RU2394627C1 - Notwoven material including unltrafine or nano-size particles - Google Patents

Notwoven material including unltrafine or nano-size particles Download PDF

Info

Publication number
RU2394627C1
RU2394627C1 RU2008143241/15A RU2008143241A RU2394627C1 RU 2394627 C1 RU2394627 C1 RU 2394627C1 RU 2008143241/15 A RU2008143241/15 A RU 2008143241/15A RU 2008143241 A RU2008143241 A RU 2008143241A RU 2394627 C1 RU2394627 C1 RU 2394627C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
fibers
filter
fibrous structure
alumina
Prior art date
Application number
RU2008143241/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008143241A (en
Inventor
Фредерик ТЕППЕР (US)
Фредерик ТЕППЕР
Леонид А. КАЛЕДИН (US)
Леонид А. КАЛЕДИН
Original Assignee
Аргонайд Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US11/531,107 external-priority patent/US7311752B2/en
Application filed by Аргонайд Корпорейшн filed Critical Аргонайд Корпорейшн
Publication of RU2008143241A publication Critical patent/RU2008143241A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2394627C1 publication Critical patent/RU2394627C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/288Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B01D39/2082Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being filamentary or fibrous
    • B01D39/2089Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being filamentary or fibrous otherwise bonded, e.g. by resins
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • B01J20/28007Sorbent size or size distribution, e.g. particle size with size in the range 1-100 nanometers, e.g. nanosized particles, nanofibers, nanotubes, nanowires or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28023Fibres or filaments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28028Particles immobilised within fibres or filaments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28095Shape or type of pores, voids, channels, ducts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36Inorganic fibres or flakes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2239/00Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/02Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
    • B01D2239/0258Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising nanoparticles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2325/00Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/48Antimicrobial properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/283Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/50Treatment of water, waste water, or sewage by addition or application of a germicide or by oligodynamic treatment
    • C02F1/505Treatment of water, waste water, or sewage by addition or application of a germicide or by oligodynamic treatment by oligodynamic treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/08Nanoparticles or nanotubes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36Inorganic fibres or flakes
    • D21H13/38Inorganic fibres or flakes siliceous
    • D21H13/40Inorganic fibres or flakes siliceous vitreous, e.g. mineral wool, glass fibres
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H15/00Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/50Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by form
    • D21H21/52Additives of definite length or shape

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to nonwoven filtration materials. Proposed fibrous structure for fluids or gases represents a mix of aluminium oxide nano-fibers and second fibers arranged in matrix to produce asymmetric pores with mean size of 5 to 48 mcm wherein fine, superfine or nano-size particles, like powder activated coal, are bound without using binders. Said fibrous structure containing powder activated coal entraps impurities from fluid or gas flows. This invention covers also the method of producing and using said fibrous structure. ^ EFFECT: higher efficiency of entrapping ultrafine particles from fluid and gas phases. ^ 29 cl, 16 dwg, 21 tbl, 25 ex

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Это заявка является частично продолжающейся заявкой на патент США №11/531107, озаглавленной "Электростатический воздушный фильтр", поданной 12 сентября 2006 г., которая испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №60/716218, озаглавленной "Электростатический воздушный фильтр", поданной 12 сентября 2005 г. Эта заявка также испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №60/744043, озаглавленной "Композиция алюмооксидного нановолокна, импрегнированного металлом", поданной 31 марта 2006 г.This application is a partly ongoing application for US Patent No. 11/531107, entitled "Electrostatic Air Filter", filed September 12, 2006, which claims the priority of provisional application for US Patent No. 60/716218, entitled "Electrostatic Air Filter", filed 12 September 2005 This application also claims the priority of provisional patent application US No. 60/744043, entitled "Composition of impregnated alumina nanofiber metal", filed March 31, 2006

ЗАЯВЛЕНИЕ О ПРАВАХ ГОСУДАРСТВАSTATEMENT OF STATE RIGHTS

Изобретение создано в результате выполнения научно-исследовательского проекта по контракту FA8650-0-0.5-Ms5822, заключенному с ВВС США. В связи с этим правительство имеет бесспорные права на это изобретение.The invention was created as a result of a research project under the contract FA8650-0-0.5-Ms5822, concluded with the US Air Force. In this regard, the government has indisputable rights to this invention.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к наночастицам, и в частности, к применению нанопорошков в нетканом фильтрующем материале без использования адгезивов, к применению в нетканых фильтрующих конструкциях, для улавливания загрязняющих веществ из воды, воздуха и газа.The present invention relates to nanoparticles, and in particular, to the use of nanopowders in non-woven filter material without the use of adhesives, to use in non-woven filter structures, for trapping contaminants from water, air and gas.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

В настоящее время происходит быстрое развитие нанотехнологии и применения наноразмерных частиц. В частности, разрабатываются нанопорошки для применения в качестве абразивов (например, карбиды вольфрама) и поглотителей ультрафиолетового излучения (например, оксиды титана и цинка). Кроме того, проявляется большой интерес к созданию наноструктур, обладающих биологическим действием, то есть к нанобиотехнологии, и к инвестициям в эти разработки. Мелкие частицы, и особенно ультрамелкие и наночастицы, имеют преимущество и неожиданные сорбционные свойства по сравнению с крупными частицами. Такая повышенная реакционная способность является следствием значительно более высокой площади поверхности и более активных свойств поверхностей. Нанесение нанопорошков на подложки, такие как мембраны, или на волокна часто связано с необходимостью их наилучшего применения в предполагаемой области. Поэтому для осуществления производства нанокомпозитов с помощью высокоскоростных методов желательно, чтобы наночастицы были зафиксированы в нетканом волокнистом конструкционном материале.Currently, there is a rapid development of nanotechnology and the use of nanosized particles. In particular, nanopowders are being developed for use as abrasives (for example, tungsten carbides) and ultraviolet absorbers (for example, titanium and zinc oxides). In addition, there is great interest in creating nanostructures with biological effects, that is, in nanobiotechnology, and in investments in these developments. Small particles, and especially ultrafine and nanoparticles, have the advantage and unexpected sorption properties compared to large particles. This increased reactivity is the result of a significantly higher surface area and more active surface properties. The application of nanopowders to substrates, such as membranes, or to fibers is often associated with the need for their best use in the intended field. Therefore, for the production of nanocomposites using high-speed methods, it is desirable that the nanoparticles be fixed in a non-woven fibrous structural material.

Наночастицы слишком малы для фиксации в обычных тканях, так как наночастицы склонны к образованию агломератов, которые вызывают сгущение жидкости, препятствуют прохождению наночастиц в ткань, используемую в качестве носителя, что приводит к потере наночастиц. Это делает невозможным производить содержащий наночастицы материал с помощью традиционной высокоскоростной недорогой технологии, например технологии производства бумаги. Несмотря на то, что для прикрепления наночастиц к волокнистым структурам в материале можно использовать связующие, эти связующие легко обволакивают наночастицы, в результате частично или полностью дезактивируя наночастицы и в значительной степени ослабляя их ожидаемое действие.Nanoparticles are too small for fixation in ordinary tissues, since nanoparticles are prone to the formation of agglomerates, which cause thickening of the liquid, prevent the passage of nanoparticles into the tissue used as a carrier, which leads to the loss of nanoparticles. This makes it impossible to produce nanoparticle-containing material using conventional high-speed, low-cost technology, such as paper technology. Despite the fact that binders can be used to attach nanoparticles to fibrous structures in the material, these binders easily envelop nanoparticles, resulting in partially or completely deactivating nanoparticles and significantly weakening their expected effect.

Известный уровень техники предлагает много типов материалов, которые удаляют, отфильтровывают или улавливают загрязняющие вещества из газовых потоков. Эти фильтры будучи достаточно эффективными при применении в областях, для которых они были специально разработаны, не обеспечивают соответствующего уровня эффективности при применении в областях, которые предъявляют к фильтрам более высокие требования. В настоящее время требуется фильтрующий материал, который бы обеспечивал более высокую эффективность фильтрации, более высокую грязеемкость, более низкий перепад давления, более низкую стоимость, более высокий срок службы, повышенную устойчивость к химическому воздействию, отсутствие партикуляции (то есть высвобождения частиц фильтрующего материала в поток фильтрата) и механическую прочность, выдерживающую колебания давления. Более мелкие частицы сорбента обеспечивают более высокую эффективность адсорбции, но их использование приводит к росту перепада давления на фильтре.The prior art offers many types of materials that remove, filter or trap contaminants from gas streams. These filters, being quite effective when used in areas for which they have been specially developed, do not provide an appropriate level of efficiency when used in areas that place higher demands on filters. Currently, filtering material is required that would provide higher filtration efficiency, higher dirt holding capacity, lower pressure drop, lower cost, higher service life, increased resistance to chemical attack, and no particularization (i.e., the release of particles of filtering material into the stream filtrate) and mechanical strength withstanding pressure fluctuations. Smaller particles of the sorbent provide higher adsorption efficiency, but their use leads to an increase in the pressure drop across the filter.

Для очистки жидкостей и газов используют гранулированные катализаторы. На их реакционную способность сильно влияет площадь внешней поверхности катализатора, находящейся в контакте с потоком жидкости или газа. Наноразмерные катализаторы из платины и других благородных металлов обычно диспергируют на адсорбирующий материал, который может включать керамические шарики, сотовые керамические структуры, и на более крупные гранулы, такие как активированный уголь и активированный оксид алюминия.Granular catalysts are used to purify liquids and gases. Their reactivity is strongly affected by the area of the external surface of the catalyst in contact with the flow of liquid or gas. Nanosized catalysts made of platinum and other noble metals are usually dispersed on an adsorbent material, which may include ceramic beads, honeycomb ceramic structures, and on larger granules such as activated carbon and activated alumina.

Активированный уголь является хорошо известной сорбирующей частицей. Он имеет диаметр микропор примерно от 0,2 до 20 нм. Активированный уголь используют в качестве сорбирующей частицы в силу того, что его малые размеры пор обеспечивают соответствующую большую площадь поверхности на единицу массы с соответствующим большим числом активных центров сорбции на частице. Вместе с тем, размеры пор значительно влияют на скорости диффузии жидких веществ через гранулу. Обычно скорости диффузии жидких веществ в сорбирующем материале определяют с помощью средней длины свободного пробега молекул жидкости, которую поглощают с помощью такого сорбирующего материала. Чем меньше поры в таком сорбенте, тем более протяженной является средняя длина свободного пробега, и тем более медленными являются скорости диффузии. Поэтому малые поры в активированном угле отрицательно влияют на проникновение жидких веществ в сильно извилистые каналы пористости малого размера. Уменьшение размера частицы существенно снижает длину пробега, в силу чего снижается время, требующееся любому сорбируемому веществу для достижения центров адсорбции внутри структуры. Это приводит к большей эффективности фильтрации при удалении загрязняющего вещества из потока.Activated carbon is a well-known sorbent particle. It has a micropore diameter of about 0.2 to 20 nm. Activated carbon is used as a sorbent particle due to the fact that its small pore sizes provide a corresponding large surface area per unit mass with a corresponding large number of active sorption centers on the particle. At the same time, pore sizes significantly affect the diffusion rate of liquid substances through the granule. Typically, the diffusion rates of liquid substances in a sorbent material are determined by the mean free path of the liquid molecules that is absorbed by such a sorbent material. The smaller the pores in such a sorbent, the more extended is the mean free path, and the slower are the diffusion rates. Therefore, small pores in activated carbon negatively affect the penetration of liquid substances into highly tortuous channels of small porosity. The reduction in particle size significantly reduces the path length, which reduces the time required for any adsorbed substance to reach the adsorption centers within the structure. This leads to greater filtration efficiency when removing contaminant from the stream.

Известно применение гранулированного активированного угля (ГАУ) для очистки воды, включая питьевую воду, и во многих областях промышленности, включая фармацевтическую промышленность и производство напитков. В случае питьевой воды ГАУ используют для абсорбции растворимых органических веществ (многие из которых являются токсичными или канцерогенными) и хлора. В случае очистки воздуха ГАУ применяют для контроля запахов и содержания газообразных и парообразных загрязняющих веществ в больницах, лабораториях, ресторанах, в помещениях для содержания животных, библиотеках, аэропортах, зданиях делового назначения и респираторном оборудовании. ГАУ часто включают в материал для удаления летучих органических соединений из воздушных потоков. Недостатком этого подхода является то, что для обеспечения очень низкого перепада давления эти фильтры имеют большие пустоты между частицами. В результате, общеизвестно, что эти фильтры являются неэффективными при улавливании мелких частиц, а также летучих загрязняющих веществ. Если размер пор этих фильтров значительно уменьшить с целью улавливания большой доли (по расчету) частиц в воздухе при пропускании его через фильтр, то тогда фильтр имел бы слишком высокий перепад давления (то есть характеризовался слишком высоким сопротивлением потоку), для того чтобы быть использованным в системе принудительного воздушного отопления. Кроме того, фильтры, имеющие очень маленькие размеры пор, легко и быстро забиваются вследствие накопления мусора на поверхностях со стороны входа потока, что приводит к быстрому снижению способности фильтров пропускать воздух без необходимости приложения чрезмерно высокого градиента давления на фильтре. ГАУ часто применяют в качестве насыпных гранул в фильтрующем слое. Однако угольные слои неудобно применять в конструкциях фильтров, так как насыпные частицы могут перемещаться, вызывая образование сквозных протоков в слое и забивание слоя.It is known to use granular activated carbon (GAU) for water treatment, including drinking water, and in many industries, including the pharmaceutical industry and the beverage industry. In the case of drinking water, GAU is used to absorb soluble organic substances (many of which are toxic or carcinogenic) and chlorine. In the case of air purification, GAU is used to control odors and the content of gaseous and vaporous pollutants in hospitals, laboratories, restaurants, animal welfare facilities, libraries, airports, business buildings and respiratory equipment. GAUs are often included in a material to remove volatile organic compounds from air currents. The disadvantage of this approach is that to ensure a very low pressure drop, these filters have large voids between the particles. As a result, it is well known that these filters are ineffective in trapping small particles as well as volatile pollutants. If the pore size of these filters is significantly reduced in order to capture a large fraction (calculated) of particles in the air when passing it through the filter, then the filter would have a too high pressure drop (i.e., would have too high a flow resistance) in order to be used in forced air heating system. In addition, filters having very small pore sizes are easily and quickly clogged due to accumulation of debris on surfaces from the inlet side of the stream, which leads to a rapid decrease in the filter's ability to pass air without the need for an excessively high pressure gradient across the filter. GAU is often used as bulk granules in the filter layer. However, carbon layers are inconvenient to use in filter designs, since bulk particles can move, causing the formation of through ducts in the layer and clogging of the layer.

В качестве фильтров широко применяют волокнистый конструкционный материал. По сравнению со слоем гранул, таким как ГАУ, волокнистая структура позволяет свести к минимуму образование сквозных протоков, позволяет значительно разнообразить конструкции фильтра, и она может быть получена с помощью недорогих технологий, таких, которые применяют при производстве бумаги.As filters, fibrous structural material is widely used. Compared with a layer of granules, such as GAU, the fibrous structure allows to minimize the formation of through ducts, allows you to significantly diversify the design of the filter, and it can be obtained using inexpensive technologies, such as those used in the manufacture of paper.

Общеизвестно, что порошкообразный активированный уголь (ПАУ) характеризуется значительно более высокой скоростью адсорбции по сравнению с ГАУ, имея при этом более высокую площадь внешней поверхности и приблизительно равноценные йодные числа. Однако из известного уровня техники известно, что введение ПАУ в матрицу нетканого материала является затруднительным, так как требуются адгезивы для прикрепления его к волокнистой матрице, что приводит к тому, что, по меньшей мере, часть частиц становится неэффективной для фильтрации, так как часть поверхности частиц загрязняется адгезивом. Для того чтобы свести к минимуму это загрязнение, часто используют более крупные частицы для минимизации точки контакта между адгезивом и частицами ПАУ. Например, известно применение ПАУ с размером частиц больше чем примерно 100 микрон для очистки газов. Чаще всего применение ПАУ ограничивается использованием для обесцвечивания жидкостей. В технике известно импрегнирование активированного угля различными соединениями, включая катализаторы и хемосорбенты, которые удаляют или модифицируют загрязняющие вещества, плохо сорбируемые углем за счет физической сорбции. Например, материал ASC Whetlerite состоит из активированного угля, импрегнированного солями меди, хрома и серебра, которые абсорбируют и разрушают химические боевые отравляющие вещества, такие как хлорцианы, синильная кислота и арсин. Медь и хром (в виде комплексов с триэтилендиамином (TEDA)) действуют как хемосорбенты для хлорцианов и синильной кислоты, в то время как серебро катализирует превращение арсина в оксид. В других примерах для повышения способности активированного угля адсорбировать аммиак его импрегнируют лимонной кислотой, или для удаления сероводорода его импрегнируют гидроксидами, такими как гидроксид натрия, или другими щелочами. В ядерной промышленности известно импрегнирование фильтров, включающих несколько слоев активированного угля, йодидом калия (KI) с целью обмена с изотопами радиоактивного йода в случае его аварийного сброса в воздух.It is well known that powdered activated carbon (PAH) is characterized by a significantly higher adsorption rate compared to GAU, while having a higher external surface area and approximately equivalent iodine numbers. However, it is known from the prior art that the introduction of PAHs into the matrix of nonwoven material is difficult, since adhesives are required to attach it to the fibrous matrix, which leads to the fact that at least part of the particles becomes ineffective for filtration, since part of the surface particles contaminated with adhesive. In order to minimize this contamination, coarser particles are often used to minimize the contact point between the adhesive and the PAH particles. For example, it is known to use PAHs with a particle size of greater than about 100 microns for gas purification. Most often, the use of PAHs is limited to use for bleaching liquids. It is known in the art to impregnate activated carbon with various compounds, including catalysts and chemisorbents, which remove or modify pollutants poorly sorbed by carbon due to physical sorption. For example, ASC Whetlerite consists of activated carbon impregnated with salts of copper, chromium and silver, which absorb and destroy chemical warfare agents such as chlorocyanines, hydrocyanic acid and arsine. Copper and chromium (in the form of complexes with triethylenediamine (TEDA)) act as chemisorbents for chlorocyanines and hydrocyanic acid, while silver catalyzes the conversion of arsine to oxide. In other examples, to enhance the ability of activated carbon to adsorb ammonia, it is impregnated with citric acid, or it is impregnated with hydroxides such as sodium hydroxide or other alkalis to remove hydrogen sulfide. In the nuclear industry, it is known to impregnate filters comprising several layers of activated carbon with potassium iodide (KI) to exchange radioactive iodine with isotopes in case of emergency discharge into the air.

Срок службы катализатора ограничивают яды, которые откладываются на поверхности гранулы или порошка. Порошкообразный катализатор менее подвержен отравлению в силу того, что он имеет более высокое отношение площади поверхности к объему, чем катализатор в виде гранул. Кроме того, нетканый материал, используемый в качестве носителя для порошкообразного катализатора, обеспечивает более высокую реакционную способность, меньшую глубину слоя и эластичную структуру, дающую свободу действий при конструировании. Поэтому есть необходимость в связывании порошкообразного катализатора с волокнистой структурой без использования связующих и с прочностью, достаточной для сведения до минимума потерь катализаторов с потоком жидкости или газа.The life of the catalyst is limited by poisons that are deposited on the surface of the granules or powder. A powdery catalyst is less prone to poisoning due to the fact that it has a higher surface area to volume ratio than a pelletized catalyst. In addition, the non-woven material used as a carrier for the powder catalyst provides a higher reactivity, a lower layer depth and an elastic structure giving freedom of action in the design. Therefore, there is a need to bind the powdered catalyst to a fibrous structure without the use of binders and with a strength sufficient to minimize the loss of catalysts with the flow of liquid or gas.

Эффективность фильтрации снижается в результате уплотнения и образования сквозных протоков в слое сорбентов, что происходит при истирании гранул сорбента друг о друга. Нетканый фильтр, в котором сорбент диспергирован и заключен внутри структуры без использования связующих, мог бы иметь повышенную фильтрующую способность. На основе вышеизложенного у заказчиков и потребителей в промышленности имеется потребность в подобной нетканой волокнистой структуре, которая удерживает ультрамелкие частицы и частицы наноразмеров. Желательно, чтобы материал, включающий нетканую фильтрующую структуру, имел высокую эффективность по улавливанию мелких частиц, растворенных в воде загрязняющих веществ, и летучих загрязняющих веществ в воздухе.The filtration efficiency decreases as a result of compaction and the formation of through ducts in the sorbent layer, which occurs when the sorbent granules are abraded against each other. A nonwoven filter in which the sorbent is dispersed and enclosed within the structure without the use of binders could have an increased filtering ability. Based on the foregoing, customers and consumers in industry have a need for such a non-woven fibrous structure that holds ultrafine particles and nanoscale particles. It is desirable that the material, including the non-woven filtering structure, be highly efficient in capturing small particles of pollutants dissolved in water and volatile pollutants in the air.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение направлено на удовлетворение этих потребностей. В одном варианте осуществления настоящим изобретением является новый фильтр для улавливания твердых частиц или фильтрующий материал для газообразной среды, который удовлетворяет потребности в высокоэффективном фильтре с высокой емкостью для улавливания твердых частиц, улавливающем болезнетворные микроорганизмы и другие твердые частицы из воздушных или газовых потоков, включая аэролизированные жидкостью твердые частицы, и также характеризующемся при этом низким перепадом давления.The present invention addresses these needs. In one embodiment, the present invention is a new particulate filter or filter medium for a gaseous medium that meets the need for a high performance, high capacity particulate filter that captures pathogens and other solid particles from air or gas streams, including liquid aerosols solid particles, and also characterized by a low pressure drop.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение удовлетворяет потребность в нетканом волокнистом материале, в котором удерживаются ультрамелкие или наночастицы без необходимости использования связующих или адгезивов.In another embodiment, the present invention satisfies the need for a nonwoven fibrous material in which ultrafine or nanoparticles are held without the need for binders or adhesives.

Соответственно, целью является осуществление настоящего изобретения для обеспечения эффективности фильтрации, которая, по меньшей мере, была бы такой же высокой как у фильтров НЕРА, и которая была бы устойчива к забиванию жидким аэрозолем.Accordingly, it is an object of the present invention to provide filtration efficiency that is at least as high as that of HEPA filters and which is resistant to liquid aerosol clogging.

Еще одной целью в примере варианта осуществления изобретения является разработка материала, который задерживает аэролизованные бактерии и вирусы.Another objective in an example embodiment of the invention is to develop a material that traps aerosolized bacteria and viruses.

Еще одной целью в примере варианта осуществления настоящего изобретения является разработка воздушного фильтра, который имеет высокую пористость и поэтому является, более устойчивым к адсорбции водяных туманов, чем традиционный фильтрующий материал.Another objective in an example embodiment of the present invention is the development of an air filter that has a high porosity and therefore is more resistant to adsorption of water mists than traditional filter material.

Еще одной целью в примере варианта осуществления изобретения является разработка материала, который имеет, по меньшей мере, такую же высокую эффективность фильтрации, как и у традиционных фильтров ULPA или Super ULPA.Another objective in an example embodiment of the invention is to develop a material that has at least the same high filtering efficiency as conventional ULPA or Super ULPA filters.

Еще одной целью в примере варианта осуществления изобретения является разработка фильтрующего материала, который характеризуется более низким перепадом давления, чем тот, который возникает на традиционных фильтрах.Another objective in an example embodiment of the invention is the development of a filter material that is characterized by a lower pressure drop than that which occurs on traditional filters.

Еще одной целью в примере варианта осуществления изобретения является разработка фильтрующего материала, который имеет больший размер пор и более высокую пористость, чем в фильтрах НЕРА, тем самым обеспечивая более высокую емкость по каплям воды до момента захлебывания.Another goal in the example of an embodiment of the invention is to develop a filter material that has a larger pore size and higher porosity than in HEPA filters, thereby providing a higher capacity for drops of water until flooding.

Еще одной целью в примере варианта осуществления изобретения является разработка фильтрующего материала, который является энергосберегающим.Another objective in an example embodiment of the invention is to develop a filter material that is energy efficient.

Еще одной целью в примере варианта осуществления настоящего изобретения является разработка фильтрующего материала, который имеет более продолжительный срок службы фильтра по сравнению с традиционными фильтрами.Another objective in an example embodiment of the present invention is to provide a filter material that has a longer filter life compared to conventional filters.

Еще одной целью в примере варианта осуществления настоящего изобретения является разработка фильтрующего материала, который характеризуется низкими эксплуатационными расходами.Another objective in an example embodiment of the present invention is the development of a filter material that is characterized by low maintenance.

Еще одной целью в примере варианта осуществления настоящего изобретения является разработка фильтрующего материала, который задерживает опасные отходы и требует минимальных связанных с этим затрат.Another objective in an example embodiment of the present invention is the development of a filter material that retains hazardous waste and requires minimal associated costs.

Еще одной целью в примере варианта осуществления настоящего изобретения является разработка фильтрующего материала, который является достаточно прочным при сгибании.Another objective in an example embodiment of the present invention is the development of a filter material that is sufficiently strong when bent.

Еще одной целью в примере варианта осуществления настоящего изобретения является разработка способа получения фильтра или фильтрующего материала для очистки газообразной среды, эффективность фильтрации которого, по меньшей мере, такая же высокая, как и у традиционных фильтров НЕРА, и который устойчив к забиванию жидким аэрозолем.Another objective in an example embodiment of the present invention is the development of a method for producing a filter or filter material for cleaning a gaseous medium, the filtration efficiency of which is at least as high as that of traditional HEPA filters, and which is resistant to clogging with liquid aerosol.

Еще одной целью в примере варианта осуществления настоящего изобретения является разработка способа применения фильтра или фильтрующего материала для удаления частиц и аэрозолей из газовой среды.Another objective in an example embodiment of the present invention is to develop a method of using a filter or filter material to remove particles and aerosols from a gaseous medium.

Еще одной целью в варианте осуществления настоящего изобретения является разработка нетканой волокнистой матрицы, в которой формируют наноструктуры при низких производственных затратах.Another objective in an embodiment of the present invention is to provide a nonwoven fibrous matrix in which nanostructures are formed at low manufacturing costs.

Кроме того, целью в варианте осуществления настоящего изобретения является разработка нетканого материала, который позволяет удалять растворимые и летучие органические соединения и галогены из жидких и газовых потоков при высокой эффективности, высокой емкости и при низком перепаде давления.In addition, an object in an embodiment of the present invention is to provide a nonwoven material that allows the removal of soluble and volatile organic compounds and halogens from liquid and gas streams with high efficiency, high capacity and low pressure drop.

Еще одной целью в варианте осуществления настоящего изобретения является разработка хемосорбционного материала, который также задерживает твердые частицы, включая микробные патогены, из жидкой среды.Another objective in an embodiment of the present invention is the development of a chemisorption material that also traps solid particles, including microbial pathogens, from a liquid medium.

Кроме того, целью в варианте осуществления настоящего изобретения является введение порошкообразных, наноразмерных катализаторов, включая фотокатализаторы, катализаторы окисления, или порошкообразного активированного угля, импрегнированного катализаторами, в нетканый материал путем прикрепления катализаторов или порошкообразного активированного угля к нетканой основе.In addition, an object of an embodiment of the present invention is to introduce powdered, nanoscale catalysts, including photocatalysts, oxidation catalysts, or powdered activated carbon impregnated with catalysts, into a nonwoven material by attaching catalysts or powdered activated carbon to a nonwoven base.

Еще одной целью в варианте осуществления настоящего изобретения является разработка нетканого материала, содержащего ультрамелкий или наноразмерный порошок, который для сведения к минимуму пылеобразования удерживается на материале.Another objective in an embodiment of the present invention is the development of a nonwoven material containing ultrafine or nanosized powder, which is kept on the material to minimize dust formation.

Еще одной целью в варианте осуществления настоящего изобретения является введение в нетканый материал тонко измельченных или наноразмерных ионообменных смол и макропористых полимеров.Another objective in the embodiment of the present invention is the introduction of non-woven material finely ground or nanoscale ion-exchange resins and macroporous polymers.

Еще одной целью в варианте осуществления настоящего изобретения является введение в нетканый материал биологически активных компонентов, таких как ДНК или РНК.Another objective in the embodiment of the present invention is the introduction of non-woven material biologically active components, such as DNA or RNA.

Еще одной целью в варианте осуществления настоящего изобретения является разработка способа введения в нетканый материал наноразмерных пигментов, цветных реагирующих химических веществ и тонкодисперсных абразивов.Another objective in an embodiment of the present invention is the development of a method for introducing nanoscale pigments, colored reactive chemicals and finely divided abrasives into a nonwoven material.

В целом, настоящим изобретением является фильтр или волокнистая структура для текучих сред, которые включают нановолокна из оксида алюминия, адсорбирующие частицы из текучей среды и множество вторых волокон, расположенных в матрице с нановолокнами из оксида алюминия для создания асимметричных пор. В одном примере вторые волокна представляют собой волокна, чей минимальный размер является большим, чем минимальный размер нановолокон из оксида алюминия, примерно на один порядок величины. Вторые волокна вводят вместе с нановолокнами из оксида алюминия с целью обеспечения основы для создания пор или обеспечения внутри их или на них больших межволоконных пространств для диспергирования нановолокон из оксида алюминия. В примерах размер асимметричных пор составляет приблизительно более чем 5 мм. В одном варианте осуществления, для улучшения удаления загрязняющих веществ из жидкой среды, на нановолокна из оксида алюминия наносят множество мелких, ультрамелких или наноразмерных частиц.In general, the present invention is a filter or fibrous structure for fluids that includes alumina nanofibers, fluid absorbent particles, and a plurality of second fibers arranged in an alumina nanofiber matrix to create asymmetric pores. In one example, the second fibers are fibers whose minimum size is larger than the minimum size of alumina nanofibers by about one order of magnitude. The second fibers are introduced together with alumina nanofibers in order to provide a basis for creating pores or providing large interfiber spaces within or on them for dispersing alumina nanofibers. In the examples, the asymmetric pore size is approximately greater than 5 mm. In one embodiment, to improve the removal of contaminants from the liquid medium, a plurality of fine, ultrafine or nanosized particles are applied to the alumina nanofibres.

Предпочтительно указанные частицы выбирают из группы, состоящей из сорбента, ионообменной смолы, катализатора, оксида металла.Preferably, said particles are selected from the group consisting of sorbent, ion exchange resin, catalyst, metal oxide.

Предпочтительно указанные частицы сорбента выбирают из группы, состоящей из порошкообразного активированного угля, благородного металла, макромолекулярного органического вещества, биологического соединения и противомикробного агента.Preferably, said sorbent particles are selected from the group consisting of powdered activated carbon, a noble metal, a macromolecular organic substance, a biological compound, and an antimicrobial agent.

Предпочтительно указанные частицы оксида металла выбирают из группы, состоящей из коллоидального диоксида кремния, коллоидального оксида алюминия, нанооксида цинка и нанооксида титана.Preferably, said metal oxide particles are selected from the group consisting of colloidal silicon dioxide, colloidal alumina, zinc nanooxide and titanium nanooxide.

Предпочтительно указанным катализатором является катализатор окисления.Preferably, said catalyst is an oxidation catalyst.

Предпочтительно указанный оксид металла имеет субмикронный размер.Preferably, said metal oxide has a submicron size.

Крупные волокна обеспечивают или формируют более крупные поры, в которые, или на которые, диспергируют нановолокна из оксида алюминия. Однако крупные волокна имеют меньшую площадь поверхности на единицу объема или массы, и поэтому количество диспергированного на них, или в поры, нанооксида алюминия значительно уменьшается. Поэтому в другом варианте осуществления вторые волокна представляют собой комбинацию крупных и мелких волокон. Введение мелких волокон обеспечивает дополнительную площадь поверхности, в результате чего больше нановолокон из оксида алюминия может быть загружено внутрь материала, или на материал.Larger fibers provide or form larger pores into which, or onto which, aluminum oxide nanofibers are dispersed. However, large fibers have a smaller surface area per unit volume or mass, and therefore, the amount of nano alumina dispersed on them, or into the pores, is significantly reduced. Therefore, in another embodiment, the second fibers are a combination of large and small fibers. The introduction of fine fibers provides additional surface area, as a result of which more alumina nanofibers can be loaded into the material, or onto the material.

Не углубляясь в теорию, тем не менее, можно утверждать, что ультрамелкие и наноразмерные частицы с диаметрами меньше, чем средний размер пор фильтрующего материала, задерживаются на нановолокнах из оксида алюминия за счет электроадгезионных сил. Частицы большие, чем размер пор материала, удерживаются в основном за счет механического захвата. В волокнистой структуре не используют никаких связующих, которые бы обволакивали или же снижали чувствительность частиц, нанесенных на нановолокна из оксида алюминия.Without delving into theory, however, it can be argued that ultrafine and nanosized particles with diameters smaller than the average pore size of the filter material are retained on alumina nanofibers due to electro-adhesive forces. Particles larger than the pore size of the material are retained mainly due to mechanical trapping. No binders are used in the fibrous structure to envelop or reduce the sensitivity of particles deposited on alumina nanofibres.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способам получения фильтрующего материала или волокнистой структуры.In another embodiment, the invention relates to methods for producing a filter material or fibrous structure.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способам применения фильтрующего материала из нанооксида алюминия или волокнистой структуры для удаления токсичных загрязняющих веществ и других твердых частиц из жидких потоков.In another embodiment, the invention relates to methods of using a filter material of nano alumina or a fibrous structure to remove toxic contaminants and other solid particles from liquid streams.

Эти и другие подробности, цели и преимущества настоящего изобретения станут более понятными или очевидными из следующих описаний, примеров и фигур, иллюстрирующих варианты его осуществлений.These and other details, objects, and advantages of the present invention will become more apparent or apparent from the following descriptions, examples, and figures illustrating embodiments thereof.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

На фиг.1 приведена графическая зависимость скоростей потока воздуха через заявляемые фильтры из нанооксида алюминия и фильтр НЕРА от перепада давления на фильтрах.Figure 1 shows a graphical dependence of the air flow through the inventive filters of nano alumina and the HEPA filter from the pressure drop across the filters.

На фиг.2 приведена графическая зависимость мутности от пропущенного объема в процессе фильтрации латексных сфер размером 0,2 мкм, суспендированных в воде, через заявляемые фильтры из нанооксида алюминия и фильтр НЕРА.Figure 2 shows a graphical dependence of the turbidity on the missed volume during the filtration of latex spheres of 0.2 μm in size suspended in water through the inventive filters of aluminum nanooxide and a HEPA filter.

На фиг.3 приведена графическая зависимость проницаемости заявляемых фильтров из нанооксида алюминия и фильтра НЕРА при непрерывной фильтрации через них аэрозолей NaCl с размером частиц 0,3 мкм.Figure 3 shows a graphical dependence of the permeability of the inventive filters of aluminum nanooxide and the HEPA filter during continuous filtration through them of NaCl aerosols with a particle size of 0.3 μm.

На фиг.4 приведена графическая зависимость сопротивления воздуха для заявляемых фильтров из нанооксида алюминия и фильтра НЕРА при непрерывной фильтрации через них аэрозолей NaCl с размером частиц 0,3 мкм.Figure 4 shows a graphical dependence of the air resistance for the inventive filters of nano alumina and the HEPA filter during continuous filtration through them of NaCl aerosols with a particle size of 0.3 μm.

На фиг.5 приведена графическая зависимость скорости потока воздуха через заявляемые фильтры из нанооксида алюминия, предварительно обработанные латексными сферами размером 0,5 и 1 мкм, от перепада давления.Figure 5 shows a graphical dependence of the air flow rate through the inventive filters of aluminum nanooxide, pre-treated with latex spheres of 0.5 and 1 μm in size, on the pressure drop.

На фиг.6 приведена графическая зависимость проницаемости заявляемых фильтров из нанооксида алюминия, предварительно обработанных латексными шариками, в сравнении с фильтром из нанооксида алюминия, не подвергнутого предварительной обработке, и фильтром НЕРА при фильтрации через них аэрозолей NaCl с размером частиц 0,3 мкм.Figure 6 shows a graphical dependence of the permeability of the inventive filters of aluminum nanooxide pretreated with latex balls, in comparison with the filter of aluminum nanooxide not subjected to pretreatment, and the HEPA filter when filtering NaCl aerosols with a particle size of 0.3 μm through them.

На фиг.7 приведена графическая зависимость сопротивления воздуха для заявляемых фильтров из нанооксида алюминия, предварительно обработанных латексными шариками, в сравнении с фильтром из нанооксида алюминия, не подвергнутого предварительной обработке, и фильтром НЕРА.Figure 7 shows a graphical dependence of air resistance for the inventive filters of aluminum nanooxide pretreated with latex balls, in comparison with a filter of nano alumina not subjected to pretreatment, and the HEPA filter.

На фиг.8 приведена графическая зависимость проницаемости заявляемых фильтров из нанооксида алюминия и фильтра НЕРА при фильтрации через них аэрозолей NaCl с размером частиц 0,3 мкм.On Fig shows a graphical dependence of the permeability of the inventive filters of nano alumina and the HEPA filter when filtering through them NaCl aerosols with a particle size of 0.3 μm.

На фиг.9 приведена графическая зависимость сопротивления воздуха для заявляемых фильтров из нанооксида алюминия и фильтра НЕРА при исследовании их емкости по аэрозоли NaCl.Figure 9 shows a graphical dependence of the air resistance for the inventive filters of nano alumina and the HEPA filter when examining their capacity for NaCl aerosols.

На фиг.10 приведена графическая зависимость эффективности заявляемых фильтров из нанооксида алюминия, выраженной в процентах, от размера аэролизованных капель KCl.Figure 10 shows a graphical dependence of the effectiveness of the claimed filters of nano alumina, expressed as a percentage, on the size of aerosolized drops of KCl.

На фиг.11 приведена графическая зависимость противомикробного действия заявляемых фильтров из нанооксида алюминия, импрегнированных серебром, на размножение бактерий от времени экспозиции.Figure 11 shows a graphical dependence of the antimicrobial action of the inventive filters of aluminum nanooxide impregnated with silver on the reproduction of bacteria from the exposure time.

На фиг.12 схематически изображена система, используемая для испытания заявляемых фильтров из нанооксида алюминия для обезвреживания аэрозолей, содержащих передаваемые через воду бактерии.12 schematically depicts a system used to test the inventive filters of aluminum nanooxide for the disposal of aerosols containing bacteria transmitted through water.

На фиг.13 приведена графическая диаграмма зависимости между перепадом давления и размером пор от диаметра волокна.13 is a graphical diagram of the relationship between pressure drop and pore size versus fiber diameter.

На фиг.14 приводится сравнение перепада давления заявляемого фильтрующего материала из нанооксида алюминия и фильтра pre-НЕРА.Fig. 14 shows a comparison of the pressure drop of the inventive filter material from nano alumina and a pre-HEPA filter.

На фиг.15 приведена электронная микрофотография в проходящем свете волокна из нанооксида алюминия на микростекловолокне, покрытого наносферами из диоксида кремния.On Fig shows an electron micrograph in transmitted light of a fiber of nano alumina on a microglass coated with nanospheres of silicon dioxide.

На фиг.16 приведена графическая зависимость адсорбции растворенного йода на заявляемых нановолокнах из оксида алюминия в сравнении с адсорбцией на выпускаемом в промышленности материале, содержащем активированный уголь.On Fig shows a graphical dependence of the adsorption of dissolved iodine on the inventive nanofibers of aluminum oxide in comparison with adsorption on manufactured in the industry material containing activated carbon.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

ОпределенияDefinitions

Для того чтобы как следует понять раскрытие заявляемого изобретения, в следующем параграфе даются определения используемым в описании конкретным терминам. При определении авторами изобретения следующих терминов они ни коем образом не имели намерения отрицать общепринятые и привычные значения этих терминов.In order to properly understand the disclosure of the claimed invention, the following paragraph defines the terms used in the description. In defining the following terms by the inventors of the invention, they in no way intended to deny the generally accepted and familiar meanings of these terms.

Используемый здесь термин "электростатический" относится к какому-либо материалу, имеющему электрические заряды, или к электрическим зарядам.As used herein, the term "electrostatic" refers to any material having electrical charges, or to electrical charges.

Используемый здесь термин "отношение размеров" означает отношение длины волокна к диаметру поперечного сечения волокна.As used herein, the term “aspect ratio” refers to the ratio of fiber length to fiber cross-sectional diameter.

Используемый здесь термин "нанооксид алюминия" обозначает волокна с отношением размеров примерно более 5, где наименьший размер составляет примерно менее чем 50 нм. Поперечное сечение волокна может быть по форме или круглым (цилиндрическое волокно), или прямоугольным (пластинчатым). Волокна представляют собой оксид алюминия с различными содержаниями связанной воды, которые в результате являются композициями главным образом А1ООН с различными количествами Al(ОН)3 с возможными примесями гамма и альфа оксида алюминия.As used herein, the term "nano alumina" refers to fibers with a size ratio of approximately greater than 5, where the smallest size is approximately less than 50 nm. The cross section of the fiber can be either round (cylindrical fiber) or rectangular (plate) in shape. The fibers are alumina with varying amounts of bound water, which as a result are primarily compositions of A1OOH with varying amounts of Al (OH) 3 with possible impurities of gamma and alpha alumina.

Используемый здесь термин "лиосел" относится к волокну из фибриллированной целлюлозы, осажденной из органического раствора, в котором не происходит замещение гидроксильных групп и не образуется промежуточных химических соединений (Courtaulds, Ltd.).As used herein, the term “lyosel” refers to fibrillated cellulose fiber precipitated from an organic solution in which hydroxyl groups are not replaced and chemical intermediates are not formed (Courtaulds, Ltd.).

Термин "High Efficiency Particle Air" (НЕРА) относится к марке фильтрующего материала, который способен задерживать >99,97% частиц размером 0,3 мкм.The term "High Efficiency Particle Air" (HEPA) refers to a brand of filter material that is capable of retaining> 99.97% of 0.3 micron particles.

Термин "Ultra Low Penetration Air" (ULPA) относится к марке фильтрующего материала, который способен задерживать >99,99% частиц конкретного размера при конкретной скорости среды.The term "Ultra Low Penetration Air" (ULPA) refers to a brand of filter material that is capable of retaining> 99.99% of particles of a particular size at a particular medium speed.

Термин "Super ULPA" относится к марке фильтрующего материала, который способен задерживать >99,9999% частиц конкретного размера при конкретной скорости среды.The term "Super ULPA" refers to a brand of filter material that is capable of retaining> 99.9999% of particles of a particular size at a particular medium speed.

Используемый здесь термин "адсорбент" означает любой материал, способный адсорбировать примеси на своей поверхности главным образом в результате физической адсорбции.As used herein, the term “adsorbent” means any material capable of adsorbing impurities on its surface mainly as a result of physical adsorption.

Термин "абсорбент" означает любой материал, способный захватывать вещество в свою внутреннюю структуру.The term "absorbent" means any material capable of capturing a substance in its internal structure.

Термин "снижение загрязнения" означает снижение содержания примеси в текучей среде, в которой примесь задерживают, удаляют или превращают в химически или биологически неактивное вещество с целью повышения полезности текучей среды, например в результате превращения текучей среды в более безопасную для использования человеком или более подходящую для применений в промышленности.The term "reduction of pollution" means a decrease in the content of impurities in the fluid in which the impurity is trapped, removed or converted into a chemically or biologically inactive substance in order to increase the usefulness of the fluid, for example by converting the fluid into a safer for human use or more suitable for industrial applications.

Термин "NanoCeram" относится к смесям нановолокон из оксида алюминия и крупных волокон, в которых крупные волокна служат в качестве основы для нановолокон из оксида алюминия для создания структуры с асимметричными порами.The term "NanoCeram" refers to mixtures of alumina nanofibers and coarse fibers, in which coarse fibers serve as the basis for alumina nanofibers to create an asymmetric pore structure.

Термин "тонкодисперсный порошок" означает порошок, имеющий средний размер частиц значительно меньше 100 меш, и, предпочтительно, меньше 325 меш (44 мкм).The term "fine powder" means a powder having an average particle size of significantly less than 100 mesh, and preferably less than 325 mesh (44 μm).

Термин "ультрамелкая частица" означает частицу, имеющую средний размер от 0,1 до 10 мкм.The term "ultrafine particle" means a particle having an average size of from 0.1 to 10 microns.

Термин "наночастица" означает частицу, имеющую средний размер менее 0,1 мкм, включая, но этим не ограничивая, нуклеиновые кислоты (например, ДНК и РНК), белки, плохорастворимые или труднолетучие лекарственные средства, высокомолекулярные частицы, функционализованные полимеры, лиганды с введенной в них функциональностью и углеродные трубки.The term "nanoparticle" means a particle having an average size of less than 0.1 μm, including, but not limited to, nucleic acids (eg, DNA and RNA), proteins, poorly soluble or hardly volatile drugs, high molecular weight particles, functionalized polymers, ligands with introduced in them functionality and carbon tubes.

Термин "микроорганизм" означает живой организм, который может быть суспендирован в текучей среде, включая, но этим не ограничивая, бактерии, вирусы, грибки, простейшие и их репродуктивные формы, включающие защитные оболочки и споры.The term "microorganism" means a living organism that can be suspended in a fluid, including, but not limited to, bacteria, viruses, fungi, protozoa and their reproductive forms, including protective membranes and spores.

Термин "бумага" или "бумагоподобный" обычно означает плоский, волокнистый слой или коврик из материала, полученный с помощью способа мокрого формования.The term "paper" or "paper-like" usually means a flat, fibrous layer or rug of material obtained using the wet molding method.

Термин "частица" означает твердое вещество или микроинкапсулированную жидкость, имеющие размер в интервале от коллоидного до макроскопического, вне зависимости от формы.The term "particle" means a solid or microencapsulated liquid having a size in the range from colloidal to macroscopic, regardless of shape.

Термин "сорбент" означает частицу любого порошка, которая способна удалять загрязняющие вещества из потока жидкости или газа, включая катализаторы, которые способны превращать загрязняющие вещества в другую менее опасную форму. Термин "сорбент" также включает порошкообразный катализатор или катализатор, который наносят на твердый порошкообразный или гранулированный носитель, такой как активированный уголь.The term "sorbent" means a particle of any powder that is capable of removing pollutants from a liquid or gas stream, including catalysts that are capable of converting pollutants into another less hazardous form. The term “sorbent” also includes a powdery catalyst or catalyst that is supported on a solid powdery or granular support, such as activated carbon.

Термин "структура для медицинского применения" означает нетканый материал, пригодный для применения в медицине, например для защиты от инфекции, в качестве раневой повязки и других подобных применений.The term "structure for medical use" means a non-woven material suitable for use in medicine, for example, to protect against infection, as a wound dressing and other similar applications.

Описание вариантов осуществления изобретенияDescription of Embodiments

В одном варианте осуществления настоящее изобретение предлагает фильтрующий материал для удаления частиц, включающих жидкие и особенно аэролизованные водой частицы, из текучей среды, которую пропускают через материал с целью уменьшения в ней содержания загрязняющих веществ. В примерах частицами являются патогены, такие как бактерии, вирусы, плесень, грибки, милдью, органическое вещество, неорганическое вещество, микроорганизмы, углеродистые частицы, туманы из используемых при металлообработке жидкостей, красочные туманы, пестициды, чернильные туманы или кислотные туманы. В примерах поток жидкости или газа имеет аэролизованные жидкостью частицы, такие как аэролизованные водой частицы. В одном примере фильтрующим материалом является нетканый электростатический материал. Фильтрующий материал включает нановолокна из оксида алюминия, смешанные с вторыми волокнами. В одном примере нанооксид алюминия не является сферическим. Вторые волокна располагают в матрице с целью создания асимметрических пор. В одном примере тонкодисперсный порошок металлического алюминия взаимодействует с вторыми волокнами с образованием электростатического материала. Реакцию осуществляют путем добавления аммиака к смеси алюминия и второго волокна. Смесь нагревают до температуры кипения воды. В другом примере тригидроксид алюминия нагревают в условиях высокой температуры и давления в присутствии вторых волокон с образованием электростатического материала. Реакцию проводят при температуре около 175°С и давлении около 5 бар в течение приблизительно тридцати минут.In one embodiment, the present invention provides filter media for removing particles, including liquid and especially water-aerosolized particles, from a fluid that is passed through the material to reduce its contaminant content. In the examples, the particles are pathogens such as bacteria, viruses, mold, fungi, mildew, organic matter, inorganic matter, microorganisms, carbon particles, mists from metalworking fluids, colorful mists, pesticides, ink mists or acid mists. In the examples, the liquid or gas stream has liquid aerosolized particles, such as water aerosolized particles. In one example, the filter material is a non-woven electrostatic material. The filter media includes alumina nanofibers mixed with second fibers. In one example, nano alumina is not spherical. The second fibers are placed in the matrix in order to create asymmetric pores. In one example, finely divided aluminum metal powder interacts with the second fibers to form an electrostatic material. The reaction is carried out by adding ammonia to a mixture of aluminum and a second fiber. The mixture is heated to the boiling point of water. In another example, aluminum trihydroxide is heated under conditions of high temperature and pressure in the presence of second fibers to form an electrostatic material. The reaction is carried out at a temperature of about 175 ° C. and a pressure of about 5 bar for about thirty minutes.

Вторыми волокнами может быть любое волокно, которое достаточно устойчиво к изгибанию, включая микростекло, целлюлозу или фибриллированную целлюлозу. В одном примере вторые волокна имеют меньший из размеров, который больше, чем меньший из размеров нановолокон из оксида алюминия, по меньшей мере, на один порядок величины. В примерах для воздушного или газового фильтра средний размер пор находится в интервале от 4 до примерно 48 мкм. Предпочтительно, чтобы средний размер пор был больше, чем примерно 10 мкм. Более предпочтительно, чтобы средний размер пор составлял не более чем около 20 мкм. Обычно, размер пор связан с диаметром вторых волокон. Поэтому множество вторых волокон, имеющих небольшой диаметр, будет создавать множество асимметрических пор, имеющих малый размер, в то время как множество вторых волокон, имеющих диаметр большего размера, будет создавать множество асимметрических пор, имеющих относительно более крупный размер. См., например, таблицу 1 и фиг.13. Однако по мере увеличения диаметра второго волокна снижается отношение площади поверхности к единице объема, и в результате меньшее количество нановолокон из оксида алюминия диспергируется на вторых волокнах и/или в порах. Поэтому в предпочтительном примере множество вторых волокон представляет собой комбинацию множества крупных и множества мелких волокон. Мелкие волокна могут все иметь практически одинаковый средний диаметр или часть мелких волокон может иметь различные диаметры. Введение мелких волокон приводит к соответствующему уменьшению размера пор. См., например, таблицу 1 и фиг.13.The second fibers can be any fiber that is sufficiently resistant to bending, including microglass, cellulose or fibrillated cellulose. In one example, the second fibers are smaller in size, which is larger than the smaller of the sizes of the alumina nanofibers by at least one order of magnitude. In the examples for an air or gas filter, the average pore size is in the range from 4 to about 48 microns. Preferably, the average pore size is greater than about 10 microns. More preferably, the average pore size is not more than about 20 microns. Typically, the pore size is related to the diameter of the second fibers. Therefore, a plurality of second fibers having a small diameter will create a plurality of asymmetric pores having a small size, while a plurality of second fibers having a larger diameter will create a plurality of asymmetric pores having a relatively larger size. See, for example, table 1 and FIG. 13. However, as the diameter of the second fiber increases, the ratio of surface area to unit volume decreases, and as a result, fewer alumina nanofibres disperse on the second fibers and / or in the pores. Therefore, in a preferred example, the plurality of second fibers is a combination of a plurality of large and a plurality of small fibers. The fine fibers can all have almost the same average diameter or some of the fine fibers can have different diameters. The introduction of small fibers leads to a corresponding reduction in pore size. See, for example, table 1 and FIG. 13.

Размер пор определяет перепад давления на фильтрующем материале. В предпочтительном примере перепад давления составляет менее чем примерно 35 мм H2O для готового композитного фильтра или фильтровальной установки при скорости потока около 3,2 м/мин.The pore size determines the pressure drop across the filter medium. In a preferred example, the pressure drop is less than about 35 mmH 2 O for a finished composite filter or filter unit at a flow rate of about 3.2 m / min.

В одном примере заявляемый фильтрующий материал дополнительно включает частицы сорбента, предпочтительно, коллоидные частицы, которые добавляют в фильтрующий материал. С целью обеспечения более быстрой адсорбции, чем в случае более крупных гранулированных углей, при абсорбции летучих органических соединений, нервно-паралитических отравляющих веществ или иприта добавляют активированный уголь в виде тонкодисперсного порошка (например, мелких частиц с размером около 1 мкм и средним размером около 28 мкм).In one example, the inventive filter material further includes sorbent particles, preferably colloidal particles, which are added to the filter material. In order to provide faster adsorption than in the case of larger granular coals, when absorbing volatile organic compounds, nerve agents or mustard gas, activated carbon is added in the form of a fine powder (for example, fine particles with a size of about 1 μm and an average size of about 28 μm).

В одном примере заявляемый фильтрующий материал дополнительно включает связующее. Связующее может иметь волокнистую форму (Invista T104), или может быть смолой, такой как Rhoplex HA-16 фирмы Rohm and Haas. Введение связующего повышает прочность и/или способность к сгибанию волокнистого материала, хотя для связывания частиц в структуре связующее не требуется.In one example, the inventive filter material further includes a binder. The binder may have a fibrous form (Invista T104), or may be a resin such as Rhoplex HA-16 from Rohm and Haas. The introduction of a binder increases the strength and / or ability to bend the fibrous material, although a binder is not required to bind particles in the structure.

В одном примере фильтрующий материал может дополнительно включать противомикробное средство, которое смешивают с множеством волокон из нанооксида алюминия и вторых волокон. В процессе производства с целью использования фильтрующего материала в качестве противомикробного средства, после того как приготавливают суспензию и перед тем как смесь просеивают на сите добавляют противомикробное средство и адсорбируют его на нановолокнах из оксида алюминия. В одном примере противомикробным средством является серебро. В других примерах такие ионы как ионы меди и цинка, или те или другие, обеспечивают синергетический эффект с серебром в качестве противомикробного средства, в еще одном примере такие ионы как ионы меди и цинка действуют сами по себе в качестве противомикробного средства.In one example, the filter material may further include an antimicrobial agent that is mixed with a plurality of nano alumina fibers and second fibers. In the production process, in order to use the filter material as an antimicrobial agent, after the suspension is prepared and before the mixture is sieved on a sieve, an antimicrobial agent is added and adsorbed onto alumina nanofibres. In one example, the antimicrobial agent is silver. In other examples, ions such as copper and zinc ions, or both, provide a synergistic effect with silver as an antimicrobial agent; in yet another example, ions such as copper and zinc ions act by themselves as an antimicrobial agent.

В одном примере настоящего изобретения фильтрующий материал является электрически заряженным, в результате чего нановолокна из оксида алюминия захватывают частицы, такие как патогены и другие вещества. В одном примере фильтрующим материалом является гомогенный нетканый фильтр.In one example of the present invention, the filter material is electrically charged, whereby alumina nanofibers trap particles such as pathogens and other substances. In one example, the filter material is a homogeneous non-woven filter.

В одном примере фильтрующий материал предварительно обрабатывают или предварительно кондиционируют путем пропускания через него множества частиц. Частицы могут иметь диаметры в интервале от 0,3 до примерно 1,5 мкм. Введение этих частиц блокирует, по меньшей мере, часть из самых крупных пор из множества асимметрических пор с целью снижения начального проскока через фильтрующий материал. Кроме того, предварительное кондиционирование помогает создать или получить характеристику НЕРА или ULPA в течение всего времени использования фильтра. В одном примере множеством частиц является множество латексных сфер, хотя множество частиц может быть изготовлено из любого вещества, которое способно блокировать, по меньшей мере, часть самых крупных пор.In one example, the filter material is pretreated or preconditioned by passing a plurality of particles through it. Particles may have diameters in the range of 0.3 to about 1.5 microns. The introduction of these particles blocks at least part of the largest pores from the set of asymmetric pores in order to reduce the initial leakage through the filter material. In addition, preconditioning helps to create or obtain a HEPA or ULPA profile throughout the use of the filter. In one example, the plurality of particles is a plurality of latex spheres, although the plurality of particles can be made of any substance that is capable of blocking at least a portion of the largest pores.

В одном примере заявляемый фильтрующий материал из нанооксида алюминия имеет эффективность улавливания, по меньшей мере, такую же, как и НЕРА. В другом примере заявляемый фильтрующий материал имеет эффективность улавливания, по меньшей мере, такую же высокую, как и ULPA.In one example, the inventive filter material from nano alumina has a collection efficiency of at least the same as HEPA. In another example, the inventive filter material has a collection efficiency of at least as high as ULPA.

В другом варианте осуществления заявляемым изобретением является способ получения фильтра для текучей среды из нанооксида алюминия. Способ получения включает стадии формования нановолокна из оксида алюминия в присутствии множества вторых волокон. Вторые волокна располагают для образования множества асимметрических пор. В одном примере фильтрующий материал из нанооксида алюминия формуют в один гомогенный слой. В другом примере фильтрующий материал из нанооксида алюминия формуют в более чем один слой. В еще одном примере фильтрующий материал из нанооксида алюминия гофрируют.In another embodiment, the claimed invention is a method for producing a fluid filter from nano alumina. The production method includes the steps of forming an alumina nanofiber in the presence of a plurality of second fibers. The second fibers are disposed to form a plurality of asymmetric pores. In one example, nano alumina filter media is formed into a single homogeneous layer. In another example, nano alumina filter media is formed into more than one layer. In yet another example, the nano alumina filter media is pleated.

Фильтрующий материал может быть использован в фильтрационной системе. При использовании через фильтрующий материал пропускают поток воздуха или газа и удаляют из него твердые частицы в результате улавливания частиц в фильтрующем материале. В одном примере текучая среда включает суспензию капель воды. Примеры применения фильтра включают, но этим не ограничивая, использование для очистки воздуха в помещении, использование в респираторах или противогазах, использование в воздушных фильтрах автомобилей, использование в помещении с особо чистой атмосферой, использование в операционной или использование в промышленной установке, например, для удаления краски или другого конкретного вещества, содержащегося в промышленных туманах. В одном примере фильтрующий материал используют в окружающей среде с относительной влажностью больше, чем примерно 75%.Filter media can be used in the filtration system. When used, a stream of air or gas is passed through the filter material and solid particles are removed from it as a result of trapping particles in the filter material. In one example, the fluid includes a suspension of drops of water. Examples of the use of the filter include, but are not limited to, use for indoor air purification, use in respirators or gas masks, use in automobile air filters, use in a room with a very clean atmosphere, use in an operating room or use in an industrial installation, for example, for removal paint or other specific substance contained in industrial fogs. In one example, filter media is used in an environment with a relative humidity of greater than about 75%.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение имеет широкое применение в нанотехнологии и предлагает волокнистую структуру для фиксации частиц, которые очень трудно диспергировать и включать в волокнистые ткани. В примерах диспергированными частицами являются сорбенты или катализаторы, которые могут удалять загрязняющие вещества из потоков жидкостей или газов. Примеры загрязняющих веществ включают органические соединения, такие как галогенированные органические соединения, пестициды и летучие органические соединения. В других примерах загрязняющими веществами являются бактерии и вирусы, плесень, грибки, милдью, органическое вещество, неорганическое вещество, микроорганизмы, углеродистые частицы, туманы из жидкостей, используемых при металлообработке, красочные туманы, пестициды, чернильные туманы или кислотные туманы.In another embodiment, the present invention is widely used in nanotechnology and provides a fibrous structure for fixing particles that are very difficult to disperse and incorporate into fibrous tissues. In the examples, the dispersed particles are sorbents or catalysts that can remove contaminants from flows of liquids or gases. Examples of pollutants include organic compounds, such as halogenated organic compounds, pesticides and volatile organic compounds. In other examples, contaminants include bacteria and viruses, mold, fungi, mildew, organic matter, inorganic matter, microorganisms, carbon particles, metal mists, colorful mists, pesticides, ink mists or acid mists.

Волокнистой структурой является тканое изделие или ткань, или другой материал, имеющий структуру индивидуальных волокон, которые переплетаются неупорядочным образом. Предпочтительно, чтобы волокнистую структуру получали влажным формованием, но она может быть также получена другими способами, хорошо известными в технике, включая воздушное формование, аэродинамический способ из расплава, способ формования волокна с эжектированием высокоскоростным потоком воздуха и кардочесание. Волокнистая структура включает нановолокна из оксида алюминия, смешанные с вторыми волокнами и прикрепленные к ним, как описано выше, и дополнительно включая множество мелких, ультрамелких, или наноразмерных частиц (описываемых более подробно ниже), расположенных на нановолокнах из оксида алюминия. Вторые волокна компонуют в матрице для создания асимметрических пор. Как описано выше, тонкодисперсный порошок металлического алюминия взаимодействует с вторыми волокнами с образованием волокнистой структуры. Реакцию осуществляют путем добавления аммиака к смеси алюминия и вторых волокон. Смесь нагревают до температуры кипения воды. Мелкие, ультрамелкие или наночастицы добавляют к смеси или до взаимодействия алюминия с водой, или во время взаимодействия с водой при кипении, или после того как смесь охлаждают до комнатной температуры. Образующийся волокнистый материал (композицию) превращают в волокнистую структуру путем отсасывания влаги с сеточной стороны сетки-формы, как это делают при отливке листа бумаги вручную или на бумагоделательной машине, способами, которые хорошо известны для формования нетканого материала с помощью влажного формования.A fibrous structure is a woven product or fabric, or other material having the structure of individual fibers that are intertwined in an irregular manner. It is preferable that the fibrous structure is obtained by wet molding, but it can also be obtained by other methods well known in the art, including air molding, melt aerodynamic method, fiber forming method with ejection by high-speed air flow and carding. The fibrous structure includes alumina nanofibers mixed with and attached to second fibers as described above, and further including a variety of small, ultrafine, or nanoscale particles (described in more detail below) located on alumina nanofibers. The second fibers are arranged in a matrix to create asymmetric pores. As described above, a fine powder of aluminum metal interacts with the second fibers to form a fibrous structure. The reaction is carried out by adding ammonia to a mixture of aluminum and second fibers. The mixture is heated to the boiling point of water. Small, ultrafine or nanoparticles are added to the mixture either before the aluminum interacts with water, or during the reaction with boiling water, or after the mixture is cooled to room temperature. The resulting fibrous material (composition) is converted into a fibrous structure by sucking moisture from the grid side of the grid-shaped, as is done when casting a sheet of paper manually or on a paper machine, by methods that are well known for forming non-woven material using wet molding.

На нановолокне из оксида алюминия размещают множество мелких, ультрамелких или наночастиц. В примерах множеством частиц является хемосорбент, адсорбент с высокой площадью поверхности или катализатор, который превращает загрязняющее вещество в менее опасное соединение. Примеры сорбентов включают активированный уголь; диоксид кремния, силикаты, алюмосиликаты, силикат титана, свинцовый адсорбент и силикагель; цеолиты; активированный оксид алюминия; метал и оксиды металлов, включая диоксид титана; катализаторы, такие как благородные металлы, и катализаторы из переходных металлов, включая платину, палладий, серебро и оксид серебра, иридий, родий и золото, и медь, активированную двуокисью марганца; костяной уголь; гидроксиапатит кальция; оксид магния; перлит; тальк; полимерные частицы; глину; ионообменные смолы; керамику и их комбинации.A lot of small, ultrafine or nanoparticles are placed on an alumina nanofiber. In the examples, the plurality of particles is a chemisorbent, a high surface area adsorbent, or a catalyst that converts a contaminant into a less hazardous compound. Examples of sorbents include activated carbon; silicon dioxide, silicates, aluminosilicates, titanium silicate, lead adsorbent and silica gel; zeolites; activated alumina; metal and metal oxides, including titanium dioxide; catalysts such as noble metals and transition metal catalysts including platinum, palladium, silver and silver oxide, iridium, rhodium and gold, and manganese dioxide-activated copper; bone coal; calcium hydroxyapatite; magnesium oxide; perlite; talc; polymer particles; clay; ion exchange resins; ceramics and their combinations.

В другом примере множеством мелких, ультрамелких или наночастиц является РНК, микро- или наноразмерный полимер, биологически активная макромолекула, такая как ДНК, функционализированная макромолекула или микроинкапсуланты веществ, которые регулируют высвобождение содержащегося внутри материала, такие как микроинкапсулированные красители, лекарственные средства, которые могут высвобождаться из нетканой раневой повязки, лекарственные средства, которые способны испаряться в потоке лекарственной формы для ингаляции или средства, которые способны нейтрализовывать токсичные вещества, такие как боевые отравляющие вещества.In another example, the plurality of small, ultrafine or nanoparticles is RNA, a micro- or nanoscale polymer, a biologically active macromolecule, such as DNA, a functionalized macromolecule, or microencapsulants of substances that regulate the release of material contained within, such as microencapsulated dyes, drugs that can be released from a non-woven wound dressing, drugs that are able to evaporate in the flow of a dosage form for inhalation or a medicine that Some are capable of neutralizing toxic substances, such as chemical warfare agents.

В другом примере множеством ультрамелких или наночастиц является активированный уголь. Заявляемая волокнистая структура, включающая порошкообразный активированный уголь, обеспечивает более быструю адсорбцию загрязняющих веществ, чем материал, заполненный выпускаемым в промышленности активированным углем. Примеры заявляемой волокнистой структуры, включающей порошкообразный активированный уголь, могут применяться для защиты военного и гражданского персонала от воздействия биологических и химических атак, которые осуществляются в виде аэрозоля или через загрязнение водных ресурсов.In another example, the plurality of ultrafine or nanoparticles is activated carbon. The inventive fibrous structure, including powdered activated carbon, provides faster adsorption of pollutants than the material filled with commercial activated carbon. Examples of the inventive fibrous structure, including powdered activated carbon, can be used to protect military and civilian personnel from the effects of biological and chemical attacks, which are carried out in the form of an aerosol or through pollution of water resources.

В примере волокнистую структуру применяют в медицинских целях, например в качестве раневой повязки или ингалятора.In the example, the fibrous structure is used for medical purposes, for example, as a wound dressing or inhaler.

В другом варианте осуществления заявляемым изобретением является способ получения волокнистой структуры. Способ получения включает стадии формования нановолокна из оксида алюминия в присутствии множества вторых волокон. Вторые волокна располагают с формированием множества асимметрических пор. Для нанесения на нановолокна к смеси добавляют множество мелких, ультрамелких или наноразмерных частиц. В примере из смеси удаляют воду. В примере волокнистую структуру формуют в единственный гомогенный слой. В другом примере волокнистую структуру формуют в более чем один слой. В еще одном примере волокнистую структуру гофрируют.In another embodiment, the claimed invention is a method for producing a fibrous structure. The production method includes the steps of forming an alumina nanofiber in the presence of a plurality of second fibers. The second fibers are arranged to form a plurality of asymmetric pores. For application to nanofibers, a lot of small, ultrafine or nanosized particles are added to the mixture. In the example, water is removed from the mixture. In an example, the fibrous structure is formed into a single homogeneous layer. In another example, the fibrous structure is formed into more than one layer. In yet another example, the fibrous structure is corrugated.

При использовании поток жидкости или газа пропускают через волокнистую структуру, и загрязняющие вещества удаляют из него в результате задержания загрязняющих веществ в волокнистой структуре. Примеры применения заявляемой волокнистой структуры включают, но этим не ограничивая, очистку питьевой воды или подаваемого воздуха. Конкретные примеры включают применение волокнистой структуры в фильтрационной системе очистки воздуха внутри помещений, в респираторах, в воздушных фильтрах автомобилей, в помещении с особо чистой атмосферой, в операционной и в промышленных установках, например, для удаления краски или других твердых частиц, содержащихся в промышленных туманах. Кроме того, заявляемая волокнистая структура может быть использована для удаления из питьевой воды или систем притока воздуха боевых биологических средств, таких как вирус сибирской язвы или оспы, отравляющих веществ, таких как газ нервно-паралитического действия, или радиоактивных веществ, таких как те, которые могут быть доставлены с помощью "радиационно-грязной" бомбы. Способность удалять ядерные, биологические и химические вещества (ЯБХ) необходима в персональных респираторах и защитных сооружениях, и в ЯБХ защитных костюмах, которые дают возможность защищать человека от действия этих веществ.In use, a stream of liquid or gas is passed through the fibrous structure, and contaminants are removed from it as a result of the retention of pollutants in the fibrous structure. Examples of the use of the inventive fibrous structure include, but are not limited to, the purification of drinking water or supplied air. Specific examples include the use of a fibrous structure in an indoor air filtration system, in respirators, in automobile air filters, in a room with a particularly clean atmosphere, in an operating room and in industrial installations, for example, to remove paint or other particulate matter contained in industrial fogs . In addition, the inventive fibrous structure can be used to remove biological warfare agents, such as anthrax or smallpox viruses, toxic substances, such as nerve gas, or radioactive substances, such as those from drinking water or air supply systems. can be delivered with a "radiation dirty" bomb. The ability to remove nuclear, biological and chemical substances (NBC) is necessary in personal respirators and protective structures, and in NFC protective suits that make it possible to protect a person from the action of these substances.

В другом примере использования слой композита из нанооксида алюминия и крупного волокна помещают в потоке сразу за заявляемой волокнистой структурой для улавливания любых частиц или загрязняющих веществ, которые во время использования проскочили волокнистую структуру.In another example of use, a layer of a composite of nano alumina and coarse fiber is placed in a stream immediately behind the inventive fibrous structure to trap any particles or contaminants that have slipped through the fibrous structure during use.

ПРИМЕРЫ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯEXAMPLES OF THE PRESENT INVENTION

Примеры - Фильтрующий материал для очистки воздухаExamples - Filtering material for air purification

Следующие примеры иллюстрируют несколько вариантов осуществлений настоящего изобретения. Эти примеры не следует истолковывать в качестве ограничения. Все проценты являются массовыми процентами. Расчеты для определения размера пор приводятся в разделе, следующем за примерами.The following examples illustrate several embodiments of the present invention. These examples should not be construed as limiting. All percentages are mass percent. Calculations for determining pore size are provided in the section following the examples.

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Целью изложенных ниже экспериментов являлась разработка материала из нанооксида алюминия, имеющего перепад давления практически такой же, как и у материала НЕРА, а эффективность фильтрации значительно выше, чем у НЕРА. Целью экспериментов также являлось сопоставление характеристики фильтрующего материала из нанооксида алюминия по адсорбции воды с этой же характеристикой для известного фильтрующего материала НЕРА (далее, "фильтр Donaldson НЕРА") с целью оптимизации фильтрации воздуха на основе данных по адсорбции воды.The purpose of the experiments described below was to develop a material of aluminum nanooxide having a pressure drop almost the same as that of the HEPA material, and the filtration efficiency is much higher than that of HEPA. The aim of the experiments was also to compare the characteristics of the filtering material of nano alumina for water adsorption with the same characteristic for the known filtering material HEPA (hereinafter, the "Donaldson HEPA filter") in order to optimize air filtration based on data on water adsorption.

Двадцать четыре суспензии смесей нанооксида алюминия на микростекле получали в результате реакции порошка оксида алюминия диаметром 5 мкм (Valimet Corp, # H-S) в воде при 100°С в присутствии мульчированной ваты из боросиликатного стекловолокна различной длины (Lauscha). Нетканый волокнистый материал, содержащий нанооксид алюминия, формовали на форме для отливки листа размером 1×1 фут и упрочняли с помощью 17-23% бикомпонентных волокон (Invista T104, диаметр 20 мкм, длина 1/2 дюйма), которые служили в качестве связующего. Добавляли также около 2% по массе связующего марки Rhoplex в жидкой форме. Листы маркировали AF1-AF24.Twenty-four suspensions of mixtures of nano alumina on microglass were obtained by reacting a powder of alumina with a diameter of 5 μm (Valimet Corp, # H-S) in water at 100 ° C in the presence of mulched wool of borosilicate glass fiber of various lengths (Lauscha). A nonwoven fibrous material containing aluminum nanooxide was formed on a 1 × 1 foot sheet casting mold and strengthened with 17-23% bicomponent fibers (Invista T104, diameter 20 μm, length 1/2 inch), which served as a binder. About 2% by weight of a binder grade Rhoplex in liquid form was also added. Sheets were labeled AF1-AF24.

Фильтры испытывали в виде одного слоя в воздушном потоке, имеющем скорость потока в интервале от 5,6 до примерно 23 м/мин. Площадь поверхности, доступной для фильтрации, составляла около 8,2 см2. Фильтры сравнивали с водяным фильтром NanoCeram® и фильтром Donaldson HEPA с целью сравнения характеристик фильтра изобретения для воздуха или газа из нанооксида алюминия с водяным фильтром и традиционным фильтром HEPA.The filters were tested as a single layer in an air stream having a flow rate in the range of 5.6 to about 23 m / min. The surface area available for filtration was about 8.2 cm 2 . The filters were compared with a NanoCeram® water filter and a Donaldson HEPA filter in order to compare the filter characteristics of the invention for air or nano alumina gas with a water filter and a traditional HEPA filter.

В таблице 1 приведен состав, пористость, перепад давления и средний размер пор для каждого отлитого вручную листа и для материалов NanoCeram и HEPA. На фиг.13 приведены также размер пор и перепад давления для нескольких фильтров из нанооксида алюминия, которые подвергали испытанию. Каждый фильтрующий материал, приведенный в таблице 1 на фиг.13, подвергали испытанию в виде однослойного материала. Однако при использовании характеристика может быть улучшена путем формирования структуры, содержащей более чем один слой.Table 1 shows the composition, porosity, pressure drop and average pore size for each manually cast sheet and for NanoCeram and HEPA materials. 13 also shows the pore size and pressure drop for several filters of nano alumina that were tested. Each filter material shown in table 1 in FIG. 13 was tested as a single layer material. However, in use, performance can be improved by forming a structure containing more than one layer.

Как показано в таблице 1, фильтры AF1-AF12 состояли из нановолокон из оксида алюминия, смешанного с микростекловолокном с одним средним диаметром или около 0,6 мкм, или около 1,5 мкм, или около 2,5 мкм. Фильтры AF13-AF24 состояли из нановолокон из оксида алюминия, смешанных со следующей комбинацией крупных и мелких микростекловолокон: около 0,6 мкм + около 1,5 мкм; около 0,6 мкм + около 2,5 мкм; или около 1,5 мкм + около 2,5 мкм. Содержание волокна каждого размера, входящего в данный фильтрующий материал из нанооксида алюминия, указано в таблице 1.As shown in Table 1, the AF1-AF12 filters consisted of alumina nanofibers mixed with microglass with one average diameter of about 0.6 microns, or about 1.5 microns, or about 2.5 microns. AF13-AF24 filters consisted of alumina nanofibers mixed with the following combination of large and small micro-glass fibers: about 0.6 microns + about 1.5 microns; about 0.6 microns + about 2.5 microns; or about 1.5 microns + about 2.5 microns. The fiber content of each size included in this filter material of nano alumina is shown in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Зависимость между диаметром микростекловолокна и пористостью материалаThe relationship between the diameter of the microglass and the porosity of the material

Из данных таблицы 1 видно, что материал, состоящий из микростекловолокон малого диаметра, также имеет более низкую пористость и малый размер пор. Эти зависимости дополнительно проиллюстрированы на фиг.13. Например, материал, состоящий из микростекловолокон размером 0,6 мкм, имел пористость около 90% и размер пор в интервале от 4,2 до 10 мкм. Материал, состоящий из микростекловолокон размером 1,5 мкм, имел пористость около 92,3% и размер пор в интервале от 16 до 21 мкм. И, наконец, материал, состоящий из микростекловолокон размером 2,5 мкм, имел пористость около 95,3% и размер пор в интервале от 35 до 38 мкм.From the data of table 1 it is seen that the material consisting of small diameter microglass fibers also has lower porosity and small pore size. These dependencies are further illustrated in FIG. 13. For example, a material consisting of 0.6 μm microglass fibers had a porosity of about 90% and a pore size in the range of 4.2 to 10 μm. A material consisting of 1.5 μm microglass fibers had a porosity of about 92.3% and a pore size in the range of 16 to 21 μm. And finally, a material consisting of 2.5 μm microglass fibers had a porosity of about 95.3% and a pore size in the range of 35 to 38 μm.

Данные таблицы 1 и фиг.13 также показывают, что материал, имеющий самый большой размер пор или самую большую пористость, также имел самые маленькие перепады давления. Например, материал, имеющий величины пористости около 95%, имел перепады давления примерно от 3,4 до примерно 4,3 мм Н2О в сравнении с перепадами давления примерно от 125 до примерно 204 мм Н2О для величин пористости около 90%.The data of Table 1 and FIG. 13 also show that the material having the largest pore size or the largest porosity also had the smallest pressure drops. For example, a material having a porosity of about 95% had a pressure drop of from about 3.4 to about 4.3 mm H 2 O compared with a pressure drop of from about 125 to about 204 mm H 2 O for a porosity of about 90%.

В примерах, в которых фильтрующий материал состоял из комбинации крупных и мелких волокон, размер пор не увеличивался так резко, как это происходило в случае присутствия только крупных 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 22-28 мкм и величину пористости порядка 94%, при этом соответствующий перепад давления составляет примерно от 5,7 до примерно 9,2 мм H2O.In the examples in which the filter material consisted of a combination of large and small fibers, the pore size did not increase as sharply as happened in the presence of only large fibers. See, for example, table 1 and FIG. 13. For example, 2.5 microns fibers combined with 1.5 microns fibers have a pore size in the range of 22-28 microns and a porosity of about 94%, with a corresponding pressure drop of about 5.7 to about 9.2 mm H 2 O.

Следует отметить, что большинство образцов AF1-AF24 имели размер пор, который был больше, чем размер пор в фильтре Donaldson HEPA. Например, AF6 имел размер пор, который был более чем в шесть раз большим, чем размер пор фильтра Donaldson HEPA.It should be noted that most AF1-AF24 samples had a pore size that was larger than the pore size in a Donaldson HEPA filter. For example, AF6 had a pore size that was more than six times larger than the pore size of a Donaldson HEPA filter.

Характеристики фильтрации воздушного потокаAirflow Filtration Characteristics

Фильтры из набора испытываемых фильтров AF1-AF24 разделяли на основе их характеристики в воздушном потоке. Данные для фильтров, имеющих перепад давления менее чем 10 мм Н2О при скорости потока 3,2 м/мин, приведены на фиг.1. Сплошная линия соответствует скорости потока 3,2 м/мин. Результаты показывают, что существует несколько вариантов составов заявляемого материала из нановолокон оксида алюминия, которые имеют более низкий перепад давления, чем фильтры НЕРА. Полагают, что эти результаты являются следствием более крупного размера пор нового фильтрующего материала.Filters from the set of test filters AF1-AF24 were separated based on their characteristics in the air flow. Data for filters having a pressure drop of less than 10 mm H 2 O at a flow rate of 3.2 m / min are shown in FIG. The solid line corresponds to a flow rate of 3.2 m / min. The results show that there are several variations in the compositions of the claimed material from alumina nanofibres that have a lower pressure drop than HEPA filters. These results are believed to be due to the larger pore size of the new filter media.

Оценка фильтрации твердых частиц при испытании с монодисперсным латексомEvaluation of particulate filtration when tested with monodisperse latex

Обычно, при оценке материала воздушного фильтра для моделирования жидких аэрозолей используют аэрозоли на основе углеводородов, таких как ДОФ (диоктилфталат), и для моделирования твердых частиц используют аэрозоли хлорида натрия (NaCl) или хлорида калия (KCl). Авторы изобретения сравнивали адсорбцию ультрамелких монодисперсных латексных сфер в воде с фильтрами НЕРА и затем на основе данных испытаний для ДОФ и NaCl пытались установить соответствующую зависимость. В частности, воздушные фильтры AF3 (средний размер пор 16 мкм, см. таблицу 1), AF6 (средний размер пор 38 мкм, см. таблицу 1) и фильтр Donaldson НЕРА, имеющий диаметр около 25 мм и площадь эффективной поверхности около 3,7 см3, подвергали действию потока чистой (RO) воды, содержащей латексные сферы размером 1 мкм при постоянной скорости потока около 0,1 м/мин. Хотя в таблице 1 приведен фильтрующий материал в виде одного слоя, в этом эксперименте использовали наборы от одного до четырех слоев для оптимизации характеристики фильтрующего материала при применениях для очистки воздуха и воды. Мутность входящей и выходящей воды (в единицах NTU или единицах нефелометрической мутности) измеряли с помощью нефелометра LaMotte Model 2020.Typically, hydrocarbon-based aerosols such as DOP (dioctyl phthalate) are used to evaluate the air filter material for modeling liquid aerosols, and aerosols of sodium chloride (NaCl) or potassium chloride (KCl) are used to model particulate matter. The inventors compared the adsorption of ultrafine monodisperse latex spheres in water with HEPA filters and then based on test data for DOP and NaCl tried to establish the corresponding dependence. In particular, AF3 air filters (average pore size 16 microns, see table 1), AF6 (average pore size 38 microns, see table 1) and a Donaldson HEPA filter having a diameter of about 25 mm and an effective surface area of about 3.7 cm 3 was exposed to a stream of pure (RO) water containing 1 μm latex spheres at a constant flow rate of about 0.1 m / min. Although table 1 shows the filter material as a single layer, in this experiment sets of one to four layers were used to optimize the characteristics of the filter material in air and water purification applications. The turbidity of the incoming and outgoing water (in NTU units or units of nephelometric turbidity) was measured using a LaMotte Model 2020 nephelometer.

На фиг.2 приведена графическая зависимость мутности потока, выходящего из фильтров, состоящих из нанооксида алюминия и микростекловолокон, в сравнении с традиционным фильтром НЕРА. Как видно, фильтры изобретения, включающие нанооксид алюминия и стекловолокна, характеризовались фактически необнаруживаемой мутностью в выходящем потоке по сравнению с фильтром НЕРА.Figure 2 shows a graphical dependence of the turbidity of the stream exiting the filters consisting of aluminum nanooxide and microglass fibers, in comparison with the traditional HEPA filter. As can be seen, the filters of the invention, including nano alumina and fiberglass, were characterized by virtually undetectable turbidity in the effluent compared to the HEPA filter.

Результаты этого эксперимента были неожиданными, так как фильтры изобретения задерживали частицы размером 0,2 мкм, даже если фильтры AF3 и AF16 имели средний размер пор примерно 16 и 38 мкм, соответственно. Ожидалось, что фильтры, имеющие такой большой средний размер пор, не должны были бы задерживать частицы, которые были намного меньше по размеру. Также было удивительным очень низкое задерживание частиц фильтром НЕРА в водной среде, что указывало на то, что фильтры НЕРА характеризуются значительно более низким задержанием частиц в воде, чем в воздухе, и поэтому ведут себя различным образом в этих двух окружающих средах.The results of this experiment were unexpected since the filters of the invention retained particles of 0.2 μm in size, even if the filters AF3 and AF16 had an average pore size of about 16 and 38 μm, respectively. It was expected that filters having such a large average pore size would not have to trap particles that were much smaller in size. Also surprising was the very low particle retention of the HEPA filter in an aqueous medium, which indicated that the HEPA filters are characterized by significantly lower particle retention in water than in air, and therefore behave differently in these two environments.

Не было установлено наличия корреляции между данными по адсорбции воды и характеристикой очистки воздуха, и поэтому в последующих экспериментах получали данные испытаний воздушного фильтра.It was not found that there is a correlation between the data on the adsorption of water and the characteristic of air purification, and therefore, in subsequent experiments, test data for the air filter were obtained.

ПРИМЕРЫ 2-10EXAMPLES 2-10

В примерах 2-10 фильтрующий материал из нанооксида алюминия, маркированный как AF3, AF6, AF11 и AF16, использовали для дополнительной характеристики фильтрующего материала изобретения из нанооксида алюминия в сравнении с фильтром Donaldson НЕРА. Как указано в таблице 1, AF3 состоял из микростекловолокон размером 1,5 мкм, AF6 и AF11 состояли из микростекловолокон размером 2,5 мкм, и AF16 состоял из комбинации микростекловолокон с размерами 1,5 и 2,5 мкм.In Examples 2-10, nano alumina filter media labeled AF3, AF6, AF11, and AF16 were used to further characterize the nano alumina filter media of the invention compared to a Donaldson HEPA filter. As indicated in Table 1, AF3 consisted of 1.5 μm microglass fibers, AF6 and AF11 consisted of 2.5 μm microglass fibers, and AF16 consisted of a combination of 1.5 and 2.5 μm microglass.

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Начальная проницаемость частиц ДОФ и NaClThe initial permeability of the particles of DOP and 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), приготовленные в примере 1, и фильтр НЕРА отсылали в лаборатории Nelson Laboratories, находящиеся в городе Солт-Лейк-Сити, штат Юта, США, для испытаний с аэрозолем ДОФ и аэрозолем нейтрализованного монодисперсного NaCl. Концентрации при испытании составляла 1,5·106 частицы/см3 при скорости потока 32 л/мин через фильтры с площадью 100 см2. Аэрозоли имели средний размер частиц порядка 0,3 мкм, который считали самым проникающим размером. Испытуемые образцы приготавливали в форме квадратов 10×10 см или дисков с диаметром около 4-5 дюймов. Три слоя или трехслойные плоские листы закрепляли в испытательном устройстве и подвергали действию потока воздуха при скорости 32 л/мин. Данные представлены в таблице 2.Filters AF3 (average pore size 16 μm), AF6 (average pore size 38 μm), AF11 (average pore size 37 μm) and AF16 (average pore size 28 μm) prepared in Example 1, and the HEPA filter were sent to Nelson Laboratories located in Salt Lake City, Utah, USA, for testing with a DOP aerosol and a neutralized monodisperse NaCl aerosol. The concentration during the test was 1.5 · 10 6 particles / cm 3 at a flow rate of 32 l / min through filters with an area of 100 cm 2 . Aerosols had an average particle size of the order of 0.3 μm, which was considered the most penetrating size. Test samples were prepared in the form of 10 × 10 cm squares or discs with a diameter of about 4-5 inches. Three layers or three-layer flat sheets were fixed in a test device and subjected to an air stream at a speed of 32 l / min. The data are presented in table 2.

Таблица 2table 2 Начальная проницаемость частиц ДОФ и NaClThe initial permeability of the particles of DOP and NaCl ОбразецSample # слоев# layers ДОФ/NaClDOP / NaCl Начальное сопротивление воздушному потоку (мм H2O)Initial airflow resistance (mm H 2 O) Проницаемость частиц, %Permeability of particles,% НЕРАHEPA 1one ДОФDOF 32,832.8 0,020.02 NaClNaCl 32,832.8 0,0250,025 AF16AF16 33 ДОФDOF 29,129.1 0,5130.513 NaClNaCl 32,132.1 0,3230.323 AF6AF6 4four ДОФDOF 23,423,4 1,271.27 NaClNaCl 23,623.6 0,7550.755 AF11AF11 4four ДОФDOF 19,519.5 2,722.72 NaClNaCl 19,419,4 1,601,60 AF3AF3 1one ДОФDOF 21,221,2 4,124.12 NaClNaCl 21,321.3 2,612.61

Фильтр AF16 имел самую низкую начальную проницаемость аэрозоли NaCl и ДОФ, хотя даже эта проницаемость была не сопоставима с проницаемостью для фильтра НЕРА. Этот образец состоит из смеси микростекла размером 1,5 и 2,5 микрона и содержит только 7,7% нанооксида алюминия. Он имеет размер пор около 28 мкм. Результаты показывают, что многие из композиций нанооксида алюминия имели проницаемость выше проницаемости НЕРА.The AF16 filter had the lowest initial permeability of NaCl and DOP aerosols, although even this permeability was not comparable with that of the HEPA filter. This sample consists of a mixture of microglasses of 1.5 and 2.5 microns in size and contains only 7.7% aluminum nanooxide. It has a pore size of about 28 microns. The results show that many of the nano alumina compositions had a permeability higher than that of HEPA.

ПРИМЕР 3EXAMPLE 3

Определение емкости по аэрозолю NaClDetermination of aerosol capacity NaCl

Фильтры AF3, AF6, AF11, AF16 и фильтр НЕРА (испытуемая площадь 100 см2) подвергали каждый действию аэрозоли NaCl при скорости потока 32 литра/мин в течение приблизительно 3 часов. Около 0,0067 мг/мин/см2 NaCl поступало на каждый фильтр, что эквивалентно примерно 40 мг/час. Как описано выше, обычно три слоя AF16 (1,2 мм каждый, суммарно 3,6 мм) были необходимы для достижения такого же перепада давления, как для НЕРА, поэтому для сравнения с НЕРА испытание проводили с тремя слоями.Filters AF3, AF6, AF11, AF16 and the HEPA filter (test area 100 cm 2 ) were each subjected to NaCl aerosols at a flow rate of 32 liters / min for approximately 3 hours. About 0.0067 mg / min / cm 2 NaCl was supplied to each filter, which is equivalent to about 40 mg / hour. As described above, usually three layers of AF16 (1.2 mm each, a total of 3.6 mm) were necessary to achieve the same pressure drop as for HEPA, therefore, for comparison with HEPA, the test was carried out with three layers.

На фиг.3 приведена графическая зависимость проницаемости для каждого фильтра, подвергаемого испытанию с помощью аэрозолей NaCl, от времени. Как показано, фильтр AF16 имел самую низкую начальную проницаемость по аэрозоли NaCl, но все же она была все еще значительно выше, чем для НЕРА. AF16 имел самую низкую проницаемость, и поэтому его использовали для дальнейшего исследования.Figure 3 shows a graphical dependence of permeability for each filter tested with NaCl aerosols on time. As shown, the AF16 filter had the lowest initial NaCl aerosol permeability, but it was still significantly higher than for HEPA. AF16 had the lowest permeability and was therefore used for further research.

ЕмкостьCapacity

На фиг.4 приведена графическая зависимость сопротивления воздуха на фильтрах от времени. Емкость (или срок службы фильтра) в этом примере определяется как время (в минутах), требующееся для достижения перепада давления (ΔР) порядка 50 мм H2O. Как показано на фиг.4, все подвергнутые испытаниям фильтры изобретения из нанооксида алюминия имели емкость, которая, по меньшей мере, была в десять раз больше емкости фильтра НЕРА. Фильтры AF6 и AF11 имели емкости, которые превышали емкость НЕРА примерно в 30 раз. Эти данные являются важными, так как "срок службы" фильтра обычно определяется в соответствии с выбранным предельным перепадом давления на фильтре. Нарастание давления на фильтре определяет срок службы при заданном уровне для данного применения или конструкции. Так как нарастание давление является результатом нагрузки, для систем с равной эффективностью более долгий срок службы обычно непосредственно связан с более высокой емкостью. Эффективностью является склонность материала задерживать, а не пропускать частицы. Обычно, чем более эффективным является фильтрующий материал при удалении частиц из потока газа, тем более быстро в большинстве случаев фильтрующий материал будет достигать разницу давления, определяющую "срок службы", предполагая, что другие переменные поддерживаются постоянными.Figure 4 shows a graphical dependence of the air resistance on the filters from time to time. The capacity (or filter life) in this example is defined as the time (in minutes) required to achieve a pressure drop (ΔP) of the order of 50 mmH 2 O. As shown in FIG. 4, all the tested nano alumina filters of the invention had a capacity , which was at least ten times larger than the capacity of the HEPA filter. AF6 and AF11 filters had capacities that exceeded the HEPA capacity by about 30 times. This data is important because the “service life” of the filter is usually determined according to the selected maximum pressure drop across the filter. The pressure build-up on the filter determines the life at a given level for a given application or design. Since pressure build-up is the result of a load, for systems with equal efficiency, a longer service life is usually directly related to a higher capacity. Efficiency is the tendency of a material to retain rather than let particles pass. Generally, the more effective the filter material when removing particles from the gas stream, the more quickly in most cases the filter material will reach a pressure difference that defines the “service life”, assuming other variables are kept constant.

Фильтр, имеющий повышенную емкость, имеет значительное преимущество, так как это снижает затраты на частую замену фильтра. Кроме того, многие фильтры, включая те, которые улавливают бактерии и вирусы или ядерные материалы, должны удаляться как опасные отходы. Поэтому снижение частоты, с которой фильтры, представляющие собой опасные отходы, должны быть заменены и удалены, представляет собой дополнительную экономическую выгоду.A filter having an increased capacity has a significant advantage since it reduces the cost of frequent filter replacement. In addition, many filters, including those that trap bacteria and viruses or nuclear materials, must be disposed of as hazardous waste. Therefore, reducing the frequency with which hazardous waste filters must be replaced and disposed of is an additional economic benefit.

В таблице 3 представлены результаты испытаний с аэрозолем NaCl при скорости воздушного потока 3,2 м/мин для фильтров, раскрытых в патентном документе U.S. Patent No. 6872431 to Kohlbaugh, и волокон изобретения, включающих нанооксид алюминия и микростекловолокна, для 0,3 мкм частиц при "pre-НЕРА" уровне, где "pre-НЕРА" определяется как эффективность материала, изменяющаяся в пределах от примерно 98,9% до 99,6%. В таблице 3 также представлены результаты испытания одного из фильтров изобретения (один слой фильтра AF16) для наиболее проникающих частиц нейтрализованного KCl с размером 0,33-0,40 мкм при скорости потока около 4,6 м/мин.Table 3 presents the test results with NaCl aerosol at an air flow rate of 3.2 m / min for the filters disclosed in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431 to Kohlbaugh, and fibers of the invention, including aluminum nanooxide and microglass, for 0.3 μm particles at a "pre-HEPA" level, where "pre-HEPA" is defined as material efficiency, ranging from about 98.9% to 99 , 6%. Table 3 also presents the test results of one of the filters of the invention (one filter layer AF16) for the most penetrating particles of neutralized KCl with a size of 0.33-0.40 microns at a flow rate of about 4.6 m / min.

Таблица 3Table 3 Проницаемость по аэрозолю NaCl (0,3 мкм) через испытываемые образцы при уровне "pre-HEPA"b Aerosol permeability of NaCl (0.3 μm) through test samples at "pre-HEPA" b МатериалMaterial Начальная проницаемость частиц, %The initial permeability of the particles,% Количество слоевNumber of layers Эффективность одного слоя, %The effectiveness of one layer,% Толщина, ммThickness mm Время достижения 125 мм H2O, минTime to reach 125 mm H 2 O, min Время достижения 50 мм H2O, минThe time to reach 50 mm H 2 O, min US 6872431US 6872431 0,6a 0.6 a 1010 4040 0,5b 0.5 b <170C <170 C <80C <80 C US 6872431US 6872431 0,4d 0.4 d 14fourteen 2828 0,75b 0.75 b <230C <230 C <125C <125 C US 6872431US 6872431 0,4a 0.4 a 2525 20twenty 1,4b,c 1.4 b, c <260C <260 C <170C <170 C AF6AF6 0,760.76 4four 80f 80 f 1,81.8 320f 320 f 160160 AF16AF16 1,191.19 1one 98,9g 98.9 g 1,21,2 170f 170 f 100f 100 f

Примечания: (а) это оцененное значение на основе уравнений, приведенных в патентном документе U.S. Patent No. 6872431 на страницах 23-24; (b) это оцененные значения на основе данных, приведенных в патентном документе U.S. Patent No. 6872431 на странице 35, строках 1-10; (с) это оцененные значения на основе данных, приведенных в патентном документе U.S. Patent No. 6872431 на странице 43; (d) это оцененное значение на основе данных, приведенных в патентном документе U.S. Patent No. 6872431 на странице 39; (е) оцененная толщина превышает ограничение для устройства из фильтрующего материала (см. пункт 14 формулы изобретения патентного документа U.S. Patent No. 6872431); (f) это оцененные значения; (g) этот фильтр подвергали испытанию с наиболее проникающими частицами нейтрализованного KCl с размером 0,33-0,40 мкм при скорости потока около 4,6 м/мин.Notes: (a) this is an estimated value based on the equations given in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431 on pages 23-24; (b) these are estimated values based on data provided in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431 on page 35, lines 1-10; (c) these are estimated values based on data provided in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431 on page 43; (d) this is an estimated value based on data provided in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431 on page 39; (e) the estimated thickness exceeds the limit for a device made of filter material (see Claim 14 of Patent Document U.S. Patent No. 6872431); (f) these are estimated values; (g) this filter was tested with the most penetrating neutralized KCl particles with a size of 0.33-0.40 μm at a flow velocity of about 4.6 m / min.

Результаты, приведенные в таблице 3, указывают, что при уровне "pre-НЕРА":The results shown in table 3 indicate that at the level of "pre-HEPA":

1. Материал AF6, который можно гофрировать, имеет более высокую емкость до достижения перепада давления около 125 мм Н2О и около 50 мм H2O по сравнению с материалом, раскрытым в патентном документе U.S. Patent No. 6872431, включающим или 10, или 14, или 25 слоев. Ожидаемый срок службы при 125 и 50 мм H2O повышен примерно на 40%, 28% и 20%, соответственно.1. The AF6 material, which can be corrugated, has a higher capacity until a pressure drop of about 125 mm H 2 O and about 50 mm H 2 O is achieved compared to the material disclosed in US Patent No. 6872431, including either 10, or 14, or 25 layers. The expected life at 125 and 50 mm H 2 O is increased by about 40%, 28% and 20%, respectively.

2. Один слой материала AF16 имеет ожидаемый срок службы и эффективность удаления наиболее проникающих частиц (KCl, 0,33-0,4 мкм), которые превышают эти показатели для фильтров, раскрытых в патентном документе U.S. Patent No. 6872431, из 10 и 14 слоев композитов.2. One layer of AF16 material has the expected life and removal efficiency of the most penetrating particles (KCl, 0.33-0.4 μm) that exceed these figures for the filters disclosed in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431, of 10 and 14 layers of composites.

Эти данные являются важными, так как они показывают, что волокнистый материал из нанооксида алюминия имеет повышенный ожидаемый срок службы по сравнению с фильтром патентного документа U.S. Patent No. 6872431, так как их эффективность удаления частиц превышает эффективность удаления частиц для фильтра патентного документа U.S. Patent No. 6872431. Таким образом, заявляемые фильтры из нанооксида алюминия являются не только более экономичными, но они также лучше работают. Кроме того, значительно дешевле производить однослойный материал, чем материал с 10-14 различными слоями, и в последнем случае, материал может иметь склонность к расслоению.These data are important because they show that the fibrous material of nano alumina has an increased expected life compared to the filter of the patent document U.S. Patent No. 6872431, since their particle removal efficiency exceeds the particle removal efficiency for the filter of patent document U.S. Patent No. 6872431. Thus, the inventive filters of nano alumina are not only more economical, but they also work better. In addition, it is much cheaper to produce a single-layer material than a material with 10-14 different layers, and in the latter case, the material may have a tendency to delamination.

В таблице 4 представлены результаты испытаний с помощью NaCl аэрозоля при скорости потока воздуха 3,2 м/мин для фильтров, раскрытых в патентном документе U.S. Patent No. 6872431, и волокон изобретения, включающих нанооксид алюминия и микростекловолокна, для удаления частиц размером 0,3 мкм при уровне НЕРА.Table 4 shows the results of aerosol NaCl tests at an air flow rate of 3.2 m / min for the filters disclosed in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431, and fibers of the invention, including aluminum nanooxide and microglass, to remove particles of 0.3 microns in size at the level of HEPA.

Таблица 4Table 4 Результаты испытаний с аэрозолем NaCl при уровне НЕРАTest results with NaCl aerosol at HEPA level МатериалMaterial Эффектив
ность композита, %
Effective
composite nost%
Количество слоевNumber of layers Эффективность одного слоя, %The effectiveness of one layer,% Толщина, ммThickness mm Время достижения 125 мм Н2О, минTime to reach 125 mm H 2 O, min Время достижения 50 мм H2O, минThe time to reach 50 mm H 2 O, min
US 6872431US 6872431 99,97a 99,97 a 1616 4040 0,89b 0.89 b <170C <170 C <80C <80 C US 6872431US 6872431 99,97a 99,97 a 2525 2828 1,4b 1.4 b <230C <230 C <125C <125 C AF6AF6 99,97d 99.97 d 55 80d 80 d 1,81.8 300Cd 300C d 140d 140 d AF11AF11 99,976b 99.976 b 66 75d 75 d 2,52.5 310d 310 d 120d 120 d Donaldson HEPADonaldson hepa 99,97599,975 1one 99,97599,975 0,20.2 2424 3,53,5

Примечания: (а) это оцененные значения на основе уравнений, приведенных в патентном документе U.S. Patent No. 6872431 на страницах 23-24; (b) это оцененные значения на основе данных, приведенных в патентном документе U.S. Patent No. 6872431 на странице 35, строках 1-10 (следует отметить, что оцененная величина толщины превышает ограничение для конструкции из материала фильтра для пункта формулы изобретения 14 патентного документа U.S. Patent No. 6872431); (с) это оцененное значение на основе данных, раскрытых в патентном документе U.S. Patent No. 6872431 на странице 39, строках 39-45; (d) это оцененное значение.Notes: (a) these are estimated values based on the equations given in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431 on pages 23-24; (b) these are estimated values based on data provided in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431 on page 35, lines 1-10 (it should be noted that the estimated thickness exceeds the limit for the filter material structure for claim 14 of U.S. Patent No. 6872431); (c) this is an estimated value based on the data disclosed in U.S. Patent Document. Patent No. 6872431 on page 39, lines 39-45; (d) This is an estimated value.

Данные, приведенные в таблице 4, указывают, что материалы AF6 и AF11 имеют большие величины емкости для достижения перепада давления 125 или 50 мм Н2О по сравнению с материалом, раскрытым в патентном документе U.S. Patent No. 6872431, который имеет 16 или 25 слоев. Материал изобретения повышает ожидаемый срок службы фильтра, по меньшей мере, на 80% до конечного давления 125 мм H2O по сравнению с материалом патентного документа U.S. Patent No. 6872431, хотя материал патентного документа U.S. Patent No. 6872431, имеющий 25 слоев, имеет сопоставимый ожидаемый срок службы в случае перепада давления 50 мм H2O.The data shown in table 4 indicate that the materials AF6 and AF11 have large capacitance values to achieve a differential pressure of 125 or 50 mm H 2 About in comparison with the material disclosed in patent document US Patent No. 6872431, which has 16 or 25 layers. The material of the invention increases the expected filter life by at least 80% to a final pressure of 125 mmH 2 O compared with the material of US Patent No. 6872431, although the material of patent document US Patent No. 6872431, having 25 layers, has a comparable expected life in the event of a pressure drop of 50 mm H 2 O.

ПРИМЕР 4EXAMPLE 4

Предварительное кондиционированиеPreconditioning

Целью этого примера являлось предотвращение начального проскока при протоколе НЕРА. Было предположено, что поры самого большого размера в фильтрующем материале (который содержит поры с широким интервалом размеров вследствие асимметричного расположения волокон) были ответственны за начальный проскок. Кроме того, было предположено, что введение инородной частицы в фильтр с целью кондиционирования фильтра перед использованием приведет к ее попаданию в самые крупные поры, блокированию их и в результате к снижению этого проскока и повышению эффективности фильтра.The purpose of this example was to prevent the initial slip through the HEPA protocol. It was suggested that the largest pores in the filter material (which contains pores with a wide range of sizes due to the asymmetric arrangement of the fibers) were responsible for the initial breakthrough. In addition, it was suggested that the introduction of a foreign particle into the filter in order to condition the filter before use will lead to its entry into the largest pores, blocking them and, as a result, reduce this slip and increase the efficiency of the filter.

Для того чтобы проверить это предположение, фильтры предварительно загружали кондиционирующим средством с целью закупоривания пор перед использованием. В этом испытании использовали образец AF16 (фильтр диаметром 25 мм). Для кондиционирования фильтров использовали монодисперсные латексные сферы (фирмы Duke Scientific), так как эти сферы стабильны в воздухе и на них не влияет влажность воздушного потока. Эксперименты проводили с латексными сферами диаметров 0,2, 0,5 или 1 мкм. Загружали сферами фильтр, и измеряли сопротивление воздуха.In order to verify this assumption, the filters were preloaded with a conditioning agent to clog the pores before use. Sample AF16 (25 mm diameter filter) was used in this test. Monodispersed latex spheres (from Duke Scientific) were used to condition the filters, since these spheres are stable in air and are not affected by humidity in the air stream. The experiments were carried out with latex spheres of diameters of 0.2, 0.5 or 1 μm. The spheres were loaded with a filter, and air resistance was measured.

Сопротивление воздушного потока измеряли, как описано выше. Предварительная загрузка сферами размером 0,2 мкм практически не влияла на перепад давления на фильтрах изобретения (данные не приводятся), и после нескольких предварительных загрузок измеряли мутность выходящего потока.Airflow resistance was measured as described above. Preloading with 0.2 μm spheres had virtually no effect on the pressure drop across the filters of the invention (data not shown), and after a few preloads, the turbidity of the effluent was measured.

На фиг.5 приведена графическая зависимость скорости воздуха и изменение давления после предварительной загрузки фильтров изобретения латексными сферами размером 0,5 или 1 мкм. Во время предварительной загрузки было отмечено, что мутность выходящего потока была ниже предела обнаружения 0,01 NTU, что означало количественную адсорбцию этих более крупных частиц фильтрующим материалом. Данные позволяют сделать вывод, что латексные сферы размером 0,5 и 1 мкм подходят для предварительного кондиционирования фильтров сферами.Figure 5 shows a graphical dependence of air velocity and pressure change after pre-loading the filters of the invention with latex spheres of 0.5 or 1 μm in size. During pre-loading, it was noted that the turbidity of the effluent was below the detection limit of 0.01 NTU, which meant the quantitative adsorption of these larger particles by filter material. The data suggest that latex spheres 0.5 and 1 μm in size are suitable for preconditioning filters with spheres.

В заключении, результаты примера 4 показывают, что:In conclusion, the results of example 4 show that:

1. Инородные частицы, такие как монодисперсные частицы, могут быть использованы для кондиционирования фильтрующего материал из нанооксида алюминия.1. Foreign particles, such as monodisperse particles, can be used to condition the filter material of nano alumina.

2. Измерение мутности во время предварительной загрузки является эффективным способом для наблюдения и контроля над процессом предварительной загрузки.2. Turbidity measurement during preload is an effective way to monitor and control the preload process.

3. Образцы могут быть загружены латексными шариками размером 0,5 и 1 мкм, что влияет на перепад давления (ΔР), который возникает при проведении испытания с аэрозолем NaCl.3. Samples can be loaded with latex balls of 0.5 and 1 μm in size, which affects the pressure drop (ΔP) that occurs when testing with NaCl aerosol.

4. Латексная частица размером 0,2 мкм слишком мала для достижения требуемого ΔР.4. The latex particle size of 0.2 μm is too small to achieve the desired ΔP.

В качестве альтернативы дорогим латексным частицам для предварительного кондиционирования фильтров могут быть использованы менее дорогие и предпочтительно субмикронные частицы, включая, например, ультрамелкий гранулированный уголь, агломераты коллоидального диоксида кремния (Cab-O-Sil) или оксиды металлов.As an alternative to expensive latex particles, less expensive and preferably submicron particles can be used to precondition the filters, including, for example, ultrafine granular carbon, colloidal silicon dioxide agglomerates (Cab-O-Sil) or metal oxides.

ПРИМЕР 5EXAMPLE 5

Испытания проницаемости по NaCl и емкости предварительно загруженных образцов AF16Testing NaCl Permeability and Capacity of Preloaded AF16 Samples

Испытуемые образцы приготавливали путем предварительной загрузки латексными сферами размером 0,5 мкм на одну поверхность фильтра, состоящего из 3 слоев материала AF16. Материал приготавливали в виде круглых дисков с площадью 175 см2. Образцы (площадь испытания 100 см2) подвергали (в лаборатории Nelson Laboratories) действию аэрозоля NaCl при скорости потока 32 литра/мин в течение около 3 часов каждый. Приблизительная масса NaCl, которую доставляли к фильтру, составляла 0,0067 мг/мин/см2, или 40 мг/час, или 0,5 %/час от массы подвергаемого воздействию фильтра. При скорости потока 32 литра/мин линейная скорость составляла 3,2 м/мин. Толщина фильтра из трех слоев AF16 составляла около 0,36 см, в результате чего рассчитанное время пребывания составляло около 0,07 с.Test samples were prepared by preloading latex spheres with a size of 0.5 μm on one surface of the filter, consisting of 3 layers of material AF16. The material was prepared in the form of round disks with an area of 175 cm 2 . Samples (test area 100 cm 2 ) were subjected (at Nelson Laboratories) to NaCl aerosol at a flow rate of 32 liters / min for about 3 hours each. The approximate mass of NaCl that was delivered to the filter was 0.0067 mg / min / cm 2 , or 40 mg / hour, or 0.5% / hour of the weight of the exposed filter. At a flow rate of 32 liters / min, the linear velocity was 3.2 m / min. The filter thickness of the three AF16 layers was about 0.36 cm, resulting in a calculated residence time of about 0.07 s.

На фиг.6 приведена графическая зависимость сопротивления воздуха для фильтров из нанооксида алюминия, предварительно кондиционированных латексными сферами, во время испытаний с NaCl. Как видно, на протяжении 3 часов испытания сопротивление воздуха для всех испытываемых образцов нанооксида алюминия было намного меньше, чем для НЕРА. В случае фильтра НЕРА ΔР достигало значения 50 мм H2O примерно через 4 минуты, в то время как для образцов нанооксида алюминия для достижения такого же ΔР требовалось около 40 минут (один фильтр из нанооксида алюминия, который содержал 9 мас.% латекса, достигал ΔР 50 мм H2O через примерно 30 минут). Это повышение срока службы фильтра, который составлял в 7-10 раз больше, чем для НЕРА, является преимуществом при применениях, при которых используют высоэффективные фильтры, включая фильтры для больниц, для военных средств коллективной защиты, для местной безопасности, для автомобилей и респираторов.Figure 6 shows a graphical dependence of air resistance for filters of nano alumina, pre-conditioned latex spheres, during tests with NaCl. As can be seen, during the 3 hours of testing, the air resistance for all tested samples of nano alumina was much less than for HEPA. In the case of the HEPA filter, ΔP reached a value of 50 mmH 2 O after about 4 minutes, while for nano alumina samples it took about 40 minutes to achieve the same ΔP (one filter made of nano alumina, which contained 9 wt.% Latex, reached ΔP 50 mm H 2 O after approximately 30 minutes). This increase in filter life, which was 7-10 times longer than for HEPA, is an advantage in applications that use highly efficient filters, including filters for hospitals, for military collective protective equipment, for local safety, for automobiles and respirators.

На фиг.7 приведена графическая зависимость проницаемости по NaCl для фильтров из нанооксида алюминия, предварительно кондиционированных с помощью латексных шариков. Хотя начальная проницаемость не снижалась ниже 0,03%, захват частиц увеличивался при постоянной загрузке частицами NaCl. Все предварительно кондиционированные образцы AF 16 имели более низкую проницаемость по NaCl, чем проницаемость не подвергнутого обработке образца AF 16. Наблюдается тенденция в сторону улучшения характеристики при повышенной предварительной загрузке латексными шариками размером 0,5 мкм, при самом низком значении проницаемости 0,047% для 9 мас.% латекса по сравнению с 0,03% проницаемостью, которая определяется НЕРА.Figure 7 shows a graphical dependence of NaCl permeability for filters of nano alumina, pre-conditioned using latex balls. Although the initial permeability did not decrease below 0.03%, particle capture increased with constant particle loading of NaCl. All preconditioned AF 16 samples had a lower NaCl permeability than the permeability of the untreated AF 16 sample. There is a tendency towards improved performance with increased preloading with 0.5 μm latex beads, at the lowest permeability value of 0.047% for 9 wt. .% latex compared with 0.03% permeability, which is determined by HEPA.

ПРИМЕР 6EXAMPLE 6

Фильтрующий материал испытывали на улавливание аэрозоля NaCl в лабораториях Nelson Laboratories, так же как в примере 2. На фиг.8 приведена графическая зависимость проницаемости аэрозоли NaCl размером 0,3 мкм через испытываемый материал. В этом примере сравнивали следующие образцы: НЕРА; один слой AF16 без предварительной загрузки, который использовали в качестве фильтра предварительной очистки перед фильтром НЕРА; и три слоя AF16, предварительно кондиционированных латексными частицами. Как видно, только фильтр НЕРА не мог быть классифицирован по эффективности в качестве ULPA. В отличие от этого, предварительно кондиционированный фильтр AF16 имел начальное и длительное улавливание порядка >99,99%, в силу чего его квалифицировали по эффективности в качестве фильтра ULPA. Кроме того, как показано на фиг.8, добавление одного слоя AF16 (не подвергнутого предварительному кондиционированию) в качестве фильтра предварительной очистки к фильтру НЕРА также приводило к квалификации ULPA. Эти данные показывают, что заявляемый фильтрующий материал из нанооксида алюминия имеет улавливание, которое превышает улавливание традиционных фильтров НЕРА, таких как фильтр Donaldson НЕРА filter, и что использование нанооксида алюминия в качестве фильтра предварительной очистки повышает квалификацию НЕРА до квалификации ULPA.The filter material was tested for trapping NaCl aerosol in the laboratories of Nelson Laboratories, as in example 2. Figure 8 shows a graphical dependence of the permeability of NaCl aerosol of 0.3 μm through the test material. In this example, the following samples were compared: HEPA; one AF16 layer without pre-loading, which was used as a pre-filter before the HEPA filter; and three layers of AF16 preconditioned with latex particles. As you can see, only the HEPA filter could not be classified by efficiency as ULPA. In contrast, the AF16 preconditioned filter had an initial and long-term recovery of the order of> 99.99%, which is why it was qualified as an ULPA filter by its efficiency. In addition, as shown in FIG. 8, the addition of one AF16 layer (not preconditioned) as a pre-filter to the HEPA filter also led to ULPA qualification. These data show that the inventive nano alumina filter media has a capture that exceeds that of traditional HEPA filters, such as a Donaldson HEPA filter, and that the use of nano alumina as a pre-filter increases the qualification of HEPA to ULPA qualification.

На фиг.9 приведена графическая зависимость сопротивления воздуха для испытуемых фильтров во время испытания на емкость по аэрозоли NaCl для описанных выше образцов. Добавление одного слоя AF16, который не подвергали предварительному кондиционированию, продлевало срок службы фильтра НЕРА примерно на 700% для достижения ΔР 50 мм, что могло бы приводить к значительной экономии, если это применялось бы на практике.Figure 9 shows a graphical dependence of the air resistance for the tested filters during the test for capacity by NaCl aerosol for the samples described above. Adding one AF16 layer that was not preconditioned extended the life of the HEPA filter by about 700% to achieve ΔP 50 mm, which could lead to significant savings if applied in practice.

Таким образом, заявляемые фильтры являются более эффективными при захвате частиц и имеют более продолжительный ожидаемый срок службы, чем традиционные фильтры НЕРА, и поэтому эти заявляемые фильтрующие материалы из нанооксида алюминия являются более экономически эффективными.Thus, the inventive filters are more effective at capturing particles and have a longer expected life than traditional HEPA filters, and therefore, these inventive filter materials of nano alumina are more cost-effective.

ПРИМЕР 7EXAMPLE 7

Образцы материала AF16 подвергали испытаниям на фирме LMS Technologies, Inc. (Edina, MN) в соответствии с методом 319 нормативных документов Агентства по охране окружающей среды США (EPA Method 319 regulations), которые относятся к измерению фильтрационных систем для улавливания избыточно распыляемой краски в авиакосмической промышленности. При отделочных операциях в промышленности США 30% распыляемой краски, что составляет 90 миллионов галлонов, распыляется избыточно, большая часть которой диспергируется в атмосфере.Samples of AF16 were tested at LMS Technologies, Inc. (Edina, MN) in accordance with Method 319 of the United States Environmental Protection Agency (EPA Method 319 regulations), which relates to the measurement of filter systems for trapping overspray paint in the aerospace industry. During finishing operations in the US industry, 30% of the spray paint, which is 90 million gallons, is sprayed excessively, most of which is dispersed in the atmosphere.

Один слой материала AF 16 подвергали испытанию при скорости потока 15 фут/мин. Начальный перепад давления составлял 22 мм H2O. На фиг.10 приведена графическая зависимость улавливания или выраженной в процентах эффективности испытуемого фильтра от размера частиц. Эти же данные представлены в таблице 5.One layer of AF 16 material was tested at a flow rate of 15 ft / min. The initial pressure drop was 22 mm H 2 O. Figure 10 shows a graphical dependence of the capture or expressed as a percentage of the efficiency of the test filter on the particle size. The same data are presented in table 5.

Фильтр также сравнивали с коммерческим sub-HEPA фильтром (Trinitex K903-70, фирмы Ahlstrom). На фиг.14 приведено сравнение перепада давления на фильтре Trinitex с перепадом давления на фильтре AF16. Показано, что перепад давления на двух фильтрах является почти одинаковым. Важно, что улавливание с помощью AF16 было намного лучше, чем в случае спецификации EPA, так же как и материала Ahlstrom, для всех размеров частиц в интервалах сравнения. Данные показывают, что новый материал может значительно улучшить характеристику материала sub-HEPA без необходимости предварительного кондиционирования.The filter was also compared with a commercial sub-HEPA filter (Trinitex K903-70, Ahlstrom). FIG. 14 compares the differential pressure across the Trinitex filter with the differential pressure across the AF16 filter. It is shown that the pressure drop across the two filters is almost the same. Importantly, AF16 capture was much better than EPA specification, as well as Ahlstrom material, for all particle sizes in the comparison intervals. The data show that the new material can significantly improve the performance of sub-HEPA material without the need for pre-conditioning.

Таблица 5Table 5 Улавливание аэрозоля KCl в зависимости от размера частицKCl aerosol capture based on particle size Интервал размера частиц (мкм)Particle Size Interval (μm) Начальное улавливание одним слоем фильтрующего материала из нанооксида алюминия AF16 (%)Initial capture with a single layer of filter material of nano alumina AF16 (%) Спецификация EPA 319EPA 319 Specification Ahlstrom TrinitexAhlstrom trinitex 0,33-0,400.33-0.40 98,92398,923 52%52% 0,40-0,500.40-0.50 99,36599,365 >75%> 75% 59%59% 0,50-0,600.50-0.60 99,74399,743 63%63% 0,60-0,800.60-0.80 99,98999,989 >85%> 85% 68%68% 0,80-1,000.80-1.00 99,95599,955 74%74% 1,00-1,501.00-1.50 99,98399,983 90%90% 1,50-2,001,50-2,00 99,99599,995 >95%> 95% 95%95%

ПРИМЕР 8EXAMPLE 8

Одновременно рассматриваемая патентная заявка посвящена использованию серебра для контроля над размножением бактерий. Поэтому здесь проводили эксперимент по включению серебра в материал для фильтрации воздуха. Из порошка алюминия готовили вручную три листа нанооксида алюминия, как описано для образца HF0404 в примере 1, за исключением того, что к суспензии добавляли нитрат серебра (0,1%, 0,3% и 1 мас.%, считая на серебро от массы сухой суспензии). Образцы (диаметром 25 мм) закрепляли в держателе фильтра, и загружали 10 мл суспензии, содержащей 8·107 CFU/мл бактерий Klebsiella terrigena в буферированном водном растворе. Бактерии элюировали из фильтров в обратном направлении с помощью 3 мл раствора, содержащего 3% говяжьего экстракта и 0,35% раствора глицина, при рН 7,5 сразу же после загрузки и затем после 1, 5 и 18 часов выдержки.At the same time, the patent application under consideration is devoted to the use of silver to control the growth of bacteria. Therefore, an experiment was conducted here to incorporate silver into the material for air filtration. Three aluminum nanooxide sheets were prepared manually from aluminum powder, as described for sample HF0404 in Example 1, except that silver nitrate (0.1%, 0.3%, and 1% by weight, based on silver by weight) was added to the suspension dry suspension). Samples (25 mm in diameter) were fixed in the filter holder, and 10 ml of a suspension containing 8 × 10 7 CFU / ml of Klebsiella terrigena bacteria in a buffered aqueous solution was loaded. Bacteria eluted from the filters in the opposite direction using a 3 ml solution containing 3% beef extract and 0.35% glycine solution, at pH 7.5 immediately after loading and then after 1, 5 and 18 hours of exposure.

На фиг.11 приведена графическая зависимость противомикробного действия введения ионов серебра на нановолокна из оксида алюминия от времени экспозиции для фильтра. Как показано, фильтры из нанооксида алюминия, импрегнированные серебром, контролируют размножение бактерий, при этом контроль улучшается по мере роста содержания нитрата серебра.Figure 11 shows a graphical dependence of the antimicrobial effect of the introduction of silver ions on nanofibres of aluminum oxide on the exposure time for the filter. As shown, silver impregnated nano alumina filters control the growth of bacteria, while control improves with increasing silver nitrate content.

Испытания также показали, что 1% серебра не имел ощутимого действия на фильтрацию вируса MS2, тем самым демонстрируя, что вирусная эффективность фильтрующего материала не изменялась после адсорбции 1% серебра.Tests also showed that 1% silver had no tangible effect on the filtration of the MS2 virus, thereby demonstrating that the viral effectiveness of the filter material did not change after adsorption of 1% silver.

Эти результаты показывают, что добавление нитрата серебра к фильтру минимизирует любой вторичный унос бактерий или вируса из фильтра, так как он действует как противомикробное средство. Выход серебра из фильтров, которые были им импрегнированны, составлял около 30 мкг/л, значительно ниже 100 мкг/л, требуемых ЕРА для питьевой воды. После использования фильтр может быть удален в качестве бытового отхода, а не опасного отхода, требующего дорогой переработки.These results show that the addition of silver nitrate to the filter minimizes any secondary ablation of bacteria or virus from the filter, since it acts as an antimicrobial agent. The yield of silver from the filters that were impregnated with it was about 30 μg / L, well below the 100 μg / L required by EPA for drinking water. After use, the filter can be disposed of as household waste rather than hazardous waste requiring expensive processing.

ПРИМЕР 9EXAMPLE 9

Испытание образцов материала с аэролизованными бактериями кишечной палочки (Е.Coil)Testing samples of material with aerosolized E. coli bacteria (E. Coil)

Установка, первоначально разработанная Henderson [1], была собрана и использована в испытании с бактериями кишечной палочки (Е. coli). В установке, схема которой приведена на фиг.12, 5 мл суспензии Е. coli 1,4·109 CFU/мл в буферном растворе распыляли с помощью аэрозольного аппарата DeVilbiss PulmoMate Nebulizer (Model SR4650D). Второй аэрозольный аппарат работал с равным количеством буферного раствора. Генерируемые аэрозоли впрыскивали в трубку диаметром 5 см и длиной 90 см. Относительную влажность корректировали путем смешения воздуха, который пропускали через секции увлажнения и осушки установки кондиционирования воздуха перед подачей в распылительную трубку. Относительную влажность и температуру воздуха вблизи конца трубки измеряли с помощью влагомера. Приблизительно 1/3 потока из выходного отверстия трубы для аэрозоля пропускали через импинджер AG1-30. Остальной поток пропускали через систему труб с внутренним диаметром 12 мм и затем объединяли с воздухом, выходящим из импинджера. Воздушный поток пропускали через фильтр НЕРА (Whatman, PolyVent-1000 Cat #6713-1075).The setup, originally developed by Henderson [1], was assembled and used in a test with E. coli bacteria. In the setup shown in FIG. 12, 5 ml of a suspension of E. coli 1.4 · 10 9 CFU / ml in a buffer solution was sprayed using a DeVilbiss PulmoMate Nebulizer aerosol apparatus (Model SR4650D). The second aerosol apparatus worked with an equal amount of buffer solution. The generated aerosols were injected into a tube with a diameter of 5 cm and a length of 90 cm. The relative humidity was adjusted by mixing the air, which was passed through the humidification and drying sections of the air conditioning unit before being fed into the spray tube. Relative humidity and air temperature near the end of the tube were measured using a moisture meter. Approximately 1/3 of the flow from the outlet of the aerosol pipe was passed through the AG1-30 impinger. The remaining stream was passed through a system of pipes with an internal diameter of 12 mm and then combined with air leaving the impinger. Air flow was passed through a HEPA filter (Whatman, PolyVent-1000 Cat # 6713-1075).

Суммарный поток составлял 38 литров воздуха в минуту. Два аэрозольных аппарата производили поток 12 л/мин (6 л/мин каждый), и 26 л/мин воздушного потока подавали с помощью воздушного компрессора. Поток воздуха через импинджер составлял 12 л/мин.The total flow was 38 liters of air per minute. Two aerosol devices produced a flow of 12 l / min (6 l / min each), and 26 l / min of air flow was supplied using an air compressor. The air flow through the impinger was 12 l / min.

Эффективность фильтра вычисляли как:The filter efficiency was calculated as:

Figure 00000002
Figure 00000002

где концентрацию Е.coli выше по потоку фильтра определяли до попадания в фильтр воздушного потока, содержащего Е.Coli, и концентрацию Е.coli ниже по потоку фильтра определяли после фильтрации воздушного потока, содержащего Е.Coli, при приблизительно 100% относительной влажности.where the concentration of E. coli upstream of the filter was determined before entering the filter with an air stream containing E. Coli, and the concentration of E. coli downstream of the filter was determined after filtering the air stream containing E. Coli at approximately 100% relative humidity.

В первом эксперименте в держателе фильтра диаметром 90 мм устанавливали три слоя фильтрующего материала AF16 (без предварительного кондиционирования с помощью частиц). Во втором эксперименте один слой Donaldson НЕРА устанавливали в таком же держателе фильтра. Как показано в таблице 6, фильтрующий материал AF16 продемонстрировал улавливание бактерий, которое было примерно в 50 раз больше, чем улавливание для фильтра НЕРА.In the first experiment, three layers of filter material AF16 were installed in a filter holder with a diameter of 90 mm (without preconditioning with particles). In a second experiment, one layer of Donaldson HEPA was installed in the same filter holder. As shown in Table 6, the AF16 filter media showed bacterial capture, which was approximately 50 times greater than that of the HEPA filter.

Таблица 6Table 6 Выраженная в процентах эффективность фильтра из нанооксида алюминия против аэролизованных бактерий кишечной палочки (Е.Coli) (Условия - 32 литра в минуту, относительная влажность 100%, температура 23,9°С)The percentage efficiency of the filter made of aluminum nanooxide against aerosolized bacteria of E. coli (E. Coli) (Conditions - 32 liters per minute, relative humidity 100%, temperature 23.9 ° C) Фильтрующий материалFilter material Толщина, мм, (число слоев × толщина)Thickness, mm, (number of layers × thickness) Средний размер пор, *мкмThe average pore size, * microns Фильтр/Без фильтраFilter / No filter Количество бактерий Е.coli, определенных в AGI-30 буферном растворе, CFUThe number of E. coli bacteria identified in AGI-30 buffer solution, CFU Эффективность улавливания E.coli, %The capture efficiency of E. coli,% AF16AF16 3,63.6 2828 ФильтрFilter <1<1 >99,9998> 99,9998 (=3×1,2)(= 3 × 1.2) Без фильтраWithout a filter 5,9·105 5.910 5 AF6AF6 7,27.2 3838 ФильтрFilter <4<4 >99,9992> 99,9992 (=4×1,8)(= 4 × 1.8) Без фильтраWithout a filter 5,2·105 5.210 5 AF3AF3 0,90.9 1616 ФильтрFilter <4<4 >99,9992> 99,9992 (=1×0,9)(= 1 × 0.9) Без фильтраWithout a filter 5,2·105 5.210 5 AF11AF11 1,31.3 3737 ФильтрFilter 4four 99,99499,994 (=1×1,3)(= 1 × 1.3) Без фильтраWithout a filter 6,7·104 6.7 · 10 4 Donaldson НЕРАDonaldson HEPA 0,40.4 66 ФильтрFilter 4040 99,99299,992 (=1×0,4)(= 1 × 0.4) Без фильтраWithout a filter 5·105 5 · 10 5 * Данные из таблицы 1* Data from table 1

Каждый образец AF имеет размер пор, который значительно больше, чем размер пор традиционного воздушного фильтра НЕРА. Известно, что при фильтрации больший размер пор материала меньше склонен к забивке. Эта стойкость к забивке также может переноситься на способность фильтров изобретения быть менее устойчивыми к захлебыванию каплями воды.Each AF sample has a pore size that is significantly larger than the pore size of a conventional HEPA air filter. It is known that when filtering, the larger pore size of the material is less prone to clogging. This clogging resistance can also be transferred to the ability of the filters of the invention to be less resistant to flooding by water drops.

Продемонстрированная способность нановолокон из оксида алюминия удалять высокие концентрации бактерий была неожиданным результатом и является важным преимуществом, особенно когда фильтр используют для коллективной защиты в больнице, где лечат больных СПИДом, или для защиты во время применения биологического оружия. Такой материал был бы также выгодным для улучшения улавливания бактерий с помощью респираторного фильтра. Дополнительным преимуществом является более низкий перепад давления для фильтра изобретения по сравнению с фильтром НЕРА, особенно по мере загрузки фильтра. И, наконец, еще одним преимуществом является то, что размер пор фильтрующего материала из нанооксида алюминия является довольно большим, что дает значительно более пористый фильтр, который позволяет улавливать значительно больше воды, в результате чего его можно подвергать действию длительной загрузки каплями воды или туманов.The demonstrated ability of alumina nanofibers to remove high concentrations of bacteria was an unexpected result and is an important advantage, especially when the filter is used for collective protection in a hospital where AIDS patients are treated, or for protection during the use of biological weapons. Such a material would also be beneficial in improving the capture of bacteria using a respiratory filter. An additional advantage is the lower pressure drop for the filter of the invention compared to the HEPA filter, especially as the filter is loaded. And finally, another advantage is that the pore size of the filter material of aluminum nanooxide is quite large, which gives a significantly more porous filter that allows you to capture much more water, as a result of which it can be exposed to prolonged loading with drops of water or fogs.

ПРИМЕР 10EXAMPLE 10

Два эксперимента проводили так же, как описано в примере 9, за исключением того, что аэрозоль содержал вирус MS2 (размером 25 нм), и испытание осуществляли при двух различных значениях относительной влажности. В этом случае испытываемые образцы имели небольшой размер пор (~2 мкм) и толщину 0,4 мм.Two experiments were performed as described in Example 9, except that the aerosol contained MS2 virus (25 nm in size) and the test was carried out at two different relative humidity values. In this case, the test samples had a small pore size (~ 2 μm) and a thickness of 0.4 mm.

Figure 00000003
Figure 00000003

В таблице 7 показано, что фильтр имел высокую степень очистки по аэролизованному вирусу. Эти результаты являются важными, так как вирусы, которые обычно на один или два порядка по размеру меньше, чем бактерии, очень трудно улавливать за счет толщины фильтрующего материала. Улавливание вируса с помощью НЕРА является также проблематичным, так как многие патогенные вирусы имеют размер меньше, чем 0,1 мкм, что значительно меньше испытательных частиц размером 0,3 мкм, используемых для установления характеристики НЕРА. Эффективная фильтрация монодисперсного вируса была бы очень неэффективной. Если вирус обволакивается водным аэрозолем, то тогда фильтры НЕРА, которые обычно гидрофобны, теряют эффективность по мере того как в фильтре накапливается вода. Заявляемый фильтрующий материал из нанооксида алюминия обеспечивает более высокую эффективность и емкость и поэтому мог бы быть использован в фильтрующих противогазах и системах коллективной защиты, например в больницах, и для защиты от биологического оружия.Table 7 shows that the filter had a high degree of purification for the aerosolized virus. These results are important because viruses, which are usually one or two orders of magnitude smaller than bacteria, are very difficult to capture due to the thickness of the filter material. The capture of the virus using HEPA is also problematic, since many pathogenic viruses are smaller than 0.1 μm, which is significantly smaller than test particles of 0.3 μm in size used to establish the characteristics of HEPA. Effective filtration of a monodisperse virus would be very ineffective. If the virus is enveloped in an aqueous aerosol, then HEPA filters, which are usually hydrophobic, lose their effectiveness as water accumulates in the filter. The inventive filter material of nano alumina provides higher efficiency and capacity and therefore could be used in filter gas masks and collective protection systems, for example in hospitals, and for protection against biological weapons.

Пример 11. Сформованные вручную листы из "лиосел/NC" и "целлюлоза/NC"Example 11. Hand-formed sheets of "lyosel / NC" and "cellulose / NC"

Восемьдесят грамм очищенного волокна лиосел (20% твердых частиц) фирмы Fiber Innovation Technology диспергировали в 0,75 л очищенной с помощью обратного осмоса воды бытовым блендером (12 скоростной блендер Osterizer) в режиме "мелкое дробление льда" в течение 2 минут. Количество порошка алюминия, добавляемое к смеси (1 г), было таким, чтобы после реакции твердые вещества состояли бы из 12 частей АlOOН и 88 частей волокон лиосел (образец AF34 в таблице 16а). Аналогично, количества порошка алюминия, добавляемого к смеси (2 г), и 1 г сухих порошков коллоидального диоксида кремния перед реакций алюминий-вода были такими, чтобы после реакции твердые вещества состояли бы из 20 частей АlOOН, 5% коллоидального диоксида кремния и 7,5 частей волокон лиосел (образец AF35 в таблице 8). В качестве контроля приготавливали сформованные вручную листы из чистого лиосела (AF33), целлюлозы (AF28) и смеси 72% целлюлозы и 28% АlOOН (AF32).Eighty grams of purified fiber lyosel (20% solids) from Fiber Innovation Technology was dispersed in 0.75 L of purified reverse osmosis water using a household blender (12-speed Osterizer blender) in the “ice crushing” mode for 2 minutes. The amount of aluminum powder added to the mixture (1 g) was such that after the reaction, the solids consisted of 12 parts AlOOH and 88 parts lyocell fibers (sample AF34 in table 16a). Similarly, the amounts of aluminum powder added to the mixture (2 g) and 1 g of dry colloidal silica powders before the aluminum-water reactions were such that after the reaction, the solids consisted of 20 parts AlOOH, 5% colloidal silicon dioxide and 7, 5 parts of lyocell fibers (sample AF35 in table 8). As a control, manually formed sheets of pure lyosel (AF33), cellulose (AF28) and a mixture of 72% cellulose and 28% AlOOH (AF32) were prepared.

Таблица 8Table 8 Состав и свойства сформованных вручную листов, содержащих лиосел/целлюлозу и результаты улавливания MS2Composition and properties of manually molded sheets containing lyocell / cellulose and MS2 capture results Образец #Sample # СоставStructure Плотность листов, г/м2 The density of sheets, g / m 2 Разрывная длина, мBreaking length, m Пористость, в доляхPorosity, in shares Средний размер пор, мкмThe average pore size, microns Количество слоевNumber of layers Улавливаниеa MS2, %Capture a MS2,% AF28AF28 100% Целлюлоза100% Cellulose 166166 460±28460 ± 28 0,820.82 88 33 0%0% AF32AF32 72% Целлюлоза + 28% NCb 72% Cellulose + 28% NC b 229229 <10<10 0,890.89 1313 33 20%twenty% AF33AF33 100% Лиосел100% Liocel 166166 1022±1361022 ± 136 0,500.50 1,81.8 1one 0%0% 22 10%10% 33 20%twenty% AF34AF34 88% Л + 12% NCb 88% L + 12% NC b 188188 1013±1191013 ± 119 0,500.50 2,02.0 1one 99,999499,9994 22 >99,9997> 99,9997 33 >99,9997> 99,9997 AF35AF35 75% Лиосел + 5%Cab-O-Sil + 20% NCb 75% Liocel + 5% Cab-O-Sil + 20% NC b 183183 906±44906 ± 44 0,500.50 1/81/8 1one >99,9997> 99,9997 22 >99,9997> 99,9997 33 >99,9997> 99,9997 Примечания: а) для исследования был приготовлен раствор MS2 2,0·107 PFU/мл. Аликвоты по 10 мл суспензии MS2 фильтровали через диски диаметром 25 мм при скорости потока 40 мл/мин; b) NanoCeram.Notes: a) for the study, a solution of MS2 2.0 · 10 7 PFU / ml was prepared. Aliquots of 10 ml of MS2 suspension were filtered through 25 mm diameter disks at a flow rate of 40 ml / min; b) NanoCeram.

Диски (25 мм) вырезали из описанных выше образцов и испытывали с вирусами MS2 при исходной концентрации 2,0·107 PFU/мл и скорости потока 40 мл/мин. В таблице 8 показано, что сформованные вручную листы, изготовленные из чистой целлюлозы, микрофибриллированной целлюлозы (лиосел) или смеси 72% целлюлозы/28% NC, не обладали эффективностью или имели очень низкую эффективность по удалению вируса MS2. Смеси 88% лиосел/12% NC и 75% лиосел/5%Cab-O-Sil/20%NC имели эффективность даже большую, чем один слой NC (99,5%, см. таблицу 16), тем самым указывая на то, что лиосел является отличным волокнистым носителем для нанооксида алюминия.Disks (25 mm) were excised from the samples described above and tested with MS2 viruses at an initial concentration of 2.0 · 10 7 PFU / ml and a flow rate of 40 ml / min. Table 8 shows that manually formed sheets made from pure cellulose, microfibrillated cellulose (lyocell) or a mixture of 72% cellulose / 28% NC did not have efficiency or had a very low efficiency in removing MS2 virus. Mixtures of 88% lyocell / 12% NC and 75% lyocell / 5% Cab-O-Sil / 20% NC had an efficiency even greater than one NC layer (99.5%, see table 16), thereby indicating that lyosel is an excellent fibrous carrier for nano alumina.

Примеры. Волокнистая структураExamples. Fiber structure

Приведенные ниже примеры иллюстрируют введение мелких, ультрамелких или наноразмерных частиц в нетканую фильтрующую структуру. Примеры включают сорбент, катализатор, порошкообразный активированный уголь, наноразмерный уголь, РНК, частицы TiO2 (50 нм) и коллоидальный диоксид кремния (начальный размер частиц около 15 нм, по мере агломерации несколько сотен нанометров). В каждом случае время формования значительно меньше, чем в случае, когда используют нанооксид алюминия, что делает целесообразным производство нового материала с помощью способов мокрого формования (способов производства бумаги).The following examples illustrate the incorporation of fine, ultrafine or nanoscale particles into a non-woven filter structure. Examples include sorbent, catalyst, powdered activated carbon, nanosized carbon, RNA, TiO 2 particles (50 nm) and colloidal silicon dioxide (initial particle size of about 15 nm, as the agglomeration is several hundred nanometers). In each case, the molding time is much shorter than when aluminum nanooxide is used, which makes it expedient to produce new material using wet forming methods (paper production methods).

Приводятся также примеры, в которых сравнивают заявленную волокнистую структуру, содержащую порошкообразный активированный уголь, с производимым в промышленности материалом из активированного угля путем сравнения проскока растворимого йода через соответствующий материал. Проскок через один слой производимого в промышленности материала с приблизительно такой же плотностью происходит практически мгновенно, в то время как заявляемый фильтрующий материал имеет срок службы примерно в 800 раз больше.Examples are also given in which the claimed fibrous structure containing powdered activated carbon is compared with an activated carbon material manufactured in industry by comparing the leakage of soluble iodine through the corresponding material. The slip through one layer of industrial-produced material with approximately the same density occurs almost instantly, while the inventive filter material has a service life of approximately 800 times longer.

ПРИМЕР 12. Исходные материалыEXAMPLE 12. Starting materials

Суспензии нанооксида алюминия на крупных волокнах, таких как микростекло или лиосел, приготавливали из порошка алюминия. В нескольких словах, два грамма микростекловолокон (фирмы Lauscha Fiber International, боросиликатное стекло, марка B-06-F, диаметр 0,6 мкм) диспергировали в 0,75 л фильтрата, полученного из генератора для обратного осмоса воды, с помощью бытового блендера (12 скоростной блендер Osterizer) в режиме "неполное измельчение" в течение 2 минут. Количества 1,36 г и 0,61 г, соответственно, порошка алюминия (фирмы Atlantic Equipment Engineers, марка AL-100, 1-5 мкм) добавляли к микростекловолокнам так, чтобы после реакции они давали бы соответственно 60 частей АlOOН/40 частей микростекла и 40 частей АlOOН/60 частей микростекла.Suspensions of nano alumina on large fibers, such as microglass or lyocell, were prepared from aluminum powder. In a few words, two grams of microglass fibers (Lauscha Fiber International, borosilicate glass, grade B-06-F, diameter 0.6 μm) were dispersed in 0.75 L of the filtrate obtained from the reverse osmosis generator using a household blender ( 12-speed blender Osterizer) in the regime of "incomplete grinding" for 2 minutes. Amounts of 1.36 g and 0.61 g, respectively, of aluminum powder (Atlantic Equipment Engineers, brand AL-100, 1-5 μm) were added to the microglass so that after the reaction they would give 60 parts AlOOH / 40 parts of microglass, respectively and 40 parts AlOOH / 60 parts microglass.

Гидроксид аммония (8 мл 36% на 750 мл мульчи) добавляли для инициирования реакции алюминия с водой с образованием АlOOН и водорода. Смесь нагревали до кипения и выдерживали при температуре кипения 10 минут до тех пор, пока цвет смеси не становился белым (если добавляемые частицы черного цвета), и затем охлаждали и нейтрализовывали до рН около 7 с помощью хлористоводородной кислоты. Результатом является нанооксид алюминия, сформованный на более крупном волокне (далее, смесь "NC"), таком как микростекло или лиосел, описанных в последующих примерах.Ammonium hydroxide (8 ml 36% per 750 ml mulch) was added to initiate the reaction of aluminum with water to form AlOOH and hydrogen. The mixture was heated to a boil and kept at a boiling point for 10 minutes until the color of the mixture turned white (if the added particles are black), and then cooled and neutralized to a pH of about 7 with hydrochloric acid. The result is nano alumina formed on a larger fiber (hereinafter, “NC” mixture), such as microglass or lyocell, as described in the following examples.

Затем добавляли частицы сорбента в виде сухого порошка или в виде суспензии порошков (например, TiO2) в воде к суспензии нановолокон и крупных волокон или до, или после реакции алюминий-вода. Затем суспензии смешивали вручную.Then, the sorbent particles were added in the form of a dry powder or in the form of a suspension of powders (for example, TiO 2 ) in water to a suspension of nanofibers and large fibers either before or after the aluminum-water reaction. Then the suspensions were mixed manually.

Следующие примеры иллюстрируют заявляемую волокнистую структуру, содержащую наноразмерные частицы, которая включает аморфный коллоидальный диоксид кремния (средний размер частиц (СРЧ) ~15 нм, фирмы Cabot Corp., Cab-O-Sil, марки М5), порошки TiO2 со СРЧ ~50 нм, которые производят в России и поставляет фирма Argonide Corp, и рибонуклеиновую кислоту (РНК), наименьший размер которой составляет примерно менее 1 нанометра. Приведены другие примеры, в которых частицей является сорбент (ПАУ), поставляемый фирмой Calgon Carbon (марка WPH, 99%-100 меш, 95%-200 меш и 90%-325 меш, СРЧ ~28 мкм), и угольные нанопорошки размером 30 нанометров, поставляемые фирмой Aldrich (Cat. #633100).The following examples illustrate the inventive fibrous structure containing nanoscale particles, which includes amorphous colloidal silicon dioxide (average particle size (RMS) ~ 15 nm, firms Cabot Corp., Cab-O-Sil, brand M5), TiO 2 powders with RMS ~ 50 nm, which are produced in Russia and supplied by Argonide Corp, and ribonucleic acid (RNA), the smallest size of which is approximately less than 1 nanometer. Other examples are given in which the particle is a sorbent (PAH) supplied by Calgon Carbon (WPH brand, 99% -100 mesh, 95% -200 mesh and 90% -325 mesh, RMS ~ 28 μm), and carbon nanopowders of size 30 nanometers supplied by Aldrich (Cat. # 633100).

В других примерах к смесям NC добавляли испытательные пыли пустыни Аризона (Arizona test dusts), состоящие главным образом из диоксида кремния. Использовали две различные марки испытательных пылей пустыни Аризона (Arizona test dusts), 0-3 мкм (СРЧ ~1,13 мкм) и 0-5 мкм (СРЧ ~2 мкм), обе поставляемые фирмой РТ1 Powder Technology Inc.In other examples, Arizona desert dusts, mainly consisting of silicon dioxide, were added to NC mixtures. Two different brands of Arizona desert dusts (Arizona test dusts), 0-3 μm (RMS ~ 1.13 μm) and 0-5 μm (RMS ~ 2 μm), both supplied by PT1 Powder Technology Inc., were used.

В примере также приведен добавляемый к смеси NC катализатор Carulite-400 (type С), который является медью, активированной порошком двуокиси марганца (типа гопкалита), с размером частиц 3-8 мкм, поставляемый фирмой Cams Chemical Company.The example also shows Carulite-400 (type C) catalyst added to the NC mixture, which is copper activated with manganese dioxide powder (such as hopcalite), with a particle size of 3-8 μm, supplied by Cams Chemical Company.

Отношение частиц к сетке из нанооксида алюминия/крупного волокна ("NC") зависит от требуемых эксплуатационных характеристик материала. Например, приходится находить компромисс между способностью композита ПАУ-NC удалять органические вещества и способностью удалять загрязняющие вещества в форме частиц, на которые влияет выбранное содержание ПАУ. Композит ПАУ-NC, который содержит пониженное количество ПАУ, повышает способность волокнистой структуры удалять бактерии, вирусы и другие загрязняющие вещества из потока жидкости или газа, тем самым позволяя получать, например, питьевую воду, которая практически дезинфицирована от микробов, а также удаляя растворимые загрязняющие вещества, включая хлор, галогенированные углеводороды и токсичные растворимые металлы.The ratio of particles to a nano alumina / coarse fiber ("NC") network depends on the required performance of the material. For example, it is necessary to find a compromise between the ability of the PAH-NC composite to remove organic substances and the ability to remove pollutants in the form of particles that are affected by the selected PAH content. The PAH-NC composite, which contains a reduced amount of PAHs, increases the ability of the fibrous structure to remove bacteria, viruses and other contaminants from a liquid or gas stream, thereby allowing, for example, drinking water to be obtained, which is practically disinfected from microbes, as well as removing soluble contaminants substances, including chlorine, halogenated hydrocarbons and toxic soluble metals.

Другие волокна, такие как целлюлоза или полиэфирное бикомпонентное волокно, могут быть добавлены с целью упрочнения волокнистой структуры и превращения ее в более эластичную.Other fibers, such as cellulose or polyester bicomponent fiber, may be added to strengthen the fibrous structure and make it more elastic.

ПРИМЕР 13. Формование волокнистых материаловEXAMPLE 13. The formation of fibrous materials

В этом примере два грамма или 1,3 грамма описанных в примере 12 частиц (то есть аморфного коллоидального диоксида кремния, РНК, Carulite, мелкой испытательной пыли, наноуглерода и ПАУ и TiO2) добавляли к суспензиям 60/40 или 40/60 NC, приготовленным, как описано в примере 12, с получением NC-суспензий, содержащих 28 мас.% порошков частиц. Суспензии перемешивали вручную. Аналогично, 5 г и 3,33 г перечисленных выше порошков добавляли к суспензиям 60/40 и 40/60 с получением 50 мас.% загрузки порошками частиц. За исключением структуры NC, загруженной TiO2 (см. ниже), порошок добавляли после того как начинала протекать реакция. Во всех примерах для оценки оптимального момента времени добавления частиц в смесь эксперименты проводили, добавляя частицы до и после того как начиналась реакция. Однако когда частицы включают мелкую пыль (Таблица 9), Carulite (таблица 11) или РНК (таблица 13), частицы добавляют после начала реакции с целью исключить изменение естественных свойств частиц. В случае ПАУ (таблицы 14, 15) частицы добавляли или до, или после начала реакции.In this example, two grams or 1.3 grams of the particles described in Example 12 (i.e., amorphous colloidal silicon dioxide, RNA, Carulite, fine test dust, nanocarbon and PAHs and TiO 2 ) were added to 60/40 or 40/60 NC suspensions. prepared as described in example 12, to obtain NC-suspensions containing 28 wt.% particle powders. Suspensions were mixed manually. Similarly, 5 g and 3.33 g of the above powders were added to suspensions 60/40 and 40/60 to obtain a 50 wt.% Load of particle powders. With the exception of the NC structure loaded with TiO 2 (see below), the powder was added after the reaction started. In all examples, to evaluate the optimal time point for adding particles to the mixture, experiments were carried out by adding particles before and after the reaction began. However, when the particles include fine dust (Table 9), Carulite (Table 11), or RNA (Table 13), the particles are added after the start of the reaction in order to prevent a change in the natural properties of the particles. In the case of PAHs (Tables 14, 15), particles were added either before or after the start of the reaction.

Смеси затем разбавляли очищенной с помощью обратного осмоса водой в соотношении 2000:1. Аликвоту суспензии объемом 500 мл выливали в держатель для вакуумного фильтра диаметром 47 мм. Волокнистый материал отфильтровывали через фильтровальный диск диаметром 47 мм, вырезанный из тканевого материала Teflon (размером 70 меш), помещенный на держателе фильтра. Создавали вакуум в резервуаре для сбора воды с помощью ротационного насоса и регистрировали в качестве времени формования время от начала стадии фильтрования до момента, когда вся жидкость проходила через формуемый диск. Готовые диски затем сушили в сушильном шкафу, взвешивали после охлаждения и после достижения равновесия с воздухом лаборатории. В некоторых случаях для того чтобы оценить выход частиц на субстрате из NC, последнюю массу регистрировали, и суммарную массу сравнивали с массой исходных компонентов.The mixture was then diluted with purified using reverse osmosis water in a ratio of 2000: 1. An aliquot of the 500 ml suspension was poured into a holder for a vacuum filter with a diameter of 47 mm. The fibrous material was filtered through a filter disk with a diameter of 47 mm cut from Teflon fabric material (size 70 mesh), placed on the filter holder. A vacuum was created in the reservoir for collecting water using a rotary pump and the time from the beginning of the filtration stage to the moment when all the liquid passed through the moldable disk was recorded as the molding time. The finished discs were then dried in an oven, weighed after cooling and after equilibration with the laboratory air. In some cases, in order to estimate the yield of particles on a substrate from NC, the last mass was recorded, and the total mass was compared with the mass of the starting components.

ПРИМЕР 14. Волокнистые структуры из нано TiO2/нанооксида алюминия/микростеклаEXAMPLE 14. Fibrous structures of nano TiO 2 / nano alumina / microglass

Пять (5) г нанопорошка TiO2 размером 50 нм диспергировали в стеклянном стакане, наполненном 1 л очищенной с помощью обратного осмоса воды, и затем перемешивали ультразвуковым генератором (Fisher Scientific, Model F20) в течение 30 мин. После отстаивания в течение 24 часов верхнюю часть (~0,6 л) надосадочной жидкости медленно декантировали с целью отделения суспендированных частиц от любых осаждающихся агломератов.Five (5) g of a 50 nm TiO 2 nanopowder was dispersed in a glass beaker filled with 1 L of purified reverse osmosis water and then mixed with an ultrasonic generator (Fisher Scientific, Model F20) for 30 minutes. After settling for 24 hours, the upper part (~ 0.6 L) of the supernatant was slowly decanted to separate suspended particles from any precipitated agglomerates.

Аликвоты приведенной выше суспензии TiO2 объемом 100 мл добавляли к 0,75 л NanoCeram 60/40, которые были сформованы ранее в примере 12. Использовали две контрольных смеси, одну, содержащую TiO2 в 0,85 л воды (для измеряемой массы), и вторую, содержащую микростекло (в отсутствии нанооксида алюминия) в 0,85 л воды. Концентрацию нанопорошков TiO2 определяли путем испарения воды и взвешивания остатка. Аналогично аликвоты приведенной выше суспензии TiO2 объемом 200 мл добавляли к 0,75 л волокнистого материала 60/40 до начала реакции алюминий-вода. Контрольные смеси TiO2 в 0,95 л воды (для измерения массы) и вторая, содержащая микростекло (в отсутствии нанооксида алюминия) в 0,95 л воды. Концентрацию нанопорошков TiO2 в контрольных образцах определяли также путем испарения воды и взвешивания остатка.Aliquots of the above 100 ml TiO 2 suspension were added to 0.75 L of NanoCeram 60/40, which were formed previously in Example 12. Two control mixtures were used, one containing TiO 2 in 0.85 L of water (for the measured mass), and the second containing microglass (in the absence of aluminum nanooxide) in 0.85 liters of water. The concentration of TiO 2 nanopowders was determined by evaporating water and weighing the residue. Similarly, aliquots of the above 200 ml TiO 2 suspension were added to 0.75 L of 60/40 fibrous material prior to the start of the aluminum-water reaction. Control mixtures of TiO 2 in 0.95 L of water (for mass measurement) and a second containing microglass (in the absence of nano alumina) in 0.95 L of water. The concentration of TiO 2 nanopowders in the control samples was also determined by evaporating water and weighing the residue.

В таблице 9 приведен состав волокнистых материалов, время их формования и мутность собранного выходящего потока.Table 9 shows the composition of the fibrous materials, the time of their formation and the turbidity of the collected effluent.

Таблица 9Table 9 Формование нетканого материала, содержащего нано TiO2 Molding a Nonwoven Fabric Containing Nano TiO 2 Образец #Sample # Нанооксид алюминияa, %Nano alumina a ,% Стекломикроволокноa, %Fiberglass a ,% Частицы TiO2, %Particles of TiO 2 ,% Время формования, минForming time, min Мутность выходящего потока, NTUOutflow Turbidity, NTU 628628 5656 3838 7b 7 b 0,7±0,20.7 ± 0.2 20twenty 629629 00 9494 7b 7 b 2,2±0,62.2 ± 0.6 114114 643643 5353 3535 12c 12 c 1,0±0,21.0 ± 0.2 4040 644644 00 8888 12c 12 c 23±623 ± 6 132132 Примечания:Notes: a) отношение нанооксид алюминия/микростекло составляет 60%/40%;a) the ratio of nano alumina / microglass is 60% / 40%; b) порошки TiO2 добавляли к волокнистому материалу 60/40, который был сформован ранее; с) порошки TiO2 добавляли до того как инициировали реакцию алюминий-вода.b) TiO 2 powders were added to the fibrous material 60/40, which was previously formed; c) TiO 2 powders were added before the aluminum-water reaction was initiated.

Образцы 628 и 643, которые включали нанооксид алюминия в смеси, имели значительно меньшее время формования, чем образцы 629 и 644, которые не содержали нанооксида алюминия, добавленного в смесь. Сравнение мутности соответствующих выходящих потоков показывает, что когда присутствует нанооксид алюминия, наблюдается большая величина удерживания наночастицы в волокнистой структуре.Samples 628 and 643, which included aluminum nanooxide in the mixture, had significantly shorter molding times than samples 629 and 644, which did not contain aluminum nanooxide added to the mixture. Comparison of the turbidity of the respective effluents shows that when aluminum nanooxide is present, a large amount of nanoparticle retention in the fibrous structure is observed.

На основе измерений водного потока, приведенных выше в примерах 1-10, было оценен средний размер волокнистой структуры, содержащей диоксид титана, который составлял около 3 мкм. Кроме того, волокнистая структура способна содержать около 7-12% от ее сухого веса частицу, которая почти на два порядка величины меньше, чем размер пор готового материала. Не углубляясь в теорию, тем не менее, можно утверждать, что время формования уменьшается в силу того, что наночастицы прочно связаны с NC структурой и не суживают поток, в то время как при отсутствии нанооксида алюминия наночастицы свободно образуют агломераты внутри пористой структуры, сгущая смесь и создавая препятствия потоку.Based on the measurements of the water flow given in Examples 1-10 above, the average size of the fibrous structure containing titanium dioxide was estimated to be about 3 μm. In addition, the fibrous structure is capable of containing about 7-12% of its dry weight particle, which is almost two orders of magnitude smaller than the pore size of the finished material. Without delving into the theory, however, it can be argued that the molding time is reduced due to the fact that the nanoparticles are firmly bound to the NC structure and do not constrict the flow, while in the absence of aluminum nanoxide, the nanoparticles freely form agglomerates inside the porous structure, thickening the mixture and blocking the flow.

Другие нанооксиды и тугоплавкие соединения, такие как карбиды, нитриды или наноалмаз, могли бы аналогично удерживаться в такой структуре. Например, пигментные оксиды и светочувствительные наноматериалы могли бы быть введены в такую волокнистую структуру, а волокнистая структура, содержащая наноалмаз или нанокарбид вольфрама, могла бы быть использована в качестве ткани для полировки при высокоточной обработке поверхности. Структура может служить не только для распределения и суспендирования абразивного материала, но она также могла бы служить в качестве коллектора отходов, образующихся в процессе полировки.Other nano oxides and refractory compounds, such as carbides, nitrides or nanodiamonds, could similarly be retained in such a structure. For example, pigment oxides and photosensitive nanomaterials could be incorporated into such a fibrous structure, and a fibrous structure containing nanodiamonds or tungsten nanocarbide could be used as a polishing cloth for high-precision surface treatment. The structure can serve not only to distribute and suspend the abrasive material, but it could also serve as a collector of waste generated during polishing.

ПРИМЕР 15. Фильтрующая волокнистая структура из диоксида кремния/NC/микростеклаEXAMPLE 15. The filtering fibrous structure of silicon dioxide / NC / microglass

Волокнистую структуру, содержащую диоксид кремния (таблица 10), готовили, как описано в примере 13. В двух образцах (образец 630 и 642) к волокнистому материалу добавляли коллоидальный диоксид кремния. Известно, что коллоидальный диоксид кремния образует коллоидные суспензии, которые очень трудно отфильтровать. Его широко используют в качестве загустителя.Silica containing a fibrous structure (Table 10) was prepared as described in Example 13. In two samples (samples 630 and 642), colloidal silicon dioxide was added to the fibrous material. Colloidal silicon dioxide is known to form colloidal suspensions that are very difficult to filter out. It is widely used as a thickener.

В образце 630 добавляли коллоидальный диоксид кремния до начала реакции. Из исходных твердых частиц, эквивалентных примерно 200 гм/м2, только 63 г/м2 задерживались на фильтре. Это составляет приблизительно 90% от добавляемого исходного оксида алюминия и коллоидального диоксида кремния, позволяя быть удержанными на фильтре размером 70 меш только микростекловолокнам. Авторы предполагают, что добавление коллоидального диоксида кремния в начале приводит к его соединению с нанооксидом алюминия по мере того как он образуется, в результате чего наблюдается слабое сцепление или полностью отсутствует сцепление нанооксида алюминия с микростеклом, приводя к потере как диоксида кремния, так и нанооксида алюминия, с выходящим потоком.In sample 630, colloidal silicon dioxide was added prior to the start of the reaction. Of the original solids equivalent to about 200 gm / m 2 , only 63 g / m 2 was retained on the filter. This represents approximately 90% of the added starting alumina and colloidal silicon dioxide, allowing only micro-glass fibers to be retained on the 70 mesh filter. The authors suggest that the addition of colloidal silicon dioxide at the beginning leads to its combination with aluminum nanooxide as it forms, resulting in poor adhesion or completely no adhesion of nano alumina to microglass, leading to the loss of both silicon dioxide and nano alumina , with an exit stream.

Figure 00000004
Figure 00000004

В образце 642 коллоидальный диоксид кремния добавляли после протекания реакции алюминий-вода. В этом случае время формования было очень коротким, и не было потери массы. Это демонстрирует способ удерживания в волокнистой структуре коллоидального диоксида кремния с его очень высокой площадью поверхности (200±25 м2/г).In sample 642, colloidal silicon dioxide was added after the aluminum-water reaction. In this case, the molding time was very short, and there was no loss of mass. This demonstrates a method for retaining colloidal silicon dioxide with a very high surface area (200 ± 25 m 2 / g) in the fibrous structure.

На фиг.15 приведена электронная микрофотография в проходящем свете этого образца 642. Из этой и других микрофотографий было оценено, что нановолокна в виде усов имеют диаметр 2-3 нанометра и длину в несколько сотен нанометров. Сферы нанодиоксида кремния появляются вдоль оси, полностью обволакивая композит из нанооксида алюминия/микростекла.On Fig shows an electron micrograph in transmitted light of this sample 642. From this and other micrographs it was estimated that nanofibres in the form of whiskers have a diameter of 2-3 nanometers and a length of several hundred nanometers. The spheres of silicon nanodioxide appear along the axis, completely enveloping the composite of aluminum nanooxide / microglass.

В образце 631, контрольном образце без нанооксида алюминия коллоидальный диоксид кремния образовывал коллоид, который забивал отверстия, значительно увеличивая время формования до более чем 100 минут.In sample 631, a control sample without alumina, colloidal silicon dioxide formed a colloid that clogged holes, significantly increasing the molding time to over 100 minutes.

Образцы 632-636 представляют материал, получаемый путем добавления испытательных пылей, которые широко используют при разработке фильтра, и которые состоят в основном из диоксида кремния микронного размера. Испытательную пыль добавляли до реакции алюминия. Когда пыль не добавляли к смеси, потеря частиц с выходящим потоком была практически полной, и когда добавляли к смеси пыль, имеющую размер 0,3 или 0,5 мкм, потеря частиц с выходящим потоком была практически равна нулю. Кроме того, время формования было в 35 и в 22 раз больше, соответственно, для пылей размером 0,3 и 0,5 мкм без нанооксида алюминия, чем когда он присутствовал в волокнистом материале.Samples 632-636 represent material obtained by adding test dusts that are widely used in filter design, and which consist mainly of micron-sized silica. Test dust was added before the aluminum reaction. When dust was not added to the mixture, the loss of particles with an effluent was almost complete, and when dust having a size of 0.3 or 0.5 μm was added to the mixture, the loss of particles with an effluent was almost zero. In addition, the molding time was 35 and 22 times longer, respectively, for dusts of 0.3 and 0.5 μm in size without aluminum nanooxide than when it was present in the fibrous material.

Прикрепленный коллоидальный диоксид кремния может действовать в качестве сорбента, или он может быть химически обработан с помощью соответствующей реакции с целью прикрепления к нему органических лигандов.The attached colloidal silicon dioxide can act as a sorbent, or it can be chemically treated using an appropriate reaction to attach organic ligands to it.

ПРИМЕР 16. КатализаторEXAMPLE 16. The catalyst

Испытание образца 634, приведенное выше в примере 15, было повторено в этом примере, за исключением того, что вместо диоксида кремния использовали Carulite, катализатор из меди, активированной MnO2. Время формования, приведенное в таблице 11, показывает, что добавление катализатора Carulite к волокнистому материалу NC приводит к значению времени формования, которое составляет часть времени формования волокнистого материала без нанооксида алюминия. Короткое время формования связано со скоростью обезвоживания и является крайне важным для непрерывного производства нетканого материала путем способа мокрого формования.The test of sample 634 in Example 15 above was repeated in this example, except that Carulite, a copper catalyst activated with MnO 2 , was used instead of silica. The molding time shown in table 11 shows that the addition of Carulite catalyst to the NC fibrous material results in a molding time that is part of the molding time of the fibrous material without nano alumina. The short molding time is associated with the rate of dehydration and is extremely important for the continuous production of nonwoven material by the wet molding method.

Получающийся катализатор должен был бы быть более эффективным, чем гранулированные формы, что позволяло бы осуществлять окисление монооксида углерода или озона в слое меньшей толщины, так как большая величина площади поверхности катализатора по сравнению с площадью большой гранулы приводит к большей скорости реакции, например, компонентов в газовой фазе.The resulting catalyst would have to be more efficient than granular forms, which would allow the oxidation of carbon monoxide or ozone in a layer of smaller thickness, since a larger surface area of the catalyst compared to the area of a large granule leads to a higher reaction rate, for example, of components in gas phase.

Катализатором также мог бы быть благородный металл, такой как наноразмерная платина, прикрепленная к нанооксиду алюминия. Подложки и из нанооксида алюминия, и из микростекла стабильны при примерно 150°С и выше, так что структура NC/платиновый катализатор также является стабильной. При температурах, начиная примерно от 150°С, наноразмерная платина способна окислять загрязняющие вещества, такие как монооксид углерода и несгоревшие углеводороды из газов, включая выхлопные газы автомобилей.The catalyst could also be a noble metal, such as nano-sized platinum attached to nano alumina. The substrates of both nano alumina and microglass are stable at about 150 ° C and above, so that the NC / platinum catalyst structure is also stable. At temperatures ranging from about 150 ° C, nano-sized platinum is able to oxidize pollutants such as carbon monoxide and unburned hydrocarbons from gases, including automobile exhaust.

Таблица 11Table 11 Формование нетканого NC с катализаторомNC Nonwoven Molding with Catalyst ЧастицаParticle Основной
размер частиц, мкм
Main
particle size, microns
Образец #Sample # Нанооксид алюминияa, %Nano alumina a ,% Стекломикроволокноa, %Fiberglass a ,% Частицы Carulite, мас.%Particles Carulite, wt.% Время формования, минForming time, min
Carulite 400, Type СCarulite 400 Type C 3-83-8 624624 4343 2929th 28b 28 b 1,1±0,41.1 ± 0.4 625625 00 7272 2828 4±14 ± 1 Примечания:Notes: a) отношение МС/микростекло составляет 60%/40%;a) the ratio of MS / microglass is 60% / 40%; b) порошки добавляли до начала реакции алюминий-вода.b) powders were added prior to the start of the aluminum-water reaction.

ПРИМЕР 17. НаноуглеродEXAMPLE 17. Nanocarbon

Испытание образца 634, приведенное выше в примере 15, было повторено в этом примере, за исключением того, что вместо диоксида кремния использовали частицы наноуглерода. В таблице 12 показано, что волокнистый материал NC, загруженный наноуглеродом, имеет время формования, которое является частью времени формования волокнистого материала без нанооксида алюминия. Не отмечалось различия во времени формования, когда наноуглерод добавляли или до, или после формования NC.The test of sample 634 in Example 15 above was repeated in this example, except that nanocarbon particles were used instead of silica. Table 12 shows that the NC fibrous material loaded with nanocarbon has a spinning time that is part of the spinning time of the fibrous material without nano alumina. There was no difference in molding time when nanocarbon was added either before or after NC molding.

Такие формы углерода, суспендированного в нетканом материале, должны были бы иметь сорбционные свойства, превышающие сорбционные свойства ГАК, и, возможно, также и сорбционные свойства ПАУ.Such forms of carbon suspended in a nonwoven material would have to have sorption properties that exceed the sorption properties of HAC, and possibly also the sorption properties of PAHs.

Таблица 12Table 12 Формование NC, содержащего наноуглеродNanocarbon Forming NC ЧастицаParticle Основной размер частиц, мкмThe main particle size, microns Образец #Sample # Нанооксид алюминияa, %Nano alumina a ,% Стекломикроволокноa, %Fiberglass a ,% Наноуглерод, мас.%Nanocarbon, wt.% Время формования, минForming time, min НаноуглеродNanocarbon 0,30.3 645645 4343 2929th 28b 28 b 0,45±0,100.45 ± 0.10 646646 00 7272 2828 2,0±0,52.0 ± 0.5 647647 4343 2929th 28c 28 c 0,5±0,10.5 ± 0.1 Примечания:Notes: a) отношение NC/микростекло составляет 60%/40%;a) the ratio NC / microglass is 60% / 40%; b) порошки добавляли до формования NC; с) порошки добавляли после формования NC b) powders were added before molding NC; c) powders were added after molding NC

ПРИМЕР 18. РНК. Испытание образца 634, приведенное выше в примере 15, было повторено в этом примере, за исключением того, что вместо диоксида кремния использовали РНК (рибонуклеиновую кислоту из дрожжей Торула, поставляемую фирмой Sigma, Cat # R6625). Как показано в таблице 13, волокнистый материал NC, загруженный РНК, имеет время формования, которое составляет 8% от времени формования волокнистого материала без нанооксида алюминия.EXAMPLE 18. RNA. The test of sample 634 in Example 15 above was repeated in this example, except that instead of silica, RNA (Torulo yeast ribonucleic acid supplied by Sigma, Cat # R6625) was used. As shown in table 13, the NC fibrous material loaded with RNA has a spinning time that is 8% of the spinning time of the fibrous material without nano alumina.

Таблица 13
Формование сконструированной бионаноструктуры
Table 13
Molded engineered bio-nanostructure
ЧастицаParticle Основной размер частиц, мкмThe main particle size, microns Образец #Sample # Нанооксид
алюминияa, %
Nano oxide
aluminum a ,%
Стекломикроволок
наa
Fiberglass
on a
РНК, мас.%RNA, wt.% Время формования, минForming time, min
RNARna 0,001c 0.001 s 648648 4343 2929th 28b 28 b 0,45±0,100.45 ± 0.10 649649 00 7272 2828 5,5±0,55.5 ± 0.5 Комментарии:Comments: a) отношение NC/микростекло составляет 60%/40%;a) the ratio NC / microglass is 60% / 40%; b) порошки добавляли после проведения реакции алюминий-вода, с) минимальный размер РНК.b) powders were added after the aluminum-water reaction; c) minimum RNA size.

Этот пример демонстрирует, что нановолокна из оксида алюминия могут присоединять элементарные биологические частицы, которые можно было бы включать в волокнистую структуру для осуществления биологического действия. В одном примере биологически активные компоненты, такие как факторы роста, вводят в структуры для медицинского применения, такие как нетканые раневые повязки, для ускорения процесса заживления. В дополнительном примере к таким повязкам добавляют наночастицы серебра для придания им противомикробного действия. В другом примере волокнистую структуру используют для доставки питательных веществ и лекарственных средств для проникновения через эпидермис. В еще ряде других примеров волокнистая структура могла бы быть использована в качестве сенсора, когда конкретная нуклеиновая кислота или белок, прикрепленный к нетканому материалу, может взаимодействовать с конкретным биологическим или химическим реагентом.This example demonstrates that alumina nanofibers can attach elementary biological particles that could be incorporated into a fibrous structure for biological action. In one example, biologically active components, such as growth factors, are introduced into structures for medical use, such as non-woven wound dressings, to accelerate the healing process. In a further example, silver nanoparticles are added to these dressings to give them an antimicrobial effect. In another example, the fibrous structure is used to deliver nutrients and drugs for penetration through the epidermis. In a number of other examples, the fibrous structure could be used as a sensor when a particular nucleic acid or protein attached to a nonwoven material can interact with a specific biological or chemical reagent.

В еще ряде других примеров на нетканой форме также распределяют и фиксируют искусственные макромолекулярные частицы, включая, например, полимерные частицы, имеющие специфические функциональные группы. В примерах для использования в качестве биокатализатора прикрепляют бактерии. Бактерии, суспендированные в нетканом материале, сохраняют жизнеспособность вследствие легкости перфузии кислорода, диоксида углерода и продуктов жизнедеятельности через материал.In a number of other examples, artificial macromolecular particles are also distributed and fixed on a non-woven form, including, for example, polymer particles having specific functional groups. In the examples for use as a biocatalyst, bacteria are attached. Bacteria suspended in a nonwoven fabric remain viable due to the ease of perfusion of oxygen, carbon dioxide and waste products through the material.

ПРИМЕР 19. Порошкообразный активированный угольEXAMPLE 19. Powdered activated carbon

Испытание образца 634, приведенное выше в примере 15, было повторено в этом примере, за исключением того, что вместо диоксида кремния использовали порошкообразный активированный уголь (ПАУ). Как показано в таблице 12, волокнистая структура, включающая ПАУ, имеет время формования, которое меньше, чем 5% времени формования волокнистого материала без нанооксида алюминия.The test of sample 634 in Example 15 above was repeated in this example, except that instead of silica, powdered activated carbon (PAH) was used. As shown in table 12, the fibrous structure, including PAHs, has a molding time that is less than 5% of the molding time of the fibrous material without nano alumina.

Таблица 14Table 14 Формование смесей ПАУForming PAH mixtures ЧастицаParticle Образец #Sample # Нанооксид алюминия, %Nano alumina,% Микростекловолокно, %Micro glass fiber,% Оцениваемые вначале частицы, %Initially evaluated particles,% Время формования, минForming time, min Плотность материала, г/м2 The density of the material, g / m 2 CalgonCalgon 650650 43a 43 a 29a 29 a 2828 0,60.6 198b 198 b ПАУPAH 651651 00 7272 2828 1313 200b 200 b Примечания:Notes: a) отношение NC/микростекло составляет 60%/40%;a) the ratio NC / microglass is 60% / 40%; b) требуемая плотность материала 200 г/м2.b) the required density of the material is 200 g / m 2 .

ПРИМЕР 20. Волокна лиоселEXAMPLE 20. Fiber lyosel

Два грамма очищенных волокон лиосел, поставляемых фирмой Fiber Innovation Technology, диспергировали в 0,75 л очищенной с помощью обратного осмоса воды блендером, описанным в примере 12, при режиме "мелкое дробление льда" в течение 2 минут. Количество порошка алюминия, добавляемого к смеси (0,61 г), было таким, чтобы после реакции твердые вещества состояли бы из 40 частей АlOOН и 60 частей волокон лиосел. Сухие порошки ПАУ добавляли до начала реакции алюминий-вода, и суспензии затем вручную перемешивали в стакане емкостью 1 л, и реакцию алюминий-вода проводили так же, как в примере 12.Two grams of purified lyosel fibers, supplied by Fiber Innovation Technology, were dispersed in 0.75 L of reverse osmosis purified water using the blender described in Example 12 under the “ice crushing” mode for 2 minutes. The amount of aluminum powder added to the mixture (0.61 g) was such that after the reaction, the solids consisted of 40 parts of AlOOH and 60 parts of lyocell fibers. Dry PAH powders were added before the start of the aluminum-water reaction, and the suspensions were then manually mixed in a 1 L beaker, and the aluminum-water reaction was carried out as in Example 12.

В таблице 15 приведен состав волокнистого материала, содержащего ПАУ, и волокнистого материала, содержащего ПАУ, без нанооксида алюминия. Время формования варианта материала с ПАУ составляет 16% от варианта, когда он содержит нанооксид алюминия. Мутность входящего потока в ПАУ-NC волокнистый материал составляла величину 10 по сравнению с мутностью входящего потока 360 NTU без нанооксида алюминия, по-видимому, в результате быстрой интеграции ПАУ с другими волокнами. Наблюдалось образование макроволокнистых агломератов в исходном растворе, когда присутствовал нанооксид алюминия. Было отмечено, что отстаивание было очень быстрым, когда пол-литра исходного раствора ПАУ-NC смешивали в стакане емкостью 750 мл, и отстаивание происходило в стакане в течение 30-40 секунд, в конечном счете приводя к осветлению около 80% объема надосадочной жидкости до мутности менее чем 10 NTU, в то время как смесь ПАУ/лиосел (без нанооксида алюминия) не отстаивалась в течение нескольких часов. Было также отмечено, что мутность выходящего потока в случае ПАУ-NC была примерно в 12 раз меньше, чем в случае, когда отсутствовал нанооксид алюминия в результате проскока большей части частиц активированного угля. По-видимому, это были самые маленькие частицы, и весьма вероятно, что они способствуют быстрой скорости адсорбции. Способность NC образовывать агрегаты с ПАУ, приводящая к высокому выходу образования композита, было четко продемонстрирована в случае замены микростекла на лиосел.Table 15 shows the composition of the fibrous material containing PAHs and the fibrous material containing PAHs without nano alumina. The formation time of a material variant with PAHs is 16% of the variant when it contains aluminum nanooxide. The turbidity of the incoming flow into PAH-NC fibrous material was 10 compared to the turbidity of the incoming flow of 360 NTU without nano alumina, apparently as a result of the rapid integration of PAHs with other fibers. The formation of macro-fibrous agglomerates in the initial solution was observed when aluminum nanooxide was present. It was noted that sedimentation was very fast when half a liter of the PAH-NC stock solution was mixed in a 750 ml beaker and settling took place in the beaker for 30-40 seconds, ultimately leading to clarification of about 80% of the supernatant volume to a turbidity of less than 10 NTU, while the PAH / lyocell mixture (without aluminum nanooxide) did not settle for several hours. It was also noted that the turbidity of the effluent in the case of PAH-NC was approximately 12 times less than in the case when aluminum nanooxide was absent due to the breakthrough of most of the activated carbon particles. Apparently, these were the smallest particles, and it is very likely that they contribute to a fast adsorption rate. The ability of NCs to aggregate with PAHs, leading to a high yield of composite formation, has been clearly demonstrated when microglass is replaced by lyosel.

Таблица 15Table 15 Формование смесей ПАУ с волокнами лиоселFormation of mixtures of PAHs with lyocell fibers ЧастицаParticle Образец #Sample # Нанооксид алюминия, %Nano alumina,% Волокна лиосел, %Fiber lyocell,% ПАУ, %PAH,% Время формования, минForming time, min Мутность входящего потока, NTUInput Turbidity, NTU Мутность выходящего потока, NTUOutflow Turbidity, NTU CalgonCalgon 652652 2929th 43a 43 a 2828 0,8±0,10.8 ± 0.1 10±210 ± 2 1,1±0,21.1 ± 0.2 ПАУPAH 653653 00 7272 2828 5,0±1,45.0 ± 1.4 360±40360 ± 40 13±213 ± 2

ПРИМЕР 21. Сформованные вручную листы ПАУEXAMPLE 21. Hand-formed PAH sheets

В этом примере приготавливали из волокнистых материалов различные сформованные вручную листы, так же как в примере 20, за исключением того, что использовали большие количества компонентов для получения испытуемых образцов с большей площадью. Кроме того, в этом примере для повышения эластичности и прочности добавляли бикомпонентное волокно (Invista T105) и целлюлозу. Целлюлозу добавляли до того, как инициировали реакцию алюминий-вода, и бикомпонентное волокно добавляли после того как волокнистый материал охлаждали и нейтрализовывали до примерно рН 7. И, наконец, в этом примере, волокнистый материал разбавляли до 500:1, а не до 2000:1.In this example, various manually formed sheets were prepared from fibrous materials, as in Example 20, except that large amounts of components were used to produce test samples with a larger area. In addition, in this example, bicomponent fiber (Invista T105) and cellulose were added to increase elasticity and strength. Cellulose was added before the aluminum-water reaction was initiated, and the bicomponent fiber was added after the fibrous material was cooled and neutralized to about pH 7. And finally, in this example, the fibrous material was diluted to 500: 1 and not to 2000: one.

Сформованные вручную листы размером 12×12 дюймов приготавливали с помощью напорного ящика с отсосом воды через сетку с формованием бумагоподобного листа. Сформованный вручную лист сушили воздухом при комнатной температуре. В образцах, в которых использовали полимерное волокно, такое как бикомпонентное волокно, сформованные вручную листы сушили в сушильном шкафу и отверждали при 160°С в течение двадцати минут.Hand-formed sheets of 12 × 12 inches were prepared using a headbox with a suction of water through a mesh to form a paper-like sheet. The manually formed sheet was air dried at room temperature. In samples using a polymer fiber such as a bicomponent fiber, manually formed sheets were dried in an oven and cured at 160 ° C. for twenty minutes.

Аналогичным образом получали сформованный вручную лист с чистым материалом NanoCeram без угля, обозначаемый как NC в таблице 16.Similarly, a manually formed sheet with pure NanoCeram material without coal was obtained, designated as NC in Table 16.

Figure 00000005
Figure 00000005

Размер пор определяли, как описано выше в примерах 1-10. Размер пор всех испытуемых образцов был больше, чем размер пор фильтров из нанооксида алюминия/микростекла, что приводило к меньшему перепаду давления и к способности выдерживать более высокую скорость потока.Pore size was determined as described above in examples 1-10. The pore size of all test samples was larger than the pore size of the filters made of nano alumina / microglass, which led to a lower pressure drop and the ability to withstand a higher flow rate.

ПРИМЕР 22EXAMPLE 22

Целью этих экспериментов было измерение улавливания микробов волокнистой структурой и ее сравнение с фильтрами, включающими только нанооксид алюминия/микростекло. Диск диаметром 25 мм вырезали из образца номер 617, описанного выше в примере 21 и таблице 16. Другой диск диаметром 25 мм вырезали из материала NC. Диски подвергали действию раствора бактерии Brevundimonas diminuta (поставляемой АТСС, Cat. No 11568). В. diminuta являются самыми маленькими культивируемыми бактериями, имея наименьший размер порядка только 0,3 мкм. Оба типа образцов исследовали с помощью аликвоты бактерий 10 мл при скорости 40 мл/мин, собирали в стерильные пробирки и затем анализировали на В.diminuta. В то время как ПАУ-NC был способен обеспечить 99% улавливания (таблица 17), NC без ПАУ превосходил этот результат. Снижение ПАУ от его начального уровня (57%) повышало улавливание бактерий. Оба типа фильтров также исследовали с вирусами MS2 (поставляемых АТСС, Cat. No 1S597-B1), которые имели размер 25 нанометров. В таблице 18 показано, что ПАУ-NC характеризуется почти таким же улавливанием вируса, как и NC.The purpose of these experiments was to measure the capture of microbes by the fibrous structure and to compare it with filters including only nano alumina / microglass. A disk with a diameter of 25 mm was cut from sample No. 617 described above in Example 21 and Table 16. Another disk with a diameter of 25 mm was cut from NC material. The disks were exposed to a solution of the Brevundimonas diminuta bacterium (supplied by ATCC, Cat. No. 11568). B. diminuta are the smallest cultivated bacteria, having the smallest size of the order of only 0.3 microns. Both types of samples were examined with an aliquot of 10 ml bacteria at a rate of 40 ml / min, collected in sterile tubes and then analyzed for B. diminuta. While PAH-NC was able to provide 99% capture (Table 17), NC without PAH was superior to this result. A decrease in PAHs from its initial level (57%) increased the capture of bacteria. Both types of filters were also tested with MS2 viruses (supplied by ATCC, Cat. No. 1S597-B1), which were 25 nanometers in size. Table 18 shows that PAH-NC is characterized by almost the same virus capture as NC.

Таблица 17Table 17 Улавливание бактерии В.Diminuta с помощью материала NC и материала ПАУ/NCTrapping B. Diminuta bacteria using NC material and PAH / NC material МатериалMaterial Толщина, ммThickness mm Плотность листов, г/м2 The density of sheets, g / m 2 Исходная концентрация, CFUa/млInitial concentration, CFU a / ml Удалениеb В.Diminuta, %Removing b B. Diminuta,% 617c 617 c 1,21,2 269269 1·104 1 · 10 4 9999 NCNC 0,80.8 220220 7·105 7 · 10 5 99,9599.95 Примечания:Notes: a) колониеобразующие единицы (CFU);a) colony forming units (CFU); b) аликвоты объемом 10 мл пропускали через диски диаметром 25 мм при скорости 40 мл/мин и собирали в стерильные пробирки;b) 10 ml aliquots were passed through 25 mm diameter disks at a rate of 40 ml / min and collected in sterile tubes; c) 57 мас.% ПАУ (см. таблицу 16).c) 57 wt.% PAHs (see table 16).

Таблица 18Table 18 Улавливание MS2 с помощью материала NC и материала ПАУ/NCMS2 capture using NC material and PAH / NC material МатериалMaterial Толщина, ммThickness mm Плотность листов, г/м2 The density of sheets, g / m 2 Исходная концентрация MS2, CFUa/млInitial concentration of MS2, CFU a / ml Удалениеb MS2, %Removing b MS2,% 616е 616 e 1,21,2 276276 6·106 6 · 10 6 9999 617е 617 e 1,21,2 269269 1,8·106 1.810 6 9999 NCNC 0,80.8 220220 6·105 6 · 10 5 99,599.5 Примечания:Notes: a) бляшкообразующие единицы (PFU);a) plaque forming units (PFU); b) аликвоты объемом 10 мл пропускали через диски диаметром 25 мм при скорости 40 мл/мин и собирали в стерильные пробирки;b) 10 ml aliquots were passed through 25 mm diameter disks at a rate of 40 ml / min and collected in sterile tubes; c) смотрите таблицу 16.c) see table 16.

ПРИМЕР 23EXAMPLE 23

Целью этих экспериментов было измерение эффективности динамической адсорбции растворенного загрязняющего вещества из водного потока. В качестве имитатора загрязняющего вещества использовали йод, так как емкость активированных углей оценивается производителями ГАУ и ПАУ по йодному числу. Йод также является удобным заменителем для хлора, который специально добавляют в качестве дезинфицирующего средства в потоки воды, но он придает питьевой воде плохой вкус и запах. Для удаления хлора в фильтрах для питьевой воды используют активированные угли.The purpose of these experiments was to measure the effectiveness of the dynamic adsorption of dissolved pollutant from a water stream. Iodine was used as a pollutant simulator, since the activated carbon capacity is estimated by the manufacturers of GAU and PAHs by the iodine number. Iodine is also a convenient substitute for chlorine, which is specially added as a disinfectant to water flows, but it gives drinking water a bad taste and smell. Activated carbons are used to remove chlorine in drinking water filters.

В этом примере растворы с концентрацией йода 20 ppm (ч/млн) пропускали через один слой дисков диаметром 25 мм из различных волокнистых материалов ПАУ-NC при скорости потока 50 мл/мин. Аликвоты объемом 2 мл собирали в кюветы (толщиной 1 см). Оптические плотности и исходного раствора, и выходящего потока измеряли при длине волны 290 нм с помощью спектрофотометра для ультрафиолетовой и видимой области Genesys-10. Метод имел предел обнаружения около 0,3 ppm.In this example, solutions with an iodine concentration of 20 ppm (ppm) were passed through one layer of disks with a diameter of 25 mm from various PAH-NC fibrous materials at a flow rate of 50 ml / min. Aliquots of 2 ml were collected in cuvettes (1 cm thick). The optical densities of both the initial solution and the effluent were measured at a wavelength of 290 nm using a Genesys-10 spectrophotometer for the ultraviolet and visible regions. The method had a detection limit of about 0.3 ppm.

Данные в таблице 19 показывают, что объем выходящего потока достигает 0,5 ppm (выше 0,5 ppm вкус йода обнаруживается обычным человеком) и 10 ppm (50% от содержания 20 ppm во входящем потоке).The data in table 19 show that the volume of the effluent reaches 0.5 ppm (above 0.5 ppm, the taste of iodine is detected by an ordinary person) and 10 ppm (50% of the content of 20 ppm in the inlet stream).

Эффективность структуры ПАУ/NC улавливать йод при таких динамических условиях сравнивают с эффективностью материалов от трех производителей (А, В и С). Материал (диаметром 2,5 дюйма и длиной 10 дюймов) вырезали из производимых в промышленности картриджей.The efficiency of the PAH / NC structure to capture iodine under such dynamic conditions is compared with the efficiency of materials from three manufacturers (A, B, and C). Material (2.5 inches in diameter and 10 inches long) was cut out from industrial cartridges.

Проскок был почти моментальный в случае производимого в промышленности фильтрующего материала, в то время как структура ПАУ-NC длительно сохраняла емкость по йоду. На фиг.16 показана кривая проскока для образца 617 в сравнении с материалом трех производителей. Полулогарифмическую зависимость используют для более детального изображения кривых проскока, в частности для фильтрующего материала, производимого в промышленности.The breakthrough was almost instantaneous in the case of industrial filtering material, while the PAH-NC structure retained its iodine capacity for a long time. On Fig shows a breakdown curve for sample 617 in comparison with the material of the three manufacturers. The semi-logarithmic dependence is used for a more detailed image of the breakthrough curves, in particular for filter material produced in industry.

Данные также показывают, что применение одного слоя материала, выпускаемого в промышленности, приводило бы к немедленному попаданию йода в выходящий поток, что определялось бы по вкусу и по запаху. В отличие от этого новая структура ПАУ-NC была способна пропускать около 800 мл раствора, содержащего 20 ppm йода до тех пор, пока содержание йода в выходящем потоке не достигало 0,5 ppm. Такая необычайная динамическая емкость при такой высокой скорости адсорбции по сравнению с выпускаемым в промышленности материалом (больше, чем 800 к 1) стала неожиданностью. Не углубляясь в теорию этого вопроса, тем не менее, можно утверждать, что, по-видимому, мелкие частицы порошкообразного активированного угля задерживаются в структуре и не вымываются из нее.The data also show that the use of a single layer of material produced in industry would lead to the immediate ingress of iodine into the effluent, which would be determined by taste and smell. In contrast, the new PAH-NC structure was able to pass about 800 ml of a solution containing 20 ppm of iodine until the iodine content in the effluent reached 0.5 ppm. Such an extraordinary dynamic capacity at such a high adsorption rate compared to commercially available material (more than 800 to 1) was a surprise. Without delving into the theory of this issue, however, it can be argued that, apparently, small particles of powdered activated carbon are retained in the structure and are not washed out of it.

В таблице 19 приведен объем раствора, очищенный от йода до концентрации 0,5 и 10 ppm. Приведено количество йода, адсорбированного до 10 ppm, наряду с вычисленным значением емкости по йоду, сравнивая массу йода, удаленного в динамических условиях со статической емкостью адсорбции, рассчитанной по величинам йодных чисел, сообщаемых производителями. Все образцы ПАУ/NC имели аналогичные кривые проскока, при этом каждый удерживал около 55%-72% от статической емкости для йода до обнаружения проскока йода, в то время как емкость, обеспечиваемая промышленным материалом, составляла только 3,4%. Эти данные подчеркивают преимущества использования для физической адсорбции или хемосорбции загрязняющих веществ из потока жидкости чрезвычайно мелких твердых частиц, которые удерживаются внутри структуры.Table 19 shows the volume of solution purified from iodine to a concentration of 0.5 and 10 ppm. The amount of iodine adsorbed up to 10 ppm is given, along with the calculated value of the iodine capacity, comparing the mass of iodine removed under dynamic conditions with the static adsorption capacity calculated from the values of iodine numbers reported by the manufacturers. All PAH / NC samples had similar slip curves, each holding about 55% -72% of the static iodine capacity until iodine leakage was detected, while the capacity provided by the industrial material was only 3.4%. These data highlight the benefits of using extremely fine particulate matter that is held within the structure for physical adsorption or chemisorption of contaminants from a fluid stream.

Таблица 19Table 19 Адсорбция 20 ppm I2 с помощью одного слоя материалаAdsorption 20 ppm I 2 with a single layer of material МатериалMaterial Плотность материала, г/м2 The density of the material, g / m 2 Содержание угля в материале, %The coal content in the material,% Объем (мл) I2 до 0,5 ppmVolume (ml) I 2 to 0.5 ppm Объем (мл) I2 до 10 ppmVolume (ml) I 2 to 10 ppm Количество адсорбированного I2 для снижения на 50% его содержания во входящем потоке, мг (I2)/г угляThe amount of adsorbed I 2 to reduce by 50% its content in the input stream, mg (I 2 ) / g of coal % от статической емкости сорбции% of the static sorption capacity ПАУ/NC, #617PAH / NC, # 617 269269 5757 850850 17001700 443443 55a 55 a ПАУ/NC, #618PAH / NC, # 618 287287 4646 750750 18501850 533533 67a 67 a ПАУ/NC, #619PAH / NC, # 619 356356 4444 600600 17601760 553553 67a 67 a ПАУ/NC, #620PAH / NC, # 620 297297 5555 850850 21102110 517517 65a 65 a ПАУ/NC, #621PAH / NC, # 621 322322 4444 850850 20502050 579579 72a 72 a Производитель "А"Manufacturer "A" 350350 50b 50 b <1d <1 d 10d 10 d 2b 2 b 0,4b,c 0.4 b, c Производитель "В"Manufacturer "B" 242242 20-30b 20-30 b <1d <1 d 20d 20 d 11-17b 11-17 b 2,2-3,4b,c 2.2-3.4 b, s Производитель "С"Manufacturer "C" 237237 20-30b 20-30 b <1d <1 d 5d 5 d 3-4b 3-4 b 0,6-0,9b,c 0.6-0.9 b, s Примечания:Notes: a) йодное число для Calgon WPH ПАУ составляет>800 мг/г. В этом примере его принимают равным 800 мг/г;a) the iodine number for Calgon WPH PAH is> 800 mg / g. In this example, it is taken equal to 800 mg / g; b) оцененное значение;b) estimated value; c) йодное число 500 мг/г полагали для оцененной массы угля для материала А, В и С;c) an iodine value of 500 mg / g was assumed for the estimated mass of coal for material A, B and C; d) три серии измерений, воспроизводимые внутри каждой серии. Для исключения любой возможности байпаса вследствие отсутствия смачивания каждый образец замачивали в течение 2 часов и затем промывали как обычно струей очищенной с помощью обратного осмоса воды.d) three series of measurements reproduced within each series. To exclude any possibility of bypass due to the lack of wetting, each sample was soaked for 2 hours and then washed as usual with a stream of purified water using reverse osmosis.

ПРИМЕР 24EXAMPLE 24

Испытание образцов, такое же, как в примере 23, повторяли в этом примере, за исключением того, что входящей поток содержал 500 ppm по сравнению с 20 ppm. Для повышения предела обнаружения использовали две различные длины волны: 290 нм для выходящих потоков с низкой концентрацией и 450 нм для более высоких концентраций, где предел обнаружения также составлял около 3 ppm. Достигалась более высокая используемая емкость (от 76% до 147%) (таблица 20), приближаясь и превышая нижнее значение статического предела, определенного с помощью йодного числа. Более высокая степень использования емкости для более высоких исследуемых концентраций может быть объяснена с помощью изотерм адсорбции Лангмюра или Фрейндлиха, которые пересказывают более высокое улавливание сорбируемого вещества при более высоких концентрациях [С.Tien, Adsorption Calculations and Modeling, Butterworth-Heinemann, Boston, 2001]. Значения статической емкости больше, чем 100%, объясняются тем, что йодное число, определяемой фирмой Calgon Carbon, то есть производителем, составляет больше, чем 800 мг/г. При вычислении эту величину принимали равной 800 мг/г.The test samples, the same as in example 23, was repeated in this example, except that the input stream contained 500 ppm compared to 20 ppm. Two different wavelengths were used to increase the detection limit: 290 nm for outflows with a low concentration and 450 nm for higher concentrations, where the detection limit was also about 3 ppm. A higher used capacity was achieved (from 76% to 147%) (table 20), approaching and exceeding the lower value of the static limit determined using the iodine number. A higher degree of capacity utilization for higher studied concentrations can be explained using the Langmuir or Freindlich adsorption isotherms, which retell a higher capture of the sorbed substance at higher concentrations [C. Tien, Adsorption Calculations and Modeling, Butterworth-Heinemann, Boston, 2001] . Values of static capacity greater than 100% are explained by the fact that the iodine number determined by Calgon Carbon, i.e. the manufacturer, is more than 800 mg / g. In the calculation, this value was taken equal to 800 mg / g.

Таблица 20Table 20 Адсорбция йода при его концентрации во входящем потоке 500 ppm с помощью одного слоя материала ПАУAdsorption of iodine at its concentration in the inlet stream of 500 ppm using one layer of PAH material МатериалMaterial Плотность материала, г/м2 The density of the material, g / m 2 Содержание угля в материале, %The coal content in the material,% Объем (мл) раствора, в котором после адсорбции иода оставалось 250 ppm (50%)Volume (ml) of the solution in which 250 ppm (50%) remained after iodine adsorption Количество адсорбированного I2 для снижения на 50% его содержания во входящем по токе, мг (I2)/г угляThe amount of adsorbed I 2 to reduce by 50% its content in the incoming current, mg (I 2 ) / g of coal % от статической емкости сорбции% of the static sorption capacity ПАУ/NC, #617PAH / NC, # 617 269269 5757 180180 11701170 147a 147 a ПАУ/NC, #618PAH / NC, # 618 287287 4646 9494 712712 89a 89 a ПАУ/NC, #619PAH / NC, # 619 356356 4444 9595 607607 76a 76 a ПАУ/NC, #620PAH / NC, # 620 297297 5555 103103 630630 79a 79 a ПАУ/NC, #621PAH / NC, # 621 322322 4444 150150 10601060 1333 133 3

Высокую емкость адсорбции ПАУ-NC по растворенным загрязняющим веществам можно непосредственно относить и к воздушному фильтру, на котором с помощью ПАУ, который вводят в воздушный фильтр, способны адсорбироваться летучие органические молекулы.The high adsorption capacity of PAH-NC for dissolved pollutants can also be directly attributed to the air filter, on which volatile organic molecules can adsorb using PAHs, which are introduced into the air filter.

Кроме того, материал ПАУ-NC, используемый или в воздухе, или в воде, способен удалять хлор и бром так же быстро, как он удаляет йод. Этот фильтрующий материал мог бы быть использован в химической технологии, в которой в качестве реагента используют хлор. Следует отметить, что улавливание хлора с целью предотвращения его утечки в атмосферу, например через отходящий газ, является очень важным, так как он обнаруживается человеком по запаху при его содержании около 0,3 частей на миллион и выше и имеет порог раздражения около 0,5 частей на миллион. Кроме того, заявляемый материал ПАУ-NC используют для предотвращения утечки хлора при его транспортировке.In addition, PAH-NC material, used either in air or in water, is able to remove chlorine and bromine as quickly as it removes iodine. This filter material could be used in chemical technology in which chlorine is used as a reagent. It should be noted that the capture of chlorine in order to prevent its leakage into the atmosphere, for example through the exhaust gas, is very important, since it is detected by a person by smell when it contains about 0.3 ppm and higher and has an irritation threshold of about 0.5 parts per million. In addition, the inventive material PAH-NC is used to prevent leakage of chlorine during transportation.

ПРИМЕР 25. ГрязеемкостьEXAMPLE 25. Dirt capacity

Грязеемкость образца ПАУ-NC (образец 621) для А2 мелкой испытательной пыли (фирмы PTI, Inc) измеряли и сравнивали (таблица 21) с материалом NC. Испытание включало обработку дисков диаметром 25 мм суспензией А2 мелкой пыли в очищенной с помощью обратного осмоса воде с мутностью 250 NTU до тех пор, пока перепад давления не достигал 40 фунт/кв. дюйм. При испытании мутность выходящего потока в каждом случае была меньше порога обнаружения 0,01 NTU, тем самым указывая, что выделение порошка в выходящий поток было минимальным. При удалении такой пыли материал, заполненный новым углем, был таким же эффективным, как и материал NC. Это было неожиданным результатом, так как ранее предполагали, что ПАУ снижает способность материала NC адсорбировать частицы.The dirt capacity of the PAH-NC sample (sample 621) for A2 fine test dust (PTI, Inc.) was measured and compared (Table 21) with NC material. The test involved treating disks with a diameter of 25 mm with a suspension of A2 fine dust in reverse osmosis-purified water with a turbidity of 250 NTU until the pressure drop reached 40 psi. inch. In the test, the turbidity of the effluent in each case was less than the detection threshold of 0.01 NTU, thereby indicating that the release of powder into the effluent was minimal. When removing such dust, the material filled with new coal was as effective as the NC material. This was an unexpected result, as PAHs had previously been suggested to reduce the ability of the NC material to adsorb particles.

Таблица 21Table 21 Грязеемкость при вводимой концентрации 250 NTUa Dirt absorbance at an injected concentration of 250 NTU a МатериалMaterial Емкость, мг/см3 Capacity, mg / cm 3 PA C/NC #621PA C / NC # 621 118118 NCNC 110110 Примечания:Notes: а) соответствует загрузке А2 мелкой пыли ~350 ppm.a) corresponds to the loading A2 of fine dust ~ 350 ppm.

РАСЧЕТЫCALCULATIONS

Из данных, приведенных в таблице 1, воздухопроницаемость В (м2) для образцов определяли как:From the data shown in table 1, the air permeability B (m 2 ) for the samples was determined as:

Figure 00000006
Figure 00000006

где:Where:

v - скорость потока м/с при заданном ΔР,v is the flow velocity m / s for a given ΔP,

µ - вязкость воздуха. Для воздуха - µ=18,6·10-6 Па·с,µ is the viscosity of air. For air - µ = 18.6 · 10 -6 Pa · s,

z - толщина материала,z is the thickness of the material,

ΔР - перепад давления на материале, Па.ΔР - pressure drop across the material, Pa.

Уравнение 2 предполагает, что поток через фильтр характеризуется вязким режимом течения. Кроме того, в случае измерений газового потока требуется выполнение двух дополнительных условий [2]: (i) диаметры пор больше, чем 1 микрон; (ii) абсолютное давление на входе потока в фильтр не больше, чем в 1,1 раза абсолютного давления на выходе потока из фильтра, то есть избыточное давление на входе потока в фильтр должно составлять не более 40 дюймов H2O, когда избыточное давление на выходе потока из фильтра равняется нулю (то есть абсолютное давление 400 дюймов H2O). Когда эти два условия соблюдаются, уравнение 2 может быть использовано для оценки проницаемости.Equation 2 assumes that the flow through the filter is characterized by a viscous flow regime. In addition, in the case of gas flow measurements, two additional conditions are required [2]: (i) pore diameters greater than 1 micron; (ii) the absolute pressure at the inlet to the filter is not more than 1.1 times the absolute pressure at the outlet of the filter, that is, the overpressure at the inlet to the filter should be no more than 40 inches of H 2 O when the overpressure the outlet stream of the filter is zero (i.e., an absolute pressure of 400 inches of H 2 O). When these two conditions are met, equation 2 can be used to estimate permeability.

Из уравнения [2] и данных, приведенных на фиг.1, была определена проницаемость фильтрующего материала. Из значения проницаемости и пористости определяли усредненный диаметр потока d следующим образом:From equation [2] and the data shown in figure 1, the permeability of the filter material was determined. From the values of permeability and porosity, the average flow diameter d was determined as follows:

Figure 00000007
Figure 00000007

где ε - пористость.where ε is the porosity.

Диаметры потока d приведены в таблице 1. Средний размер пор материала из нанооксида алюминия изменялся от 4,2 до 38 мкм.The diameters of the flow d are shown in table 1. The average pore size of the material from nano alumina varied from 4.2 to 38 microns.

Из фиг.1, а также из аналогичных графических зависимостей для других образцов, была определена зависимость линейной скорости воздуха через материал от приложенного перепада давления, и она показана в таблице 1. Из этих уравнений ΔР воздуха (в мм воды, избыточное) при линейной скорости потока 3,2 м/мин сравнивают с ΔР воздуха для НЕРА.From Fig. 1, as well as from similar graphical dependences for other samples, the dependence of the linear air velocity through the material on the applied pressure drop was determined, and it is shown in Table 1. From these equations, ΔР of air (in mm of water, excess) at linear velocity a flow of 3.2 m / min is compared with ΔP of air for HEPA.

Несмотря на то, что выше было приведено очень подробное описание, следует иметь в виду, что примеры и подробные варианты осуществления представлены для разъяснения, а не для ограничения. Могут быть сделаны конструктивные изменения, особенно это касается формы, размера и схемы расположения, но в рамках сущности изобретения. Для специалистов в этой области очевидно, что такие изменения или модификации изобретения, или комбинации элементов, варианты, эквиваленты, или усовершенствования в нем подпадают под объем изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения, и что настоящее изобретение может быть легко осуществлено при отсутствии какого-либо ограничения, не описанного в явной форме в этом документе.Although a very detailed description has been given above, it should be borne in mind that the examples and detailed embodiments are presented for clarification and not limitation. Design changes may be made, especially with regard to shape, size and layout, but within the spirit of the invention. For specialists in this field it is obvious that such changes or modifications of the invention, or combinations of elements, options, equivalents, or improvements in it fall within the scope of the invention, which is defined by the attached claims, and that the present invention can be easily carried out in the absence of any restrictions not expressly described in this document.

Claims (29)

1. Фильтр для текучей среды, содержащий:
а. нановолокна из оксида алюминия; и
b. вторые волокна, смешанные с нановолокнами из оксида алюминия, при этом вторые волокна расположены так, чтобы создать асимметрические поры, имеющие средний размер примерно от 5 до 48 мкм.
1. A filter for the fluid containing:
but. alumina nanofibers; and
b. second fibers mixed with alumina nanofibers, the second fibers being arranged to create asymmetric pores having an average size of about 5 to 48 microns.
2. Фильтр по п.1, в котором указанные вторые волокна представляют собой комбинацию крупных и мелких волокон.2. The filter according to claim 1, in which these second fibers are a combination of large and small fibers. 3. Фильтр по п.1, в котором указанные вторые волокна выбирают из группы, состоящей из микростекловолокон, целлюлозных волокон, волокон из фибриллированной целлюлозы и волокон лиосел.3. The filter according to claim 1, wherein said second fibers are selected from the group consisting of microglass fibers, cellulose fibers, fibrillated cellulose fibers and lyocell fibers. 4. Волокнистая структура, включающая:
а. нановолокна из оксида алюминия;
b. вторые волокна, смешанные с нановолокнами из оксида алюминия, при этом вторые волокна расположены так, чтобы создать асимметрические поры; и
с. множество частиц, расположенных на нановолокнах из оксида алюминия, причем указанные частицы выбирают из группы, состоящей из ионообменной смолы, катализатора, оксида металла.
4. The fibrous structure, including:
but. alumina nanofibers;
b. second fibers mixed with alumina nanofibers, the second fibers being arranged so as to create asymmetric pores; and
from. many particles located on nanofibers of aluminum oxide, and these particles are selected from the group consisting of ion exchange resin, catalyst, metal oxide.
5. Волокнистая структура по п.4, в которой указанные нановолокна из оксида алюминия имеют соотношение размеров, т.е. отношение длины волокна к диаметру поперечного сечения волокна, которое больше, чем примерно 5, и имеют наименьший размер, который меньше, чем примерно 50 нм.5. The fibrous structure according to claim 4, wherein said alumina nanofibers have an aspect ratio, i.e. the ratio of fiber length to fiber cross-sectional diameter that is greater than about 5 and have the smallest size that is less than about 50 nm. 6. Волокнистая структура по п.4, в которой вторые волокна выбирают из группы, состоящей из микростекловолокон, целлюлозных волокон, волокон из фибриллированной целлюлозы и волокон лиосел.6. The fibrous structure according to claim 4, in which the second fibers are selected from the group consisting of microglass fibers, cellulose fibers, fibrillated cellulose fibers and lyocell fibers. 7. Волокнистая структура по п.4, в которой каждое из указанных вторых волокон имеет диаметр в диапазоне от около 0,3 до 5 мкм.7. The fibrous structure according to claim 4, in which each of these second fibers has a diameter in the range from about 0.3 to 5 microns. 8. Волокнистая структура по п.4, в которой каждая из указанных частиц имеет диаметр между примерно 0,001-50 мкм.8. The fibrous structure according to claim 4, in which each of these particles has a diameter between about 0.001-50 microns. 9. Волокнистая структура по п.4, в которой указанные частицы выбирают из группы, состоящей из мелких частиц, имеющих средний размер между примерно 10 - 44 мкм, ультрамелких частиц, имеющих средний размер между 0,1-10 мкм и наноразмерных частиц, имеющих размер, который меньше, чем 0,1 мкм.9. The fibrous structure according to claim 4, in which these particles are selected from the group consisting of small particles having an average size between about 10 - 44 microns, ultrafine particles having an average size between 0.1-10 microns and nanoscale particles having size that is less than 0.1 microns. 10. Волокнистая структура по п.4, в которой указанные частицы являются сорбентом.10. The fibrous structure according to claim 4, in which these particles are a sorbent. 11. Волокнистая структура по п.10, в которой указанные частицы сорбента выбирают из группы, состоящей из порошкообразного активированного угля, благородного металла, макромолекулярного органического вещества, биологического соединения и противомикробного агента.11. The fibrous structure of claim 10, wherein said sorbent particles are selected from the group consisting of powdered activated carbon, a noble metal, a macromolecular organic substance, a biological compound, and an antimicrobial agent. 12. Волокнистая структура по п.4, в которой указанные частицы оксида металла выбирают из группы, состоящей из коллоидального диоксида кремния, коллоидального оксида алюминия, нанооксида цинка и нанооксида титана.12. The fibrous structure according to claim 4, in which these particles of metal oxide are selected from the group consisting of colloidal silicon dioxide, colloidal alumina, zinc nanooxide and titanium nanooxide. 13. Волокнистая структура по п.10, в которой указанными частицами является порошкообразный активированный уголь.13. The fibrous structure of claim 10, wherein said particles are powdered activated carbon. 14. Волокнистая структура по п.13, в которой указанный порошкообразный активированный уголь является импрегнированным.14. The fibrous structure according to item 13, in which the specified powdered activated carbon is impregnated. 15. Волокнистая структура по п.14, в которой указанным импрегнирующим веществом является катализатор.15. The fibrous structure according to 14, in which the specified impregnating substance is a catalyst. 16. Волокнистая структура по п.4, в которой указанным катализатором является катализатор окисления.16. The fibrous structure according to claim 4, in which the specified catalyst is an oxidation catalyst. 17. Волокнистая структура по п.4, в которой указанный оксид металла имеет субмикронный размер.17. The fibrous structure according to claim 4, in which the specified metal oxide has a submicron size. 18. Волокнистая структура по п.4, которую применяют для удаления загрязняющих веществ из жидкой, газовой или воздушной среды.18. The fibrous structure according to claim 4, which is used to remove contaminants from a liquid, gas or air environment. 19. Волокнистая структура по п.18, в которой указанные загрязняющие вещества включают, по меньшей мере, одни твердые частицы.19. The fibrous structure of claim 18, wherein said contaminants include at least one particulate matter. 20. Волокнистая структура по п.19, в которой указанные, по меньшей мере, одни твердые частицы включают субмикронные частицы.20. The fibrous structure according to claim 19, in which said at least one solid particles include submicron particles. 21. Способ получения волокнистой структуры, включающий стадии, на которых:
а. формируют нановолокна из оксида алюминия;
b. смешивают множество вторых волокон с указанными нановолокнами из оксида алюминия в присутствии указанных вторых волокон для формирования множества ассиметричных пор;
с. добавляют множество частиц к указанной смеси.
21. A method for producing a fibrous structure, comprising the steps of:
but. form nanofibres of aluminum oxide;
b. mixing a plurality of second fibers with said alumina nanofibers in the presence of said second fibers to form a plurality of asymmetric pores;
from. add a lot of particles to the specified mixture.
22. Способ по п.21, включающий стадию, на которой удаляют воду из указанной смеси с формированием нетканой структуры.22. The method according to item 21, comprising the step of removing water from said mixture to form a non-woven structure. 23. Способ применения волокнистой структуры, в котором указанная структура включает множество нановолокон из оксида алюминия, смешанных с множеством вторых волокон, создающих между ними асимметрические поры, имеющие средний размер примерно от 5 до 48 мкм и наличие множества частиц, расположенных на указанных нановолокнах из оксида алюминия, включающий стадии, на которых:
а. пропускают текучую среду через указанную волокнистую структуру; и
b. удаляют загрязняющее вещество из указанной текущей среды.
23. A method of using a fibrous structure in which said structure includes a plurality of alumina nanofibers mixed with a plurality of second fibers, creating asymmetric pores between them having an average size of about 5 to 48 microns and having a plurality of particles located on said oxide nanofibres aluminum, including stages in which:
but. passing fluid through said fibrous structure; and
b. remove the contaminant from the specified current environment.
24. Способ применения по п.23, в котором указанное загрязняющее вещество выбирают из группы, состоящей из галогена и, по меньшей мере, одного микробного патогена.24. The method of use according to claim 23, wherein said contaminant is selected from the group consisting of halogen and at least one microbial pathogen. 25. Структура для медицинского применения, включающая:
а. нановолокна из оксида алюминия;
b. вторые волокна, смешанные с указанными нановолокнами из оксида алюминия, при этом указанные вторые волокна располагают так, чтобы создать асимметрические поры; и
с. множество частиц, нанесенных на указанные нановолокна из оксида алюминия.
25. Structure for medical use, including:
but. alumina nanofibers;
b. second fibers mixed with said alumina nanofibers, wherein said second fibers are arranged to create asymmetric pores; and
from. a plurality of particles supported on said alumina nanofibres.
26. Структура для медицинского применения по п.25, в которой указанные частицы выбирают из группы, состоящей из мелких частиц, ультрамелких частиц и наноразмерных частиц.26. The structure for medical use according A.25, in which these particles are selected from the group consisting of fine particles, ultrafine particles and nanosized particles. 27. Структура для медицинского применения по п.25, в которой указанные частицы выбирают из группы, состоящей из сорбента, лекарственного средства и противомикробного средства.27. The structure for medical use according A.25, in which these particles are selected from the group consisting of sorbent, drugs and antimicrobial agents. 28. Структура для медицинского применения по п.25, в которой указанные частицы включают порошкообразный активированный уголь.28. The structure for medical use according A.25, in which these particles include powdered activated carbon. 29. Структура для медицинского применения по п.25, являющаяся раневой повязкой. 29. The structure for medical use according A.25, which is a wound dressing.
RU2008143241/15A 2006-03-31 2007-02-22 Notwoven material including unltrafine or nano-size particles RU2394627C1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US74404306P 2006-03-31 2006-03-31
US60/744,043 2006-03-31
US11/531,107 US7311752B2 (en) 2005-09-12 2006-09-12 Electrostatic air filter
US11/531,107 2006-09-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008143241A RU2008143241A (en) 2010-05-10
RU2394627C1 true RU2394627C1 (en) 2010-07-20

Family

ID=40727111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008143241/15A RU2394627C1 (en) 2006-03-31 2007-02-22 Notwoven material including unltrafine or nano-size particles

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5718309B2 (en)
CN (1) CN101443090B (en)
RU (1) RU2394627C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2546014C2 (en) * 2013-08-21 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Antiseptic sorption material, method for making it and based wound healing dressing
RU2777494C1 (en) * 2021-11-30 2022-08-04 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "Фабитекс" (ООО НПФ "Фабитекс") Chemical protective sorption-active material

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103237763B (en) * 2011-01-20 2015-10-21 英派尔科技开发有限公司 The method of adsorbent composition and the described adsorbent composition of use
US20150223662A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 The Procter & Gamble Company Cleaning sheet and laminates therefor
CN106660831A (en) * 2014-06-24 2017-05-10 三菱丽阳株式会社 Water purifier-use cartridge
US10668416B2 (en) 2014-08-15 2020-06-02 Strix (Usa), Inc. Granular filtration media mixture and uses in water purification
JP7005124B2 (en) * 2015-04-17 2022-01-21 プロダクツ・アンリミテッド・インコーポレイテッド Filtration medium fiber structure and its manufacturing method
CN105088531A (en) * 2015-06-30 2015-11-25 怀宁县鑫源无纺布有限公司 Anti-microbial and anti-radiation non-woven fabric
RU2624189C1 (en) * 2016-03-01 2017-06-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) Method for obtaining fibrous material containing oxide nanoparticles from thermoplast melt
CN109082942B (en) * 2018-08-01 2021-07-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 Fire-proof imitation Xuan paper "
US20200360513A1 (en) * 2019-05-17 2020-11-19 Sila Nanotechnologies Inc. Nanofiber compositions for a vaccine adjuvant, porous scaffold or porous membrane
CN112176524A (en) * 2020-09-23 2021-01-05 长春市新超汽车内饰件有限公司 Preparation method of automotive interior material
JPWO2022071243A1 (en) * 2020-09-30 2022-04-07
KR102408138B1 (en) * 2021-09-14 2022-06-15 주식회사 엔바이오니아 Ceramic Paper and Manufacturing Method Thereof

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2721511C2 (en) * 1976-05-12 1985-11-28 Honshu Seishi K.K., Tokyo Adsorbent nonwoven fabric and process for its manufacture
IL57710A (en) * 1978-07-07 1982-11-30 Klein Max Mats for adsorption and filtration of liquids
DE3623786A1 (en) * 1985-11-13 1987-05-14 Man Technologie Gmbh METHOD FOR PRODUCING SOOT FILTERS
US4981591A (en) * 1989-04-07 1991-01-01 Cuno, Incorporated Cationic charge modified filter media
JPH0360711A (en) * 1989-07-28 1991-03-15 Sumitomo Chem Co Ltd Filter medium for purifying air
JPH0376813A (en) * 1989-08-16 1991-04-02 Toray Ind Inc Polyester monofilament
TW241198B (en) * 1993-09-06 1995-02-21 Daicel Chem A tobacco filter material and a method of producing the same
EP0731651B1 (en) * 1993-11-29 1998-04-01 Courtaulds Fibres (Holdings) Limited Cigarette filters
GB9404547D0 (en) * 1994-03-09 1994-04-20 Courtaulds Fibres Holdings Ltd Fibre production process
JP3752289B2 (en) * 1995-12-15 2006-03-08 ダイセル化学工業株式会社 Cigarette smoke filter
US5855788A (en) * 1996-02-07 1999-01-05 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Chemically charged-modified filter for removing particles from a liquid and method thereof
US6155432A (en) * 1999-02-05 2000-12-05 Hitco Carbon Composites, Inc. High performance filters based on inorganic fibers and inorganic fiber whiskers
US6838005B2 (en) * 2001-06-22 2005-01-04 Frederick Tepper Nanosize electropositive fibrous adsorbent
US7404840B2 (en) * 2001-07-06 2008-07-29 3M Innovative Properties Company Chemically stabilized β-cristobalite and ceramic bodies comprising same
JP2003019404A (en) * 2001-07-06 2003-01-21 Mitsubishi Rayon Co Ltd Arsenic adsorbent and removal treatment method for arsenic using the same
US6835311B2 (en) * 2002-01-31 2004-12-28 Koslow Technologies Corporation Microporous filter media, filtration systems containing same, and methods of making and using
US6872311B2 (en) * 2002-01-31 2005-03-29 Koslow Technologies Corporation Nanofiber filter media
JP2004147580A (en) * 2002-10-31 2004-05-27 Asahi Kasei Corp Cellulosic material/inorganic material composite, method for producing the same and application thereof
JP2004204819A (en) * 2002-12-26 2004-07-22 Three M Innovative Properties Co Mat for retaining catalyst carrier
US8025960B2 (en) * 2004-02-02 2011-09-27 Nanosys, Inc. Porous substrates, articles, systems and compositions comprising nanofibers and methods of their use and production
WO2008073507A2 (en) * 2006-03-31 2008-06-19 Argonide Corporation Non-woven media incorporating ultrafine or nanosize powders

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2546014C2 (en) * 2013-08-21 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Antiseptic sorption material, method for making it and based wound healing dressing
RU2777494C1 (en) * 2021-11-30 2022-08-04 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "Фабитекс" (ООО НПФ "Фабитекс") Chemical protective sorption-active material

Also Published As

Publication number Publication date
JP5718309B2 (en) 2015-05-13
CN101443090A (en) 2009-05-27
RU2008143241A (en) 2010-05-10
CN101443090B (en) 2013-05-15
JP2013063439A (en) 2013-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394627C1 (en) Notwoven material including unltrafine or nano-size particles
US20080026041A1 (en) Non-woven media incorporating ultrafine or nanosize powders
CA2646192C (en) Non-woven media incorporating ultrafine or nanosize powders
US7390343B2 (en) Drinking water filtration device
US7311752B2 (en) Electrostatic air filter
JP5244867B2 (en) Microporous filter medium, filtration system containing the same, production method and use thereof
KR101321493B1 (en) Air filter which having superior effective to filtration of super fine particle and sterilization
CN105194943B (en) Filter core for environment-friendly type air purifier
AU2004230869B2 (en) Microporous filter media with intrinsic safety feature
JP2005515892A5 (en)
Poudyal et al. Electrospun Nanofibre Filter Media: New Emergent Technologies and Market Perspectives
Sikka et al. A critical review on cleanroom filtration
KR20090034595A (en) Filter which have a effective filtration and sterilization of suspended solid and super fine particle in the water and air
KR20210025381A (en) Wettype-modifiable Multilayer Filtration System and Filter Unit Comprising Thereof
RU2297269C1 (en) Method of production of filtering material
WO2009031944A2 (en) Filtering material for gaseous medium
KR20210025382A (en) Wettype-modifiable Multilayer Filtration System and Filter Unit Comprising Thereof
CA2920381C (en) Filter media for gravity filtration applications
Karthik et al. Eradicating spread of virus by using activated carbon
JPH11253755A (en) Environment purifying agent, environment purification material and manufacture thereof
Mandlimath et al. Flexible ceramics for environmental remediation
KR20170000461A (en) The Filter of GAC absorbed with Colloidal Carbon and Silver for renoval of Radon and Sub-micrometer Particles Removal
JP2022546450A (en) Multilayer filtration system and filter unit including the same