное изобретение представляет собой новый фильтр или фильтрующую среду для очистки от веществ в виде микрочастиц в газообразных средах, что удовлетворяет потребности в высокоэффективном фильтре с высокой поглощающей способностью для очистки от веществ в виде микрочастиц, который задерживает болезнетворные микроорганизмы и другие вещества в виде микрочастиц воздушных или газовых потоков, включая вещества в виде микрочастиц жидкостного аэрозоля, при одновременном обеспечении низкого перепада давления. В соответствии с этим целью осуществления данного изобретения является предоставление фильтра, который обладает по меньшей мере такой же высокой эффективностью фильтрации, что и обычные HEPA фильтры, и который устойчив к засорению жидкостным аэрозолем.
Еще одной целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая задерживает бактерии и вирусы в виде жидкостного аэрозоля.
Другой целью в примере осуществления данного изобретения является изготовление воздушного фильтра, который обладает высокой пористостью и поэтому является более устойчивым к адсорбции водного тумана по сравнению с обычными фильтрующими материалами.
Еще одной целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая обладает эффективностью фильтрации, по меньшей мере такой же высокой, что и обычные ULPA или Super ULPA фильтры.
Еще одной целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая имеет более низкий перепад давления по сравнению с обычными фильтрами.
Еще одной целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая обладает большей величиной размера пор и более высокой пористостью по сравнению с HEPA фильтрами, вследствие чего обеспечивается более высокая поглощающая способность для капель воды перед заводнением.
Еще одной целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая имеет низкое энергопотребление.
Другой целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая имеет более продолжительный срок службы по сравнению с обычными фильтрами.
Другой целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая обеспечивает низкие эксплуатационные затраты.
Еще одной целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая задерживает опасные отходы при минимальных сопутствующих затратах.
Другой целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление фильтрующей среды, которая обладает достаточной прочностью, чтобы из нее мог быть образован гофрированный элемент.
Еще одной целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление способа изготовления фильтра или фильтрующей среды, которые фильтруют газообразные среды при эффективности фильтрации, по меньшей мере такой же высокой, что и у обычных HEPA фильтров, и которые устойчивы к засорению жидкостным аэрозолем.
Другой целью в примере осуществления данного изобретения является предоставление способа использования фильтра или фильтрующей среды для удаления вещества в виде твердых микрочастиц и аэрозолей из газообразных сред.
В целом данное изобретение представляет собой фильтр или фильтрующую среду для газов или газовых смесей. Данная фильтрующая среда содержит наноразмерные волокна из оксида алюминия, которые адсорбируют частицы из воздушного или газового потока, и множество других волокон, которые расположены в виде матрицы с наноразмерными волокнами из оксида алюминия с образованием асимметричных пор. В одном из примеров данные другие волокна включают волокна, минимальный размер которых больше малого (наименьшего) размера наноразмерных волокон из оксида алюминия примерно на порядок величины. Данные другие волокна включены в наноразмерные волокна из оксида алюминия, чтобы предоставить основу для образования пор или больших пространств между волокнами, в которых или на которых диспергируются наноразмерные волокна из оксида алюминия. В примерах асимметричные поры имеют средний размер более примерно 5 мкм. В предпочтительном примере средний размер пор составляет более примерно 10 мкм. В более предпочтительном примере средний размер пор составляет более примерно 20 мкм. В одном из примеров данная среда удаляет вещества в виде микрочастиц из воздушного или газового потока. В другом примере данная среда удаляет жидкостные аэрозоли из воздушного или газового потока.
Грубые волокна предоставляют или образуют поры увеличенного размера, в которых или на которых диспергируются наноразмерные волокна из оксида алюминия. Однако грубые волокна имеют меньшую площадь поверхности на единицу объема или массы, и поэтому количество наноразмерного оксида алюминия, диспергированного на них или в порах, значительно уменьшается. Поэтому в другом варианте осуществления другие волокна состоят из грубых и тонких волокон. Включение тонких волокон предоставляет дополнительную площадь поверхности, так что больше наноразмерных волокон из оксида алюминия может быть внутри данной среды или на ней.
В другом варианте осуществления данное изобретение направлено на способ изготовления фильтрующей среды. Данный способ изготовления включает следующие стадии: формирование наноразмерных волокон из оксида алюминия в присутствии множества других волокон. Данные другие волокна располагаются с образованием множества асимметричных пор. В одном из примеров фильтрующую среду из наноразмерного оксида алюминия формируют в виде однородной фильтрующей среды как типичный объемный фильтр. В другом примере фильтрующую среду из наноразмерного оксида алюминия гофрируют. В еще одном примере фильтрующую среду из наноразмерного оксида алюминия формируют в виде нескольких слоев.
В другом варианте осуществления данное изобретение направлено на способ использования фильтрующей среды из наноразмерного оксида алюминия для удаления вещества в виде микрочастиц, взвешенных в воздушных или газовых потоках. В одном из примеров фильтрующую среду используют для удаления жидкостного и, в частности, водного аэрозоля из вещества в виде микрочастиц, находящихся во взвешенном состоянии в парах. Данный способ использования включает следующие стадии: пропускание газообразной среды через фильтрующую среду, содержащую множество нановолокон из оксида алюминия, смешанных с множеством других волокон, расположенных в виде матрицы с образованием множества асимметричных пор между ними; и удаление вещества в виде микрочастиц из газообразной среды.
Эти и другие детали, цели и преимущества данного изобретения будут лучше поняты или станут более очевидны из приведенных ниже описания, примеров и фигур, представляющих варианты его осуществления.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является графическим представлением скоростей протекания воздуха через фильтры по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия и HEPA фильтр в зависимости от перепада давления на фильтрах.
Фиг.2 является графическим представлением мутности в зависимости от объема при фильтрации сфер из латекса размером 0,2 мкм, суспендированных в воде, через фильтры по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия и HEPA фильтр.
Фиг.3 является графическим представлением величины пропускания фильтров по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия и HEPA фильтра при непрерывном прохождении через них аэрозолей с частицами NaCl 0,3 мкм.
Фиг.4 является графическим представлением сопротивления протеканию воздуха для фильтров по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия и HEPA фильтра при непрерывном пропускании через них аэрозолей с частицами NaCl 0,3 мкм.
Фиг.5 является графическим представлением скорости протекания воздуха в зависимости от перепада давления через фильтры по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия после предварительной обработки сферическими частицами латекса размером 0,5 и 1 мкм.
Фиг.6 является графическим представлением величины пропускания фильтров по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия, предварительно обработанных латексными шариками, по сравнению с фильтром из наноразмерного оксида алюминия без предварительной обработки и HEPA фильтром при пропускании аэрозолей NaCl 0,3 мкм.
Фиг.7 является графическим представлением сопротивления протеканию воздуха для фильтров по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия, предварительно обработанных латексными шариками, по сравнению с фильтром из наноразмерного оксида алюминия без предварительной обработки и HEPA фильтром.
Фиг.8 является графическим представлением пропускания аэрозолей NaCl 0,3 мкм через фильтры по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия и HEPA фильтр.
Фиг.9 является графическим представлением сопротивления протеканию воздуха для фильтров по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия и HEPA фильтра при испытании на поглощающую способность с использованием аэрозоля NaCl.
Фиг.10 является графическим представлением эффективности отделения фильтров по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия в зависимости от размера частиц аэрозоля с KCl.
Фиг.11 является графическим представлением антимикробного действия фильтров по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия, импрегнированного серебром, на бактериальную пролиферацию.
Фиг.12 является схематическим изображением устройства, используемого для испытаний фильтров по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия с использованием аэрозолей бактерий, передающихся через воду.
Фиг.13 является графическим представлением соотношения между перепадом давления и размером пор в зависимости от диаметра волокон.
Фиг.14 представляет собой сравнение перепада давления для фильтрующей среды по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия и sub-HEPA фильтра.
Подробное описание
Чтобы раскрытие заявленного изобретения было правильно понято, ниже охарактеризованы некоторые используемые здесь термины. Несмотря на то, что заявители описывают приведенные ниже термины, они никоим образом не намереваются отказываться от обычных и привычных значений этих терминов.
Термин «электростатический», как использовано здесь, определяется как связанный с электрическими зарядами или относящийся к ним.
Термин «соотношение размеров», как использовано здесь, определяется как соотношение длины волокна и диаметра волокна в его поперечном сечении.
Термин «наноразмерный оксид алюминия», как использовано здесь, определяется как волокна с соотношением размеров более примерно 5, для которых наименьший размер составляет менее примерно 50 нм. Поперечное сечение волокна может быть круговым (цилиндрическое волокно) или прямоугольным (пластинка). Волокна сформированы из оксида алюминия с разным содержанием связанной воды, чтобы образовать композиции преимущественно формулы AlOOH с разным количеством Al(OH)3, наряду с возможными примесями гамма- и альфа-оксида алюминия.
Термин « Lyocell», как использовано здесь, относится к волокнам фибриллированной целлюлозы, осажденным из органического раствора, в которых отсутствует замещение гидроксильных групп, и не образованы промежуточные химические соединения (Courtaulds, Ltd.).
Термин «фильтрация воздуха с высокоэффективной задержкой частиц» (HEPA) относится к классу фильтрующей среды, которая способна задерживать >99,97% частиц размером 0,3 мкм.
Термин «фильтрация воздуха с ультранизким пропусканием частиц» (ULPA) относится к классу фильтрующей среды, которая способна задерживать >99,99% частиц определенного размера при заданной скорости протекания фильтруемого вещества.
Термин «Super ULPA» относится к классу фильтрующей среды, которая способна задерживать >99,9999% частиц определенного размера при заданной скорости протекания фильтруемого вещества.
Данное изобретение предоставляет фильтрующую среду для удаления частиц, включая жидкость и, в частности, частицы воды в виде аэрозоля, из воздушного или газового потока или другого газообразного вещества, проходящего через данную фильтрующую среду, чтобы уменьшить загрязнение воздуха и улучшить его качество. В примерах данными частицами являются патогены, такие как бактерии, вирусы, плесень, грибки, милдью, органическое вещество, неорганическое вещество, микроорганизмы, углеродистые частицы, туманы жидкостей для обработки металлов, туманы лакокрасочных материалов, пестициды, туманы краски или кислотные туманы. В примерах воздушный или газовый поток содержит микрочастицы жидкостного аэрозоля, такие как микрочастицы водного аэрозоля. В одном из примеров фильтрующая среда является нетканой электризуемой средой. Данная фильтрующая среда содержит наноразмерные волокна из оксида алюминия, смешанные с другими волокнами. В одном из примеров наноразмерные частицы оксида алюминия являются несферическими. Данные другие волокна располагаются в виде матрицы с образованием асимметричных пор. В одном из примеров тонкий порошок металлического алюминия реагирует с другими волокнами, чтобы сформировать электризуемую среду. Реакцию проводят добавлением аммиака к смеси алюминия и других волокон. Смесь нагревают до температуры кипения воды. В другом примере тригидроксид алюминия нагревают при высокой температуре и давлении в присутствии других волокон, чтобы сформировать электризуемую среду. Данную реакцию проводят при примерно 175°C и около 5 бар в течение примерно тридцати минут.
Другие волокна могут быть такими волокнами, которые достаточно прочны, чтобы выдерживать гофрирование, включая стеклянные микроволокна, целлюлозу или фибриллированную целлюлозу. В одном из примеров другие волокна имеют минимальный размер, который больше малого размера наноразмерных волокон из оксида алюминия по меньшей мере примерно на порядок величины. В примерах средний размер пор находится в интервале от примерно 4 до примерно 48 мкм. Предпочтительно средний размер пор составляет более примерно 10 мкм. Более предпочтительно средний размер пор составляет более примерно 20 мкм. Обычно размер пор соотносится с диаметром других волокон. Поэтому множество других волокон, имеющих малый диаметр, будет создавать множество асимметричных пор, имеющих небольшие размеры, в то время как множество других волокон, имеющих увеличенный диаметр, будет создавать множество асимметричных пор, имеющих размеры сравнительно большей величины. См., например, Таблицу 1 и Фиг.13. Однако при увеличении диаметра других волокон величина площади поверхности на единицу объема уменьшается, и в результате меньше наноразмерных волокон из оксида алюминия диспергируются на других волокнах и/или в порах. Поэтому в предпочтительных примерах множество других волокон включает комбинацию из множества грубых и множества тонких волокон. Тонкие волокна могут иметь все в основном одинаковый средний диаметр, или некоторые тонкие волокна могут иметь другие диаметры. Включение тонких волокон приводит к соответствующему уменьшению размера пор. См., например, Таблицу 1 и Фиг.13.
Размер пор определяет перепад давления на фильтрующей среде. В предпочтительном примере перепад давления составляет менее примерно 35 мм H2O для композиционного фильтра тонкой очистки или фильтрующего узла при скорости потока примерно 3,2 м/мин.
В одном из примеров фильтрующая среда по данному изобретению также содержит гранулированный сорбент, предпочтительно коллоидные частицы, который добавлен к фильтрующей среде. Для адсорбции летучих органических соединений, нервно-паралитических газов или иприта добавляют гранулированный активированный уголь в виде тонкого порошка (например, в виде угольной пыли с размером частиц от 3 до 5 мкм), чтобы обеспечить более быструю адсорбцию по сравнению с обычным гранулированным углем с частицами большего размера. В другом примере может быть добавлен гранулированный оксид или гидроксид железа, предпочтительно коллоидного размера, чтобы улучшить адсорбцию растворенных арсенитов и арсенатов. Также к наноразмерному оксиду алюминия может быть добавлен такой гранулированный материал, как тонкодисперсный кремнезем или оксид железа, чтобы дополнительно улучшить эксплуатационные качества фильтрующей среды для общих видов применения с целью удаления вещества в виде частиц.
В одном из примеров фильтрующая среда по данному изобретению также содержит связующее. Связующее может иметь форму волокон (Invista T 104) или может быть смолой, такой как Rohm или Haas Rhoplex HA-16. Включение связующего увеличивает прочность волокнистой среды и/или ее способность к гофрированию.
В одном из примеров фильтрующая среда может также содержать противомикробное средство, которое смешивают с множеством наноразмерных волокон из оксида алюминия и других волокон. В процессе изготовления после приготовления суспензии и перед фильтрованием смеси на сите добавляют противомикробное средство и адсорбируют его на наноразмерных волокнах из оксида алюминия, чтобы обеспечить его действие в качестве противомикробного средства. В одном из примеров противомикробным средством является серебро. В других примерах ионы, например, меди и цинка действуют синергическим образом вместе с серебром в качестве противомикробного средства. В еще одном примере ионы, например, меди и цинка действуют отдельным образом в качестве противомикробного средства.
В одном из примеров данного изобретения фильтрующую среду электростатически заряжают, так что наноразмерные волокна из оксида алюминия захватывают частицы, такие как болезнетворные микроорганизмы и другие вещества. В одном из примеров фильтрующая среда представляет собой фильтр из однородного нетканого материала. В других примерах фильтрующая среда гофрирована, чтобы увеличить площадь поверхности фильтрующей среды примерно в 7-10 раз по сравнению с негофрированной фильтрующей средой. Увеличенная площадь поверхности фильтрующей среды снижает скорость потока через фильтр, что в значительной степени улучшает эффективность фильтрации. Увеличенная площадь поверхности также обеспечивает более высокую поглощающую способность в отношении фильтрации частиц, в результате чего увеличивается период времени до возрастания перепада давления.
В другом примере фильтрующую среду наслаивают или укладывают в стопу, например, наматыванием среды вокруг перфорированной опоры, чтобы улучшить задержку. Необходимость в образовании многослойной структуры может возникнуть в случае, когда размер пор составляет более примерно 25 мкм.
В одном из примеров фильтрующую среду предварительно обрабатывают или предварительно подготавливают пропусканием через нее множества частиц. Частицы могут иметь диаметр в интервале от примерно 0,3 до примерно 1,5 мкм. Включение этих частиц блокирует по меньшей мере некоторые из пор максимальной величины из множества асимметричных пор, чтобы уменьшить первоначальное просачивание через фильтрующую среду. Кроме того, предварительная обработка способствует обеспечению или реализации потенциальных возможностей HEPA или ULPA при использовании фильтра. В одном из примеров данное множество частиц представляет собой множество латексных сфер, хотя данное множество частиц может быть изготовлено из любого вещества, которое способно к блокированию по меньшей мере части пор максимальной величины.
В одном из примеров фильтрующая среда по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия обладает по меньшей мере такой же эффективностью задержки, что и HEPA. В другом примере фильтрующая среда по данному изобретению обладает по меньшей мере такой же высокой эффективностью задержки, что и ULPA.
В другом варианте осуществления данное изобретение является способом изготовления фильтра из наноразмерного оксида алюминия для газообразных сред. Данный способ изготовления включает стадии формирования наноразмерных волокон из оксида алюминия в присутствии множества других волокон. Данные другие волокна располагаются с образованием множества асимметричных пор. В одном из примеров фильтрующую среду из наноразмерного оксида алюминия формируют в виде однородного одиночного листа. В другом примере фильтрующую среду из наноразмерного оксида алюминия формируют в виде нескольких слоев. В еще одном примере фильтрующую среду из наноразмерного оксида алюминия гофрируют.
Данная фильтрующая среда может быть использована в системе фильтрации. При использовании воздушный или газовый поток пропускают через фильтрующую среду и удаляют из него вещество в виде микрочастиц посредством задержки микрочастиц фильтрующей средой. В одном из примеров газообразная среда содержит суспензию тонких капель воды. Примеры использования такого фильтра включают, однако не ограничиваются ими, использование для фильтрации воздуха в комнатах, использование в респираторах или лицевых масках, использование в автомобильных воздушных фильтрах, использование в чистых производственных помещениях, использование в операционных или использование в промышленных условиях, например, для удаления лакокрасочных материалов или других веществ в виде микрочастиц, содержащихся в промышленных туманах. В одном из примеров фильтрующую среду используют в окружающей среде, которая обладает относительной влажностью более примерно 75%.
Примеры данного изобретения
Представленные ниже примеры иллюстрируют несколько вариантов осуществления данного изобретения. Эти примеры не должны рассматриваться в качестве ограничений. Все величины процентного содержания указаны по массе. Расчеты для определения размера пор представлены в обсуждении, приведенном после Примеров 1-10.
Пример 1
Целью экспериментов, изложенных ниже, являлось получение среды из наноразмерного оксида алюминия, обеспечивающей в основном такой же перепад давления, что и для среды HEPA, и эффективность фильтрации в основном выше по сравнению с HEPA. Целью экспериментов являлось также установление соотношения характеристик адсорбции из воды между фильтрующей средой из наноразмерного оксида алюминия и известной фильтрующей среды HEPA (далее «HEPA фильтр Donaldson»), чтобы оптимизировать фильтрацию воздуха при использовании данных по адсорбции из воды.
Двадцать четыре суспензии смесей наноразмерного оксида алюминия на микрочастицах стекла изготавливали реакционным взаимодействием порошка алюминия с диаметром частиц 5 мкм (Valimet Corp. # H-5) в воде при 100°C в присутствии волокон из боросиликатного стекла неупорядоченной длины (Lauscha). Среды из нетканых волокон, содержащие наноразмерный оксид алюминия, формовали на листовой форме размером 1x1 фут и упрочняли добавлением 17-23% двухкомпонентных волокон (Invista T104, диаметром 20 мкм, длиной 1/2 дюйма), которые служили в качестве связующего. Также добавляли связующее Rhoplex в количестве примерно 2% по массе в жидком виде. Полученные листы обозначали как AFl - AF24.
Фильтры тестировали в качестве одиночных слоев при использовании воздушного потока со скоростью в интервале от примерно 5,6 до примерно 23 м/мин. Данные фильтры сравнивали с водяным фильтром NanoCeram® и HEPA фильтром Donaldson, чтобы сравнить характеристики воздушного или газового фильтра по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия с водяным фильтром и обычным HEPA фильтром.
В Таблице 1 представлены состав, пористость, перепад давления и средний размер пор для каждого из изготовленных листов и сред NanoCeram и HEPA. Фиг.13 также показывает размер пор и перепад давления для некоторых фильтров из наноразмерного оксида алюминия, которые были испытаны. Каждая из фильтрующих сред, представленных в Таблице 1 и на Фиг.13, была испытана в виде среды из одиночного слоя. Однако при использовании эксплуатационные характеристики могут быть улучшены наслаиванием нескольких слоев, как описано выше и как показано в примерах ниже.
Как показано в Таблице 1, фильтры AF1-AF12 включали нановолокна из оксида алюминия, смешанные со стеклянными микроволокнами, диаметр которых составлял для разных фильтров примерно 0,6 мкм, примерно 1,5 мкм или примерно 2,5 мкм. Фильтры AF13-AF24 включали нановолокна из оксида алюминия, смешанные со следующими комбинациями грубых и тонких стеклянных микроволокон: примерно 0,6 мкм + примерно 1,5 мкм; примерно 0,6 мкм + примерно 2,5 мкм или примерно 1,5 мкм + примерно 2,5 мкм. Процентное содержание волокон каждого размера в соответствующей фильтрующей среде из наноразмерного оксида алюминия указано в Таблице 1.
| Таблица 1 Состав и свойства тестовых фильтров из наноразмерного оксида алюминия |
||||||||
| Содержание наноразмер- ных волокон из оксида алюминия, % |
Содержание двухкомпо- нентных волокон/цел- люлозы, %/% |
Содержание стеклянных микроволо- кон, % |
Диаметр стеклянных микроволо- кон, мкм |
Основная масса, г/м2 | Порис- тость, доля |
ΔP воздуха при 3,2 м/мин, мм H2O | Средний размер пор, (Ур. [3]), мкм | |
| NanoCeram | 35 | 13/21 | 31 | 0,6 | 160 | 0,88 | 130 | 3,8 |
| AF1 | 3,8 | 24/0 | 72,2 | 1,5 | 156 | 0,93 | 10,4 | 19 |
| AF2 | 11,7 | 22/0 | 66,3 | 1,5 | 170 | 0,92 | 12,3 | 17 |
| AF3 | 20 | 20/0 | 60 | 1,5 | 178 | 0,91 | 13,0 | 16 |
| AF4 | 3,8 | 24/0 | 72,2 | 2,5 | 155 | 0,95 | 4,1 | 35 |
| AF5 | 7,7 | 23/0 | 69,3 | 2,5 | 150 | 0,96 | 4,0 | 37 |
| AF6 | 11,7 | 22/0 | 66,3 | 2,5 | 160 | 0,96 | 4,3 | 38 |
| AF7 | 7,7 | 23/0 | 69,3 | 0,6 | 164 | 0,92 | 125 | 5,2 |
| AF8 | 20 | 20/0 | 60 | 0,6 | 198 | 0,90 | 151 | 4,8 |
| AF9 | 33,3 | 16,7/0 | 50 | 0,6 | 240 | 0,88 | 204 | 4,2 |
| AF10 | 11,7 | 22/13,3 | 53 | 1,5 | 164 | 0,93 | 10,4 | 21 |
| AF11 | 7,7 | 23/13,9 | 55,4 | 2,5 | 144 | 0,94 | 3,4 | 37 |
| AF12 | 20 | 20/12 | 48 | 0,6 | 178 | 0,90 | 134 | 5,1 |
| AF13 | 11,7 | 22/0 | 16,6 49,7 |
0,6 1,5 |
162 | 0,92 | 34,0 | 10 |
| AF14 | 11,7 | 22/0 | 33,2 33,1 |
0,6 1,5 |
168 | 0,91 | 95 | 5,7 |
| AF15 | 11,7 | 22/0 | 49,7 16,6 |
0,6 1,5 |
172 | 0,90 | 105 | 5,4 |
| AF16 | 7,7 | 23/0 | 17,3 52 |
1,5 2,5 |
160 | 0,94 | 5,7 | 28 |
| AF17 | 7,7 | 23/0 | 34,6 34,6 |
1,5 2,5 |
154 | 0,94 | 7,6 | 24 |
| AF18 | 7,7 | 23/0 | 52 17,3 |
1,5 2,5 |
160 | 0,94 | 9,2 | 22 |
| AF19 | 7,7 | 23/0 | 17,3 52 |
0,6 2,5 |
168 | 0,92 | 16,6 | 14 |
| AF20 | 7,7 | 23/0 | 34,6 34,6 |
0,6 2,5 |
158 | 0,90 | 46,6 | 8,7 |
| AF21 | 7,7 | 23/0 | 52 17,3 |
0,6 2,5 |
158 | 0,91 | 75,5 | 6,4 |
| AF22 | 11,7 | 22/13,3 | 26,5 26,5 |
0,6 1,5 |
168 | 0,92 | 48,2 | 8,8 |
| AF23 | 7,7 | 23/13,9 | 27,7 27,7 |
1,5 2,5 |
146 | 0,93 | 6,7 | 25 |
| AF24 | 7,7 | 23/13,9 | 26,5 26,5 |
0,6 2,5 |
156 | 0,90 | 43,3 | 8,5 |
| НЕРА | NA | NA | NA | NA | 48 | 0,84 | 15,5 | 6,0 |
| Примечание: NA - неприменимо | ||||||||
Соотношение между диаметром стеклянных микроволокон и
пористостью среды
Данные, представленные в Таблице 1, показывают, что среды, содержащие стеклянные микроволокна малого диаметра, также обладали более низкой пористостью и малым размером пор. Эти соотношения также проиллюстрированы на Фиг.13. Например, среды, содержащие стеклянные микроволокна размером 0,6 мкм, имели пористость примерно 90% и размер пор в интервале от 4,2 до 10 мкм. Среды, содержащие стеклянные микроволокна размером 1,5 мкм, имели пористость примерно 92,3% и размер пор в интервале от примерно 16 до примерно 21 мкм. В заключение, среды, содержащие стеклянные микроволокна размером 2,5 мкм, имели пористость примерно 95,3% и размер пор в интервале от примерно 35 до 38 мкм.
Данные, представленные в Таблице 1 и на Фиг.13, кроме того, показывают, что среды, имеющие наибольший размер пор или пористость, также имели наименьшие перепады давления. Например, среды, имеющие пористость примерно 95%, имели перепады давления от примерно 3,4 до примерно 4,3 мм H2O, в отличие от перепадов давления от примерно 125 до примерно 204 мм H2O для пористости примерно 90%.
В примерах, в которых фильтрующие среды содержали комбинацию грубых и тонких волокон, размер пор не увеличивался таким существенным образом, как это имело место в случае присутствия лишь одних грубых волокон. См., например, Таблицу 1 и Фиг.13. Например, волокна размером 2,5 мкм, объединенные с волокнами размером 1,5 мкм, имеют размер пор в интервале от примерно 22-28 мкм и пористость примерно 94% при соответствующем перепаде давления от примерно 5,7 до примерно 9,2 мм H2O.
Заметно, что большинство образцов AF1-AF24 имело размер пор больше, чем в HEPA фильтре Donaldson. Например, AF6 имел размер пор, который более чем в шесть раз превышал размер пор в HEPA фильтре Donaldson.
Характеристики фильтрации воздушного потока
Фильтры из группы тестовых фильтров AF1-AF24 разделяли на основании их способности к пропусканию воздушного потока. Данные для фильтров с перепадом давления менее 10 мм H2O при 3,2 м/мин показаны на Фиг.1. Сплошная линия соответствует скорости потока 3,2 м/мин. Эти результаты показывают, что имеется несколько вариантов состава материала по данному изобретению из волокон на базе наноразмерного оксида алюминия, которые имеют более низкий перепад давления по сравнению с HEPA фильтрами. Эти результаты, как полагают, обусловлены большей величиной размера пор данных новых фильтрующих сред.
Оценка фильтрации вещества в виде микрочастиц при
использовании испытаний с монодисперсным латексом
Обычно для моделирования жидкостных аэрозолей используются масляные аэрозоли, например, диоктилфталата (DOP), а аэрозоли хлоридов натрия (NaCl) или калия (KCl) используются для моделирования твердотельных частиц при оценке материала для фильтрации воздуха. Заявители сравнили адсорбцию ультратонких монодисперсных латексных сфер в воде с их адсорбцией HEPA фильтрами и затем попытались установить корреляцию с данными, полученными в тестах с DOP и NaCl. А именно, воздушные фильтры AF3 (средний размер пор 16 мкм, см. Таблицу 1), AF6 (средний размер пор 38 мкм, см. Таблицу 1) и HEPA фильтр Donaldson, имеющий диаметр примерно 25 мм и эффективную площадь поверхности примерно 3,7 см2, испытывали при использовании потока текучей среды из чистой (RO) воды с латексными сферами размером 1 мкм при постоянном расходе примерно 0,1 м/мин. Несмотря на то, что в Таблице 1 представлены фильтрующие среды, размещенные в виде одиночного слоя, в этом эксперименте использовались стопы от одного до четырех слоев, чтобы оптимизировать эксплуатационные характеристики фильтрующих сред в видах применения для воздуха и воды. Мутность входного и выходного потоков (в NTU или нефелометрических единицах мутности) воды измеряли при использовании турбидиметра LaMotte модели 2020.
На Фиг.2 представлен график мутности потока на выходе фильтров, содержащих наноразмерные волокна из оксида алюминия и стеклянные микроволокна, в сравнении с обычным HEPA фильтром. Как видно из Фиг.2, фильтры по данному изобретению, содержащие наноразмерные волокна из оксида алюминия и стеклянные микроволокна, обеспечивают практически необнаруживаемую степень мутности выходного потока по сравнению с HEPA фильтром.
Результаты этого эксперимента неожиданны, поскольку фильтры по данному изобретению задерживали частицы размером 0,2 мкм даже в случае фильтров AF3 и AF16, имевших средний размер пор примерно 16 и 38 мкм соответственно. Ожидалось, что фильтры с таким большим средним размером пор не смогут задерживать частицы с гораздо меньшим размером. Очень плохая задержка HEPA фильтром в водных средах также была неожиданной, указывая на то, что HEPA фильтры обладают гораздо меньшей задержкой в воде по сравнению с воздухом и, таким образом, ведут себя по-разному в этих двух окружающих средах.
Указанная цель соотнесения данных по адсорбции из воды с характеристиками для воздуха не была успешно достигнута, и поэтому последующие эксперименты проводились для получения данных при испытаниях воздушных фильтров.
Примеры 2-10
В примерах 2-10 фильтрующие среды из наноразмерного оксида алюминия, обозначенные как AF3, AF6, AF11 и AF16, использовали для дальнейшей характеризации фильтрующих сред по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия в сравнении с HEPA фильтром Donaldson. Как представлено в Таблице 1, AF3 содержал стеклянные микроволокна размером 1,5 мкм, AF6 и AF11 содержали стеклянные микроволокна размером 2,5 мкм, и AF16 содержал комбинацию стеклянных микроволокон размером 1,5 и 2,5 мкм.
Пример 2
Первоначальное пропускание частиц DOP и NaCl
Фильтры AF3 (средний размер пор 16 мкм), AF6 (средний размер пор 38 мкм), AF11 (средний размер пор 37 мкм) и AF16 (средний размер пор 28 мкм), изготовленные в Примере 1, и HEPA фильтр отсылали в Nelson Laboratories в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, для испытания с использованием аэрозолей частиц DOP и нейтрализованных монодисперсных частиц NaCl. Концентрация при испытаниях составляла 1,5·106 частиц/см3 при расходе 32 л/мин через фильтры площадью 100 см2. Аэрозоли имели средний размер частиц 0,3 мкм, который рассматривался как находящийся в интервале размеров, наиболее способных к пропусканию. Тестовые образцы приготавливали в форме квадратов 10x10 см или дисков диаметром примерно 4-5 дюймов. Три слоя плоских листов или трехслойные плоские листы зажимали в испытательном устройстве и испытывали потоком воздуха при расходе 32 л/мин. Результаты представлены в Таблице 2.
| Таблица 2 Первоначальное пропускание DOP и NaCl |
||||
| Образец | Число слоев | DOP/NaCl | Первоначальное сопротивление протеканию потока воздуха (мм H2O) |
Пропускание частиц, % |
| HEPA | 1 | DOP | 32,8 | 0,02 |
| NaCl | 32,8 | 0,025 | ||
| AF16 | 3 | DOP | 29,1 | 0,513 |
| NaCl | 32,1 | 0,323 | ||
| AF6 | 4 | DOP | 23,4 | 1,27 |
| NaCl | 23,6 | 0,755 | ||
| AF11 | 4 | DOP | 19,5 | 2,72 |
| NaCl | 19,4 | 1,60 | ||
| AF3 | 1 | DOP | 21,2 | 4,12 |
| NaCl | 21,3 | 2,61 | ||
Фильтр AF 16 имел наименьшее первоначальное пропускание аэрозоля NaCl и DOP, хотя даже это пропускание было несравнимо с пропусканием HEPA фильтром. Этот образец был образован из смеси стеклянных микроволокон размером 1,5 и 2,5 микрон и содержал только 7,7% наноразмерного оксида алюминия. Он имел размер пор примерно 28 мкм. Данные результаты показывают, что большинство составов наноразмерного оксида алюминия имело первоначальное пропускание выше, чем в технических требованиях для HEPA.
Пример 3
Тестирование поглощающей способности для аэрозоля NaCl
Фильтры AF3, AF6, AF11 и AF16 и HEPA фильтр (тестируемый участок 100 см2) испытывали с использованием аэрозоля NaCl при расходе 32 литра/мин в течение примерно 3 часов каждый. Примерно 0,0067 мг/мин/см2 NaCl подавали в каждый фильтр, что эквивалентно примерно 40 мг/ч. Как описано выше, обычно требовались три слоя AF16 (1,2 мм каждый, суммарно 3,6 мм), чтобы достигнуть такого же перепада давления, что и для HEPA, поэтому тестирование выполняли с использованием трех слоев в сравнении с HEPA.
На Фиг.3 представлены графики величины пропускания каждого из фильтров, использованных в испытаниях аэрозолями NaCl, в зависимости от времени. Видно, что фильтр AF16 имел наименьшее первоначальное пропускание аэрозоля NaCl, однако оно оставалось еще значительно выше, чем для HEPA. AF16 имел наименьшее первоначальное пропускание и был поэтому использован для последующих оценок эксплуатационных качеств.
Поглощающая способность
На Фиг.4 представлены графики сопротивления протеканию воздуха для фильтров в зависимости от времени. Поглощающая способность (или срок службы фильтра) в этом примере определялась как время (минуты), требующееся, чтобы достичь перепада давления (ΔP) в 50 мм H2O. Как показано на Фиг.4, все фильтры по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия, использованные для испытаний, имели поглощающую способность, которая по меньшей мере в десять раз превышала ее величину для HEPA фильтра. Фильтры AF6 и AF11 имели величины поглощающей способности, которые превышали поглощающую способность HEPA примерно в 30 раз. Эти результаты важны, поскольку срок службы фильтра обычно определяется в соответствии с заданной предельной величиной перепада давления на фильтре. Возрастание давления на фильтре до достижения заданного уровня ограничивает срок службы для данного вида применения или конструкции. В связи с тем, что возрастание давления является следствием засорения фильтра, для систем с равной эффективностью более продолжительный срок службы обычно связан непосредственным образом с более высокой поглощающей способностью. Эффективность представляет собой склонность среды в большей степени к захвату вещества в виде частиц, чем к его пропусканию. Обычно, чем более эффективна фильтрующая среда в удалении вещества в виде частиц из газового потока, тем, как правило, быстрее фильтрующая среда достигнет разности давления, соответствующей завершению срока службы, в предположении, что остальные параметры поддерживаются на постоянном уровне.
Фильтр, обладающий повышенной поглощающей способностью, значительно выгоднее, поскольку он обеспечивает снижение затрат на частые замены фильтра. Кроме того, многие фильтры, включая те из них, которые задерживают бактерии и вирусы или материалы для ядерных реакторов, должны быть ликвидированы как опасные отходы. Поэтому, уменьшение частоты, с которой фильтры, являющиеся опасными отходами, должны заменяться и ликвидироваться, является дополнительным экономическим преимуществом.
В Таблице 3 представлены результаты испытаний с аэрозолем NaCl при скоростях протекания воздушного потока примерно 3,2 м/мин для фильтров, раскрытых в Патенте США № 6872431, Kohlbaugh, («патент '431»), и волокон по данному изобретению, содержащих наноразмерные волокна из оксида алюминия и стеклянные микроволокна, уровня «pre-HEPA» для удаления частиц размером 0,3, при этом «pre-HEPA» определяется как эффективность среды в интервале от примерно 98,9% до примерно 99,6%. В Таблице 3 также представлены результаты испытаний одного из фильтров по данному изобретению (однослойного фильтра AF16) при размере частиц нейтрализованного KCl, соответствующем наибольшему их проникновению и составляющем 0,33-0,40 мкм, при скорости протекания потока примерно 4,6 м/мин.
| Таблица 3 Пропускание аэрозоля NaCl (0,3 мкм) для тестовых образцов уровня «pre-HEPA»b |
||||||
| Среда | Первоначальное пропускание частиц % |
Число слоев | Эффективность одного слоя % |
Толщина, мм |
Время до 125 мм H2O мин |
Время до 50 мм H2O мин |
| US 6872431 | 0,6а | 10 | 40 | 0,54b | <170c | <80c |
| US 6872431 | 0,4d | 14 | 28 | 0,75b | <230c | <125c |
| US 6872431 | 0,4a | 25 | 20 | 1,4b,e | <260c | <170c |
| AF6 | 0,76 | 4 | 80f | 1,8 | 320f | 160 |
| AF16 | 1,1g | 1 | 98,9g | 1,2 | 170f | 100f |
| Примечания: (a) это оценочная величина, основанная на уравнениях, представленных в описании патента '431, стр. 23 -24; (b) это оценочные величины, основанные на данных, представленных в патенте '431, стр. 35, строки 1-10; (c) это оценочные величины, основанные на данных, представленных в патенте '431, стр. 43; (d) это оценочная величина, основанная на данных, представленных в патенте '431, стр. 39; (e) данная оценочная толщина превышает предел для структуры фильтрующей среды (см. п. 14 формулы изобретения патента '431); (f) это оценочные величины; (g) этот фильтр тестировали при использовании частиц нейтрализованного KCl, размер которых соответствует наибольшему их проникновению и составляет от примерно 0,33 до примерно 0,40 мкм при скорости протекания потока примерно 4,6 м/мин. | ||||||
Результаты, представленные в Таблице 3, показывают, что при уровне «pre-HEPA»:
1. Среда AF6, которая способна к гофрированию, имеет более высокую поглощающую способность перед достижением перепада давления примерно 125 мм H2O и примерно 50 мм H2O по сравнению со средой, раскрытой в патенте '431, содержащей 10, 14 или 25 слоев. Ожидаемый срок службы при 125 и 50 мм H2O увеличен примерно на 40%, 28% и 20% соответственно.
2. Одиночный слой среды AF16 имеет ожидаемый срок службы и эффективность удаления частиц с наибольшим проникновением (KCl, 0,33-0,4 мкм), которые превышают их величину для фильтров, раскрытых в патенте '431, в виде структур из 10 и 14 слоев.
Эти данные важны, поскольку они показывают, что волокнистые среды из наноразмерного оксида алюминия имеют увеличенный ожидаемый срок службы по сравнению с фильтром по патенту '431, и их эффективность удаления частиц выше, чем у фильтра по патенту '431. Таким образом, фильтры по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия не только более рентабельны, но они также имеют и улучшенные эксплуатационные качества. Кроме того, гораздо дешевле изготовить среду одного вида, чем среду с 10-14 разными слоями, и, кроме того, в последнем случае, следует уделять внимание предотвращению расслаивания.
В Таблице 4 представлены результаты испытаний с аэрозолем NaCl при скоростях воздушного потока примерно 3,2 м/мин для фильтров, раскрытых в патенте '431, и волокон по данному изобретению, содержащих наноразмерные волокна из оксида алюминия и стеклянные микроволокна, уровня «pre-HEPA» в случае удаления частиц размером 0,3 мкм.
| Таблица 4 Результаты испытаний с аэрозолем NaCl при уровне HEPA |
||||||
| Среда | Эффективность структуры, % |
Число слоев | Эффективность одного слоя, % |
Толщина, мм |
Время до 125 мм H2O, мин |
Время до 50 мм H2O, мин |
| US 6872431 | 99,97a | 16 | 40 | 0,89b | <170c | <80c |
| US 6872431 | 99,97a | 25 | 28 | 1,4b | <230c | <125c |
| AF6 | 99,97d | 5 | 80d | 1,8 | 300d | 140d |
| AF11 | 99,976d | 6 | 75d | 2,5 | 310d | 120d |
| Donaldson HEPA |
99,975 | 1 | 99,975 | 0,2 | 24 | 3,5 |
| Примечания: (a) это оценочные величины, основанные на уравнениях, представленных в описании патента '431, стр. 23-24; (b) это оценочные величины, основанные на данных, представленных в патенте '431, стр. 35, строки 1-10 (следует заметить, что данная оценочная толщина превышает предел для структуры фильтрующей среды, см. пункт 14 формулы изобретения патента '431); (c) это оценочная величина, основанная на данных, представленных в патенте '431, стр. 39, строки 39-45; (d) это оценочная величина. | ||||||
Данные, представленные в Таблице 4, показывают, что среды AF6 и AF11 имеют более высокие величины поглощающей способности перед достижением перепада давления 125 или 50 мм H2O по сравнению со средой, раскрытой в патенте '431, которая имеет 16 или 25 слоев. Среды по данному изобретению увеличивают ожидаемый срок службы фильтра по меньшей мере на 80% до достижения граничного давления 125 мм H2O по сравнению со средой по патенту '431, хотя среда по патенту '431, включающая 25 слоев, имеет сравнимый ожидаемый срок службы до перепада давления в 50 мм H2O.
Пример 4
Предварительная обработка
Целью этого примера являлось устранение первоначального просачивания при испытаниях по условиям для HEPA. Предполагалось, что первоначальное просачивание связано с наибольшими размерами пор в фильтрующих средах (которые содержат поры в широком интервале размеров вследствие асимметричного расположения волокон). Также предполагалось, что инжекция инородных частиц в фильтр, чтобы подготовить фильтр перед использованием, вызвала бы затекание частиц в поры наибольших размеров, их блокирование и тем самым уменьшение первоначального просачивания с соответствующим улучшением эффективности фильтра.
Для проверки этого предположения в фильтры предварительно подавали модифицирующий агент таким образом, чтобы эти поры были заглушены перед использованием. В этом тесте использовали образец AF16 (фильтр диаметром 25 мм). Для подготовки фильтров использовали монодисперсные латексные сферы (Duke Scientific), поскольку эти сферы стабильны на воздухе и не подвержены изменениям во влажном воздушном потоке. Эксперименты проводили с использованием латексных сфер диаметром 0,2, 0,5 или 1 мкм. Сферы подавали в фильтр и измеряли сопротивление протеканию воздуха.
Сопротивление воздушному потоку измеряли, как описано выше. Предварительная подача сфер 0,2 мкм оказывала минимальное влияние на перепад давления в фильтрах по данному изобретению (данные не представлены), и после некоторой предварительной подачи мутность выходного потока имела измеримую величину.
На Фиг.5 представлены в графическом виде скорость протекания воздуха и изменение перепада давления после предварительного введения в фильтры по данному изобретению латексных сфер размером 0,5 или 1 мкм. Во время предварительного введения было замечено, что мутность выходного потока была ниже предела чувствительности в 0,01 NTU, что предполагает количественную адсорбцию этих частицы увеличенного размера фильтрующей средой. Эти данные означают, что латексные сферы размером 0,5 и 1 мкм пригодны для предварительной обработки фильтров сферами.
Таким образом, результаты Примера 4 показывают следующее.
1. Чужеродные частицы, такие как монодисперсные частицы, могут быть использованы для подготовки фильтрующей среды из наноразмерного оксида алюминия.
2. Измерение мутности во время предварительного введения является эффективным способом мониторинга и контроля процесса предварительного введения.
3. В образцы могут быть предварительно введены латексные шарики размером 0,5 и 1 мкм, чтобы отобразить перепад давления (ΔP), который имеет место во время тестирования аэрозоля NaCl.
4. Латексные частицы размером 0,2 мкм слишком малы, чтобы обеспечить достижение желательного ΔP.
В качестве альтернативы дорогостоящим латексным частицам для предварительной обработки фильтров могут быть использованы более дешевые частицы, предпочтительно субмикронных размеров, включающие, например, ультратонкий гранулированный углерод, агломераты тонкодисперсного кремнезема (Cab-O-Sil) или металлические оксиды.
Пример 5
Тестирование предварительно обработанных образцов AF16 на
пропускание и поглощающую способность в отношении NaCl
Тестовые образцы приготавливали предварительной подачей латексных сфер размером 0,5 мкм с одной стороны фильтра, состоящего из 3 слоев среды AF16. Такую среду приготавливали в виде круглых дисков площадью 175 см2. Образцы (тестируемый участок 100 см2) испытывали (в Nelson Laboratories) при использовании аэрозоля NaCl при расходе 32 литра/мин в течение примерно 3 часов каждый. Примерная масса NaCl, которая подавалась к фильтру, составляла 0,0067 мг/мин/см2 или 40 мг/ч или 0,5%/ч в расчете на массу открытой части фильтра. При расходе 32 литра/мин скорость составляла 3,2 м/мин. Толщина фильтра из трех слоев AF16 составляла примерно 0,36 см, что приводило к расчетному времени пребывания примерно 0,07 с.
На Фиг.6 представлено в графическом виде сопротивление протеканию воздуха фильтров из наноразмерного оксида алюминия, предварительно обработанных латексными сферами, при подаче NaCl. Видно, что на протяжении 3 часов испытаний сопротивление протеканию воздуха всех тестируемых образцов из наноразмерного оксида алюминия было много ниже, чем у HEPA. HEPA фильтр достигал ΔP в 50 мм H2O примерно за 4 минуты, в то время как образцам из наноразмерного оксида алюминия требовалось примерно 40 минут, чтобы достичь той же величины ΔP (один из фильтров из наноразмерного оксида алюминия, который содержал 9 мас.% латекса, достигал ΔP в 50 мм H2O примерно за 30 минут). Такое увеличение срока службы фильтра, который примерно в 7-10 раз больше, чем для HEPA, является преимуществом для видов применения, в которых используются высокоэффективные фильтры, включая госпитали, средства коллективной защиты военного назначения, средства, относящиеся к национальной безопасности, автомобили и респираторы.
На Фиг.7 представлено в графическом виде пропускание фильтрами из наноразмерного оксида алюминия, предварительно обработанными латексными шариками. Хотя первоначальное пропускание не было понижено до 0,03%, задержка возрастала при непрерывной подаче частиц NaCl. Все предварительно обработанные образцы AF16 имели более низкое первоначальное пропускание NaCl по сравнению с исходным AF16. Имеет место тенденция к улучшению характеристик при увеличенной предварительной подаче латексных шариков размером 0,5 мкм, при наименьшей величине пропускания 0,047% для 9 мас.% латекса в сравнении с пропусканием 0,03%, установленным для HEPA.
Пример 6
Фильтрующие среды испытывали в отношении задержки аэрозоля NaCl в Nelson Laboratories, аналогично Примеру 2. На Фиг.8 представлено в графическом виде пропускание аэрозоля NaCl с размером частиц 0,3 мкм через испытуемые среды. В этом примере сравнивали следующие образцы: HEPA; одиночный слой AF16 без предварительного введения, который был использован в качестве предварительного фильтра для HEPA фильтра; и три слоя AF16, предварительно обработанного частицами латекса. Как видно из Фиг.8, один лишь HEPA фильтр не может функционировать в качестве ULPA. В отличие от этого, предварительно обработанный фильтр AF16 имел первоначальную и продолжающуюся величину задержки >99,99%, что позволяло отнести его к ULPA фильтру. Кроме того, как показано на Фиг.8, добавление одиночного слоя AF16 (без предварительной обработки) в качестве предварительного фильтра для HEPA также приводит к достижению уровня ULPA. Эти данные показывают, что фильтрующая среда по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия имеет задержку, превышающую ее величину для обычных HEPA фильтров, таких как HEPA фильтр Donaldson, и использование наноразмерного оксида алюминия в качестве предварительного фильтра повышает характеристики HEPA до уровня ULPA.
На Фиг.9 представлено в графическом виде сопротивление протеканию воздуха тестируемых фильтров в испытаниях на способность к поглощению аэрозоля NaCl образцов, описанных выше. Добавление одиночного слоя AF16 без предварительной обработки увеличивает срок службы HEPA фильтра примерно на 700%, до достижения пороговой величины ΔP 50 мм, что приводит к значительной экономии при практическом использовании.
Таким образом, фильтры по данному изобретению являются более эффективными в задержке частиц и имеют более продолжительный ожидаемый срок службы, чем обычные HEPA фильтры, и поэтому эти фильтрующие среды по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия являются более рентабельными.
Пример 7
Примеры среды AF16 тестировали в LMS Technologies, Inc. (Эдина, штат Миннесота) в соответствии с нормой 319 Агентства по охране окружающей среды США (EPA), которая определяет измерение характеристик систем фильтрации для удаления излишнего количества распыленного лакокрасочного материала в авиакосмической промышленности. В США в отделочных операциях, выполняемых в промышленности, 30% распыленного лакокрасочного материала, что составляет величину в 90 миллионов галлонов, распыляется в излишке, большая часть которого рассеивается в атмосфере.
Один слой среды AF16 испытывали при скорости протекания 15 футов/мин. Первоначальный перепад давления составлял 22 мм H2O. На Фиг.10 представлена в графическом виде задержка или эффективность отделения тестовым фильтром в зависимости от размера частиц. Эти же данные представлены в Таблице 5.
Данный фильтр также сравнивали с доступным в продаже sub-HEPA фильтром (Trinitex K903-70, производства Ahlstrom). На Фиг.14 сравнивается перепад давления на фильтре Trinitex и фильтре AF16. Как можно видеть, перепад давления на обоих фильтрах весьма сходен. Существенно, что задержка для AF16 была значительно выше по сравнению с техническими требованиями EPA, а также по сравнению со средой Ahlstrom для всех размеров частиц в сравниваемом интервале. Результаты показывают, что данная новая среда может существенно улучшить эксплуатационные характеристики сред sub-HEPA без необходимости проведения предварительной обработки.
| Таблица 5 Задержка аэрозолей KCl в зависимости от размера частиц |
|||
| Интервал размеров, мкм | Первоначальная задержка для однослойной фильтрующей среды из оксида алюминия AF16, % | Технические требования EPA 319 | Ahlstrom Trinitex |
| 0,33-0,40 | 98,923 | 52% | |
| 0,40-0,50 | 99,365 | >75% | 59% |
| 0,50-0,60 | 99,743 | 63% | |
| 0,60-0,80 | 99,989 | >85% | 68% |
| 0,80-1,00 | 99,955 | 74% | |
| 1,00-1,50 | 99,983 | 90% | |
| 1,50-2,00 | 99,995 | >95% | 95% |
Пример 8
Одновременно рассматриваемая заявка на патент направлена на использование серебра для контроля бактериальной пролиферации. Поэтому здесь было испытано включение серебра в среду для фильтрации воздуха. Три листа из наноразмерного оксида алюминия приготавливали из порошка алюминия, как описано для образца HF0404 в Примере 1, за тем исключением, что нитрат серебра (0,1%, 0,3% и 1 мас.% в расчете на содержание серебра в сухом остатке суспензии) добавляли к суспензии. Образцы (диаметром 25 мм) размещали в держателе фильтра и вводили в них 10 мл суспензии Klebsiella terrigena в концентрации 8·107 CFU/мл (число колониеобразующих единиц в мл) в буферном водном растворе. Бактерии элюировали из фильтров в противоположном направлении при использовании 3 мл раствора, содержащего 3% мясного экстракта и 0,35% раствора глицина при pH 7,5, сразу же после введения и затем после выдержки в течение 1, 5 и 18 часов. На Фиг.11 представлено в графическом виде антимикробное действие ионогенного серебра, включенного в наноразмерные волокна из оксида алюминия, в зависимости от времени нахождения на фильтре. Видно, что фильтры из наноразмерного оксида алюминия, импрегнированные серебром, контролируют бактериальную пролиферацию при возрастающей степени контроля по мере увеличения содержания нитрата серебра.
Тесты также показали, что при содержании 1% серебра отсутствует заметное влияние на отфильтровывание вируса MS2; это указывает, что эффективность фильтрующей среды в отношении вирусов не изменяется после адсорбции 1% серебра.
Эти результаты показывают, что добавление нитрата серебра в фильтр минимизирует какой-либо вторичный унос бактерий или вирусов с фильтра, поскольку он действует в качестве противомикробного средства. Вымывание серебра из импрегнированных им фильтров составляло примерно 30 мкг/л, что существенно ниже величины в 100 мкг/л, требующейся в соответствии с EPA для питьевой воды. После использования фильтр может быть утилизирован в качестве бытовых отходов, а не в качестве опасных отходов с высокой стоимостью ликвидации.
Пример 9
Тестирование образцов среды бактериальным аэрозолем с
E. Coli
Для испытаний собирали устройство, первоначально разработанное Henderson [1], и проводили испытания с использованием бактерий E. coli. В данном устройстве, схема которого представлена на Фиг.12, 5 мл суспензии E. coli при 1,4·109 CFU/мл в буферном растворе распыляли распылителем DeVilbiss PulmoMate (модель SR4650D). Второй распылитель приводили в действие с равным количеством буферного раствора. Образованные аэрозоли инжектировали в трубу диаметром 5 см и длиной 90 см. Относительную влажность регулировали смешиванием воздуха, который проходил через увлажняющее и влагопоглощающее ответвления кондиционера, перед введением в распылительную трубу. Относительную влажность и температуру воздуха вблизи конца трубы измеряли измерителем влажности. Примерно 1/3 потока из выходного отверстия аэрозольной трубы пропускали через импинджер AGI-30. Остальную часть потока пропускали через трубопровод с внутренним диаметром 12 мм и затем объединяли с воздухом, прошедшим через импинджер. Поток воздуха затем пропускали через HEPA фильтр (Whatman, PolyVent-1000 Cat #6713-1075).
Суммарный расход составлял 38 литров воздуха в минуту. Два распылителя создавали поток воздуха 12 л/мин (6 л/мин каждый) и поток воздуха с расходом 26 л/мин подавали воздушным компрессором. Поток воздуха через импинджер составлял 12 л/мин.
Эффективность фильтра рассчитывали как:
Эффективность, % = [(Концентрация E. coli в верхнем течении - Концентрация E. coli в нижнем течении) x 100%]/Концентрация E. coli в верхнем течении [1],
где концентрацию E. coli в верхнем течении определяли без фильтра в воздушном потоке с введенными в него E. coli, а концентрацию E. coli в нижнем течении определяли с фильтром в воздушном потоке с введенными в него E. coli при относительной влажности, равной или близкой к 100%.
В первом эксперименте три слоя фильтрующей среды AF16 (без предварительной обработки частицами) размещали в держателе фильтра диаметром 90 мм. Во втором эксперименте один слой Donaldson HEPA размещали в том же самом держателе фильтра. Как показано в Таблице 6, фильтрующая среда AF16 имела величину задержки бактерий, которая была примерно в 50 раз больше, чем для HEPA фильтра.
| Таблица 6 Эффективность (в %) фильтра из наноразмерного оксида алюминия при испытаниях с бактериальным аэрозолем E. coli (Условия: 32 л/мин, относительная влажность 100%, температура 23,9°C) |
|||||
| Фильтрующая среда | Толщина, мм (число слоев х толщина) | Средний размер пор *, мкм | С фильтром/ Без фильтра |
Число бактерий E. coli, определенное в буферном растворе AGI-30, CFU | Эффективность задержки E. coli, % |
| AF16 | 3,6 (=3 х 1,2) |
28 | С фильтром | <1 | >99,9998 |
| Без фильтра | 5,9·105 | ||||
| AF6 | 7,2 (=4 х 1,8) |
38 | С фильтром | <4 | >99,9992 |
| Без фильтра | 5,2·105 | ||||
| AF3 | 0,9 (=1 х 0,9) |
16 | С фильтром | <4 | >99,9992 |
| Без фильтра | 5,2·105 | ||||
| AF11 | 1,3 (=1 х 1,3) |
37 | С фильтром | 4 | 99,994 |
| Без фильтра | 6,7·104 | ||||
| Donaldson HEPA | 0,4 (=1 х 0,4) |
6 | С фильтром | 40 | 99,992 |
| Без фильтра | 5·105 | ||||
| * Данные из Таблицы 1 | |||||
Каждый образец AF имел размер пор, в значительной степени превышающий размер пор обычного воздушного фильтра HEPA. Как известно, в фильтрации при большем размере пор среда имеет меньшую склонность к засорению. Эта устойчивость к засорению может также распространяться на возможность фильтров по данному изобретению быть менее устойчивыми к заводнению каплями воды.
Продемонстрированная способность нановолокон из оксида алюминия к удалению бактерий при высоких уровнях задержки явилась неожиданным результатом и представляет собой главное преимущество, в особенности там, где фильтр используется для коллективной защиты, например, в госпитале, в котором лечатся пациенты с ослабленным иммунитетом, или для защиты при военных действиях с применением биологического оружия. Такая среда была бы также полезна в улучшенных респираторных фильтрах для повышения уровня задержки бактерий. Другим преимуществом является более низкий перепад давления среды по данному изобретению по сравнению с HEPA, в особенности по мере заполнения фильтра. Наконец, другим преимуществом является то, что размер пор фильтрующей среды из наноразмерного оксида алюминия гораздо больше, что приводит к существенно увеличенной пористости фильтра, обеспечивая удержание гораздо большего количества воды при непрерывной подаче капель воды или тумана.
Пример 10
Два эксперимента выполняли, как описано в Примере 9, с тем исключением, что аэрозоль содержал вирус MS2 (размер 25 нм), и испытание проводили при двух разных величинах относительной влажности. В этом случае тестированные образцы имели малый размер пор (~2 мкм) и были толщиной 0,4 мм.
| Таблица 7 Эффективность (в %) фильтра из наноразмерного оксида алюминия по отношению к аэрозолю вируса MS2 |
||||||
| Относитель- ная влаж- ность, % |
Испытуемая концен- трация, PFU/млa |
С фильтром/ без фильтра |
Число вирусов MS2, определенное в буферном растворе AGI-30, PFU |
Предел обнаруже- ния, PFU/мл |
Эффективность сбора MS2 импинджером, % |
Эффективность задержки MS2, % |
| 94 | 2,6·107 | С фильтромb | <150 | 100 | Неприменимо | >99,96 |
| Без фильтраc | 4,2·105 | 100 | 2,1 | |||
| 60 | 1,3·107 | С фильтромd | <1 | 1 | Неприменимо | >99,999 |
| Без фильтраe | 1,1·105 | 100 | 1,3 | |||
| Примечания: a) 2 мл MS2 испытательного раствора было преобразовано в аэрозоль; b) Время испытаний - 6 минут; собранный объем раствора вируса - 1,5 мл; c) Время испытаний - 10 минут; собранный объем раствора вируса - 2,2 мл; d) Время испытаний - 6 минут; собранный объем раствора вируса - 1,0 мл; e) Время испытаний - 6 минут; собранный объем раствора вируса - 1,5 мл. |
||||||
Данные Таблицы 7 показывают, что фильтр обладает высокой эффективностью сбора аэрозолей, содержащих вирус. Эти результаты важны, поскольку вирусы, которые обычно на один или два порядка меньше по величине, чем бактерии, очень трудно задерживаются объемной фильтрующей средой. Задержка вирусов посредством HEPA является, соответственно, проблематичной, поскольку многие патогенные вирусы меньше 0,1 мкм по размеру, что существенно меньше размера в 0,3 мкм тестовых частиц, использованных для характеризации HEPA. Эффективная фильтрация монодисперсных вирусов была бы практически невозможной. Если вирусы заключены в водный аэрозоль, то HEPA фильтры, которые обычно гидрофобны, теряют эффективность при накапливании воды. Фильтрующая среда по данному изобретению из наноразмерного оксида алюминия обеспечивает более высокую эффективность и поглощающую способность, и поэтому была бы полезной в фильтрующих масках и коллективных системах защиты, например, в госпиталях и для защиты от биологического оружия.
Расчеты
На основании данных, представленных в Таблице 1, воздухопроницаемость B (м2) для примеров определяли как:
B = vμz/ΔP [2],
где:
v - скорость потока, м/с, при заданном ΔP;
μ - вязкость воздуха. Для воздуха μ = 18,6·10-6 Па·с;
z - толщина среды;
ΔP - перепад давления на среде, Па.
Уравнение 2 предполагает, что поток через фильтр имеет вязкость, находящуюся в заданном интервале. Кроме того, в случае измерений протекания газа требуется выполнение двух дополнительных условий [2]: (i) диаметр пор больше 1 микрона, и (ii) абсолютное давление на стороне верхнего течения не более чем в 1,1 раза превышает его величину на стороне нижнего течения, то есть избыточное давление на стороне верхнего течения не должно быть больше 40 дюймов H2O, когда избыточное давление на стороне нижнего течения равно нулю (то есть 400 дюймов H2O абсолютного давления). Если эти два условия соблюдены, то Уравнение 2 может быть использовано для расчета проницаемости.
Из Уравнения [2] и Фиг.1 определяли проницаемость фильтрующей среды. Из величины проницаемости и пористости определяли средний диаметр потока, d, следующим образом:
d2 = 32B/ε2 [3],
где ε - пористость.
Диаметры потока d представлены в Таблице 1. Средний размер пор среды из наноразмерного оксида алюминия среды находился в интервале от 4,2 до 38 мкм.
Из Фиг.1 так же, как и из подобных графиков для других образцов, определяли зависимость линейной скорости воздуха через среду от приложенного перепада давления; полученные результаты представлены в Таблице 1. Из этих уравнений величины ΔP воздуха (в мм водяного столба, избыт.) при линейном течении со скоростью 3,2 м/мин сравнивали с их величинами для HEPA.
Несмотря на то, что представленное выше описание изложено подробным образом, следует иметь в виду, что примеры и подробные описания вариантов осуществления приведены для разъяснения, а не для каких-либо ограничений. Могут быть сделаны конструкционные изменения, особенно в части формы, размера и расположения, находящиеся, однако, в рамках принципов данного изобретения. Специалисты в данной области техники поймут, что такие изменения или модификации данного изобретения или же комбинации элементов, вариаций, эквивалентов или улучшений тем не менее находятся в пределах объема данного изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения, и что данное изобретение может быть соответственно использовано на практике при отсутствии каких-либо ограничений, не описанных ясным образом в этом документе.
Ссылки
1. Henderson D. W., "An apparatus for the study of airborne infections", J. Hyg. Camb., vol. 50, 53-67 (1952).
2. Johnston P. R., "Whadaya mean?", Filtration News, vol. 20, No 5, 10-1ке1 (2002).
Claims (47)
1. Фильтр для газообразной среды, содержащий:
(a) наноразмерные волокна из оксида алзюминия и
(b) вторые волокна, смешанные с указанными наноразмерными волокнами из оксида алюминия и выбранные из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм, при этом вторые волокна расположены с образованием множества асимметричных пор, которые имеют средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм, причем фильтр способен задерживать частицы, размер которых, по меньшей мере, на порядок величины меньше указанного среднего размера пор.
(a) наноразмерные волокна из оксида алзюминия и
(b) вторые волокна, смешанные с указанными наноразмерными волокнами из оксида алюминия и выбранные из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм, при этом вторые волокна расположены с образованием множества асимметричных пор, которые имеют средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм, причем фильтр способен задерживать частицы, размер которых, по меньшей мере, на порядок величины меньше указанного среднего размера пор.
2. Фильтр по п.1, в котором указанные вторые волокна включают волокна, наименьший размер которых больше малого размера указанных наноразмерных волокон из оксида алюминия примерно на один порядок величины.
3. Фильтр по п.1, в котором указанные вторые волокна включают комбинацию грубых и тонких волокон.
4. Фильтр по п.3, в котором указанные тонкие волокна включают волокна более чем одного размера.
5. Фильтр по п.1, в котором указанный фильтр способен к удалению более 99,97% частиц размером 0,3 мкм из влажного воздушного или газового потока.
6. Фильтр по п.1, в котором указанная фильтрующая среда способна к удалению более 99,995% из большого числа проникающих частиц из жидкостного или водного аэрозоля.
7. Фильтр по п.1, в котором указанные асимметричные поры имеют средний размер более примерно 5 мкм.
8. Фильтр по п.1, в котором указанные асимметричные поры имеют средний размер более примерно 10 мкм.
9. Фильтр по п.1, в котором указанные асимметричные поры имеют средний размер более примерно 20 мкм.
10. Фильтр по п.1, в котором указанные асимметричные поры имеют средний размер более примерно 30 мкм.
11. Фильтр по п.1, в котором указанные наноразмерные волокна из оксида алюминия имеют соотношение размеров более примерно 5 и наименьший размер, составляющий менее примерно 50 нм.
12. Фильтр по п.1, в котором указанные вторые волокна включают стеклянные микроволокна, целлюлозу или фибриллированную целлюлозу.
13. Фильтр по п.3, в котором указанные грубые волокна выбраны из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, а указанные тонкие волокна выбраны из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы и фибриллированной целлюлозы.
14. Фильтр по п.1, также содержащий гранулированный твердотельный материал.
15. Фильтр по п.14, в котором указанный гранулированный твердотельный материал выбран из группы, состоящей из тонкодисперсного кремнезема, активированного угля и коллоидного оксида железа.
16. Фильтр по п.1, также содержащий связующее.
17. Фильтр по п.1, также содержащий противомикробное средство.
18. Фильтр по п.11, в котором указанное противомикробное средство выбрано из группы, состоящей из серебра, меди, цинка и их комбинаций.
19. Фильтр по п.1, в котором фильтр предварительно обработан множеством частиц, имеющих диаметр в интервале от примерно 0,3 до примерно 1,5 мкм и выбранных из группы, включающей латексные частицы, частицы гранулированного углерода, частицы агломератов тонкодисперсного кремнезема (Cab-O-Sil) и частицы металлических оксидов.
20. Фильтр по п.21, в котором указанные частицы имеют размер менее примерно 1,5 мкм.
21. Фильтр по п.1, в котором указанный фильтр содержит более одного слоя.
22. Фильтр по п.1, в котором указанный фильтр выполнен в виде стопки.
23. Фильтр по п.1, в котором указанный фильтр гофрирован.
24. Фильтр по п.1, в котором указанный фильтр объединен с системой фильтрации для фильтрации указанной газообразной среды.
25. Фильтр по п.1, в котором указанная газообразная среда включает суспензию водяных капель.
26. Фильтр по п.1, в котором указанный фильтр объединен с фильтром, который способен к удалению более 99,97% частиц размером 0,3 мкм из указанной газообразной среды.
27. Фильтр по п.1, в котором указанный фильтр способен к удалению более 99,97% частиц размером 0,3 мкм из указанной газообразной среды.
28. Фильтр по п.1, в котором указанный фильтр способен к удалению более 99,995% из большого числа проникающих частиц.
29. Способ изготовления фильтра, включающий следующие стадии:
а) смешивание нановолокон из оксида алюминия с водной суспензией, содержащей вторые волокна, выбранные из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм; и
b) сушку указанной суспензии, чтобы сформировать указанный фильтр, содержащий множество асимметричных пор, которые имеют средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм, при этом фильтр способен задерживать частицы, диаметр которых, по меньшей мере, на порядок величины меньше указанного среднего размера пор.
а) смешивание нановолокон из оксида алюминия с водной суспензией, содержащей вторые волокна, выбранные из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм; и
b) сушку указанной суспензии, чтобы сформировать указанный фильтр, содержащий множество асимметричных пор, которые имеют средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм, при этом фильтр способен задерживать частицы, диаметр которых, по меньшей мере, на порядок величины меньше указанного среднего размера пор.
30. Способ по п.29, в котором указанные вторые волокна содержат комбинацию грубых и тонких волокон.
31. Способ по п.30, в котором указанные тонкие волокна имеют диаметр в интервале от примерно 0,2 мкм до 2,5 мкм.
32. Способ по п.29, также включающий стадию формования указанного фильтра в виде однородного одиночного слоя.
33. Способ по п.29, также включающий стадию гофрирования указанного фильтра.
34. Способ по п.29, в котором указанный фильтр изготовлен реакционным взаимодействием порошка алюминия со стеклянными волокнами в воде при примерно 100°С.
35. Способ фильтрации газовой среды, включающий следующие стадии:
a) пропускание газообразной среды через фильтр, содержащий множество нановолокон из оксида алюминия, смешанных с множеством вторых волокон, выбранных из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм, при этом вторые волокна расположены с образованием множества асимметричных пор, которые имеют средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм; и
b) задержку в указанном фильтре основного числа частиц из указанной газообразной среды, причем частицы имеют размер, который примерно на порядок величины меньше указанного среднего размера пор.
a) пропускание газообразной среды через фильтр, содержащий множество нановолокон из оксида алюминия, смешанных с множеством вторых волокон, выбранных из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм, при этом вторые волокна расположены с образованием множества асимметричных пор, которые имеют средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм; и
b) задержку в указанном фильтре основного числа частиц из указанной газообразной среды, причем частицы имеют размер, который примерно на порядок величины меньше указанного среднего размера пор.
36. Способ фильтрации по п.35, в котором указанный фильтр используют в системе фильтрации воздуха помещения.
37. Способ фильтрации по п.35, в котором указанный фильтр используют для удаления частиц лакокрасочного материала из воздушного или газового потока.
38. Способ фильтрации по п.35, в котором указанный фильтр используют в респираторе.
39. Способ фильтрации по п.35, в котором указанный фильтр используют в автомобильном воздушном фильтре.
40. Способ фильтрации по п.36, в котором указанное помещение является чистым производственным помещением.
41. Способ фильтрации по п.36, в котором указанное помещение является операционной.
42. Способ фильтрации по п.36, в котором в указанном помещении размещен, по меньшей мере, один пациент с ослабленным иммунитетом.
43. Способ изготовления фильтра, включающий следующие стадии:
a) формирование наноразмерных волокон из оксида алюминия и
b) расположение множества других волокон, выбранных из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм, в виде матрицы с указанными наноразмерными волокнами из оксида алюминия, чтобы образовать множество асимметричных пор, в которых диспергированы указанные наноразмерные волокна из оксида алюминия, при этом каждая из указанных пор имеет средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм.
a) формирование наноразмерных волокон из оксида алюминия и
b) расположение множества других волокон, выбранных из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, причем каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в интервале от примерно 0,6 мкм до примерно 3,5 мкм, в виде матрицы с указанными наноразмерными волокнами из оксида алюминия, чтобы образовать множество асимметричных пор, в которых диспергированы указанные наноразмерные волокна из оксида алюминия, при этом каждая из указанных пор имеет средний размер более примерно 10 мкм и менее примерно 38 мкм.
44. Способ по п.29, в котором указанную суспензию сушат в форме.
45. Способ по п.29, в котором к указанной суспензии добавляют двухкомпонентные волокна, чтобы увеличить прочность указанного фильтра.
46. Способ по п.29, в котором указанная суспензия содержит связующую добавку.
47. Способ по п.30, в котором указанные грубые волокна выбраны из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, целлюлозы или фибриллированной целлюлозы, а указанные тонкие волокна выбраны из группы, состоящей из стеклянных микроволокон, полимерных волокон, целлюлозы и фибриллированной целлюлозы.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US71621805P | 2005-09-12 | 2005-09-12 | |
| US60/716,218 | 2005-09-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008114377A RU2008114377A (ru) | 2009-10-20 |
| RU2378035C1 true RU2378035C1 (ru) | 2010-01-10 |
Family
ID=37726666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008114377/15A RU2378035C1 (ru) | 2005-09-12 | 2006-09-12 | Электростатический воздушный фильтр |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7311752B2 (ru) |
| EP (1) | EP1931441A1 (ru) |
| RU (1) | RU2378035C1 (ru) |
| WO (1) | WO2007033173A1 (ru) |
Families Citing this family (53)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080026041A1 (en) * | 2005-09-12 | 2008-01-31 | Argonide Corporation | Non-woven media incorporating ultrafine or nanosize powders |
| AU2007333563B2 (en) * | 2006-03-31 | 2011-11-10 | Argonide Corporation | Non-woven media incorporating ultrafine or nanosize powders |
| WO2008116165A2 (en) * | 2007-03-21 | 2008-09-25 | Next Safety, Inc. | Methods and systems of delivering medication via inhalation |
| US8303693B2 (en) * | 2007-04-26 | 2012-11-06 | The Hong Kong Polytechnic University | Nanofiber filter facemasks and cabin filters |
| US8926840B2 (en) | 2008-03-18 | 2015-01-06 | Rubbermaid Incorporated | Drinking container and filter assembly |
| US20090308811A1 (en) * | 2008-06-11 | 2009-12-17 | Argonide Corporation | Chromatography device |
| US8564924B1 (en) | 2008-10-14 | 2013-10-22 | Global Plasma Solutions, Llc | Systems and methods of air treatment using bipolar ionization |
| CN105727629A (zh) * | 2008-11-21 | 2016-07-06 | 可持续能源联盟有限公司 | 纳米纤维复合材料过滤器、制造该材料的方法和过滤系统 |
| SG171766A1 (en) * | 2008-11-21 | 2011-07-28 | Alliance Sustainable Energy | Porous block nanofiber composite filters |
| US8043413B2 (en) * | 2008-12-22 | 2011-10-25 | General Electric Company | System and method for removing a foreign object from an airstream entering a turbomachine |
| US20100212272A1 (en) * | 2009-02-24 | 2010-08-26 | Hollingsworth & Vose Company | Filter media suitable for ashrae applications |
| JP5319380B2 (ja) * | 2009-04-24 | 2013-10-16 | 北越紀州製紙株式会社 | 低坪量エアフィルタ用濾材 |
| US20100314333A1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Hollingsworth & Vose Company | Flutable fiber webs with low surface electrical resistivity for filtration |
| US8236082B2 (en) | 2009-06-19 | 2012-08-07 | Hollingsworth & Vose Company | Flutable fiber webs with high dust holding capacity |
| US20120283508A1 (en) * | 2010-03-26 | 2012-11-08 | Lifeaire Systems, Llc | Purification of and air methods of making and using the same |
| US8702990B2 (en) | 2010-05-11 | 2014-04-22 | Selecto, Inc. | Fluid purification media and systems and methods of using same |
| US10456723B2 (en) | 2010-05-11 | 2019-10-29 | Selecto Incorporated | Fluid purification media and systems and methods of using same |
| US8701895B2 (en) | 2010-05-11 | 2014-04-22 | Selecto, Inc. | Fluid purification media and systems and methods of using same |
| US8678201B2 (en) | 2010-06-04 | 2014-03-25 | Goodrich Corporation | Aircraft potable water system |
| DE102011104628A1 (de) * | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Mann + Hummel Gmbh | Antimikrobielles Filtermedium und Filtermodul |
| US8764871B2 (en) | 2011-07-20 | 2014-07-01 | A.J. Dralle, Inc. | High efficiency paint arrestance filter |
| EP3791913B1 (en) | 2011-08-10 | 2021-11-24 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Conduit connector for a patient breathing device |
| US10464820B2 (en) | 2011-11-07 | 2019-11-05 | Selecto Incorporated | Fluid purification media and cartridge |
| US8882876B2 (en) * | 2012-06-20 | 2014-11-11 | Hollingsworth & Vose Company | Fiber webs including synthetic fibers |
| WO2014004066A1 (en) | 2012-06-27 | 2014-01-03 | Argonide Corporation | Aluminized silicious sorbent and water purification device incorporating the same |
| US8664153B1 (en) | 2013-03-15 | 2014-03-04 | Sociedad Oxidquimica Limitada | Activated carbon as an adsorbent composition |
| US9034289B1 (en) * | 2014-04-04 | 2015-05-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method and apparatus for prolonging the service life of a collective protection filter using a guard bed |
| US9352175B1 (en) * | 2014-04-24 | 2016-05-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method and apparatus for prolonging the service life of a collective protection filter using a supplemental bed |
| US10384156B2 (en) | 2014-09-12 | 2019-08-20 | Hollingsworth & Vose Company | Filter media comprising fibers including charged particles |
| US10343095B2 (en) * | 2014-12-19 | 2019-07-09 | Hollingsworth & Vose Company | Filter media comprising a pre-filter layer |
| CA2980522A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Apparatus for use in a respiratory support system |
| CN114259644A (zh) | 2015-09-04 | 2022-04-01 | 费雪派克医疗保健有限公司 | 导管连接器 |
| KR20170079234A (ko) * | 2015-12-30 | 2017-07-10 | 상명대학교산학협력단 | 질산염을 포함하는 ｓｆ６ 분리용 고분자 전해질 분리막 |
| USD809656S1 (en) | 2016-06-10 | 2018-02-06 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Connector for a breathing circuit |
| CN108578752A (zh) | 2018-04-26 | 2018-09-28 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种敷料及其基膜的制造方法 |
| US11269306B2 (en) | 2019-07-12 | 2022-03-08 | Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP | HVAC system with building infection control |
| US11960261B2 (en) | 2019-07-12 | 2024-04-16 | Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP | HVAC system with sustainability and emissions controls |
| US12007732B2 (en) | 2019-07-12 | 2024-06-11 | Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP | HVAC system with building infection control |
| CN109706622B (zh) * | 2018-12-29 | 2020-08-04 | 杭州协业超纤有限公司 | 一种直纺式超细纤维与弹性网布的复合布及其制备工艺 |
| US11761660B2 (en) | 2019-01-30 | 2023-09-19 | Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP | Building control system with feedback and feedforward total energy flow compensation |
| US11714393B2 (en) | 2019-07-12 | 2023-08-01 | Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP | Building control system with load curtailment optimization |
| US11274842B2 (en) | 2019-07-12 | 2022-03-15 | Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP | Systems and methods for optimizing ventilation, filtration, and conditioning schemes for buildings |
| USD1006981S1 (en) | 2019-09-06 | 2023-12-05 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Breathing conduit |
| USD948027S1 (en) | 2019-09-10 | 2022-04-05 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Connector for a breathing conduit |
| USD940861S1 (en) | 2020-03-03 | 2022-01-11 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Connector for a respiratory system conduit |
| US12042764B2 (en) | 2020-05-11 | 2024-07-23 | Hamilton Sundstrand Corporation | Aircraft air management systems for deactivating contaminants |
| CA3199743A1 (en) | 2020-10-29 | 2022-05-05 | Industrial Polymers and Chemicals, Inc. | Air filter with pathogen monitoring and inactivation |
| USD974551S1 (en) | 2020-12-09 | 2023-01-03 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Connector assembly and connector |
| WO2022151075A1 (en) * | 2021-01-13 | 2022-07-21 | Diamondtrap Ltd Oy | Active filter layers, filter constructs and methods for improving a filter's capacity of capturing particles and neutralizing pathogenic particles |
| USD995758S1 (en) | 2021-06-11 | 2023-08-15 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Tube assembly and connector |
| CN113735462B (zh) * | 2021-09-08 | 2023-04-21 | 浙江金龙自控设备有限公司 | 一种疏水性玻璃滤料及其制备方法和应用 |
| WO2023130059A1 (en) | 2021-12-30 | 2023-07-06 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive articles and methods for forming same |
| EP4439841A1 (en) | 2023-03-31 | 2024-10-02 | Ahlstrom Oyj | Nonwoven battery separator and process of manufacture |
Family Cites Families (62)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2773601A (en) | 1953-09-21 | 1956-12-11 | R T Collier Corp | Method for constructing water filters and product thereof |
| US2915475A (en) * | 1958-12-29 | 1959-12-01 | Du Pont | Fibrous alumina monohydrate and its production |
| US3234075A (en) * | 1963-01-10 | 1966-02-08 | Us Movidyn Corp | Methods for controlling slimes in aqueous media with a cationic colloidal alumina in fibrous form |
| US3852202A (en) * | 1972-10-19 | 1974-12-03 | Dresser Ind | Inert packer fluid additive comprising asbestos and fumed alumina |
| US4059119A (en) | 1974-06-13 | 1977-11-22 | Montclair Research Corporation | Cigarette and filter |
| US4149549A (en) | 1976-05-17 | 1979-04-17 | Montclair Research Corporation | Cigarette and filter |
| US4153661A (en) * | 1977-08-25 | 1979-05-08 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Method of making polytetrafluoroethylene composite sheet |
| FI790530A (fi) | 1978-02-21 | 1979-08-22 | Siren M J O | Filtermaterial samt foerfarande foer framstaellning av och anvaendning av detsamma |
| ZA793272B (en) | 1978-07-07 | 1980-07-30 | M Klein | Adsorption and filtration mat for liquids |
| CA1148872A (en) * | 1979-04-06 | 1983-06-28 | Eugene A. Ostreicher | Filter with inorganic cationic colloidal silica |
| US4500647A (en) * | 1980-10-31 | 1985-02-19 | Diamond Shamrock Chemicals Company | Three layer laminated matrix electrode |
| DE3211322A1 (de) | 1982-03-27 | 1983-09-29 | Hasso von 4000 Düsseldorf Blücher | Flaechenfilter und verfahren zu seiner herstellung |
| US4433697A (en) | 1982-04-07 | 1984-02-28 | Olin Corporation | Wrapper for smoking articles and method |
| US4555347A (en) | 1982-11-15 | 1985-11-26 | Dowd Dennis H O | Iodine disinfection dispenser |
| DE3304349C3 (de) | 1983-02-09 | 1995-10-26 | Bluecher Hubert | Flächenfilter und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US4606823A (en) | 1983-11-03 | 1986-08-19 | Lucas Iii Charles E | Water filtering apparatus |
| US4536440A (en) | 1984-03-27 | 1985-08-20 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Molded fibrous filtration products |
| US4664683A (en) | 1984-04-25 | 1987-05-12 | Pall Corporation | Self-supporting structures containing immobilized carbon particles and method for forming same |
| DE3443900C2 (de) | 1984-12-01 | 1997-03-06 | Bluecher Hubert | Schutzmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
| US4824451A (en) | 1985-12-31 | 1989-04-25 | Kimberly-Clark Corporation | Melt-blown filter medium |
| US4807619A (en) | 1986-04-07 | 1989-02-28 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Resilient shape-retaining fibrous filtration face mask |
| JP2585400B2 (ja) | 1988-03-23 | 1997-02-26 | 株式会社日立製作所 | 磁気デイスク装置 |
| US5019311A (en) | 1989-02-23 | 1991-05-28 | Koslow Technologies Corporation | Process for the production of materials characterized by a continuous web matrix or force point bonding |
| US5187092A (en) | 1990-03-22 | 1993-02-16 | Institute Of Paper Science And Technology, Inc. | Somatic embryogenesis in gymnosperms |
| US5126044A (en) | 1990-09-27 | 1992-06-30 | Magnusson Jan H | Iodine resin/carbon water purification system |
| US5149549A (en) * | 1990-11-21 | 1992-09-22 | American Colloid Company | Method and composition for achieving animal weight gain with mycotoxin-contaminated animal food |
| US5307796A (en) | 1990-12-20 | 1994-05-03 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Methods of forming fibrous filtration face masks |
| US5225078A (en) | 1992-03-04 | 1993-07-06 | Ametek, Inc. Plymouth Products Division | Pour-through pitcher filter |
| US5753343A (en) | 1992-08-04 | 1998-05-19 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Corrugated nonwoven webs of polymeric microfiber |
| US5350443B2 (en) | 1993-04-19 | 1999-08-10 | Von Hasso Bluecher | Filter sheet material for passenger cabins in motor vehicles |
| US5486292A (en) | 1994-03-03 | 1996-01-23 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Adsorbent biocatalyst porous beads |
| US5366636A (en) | 1994-03-18 | 1994-11-22 | Kansas State University Research Foundation | Method of treating water with resin bound ionic silver |
| US5562824A (en) | 1994-10-12 | 1996-10-08 | Wtc/Ecomaster Corporation | Gravity water purifier |
| US5759394A (en) | 1996-11-27 | 1998-06-02 | Alliedsignal Inc. | Elongate fiber filter mechanically securing solid adsorbent particles between adjacent multilobes |
| US6171684B1 (en) * | 1995-11-17 | 2001-01-09 | Donaldson Company, Inc. | Filter material construction and method |
| ES2141578T3 (es) | 1996-02-28 | 2000-03-16 | Johnson Matthey Plc | Electrodos difusores de gas, cataliticamente activos, que comprenden una estructura fibrosa no tejida. |
| US6344271B1 (en) | 1998-11-06 | 2002-02-05 | Nanoenergy Corporation | Materials and products using nanostructured non-stoichiometric substances |
| US5744236A (en) | 1996-11-27 | 1998-04-28 | Alliedsignal Inc. | Hollow fibers impregnated with solid particles |
| KR20000069242A (ko) | 1996-12-13 | 2000-11-25 | 이노우에 노리유끼 | 불소수지 섬유상 재료 및 이것을 사용한 소취항균포 |
| US5792513A (en) | 1997-03-07 | 1998-08-11 | Koslow Technologies Corporation | Continuous solid state web coating process |
| US6355330B1 (en) | 1997-03-07 | 2002-03-12 | Koslow Technologies Corporation | Continuous solid state web coating process and webs produced thereby |
| US6290848B1 (en) | 1997-04-16 | 2001-09-18 | Pur Water Purification Products, Inc. | Filter cartridge for gravity-fed water treatment devices |
| DE19727295A1 (de) | 1997-06-27 | 1999-01-07 | Bluecher Gmbh | Filter für Reinluft |
| US6524477B1 (en) | 1997-08-27 | 2003-02-25 | Rich Buhler | Gravity-flow filtration cartridge for the removal of microorganisms and/or other contaminants |
| US6071329A (en) | 1998-01-30 | 2000-06-06 | Be Intellectual Property, Inc. | Filter for chemical oxygen generators |
| US6550622B2 (en) | 1998-08-27 | 2003-04-22 | Koslow Technologies Corporation | Composite filter medium and fluid filters containing same |
| US6716525B1 (en) | 1998-11-06 | 2004-04-06 | Tapesh Yadav | Nano-dispersed catalysts particles |
| US6155432A (en) | 1999-02-05 | 2000-12-05 | Hitco Carbon Composites, Inc. | High performance filters based on inorganic fibers and inorganic fiber whiskers |
| RU2172720C1 (ru) | 2000-04-19 | 2001-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Аквафор" | Способ обеззараживания питьевой воды (варианты) |
| JP3893146B2 (ja) * | 2000-05-31 | 2007-03-14 | 三浦工業株式会社 | 塩素化有機化合物の採取用フイルター |
| SE522238C2 (sv) * | 2000-07-06 | 2004-01-27 | Volvo Lastvagnar Ab | Bromsorgan, skivbroms och trumbroms avsedda att reducera bromsskrik |
| US6716218B2 (en) | 2001-02-28 | 2004-04-06 | Hol-Med Corporation | Instrument for bone distraction and compression having ratcheting tips |
| US6838005B2 (en) * | 2001-06-22 | 2005-01-04 | Frederick Tepper | Nanosize electropositive fibrous adsorbent |
| US6630016B2 (en) | 2002-01-31 | 2003-10-07 | Koslow Technologies Corp. | Microporous filter media, filtration systems containing same, and methods of making and using |
| US7296691B2 (en) * | 2003-07-18 | 2007-11-20 | Kx Technologies Llc | Carbon or activated carbon nanofibers |
| US6835311B2 (en) | 2002-01-31 | 2004-12-28 | Koslow Technologies Corporation | Microporous filter media, filtration systems containing same, and methods of making and using |
| JP4465347B2 (ja) | 2003-01-22 | 2010-05-19 | カムフィル アクチボラゲッド | フィルタ構造体、フィルタ構造体を備えたフィルタパネル及びフィルタ構造体を作製する方法 |
| US7708958B2 (en) | 2003-06-26 | 2010-05-04 | Tersano Inc. | System and containers for water filtration and item sanitization |
| US20050029198A1 (en) | 2003-08-08 | 2005-02-10 | Frederick Tepper | Heavy metals absorbent and method of use |
| US6955708B1 (en) | 2004-08-13 | 2005-10-18 | Shaklee Corporation | Air-treatment apparatus and methods |
| DE102004058167A1 (de) | 2004-12-02 | 2006-06-08 | Carl Freudenberg Kg | Adsorptionsfilter |
| DE102005016677A1 (de) | 2005-04-12 | 2006-10-19 | Carl Freudenberg Kg | Filterelement und Filteranordnung |
-
2006
- 2006-09-12 US US11/531,107 patent/US7311752B2/en active Active
- 2006-09-12 RU RU2008114377/15A patent/RU2378035C1/ru active
- 2006-09-12 EP EP06814516A patent/EP1931441A1/en active Pending
- 2006-09-12 WO PCT/US2006/035488 patent/WO2007033173A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RU 2242276 C1 A1, 27.11.2003. RU 21946666 C2 A1, 20.12.2000. RU 2079349 C1 A1, 20.05.1997. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7311752B2 (en) | 2007-12-25 |
| US20070056256A1 (en) | 2007-03-15 |
| EP1931441A1 (en) | 2008-06-18 |
| WO2007033173A1 (en) | 2007-03-22 |
| RU2008114377A (ru) | 2009-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2378035C1 (ru) | Электростатический воздушный фильтр | |
| EP2001572B1 (en) | Non-woven media incorporating ultrafine or nanosize powders | |
| RU2394627C1 (ru) | Нетканый материал, включающий ультрамелкие или наноразмерные порошки | |
| US7390343B2 (en) | Drinking water filtration device | |
| US20080026041A1 (en) | Non-woven media incorporating ultrafine or nanosize powders | |
| KR101321493B1 (ko) | 초미립자 여과 및 살균효과가 우수한 공기필터 | |
| CA2404816C (en) | Biostatic filter | |
| US20140157990A1 (en) | Antimicrobial Filter Medium and Filter Module | |
| CN105194943B (zh) | 一种环保型空气净化器的滤芯 | |
| CN107137984A (zh) | 一种复合式空气净化装置 | |
| AU2005290289A1 (en) | Filter device for administration of stored gases | |
| WO2021257582A1 (en) | Porous materials for treating contaminants | |
| DE202021103950U1 (de) | Klimaanlagen-Verbundfilter | |
| EP1882511A2 (de) | Filtermedium mit bakterieller Wirkung | |
| CN108499261A (zh) | 一种去异味抗菌的环保除尘装置 | |
| KR102683508B1 (ko) | 습식 가변형 다층 여과 시스템 및 이를 포함하는 필터 유닛 | |
| US20230089270A1 (en) | Dual application nanoparticle coated filtration system for air pollution and virus abatement | |
| KR20090034595A (ko) | 수중의 부유물질이나 공기 중의 초미립자를 여과하면서살균효능을 갖는 정화필터 | |
| Woo et al. | Use of dialdehyde starch treated filters for protection against airborne viruses | |
| Zhou et al. | Trichome‐Like Biomimetic Air Filters via Templated Silicone Nanofilaments | |
| KR20210025382A (ko) | 다층 여과 시스템 및 이를 포함하는 필터 유닛 | |
| DE102021000579B3 (de) | Filterelement zur Filterung von Viren und/oder Bakterien aus einem Fluid, Filteranlage, Atemschutzmaske, Verfahren zur Herstellung des Filterelements und Verwendung einer Materialzusammensetzung | |
| DE202007010383U1 (de) | Filtermedium mit bakterieller Wirkung | |
| WO2022152974A1 (en) | Active filter layers, filter constructs and methods for improving a filter's capacity of capturing particles and neutralizing pathogenic particles | |
| Muthuramalingam et al. | Enhancement of filtration efficacy for particulate matters using β-glucan coated commercial masks |