TW200948460A - Filtration media for the removal of basic molecular contaminants for use in a clean environment - Google Patents

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Terry W Nassivera
Fitzgerald A Sinclair
Michael S Darsillo
Ruth G Heffes
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Huber Corp J M
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Description

200948460 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明概言之係關於新穎的經酸浸潰的二氧化矽材料， 其作為環境控制手段用於其中需要自氣態物流高效移除氨 及揮發胺之空亂處理系統（例如潔淨室）中。此等二氧化石夕 呈現特定的孔隙率及密度量測值，以為在產生初始固體二 氧化矽粒子後納入之酸浸潰劑提供滿意的載體以提供有 效的氨結合位點。二氧化矽載體性能與酸浸潰劑之組合容 許高效移除氨氣（或揮發胺），可達成尤其比先前媒介過濾 產物為佳的有害氣體移除效能及能力。本發明亦涵蓋使用 此等經酸浸潰的二氧切過瀘、媒介及特定過遽設備之方 法0 【先前技術】 業内對用於移除某—場地附近所釋放之有害氣載試劑之 經改良過濾系統的需求不斷增加。在包括博物館、槽案館 ^其他各種農業及工業環境在内之多種環境中，過遽驗性 氣載分，污染物（例如氨及揮發胺）尤其重要。在該等環境 等土於胺之氣體呈現尚度不期$的腐蝕性以及潛在 的危險毒㈣度。即使相對較低含量的氨亦可對文播及設 備產生不可逆損壞，而在農業中其可Μ疾病並降低牲畜 產力需要氨移除性能之其他環境包含半導體製作地 點及潔淨室，其中即使較低含量的氨及其他揮發胺亦可對 ^中所發生之過程具有極有害影響。舉例而言，隨著裝置 何結構進-步減小以使產品變得更小及改良性能，氨污 138018.doc 200948460 染也變得越來越重要，此乃因即使低含量亦會對裝置解析 度提出嚴格的限制。將微影蝕刻機中之晶圓暴露於8至1〇 ppb之氨濃度可導致圖像形成後細微細節之嚴重「τ型頂 部」或扭曲。 ‘ 典型空氣過滤系統通常對大多數有害氣體及試劑無效。 舉例而言，標準灰塵過濾器（例如紙板框纖維玻璃墊過濾 器）很難移除微小尺寸粒子及氣體。市售靜電纖維過濾器 比標準灰塵過濾器具有更高效能且可移除花粉及其他小固 ® 體微粒，但其不能攔截並移除氣體。HEPA(「高效微粒空 氣（High-Efficiency Particulate Air)」）過濾器係用來高效過 濾超細固體及液體微粒之氣載分散物，例如灰塵及花粉、 放射性粒子污染物及氣溶膠。然而，其中威脅係具有極小 尺寸（即，<0_001微米）之氣態分子化合物或粒子習用市 售HEPA過濾器不能捕獲並控制該等類型的氣載試劑。如 此，通常呈鬆散顆粒床及/或經浸潰不織布過濾器形式之 ❹化學洗氣設備通常需保持足夠低含量的該等氣載污染物， 以不影響特定環境中所發生之過程。 氣載污染物之過濾先前已在多種應用中實施，例如在防 毒面具、工業過程及潔淨室中，其中使用含有對移除期望 污染物具有活性之吸附劑的過濾器。該等商業過濾器通常 設計為對欲移除污染物保持至少99.999%之移除效能。儘 管多種不同媒介皆可用作活性吸附劑（沸石、黏土、矽藻 土、矽酸鹽及諸如此類），但活性炭最常見。此等活性炭 過濾器通常經由物理吸附起作用，其中空氣流中的分子與 138018.doc 200948460 碳質表面相互作用並誘陷在載體之孔内。即使該移除方法 容許活性炭有效地移除多種污染物，但亦可使用特殊浸嘖 劑來提高以另夕卜方式與未經浸潰之炭化合物具有低親和性 之氣體的移除能力。此等經浸潰部分經由化學吸附移除污 染物，其中分子與浸潰劑反應並誘陷在載體之孔内。此等 額外經浸潰炭加工複雜、製備成本高且呈現可疑的可靠 性。 業内已習知基於二氧化矽之組合物容許良好的氣體過濾 結果。然而，相關先前技術中在對於潔淨室應用可接受之 條件下關於此等過濾媒介之漏過特徵（移除效能及漏過能 力）提供甚少。移除效能係過濾媒介在特定條件下捕獲某 一體積目標氣體之能力的量度；漏過表明過濾媒介在規定 條件下有效移除指定百分比目標氣體之能力達到飽和點。 因而，業内咼度期望尋找適當的過濾媒介，其呈現高移除 效能（且從而迅速捕獲大量基於胺之有害氣體）及較長漏過 時間（且從而結合吸收能夠實現迅速捕獲且延長達到飽和 所用之時間長度）。目前所使用之標準氨移除過濾媒介限 於移除效能相對較低且能力相對較低（相對迅速的漏過時 間）但成本合理者，或者限於效能相對較高且能力相對較 高但成本較高者。業内需要開發移除效能及漏過能力增加 但價位更經濟之新穎過濾媒介。 在氨及其他鹼性不揮發胺之情況下，經酸浸潰之吸附劑 已使用35年之久。關於利用摻雜有無機酸或有機酸之矽質 化合物移除氣體（例如氨）之最近技術教示於頒於Adler等人 138018.doc 200948460 之美國專利第3,5 11,596號中。利用矽膠作為實例載體之該 系統主要涉及為空氣之除臭提供過濾媒介。其中指出，該 等材料可用於跑道、小狗收容所、家畜醫院、其他常規醫 院及診所、伴有污染氣體問題之工業設施、汽車内部、汽 車排氣系統、商業及家庭空氣調節系統以及諸如彼等與爐 子或烘箱配套之特定系統或廚房内之特定系統附近來吸收 有味化合物。關於使用摻雜有無機酸或有機酸之化合物自 ❹ ❹ 潔淨至應用中之空氣流（具體而言彼等用於半導體工業中 者）移除諸如氨等氣體之最近技術教示於PCT公開申請案 W〇 96/29100及美國專利第5,607,647號中，此二者皆頒予 J〇ffe等人。主要使用活性炭作為載體（提及沸石及矽膠）之 此系統主要涉及為來自潔淨室環境之氨及其他鹼性胺之移 除提供過濾媒介。
Adler等人的專利亦表明，對該等類型系統之限制係基 於對載體具體而言其吸附液體（通常基於吸水能力）能力的 物理限制，此限制了可經浸潰以用於既定最大相對濕度下 之酸的類型及量。硫酸及磷酸二者在既定相對濕度下與水 達到平衡濃度（例如，在70%相對濕度下，硫酸將吸收水分 直至其濃度為約34重量％為止，而磷酸將在約5〇重量％時 平衡）。若載體之吸水能力（孔體積）不足以處理另外的吸收 水，則酸將出現在孔外部且將最終自由流出純化床。相比 之下目命所提議系統之優點係提供適當的媒介載體，具 體而言具有足夠高吸附液體能力者，此乃因液體吸附能力 越高，酸之最大可容許裝載量越高，且從而在任何既定相 138018.doc 200948460 對濕度下對氨之總能力越高。本發明過滤媒介之細節更深 度地論述於下文中。 【發明内容】 根據本發明之一個態樣，本文中提供包括經酸浸潰沉澱 之二氧化矽材料的過濾媒介，其中該等材料呈現介於約2〇 與700平方米/克之間之bet表面積及介於約5〇與5〇〇公分3 水/100克二氧化石夕之間之吸水能力；且其中酸浸潰劑係選 自由無機酸（例如，磷酸、硫酸、鹽酸、硝酸、胺基磺酸 及諸如此類）及弱有機酸（例如，檸檬酸、草酸及諸如此類） 組成之群，且其係以最後經浸潰媒介總量之1-50重量。/〇的 量存在。二氧化矽材料之孔隙率可在微孔至大孔間變化且 該等材料本身較佳地經製粒，且酸主要存在於目標二氧化 石夕粒子之内表面上。 根據本發明另一態樣’ a)當在直徑4.1公分之燒瓶内作為 高度0.135公分之濾床存在時，b)當在環境溫度及壓力下以 25a刀/秒之媒介速度暴露於5〇 ppm之恆定氨氣濃度中 時，及c)當同時暴露於10%至6〇%之相對濕度時，經酸浸 潰沉澱之二氧化矽過濾媒介對氨氣/空氣組合物呈現丨〇 %漏 過量測值[即，其超過等尺寸（例如，2〇x5〇 us標準網目）的 目前所用經浸潰活性炭載體之量測值];且其中在達到1〇% 漏過之後該過濾媒介未呈現任何超過該漏過濃度之氨氣洗 提。較佳地，在上述條件下1〇%漏過時間為至少5〇分鐘。 本發明之一個明顯優點係提供當以相對較低量存在時呈 現高氨移除效能及能力之過濾媒介。本發明之其他優點係 138018.doc 200948460 徑。由於該等物理特徵及相對敞開的孔結構，該等沉殿二 氧化矽作為酸性化合物之載體且隨後作為經酸浸潰之媒介 尤其適合用於自空氣流移除氨。 在製造本發明最後顆粒狀產物中，按照以下方案，其尤 其包括初始酸浸潰載體隨後使用（但不限於）高速剪切製 粒、擠壓或輥壓製粒。在製粒過程之前或期間，可添加黏 結劑系統以有助於緻密化並硬化最後顆粒。稍後將更詳細 地論述此等黏結劑系統。 出於本發明之目的，術語「沉澱二氧化矽」意欲涵蓋由 金屬矽酸鹽（例如，矽酸鈉）與酸（例如，硫酸）之反應以形 成非晶形固體二氧化矽材料所形成之材料。通常沉澱二氧 化矽在以下方面區別於矽膠：其較高的最後pH(例如，大 於6 pH)、藉由氮孔隙度測定法所量測且通常小於35〇平方 米/克之較低表面積及大於100 A之較大中值孔徑。此等材 料可歸類為二氧化石夕、沉澱二氧化石夕、水合二氧化石夕、膠 態二氧化石夕、非晶形沉澱二氧化石夕或牙科級二氧化石夕。該 等種類之間的區別完全在於命名及預期用途。在任何情況 下，如上所述，術語「沉澱二氧化矽」意欲涵蓋任何:所 有該等類型的材料。吾人已發現，沉澱二氧化矽通常呈現 小於約8.0之pH，含有一定百分比的尺寸小於2()人之微 孔，中值孔徑為約100_300 A，且可具有高達約5〇〇公分3/1〇〇克 之吸水能力。 儘管不希望受限於理論，據信有毒氣體(例如，氨)之捕 獲係藉由經酸浸潰之沉澱二氧化矽孔内之兩個單獨（但可 138018.doc -10· 200948460 提供用於潔淨室應用中之過濾系統，其呈現穩定及有效的 氨氣吸收並以適宜速率自封閉空間移除此等有害氣體，以 將濃度降低至過程破壞濃度以下。另一優點係在正常條件 下於吸附後本發明不可逆地阻止該等有害氣體釋放之能 力。另外，此等沉厥二氧化石夕材料係成本有效且在既定相 對濕度下比其他吸收劑替代品容許更高濃度的酸浸潰。 同樣’本發明涵蓋用黏結劑系統硬化之顆粒，該黏結劑 系統賦予顆粒硬度增加且不明顯折衷經製粒過遽媒介呈現 氣移除及此力之效能。此黏結劑系統之實例包含（但不限 於）聚矽酸黏結劑。此外，此等經酸浸潰沉澱之二氧化矽 顆粒之製備亦在本發明範圍内，其中將酸浸潰劑添加至乾 一乳化碎粉末中並製粒（經由高速剪切製粒、擠壓或輥 壓，作為實例）。或者’可將基於二氧化矽之材料喷霧或 用酸濕浸潰，隨後視需要製粒。 【實施方式】 本發明詳述經酸浸潰沉澱之二氧化矽材料作為吸附劑用 於自空氣流移除氨及其他揮發性驗性化合物之用途。在本 發明中用作載體之沉澱非晶形二氧化矽的特徵在於，其具 有20-700平方米/克（更佳地，約200-約700平方米/克）之 BET表面積，50_500公分3/1〇〇克（更佳地，約200-約500公 分3/100克）之亞麻籽油吸收能力，50-500公分3/1〇〇克（更佳 地，約200-約500公分3/1〇〇克）之吸水能力，介於uooo A 之間（更佳地’大部分孔體積在50-約500 A之間）之孔徑， 及介於1-500 A(更佳地，約100-約3 00 A)之間之平均孔 138018.doc 200948460 月b係同時發生的）事件來達成：酸-鹼與酸浸潰劑之反應及 對表面矽烷醇部分之物理吸附。因而，此等沉澱二氧化矽 材料呈現用於迅速吸收氣體且大量輸送之大孔與連接至此 等大孔且酸可沈積於其中之較小孔的組合。基本上，不受 . 限於任何特定科學理論，據信此等適宜尺寸的較小孔可用 來及附大量酸及任何伴隨水。據信，由沉殿二氧化碎捕獲 且保持之氣體（例如’氨）的量係該兩種方法之組合之結 果。因而，調適物理性質（即，孔徑、表面積、吸水能力） ® 卩使酸最佳地沈積於其中之能力係尤其令人感興趣之本發 明標的。氣體（例如，氨）可進入孔中並接觸酸物質以形成 穩定鹽’從而達成氨捕獲。 沉澱二氧化矽可藉由在水性媒介中使鹼金屬矽酸鹽與無 機酸反應來產生。當與矽酸鹽反應之酸的量使得反應混合 物之最終pH呈鹼性時，所產生產物被認為係沉澱二氧化 矽。硫酸係最常用的酸，儘管亦可使用其他無機酸，例 ❿如，鹽酸、硝酸或磷酸。舉例而言，可使用矽酸鈉或矽酸 鉀作為鹼金屬矽酸鹽。矽酸鈉較佳，此乃因其不係很昂貴 且最容易獲得。酸性水溶液之濃度通常為約5約7〇重量％ 且矽酸鹽水溶液之Si〇2含量通常為約6_約25重量％且si〇2 與NasO之莫耳比率為約ι:1至約3 4:ι。 將無機酸（不能與稍後與最終沉澱二氧化矽材料反應之 酸混淆）添加至金屬矽酸鹽溶液中以形成沉澱二氧化矽。 或者，首先將一部分金屬矽酸鹽添加至反應器中以用作反 應媒介，且隨後將剩餘金屬矽酸鹽及無機酸同時添加至媒 138018.doc 200948460 介中。通常，可使用連續處理並單獨地將無機酸計量添加 至高速混合器中。反應可在任何方便溫度（例如，約15-約 100°C)下實施，且通常在介於60與90°C之間之溫度下實 施。 二氧化矽通常直接自反應物之混合物沉澱出來，且隨後 用水或酸性水溶液洗滌以移除反應中形成之殘餘鹼金屬 鹽。舉例而言’當硫酸及矽酸鈉用作反應物時，硫酸鈉誘 陷在沉澱二氧化矽濕物質中。在洗滌之前，可視需要用另 外無機酸進一步調節該物質以達成期望最終pH。該物質可 用無機酸（例如、硫酸、鹽酸、硝酸、或磷酸）或中等強度 酸（例如，甲酸、乙酸或丙酸）之水溶液洗滌。 通常’洗滌媒介之溫度為約27。(：至約93°C。較佳地，洗 滌水係在約50°C至約93。(：之溫度下。將二氧化矽濕物質洗 滌一段時間足以將總鹽含量降低至約5重量。/。以下。舉例 而言’基於沉殿二氧化矽之乾重，該物質可含有約〇 〇5_約 3重量％之NasO含量及約0.05-約3重量％之s〇4含量。達成 該鹽移除所需之時間段隨洗務媒介之流速及洗滌設備之構 型而變化。通常’達成期望鹽移除所需之時間段為約〇.〇5_ 約3小時。因而，較佳地，沉澱二氧化矽物質用約5(Γ(：至 約93 C之溫度下的水洗務約〇 ·〇5 -約3小時。 為了製備適合用於本發明過濾媒介中之含水沉澱二氧化 矽，完成洗滌後最終二氧化矽pH可在約6至約8範圍内，如 在5重量％二氧化碎水性衆液中所量測β 經洗滌沉澱二氧化矽物質之水含量通常為1〇_約6〇重量 138018.doc 12 200948460 %，如藉由在I 〇5 °C下忸铭私猫从，， i卜人、韌乾耜約16小時所量測，且粒徑 在約1微米至約5〇臺丰igdlrtn .. 宅木範圍内。或者，隨後將沉澱二氧化 石夕脫水至約20-約90 #番。/ 4^ , J U董置/°、較佳地約50-約85重量％之期 望水含量。Τ使用任何習知脫水方法來減少其中水的量， 或相反增加其固體含量。舉例而言，可在過濾器、旋轉乾 燥器噴霧乾燥器、管道乾燥器、閃蒸乾燥器、喷嘴乾燥 盗/爪化床乾燥盜、多段式乾燥器及諸如此類中對經洗務 沉澱二氧化矽物質實施脫水。 在整個說明書中所提及之平均粒徑係在micr〇trac⑧ 粒徑分析儀中進行測定。當㈣二氧切之水含量大於約 20重量％時，沉澱 氧化石夕可在任何適宜乾燥器中於一定 溫度下乾燥且乾燥-段時間，足以將沉澉二氧化石夕之水含 量降低至約20重量％以下，以有助於處理、加工及隨後酸 浸潰 出於本發明之目的，術語「基於石夕之凝谬」意欲涵蓋由 金屬矽酸鹽（例如，矽酸鈉）與酸（例如，硫酸）之反應而形 成且容許適當地老化以形成凝膠材料之材料，或可得自天 然來源（例如，得自稻殼）且呈現與如藉由上述方法所形成 之此等凝膠類似之孔結構的材料。此等合成材料可歸類為 矽酸或聚矽酸類或矽膠類，而天然來源材料通常以某種形 式獲得並經處理最後形成最終凝膠狀產物（此方法提供於 美國專利第6,638,354號中）。兩種合成類別之間之差別* 全在於凝膠在反應、成形及老化後所達成之pH量測值。若 凝膠在此階段後呈現低於3.0之pH，則認為凝膠為石夕酸或 1380l8.doc 13 200948460 聚矽酸類型。若為pH 3.0或以上，則隨後認為該材料為（傳 統）碎膠。在任何情況下，如上所述，術語「基於珍之凝 膠」意欲涵蓋該等類型凝膠材料之兩者。已發現，所達成 pH呈現低於3.0之基於矽的凝膠（矽酸或聚矽酸凝膠）含有較 大百分比的尺寸小於2〇 A之微孔且中值孔徑為約3〇 a，而 呈現較尚的醆性PH(例如，pH 3 0及以上（較佳但未必高達 4))之基於矽之凝膠含有中值孔徑約3〇 a至約6〇入之孔徑的 混合物。 可機械研磨沉澱二氧化矽粒子以提供適合用酸進7 ‘又 潰之相對均句的粒徑，且隨後在目標粒子之内表面上產生 其酸之充刀均勻施加，以最有效地保持酸且移除氨（當存 在於過渡媒介内時舉例而言，作為—個非限制性實 例/儿臝一氧化矽可用任何標準機械研磨裝置（例如，錘 磨機)來研磨。另一選擇係在酸浸潰程序期間使經選擇二 氧化石夕材料經受高速剪切混合。在此等替代方式中，整個 法可實現酸之期望的均句浸潰，以在用作過遽媒介 後最有效地移除氨氣（或其他揮發胺）。 經酸浸潰㈣之二氧切材料的最終粒徑端視由其製備
之過濾媒介的期望提供t 工A 式而定。因而，填充媒介需要較 如二:::米;Γ微米至5毫米)’而具有相對較小粒徑(例 浸潰劑中。然而，可重:為：：用於薄膜或纖㈣ 於目標二氧化·=通常不是粒徑’而仍是存在 η 化夕材抖自身表面上的酸量及均勻性。 "月經酸浸潰沉澱之二氧切亦可進一步含有作為可 138018.doc 200948460 選成份石夕酸鹽、黏土、滑石粉、氧化銘、纟、包含但不限 於多糖之聚σ物、膠或用作黏結劑填充劑之其他物質以使 顆粒硬化。料係過濾、媒介之常用組份，且適合該目的之 材料不必列舉’此乃因其已為彼等熟習此項技術者所熟 . 知。然而，某些該等添加劑之結合能力可受酸浸潰劑干 擾及/或可藉由與該等浸潰劑反應並消耗之而對媒介之 . 〖學性能產生不利影響。因此，在另-實施例中，使用聚 石夕酸黏結劑來硬化該等顆粒’同時將對化學性能之影響降 帛J A夕卜本發明此等經酸浸潰沉殿之二氧化石夕材料 亦可引入聚合物組合物中（經由浸潰，或經由擠壓）以提供 聚口薄膜i合物或用作過濾媒介之其他類型的聚合固 體。另外，不織布織物可用此等本發明材料浸潰、塗佈或 、另外方式處理’或者單獨紗線或長絲可與此等材料一起 擠出f形成不織布、織布或針織網，所有皆可提供過遽媒 土資另外本發明過濾媒介在濾毒罐内可與隨其存在 ❹之其他類型的過㈣介（例如，炭黑材料層）分層佈置，或 者另ϋ擇為過渡媒介可一起散置於同一滤毒罐内。如 .土所述，此等薄膜及/或織物可包含離散區域的過濾媒 二或亦可包含相同類型的散置材料（僅作為實例，混合 、面上或共擠出於同一織物或薄膜内之炭黑卜 用、來測試供料室制之媒介耐久性的過㈣統在直徑 广之燒瓶内通常含有約0125公分至約〇 318公分厚 二、較佳地約〇·135公分厚度之媒介床厚度。實際上可包 3但不限於此過渡媒介（例心於工業人㈣4 138018.doc -15- 200948460 型過濾器包括較大厚度（且 從而數量）的此過濾媒介，例如 用於個人型滤毒罐時厚度約1七公分且直徑約1〇公分’用 於工業用途時厚度至少高達100公分且直徑50公分。另一 方面，潔淨室過濾器包括較小厚度（且從而數量）的此過遽 媒"其通常呈折疊或非折疊不織布過濾器形式。同樣， 該等僅意欲係供此等最終用途應用之粗略近似值；床及/ 2容器之任何厚度、直徑、寬度'高度等皆可根據實際進 仃使用’端視過據器可使用之時間長度及目標環境可呈現 之氣體污染的可能性而定。可引入過濾系統中之過遽媒介 的量可係任何量，只要容器在結構上足以在其中保持過遽 媒"且為了使過遽媒介與目標氣體適當接觸而容許適當氣 流進入即可。 重要的是應注意，儘管氨氣係藉由本文所論述之本發明 1滤媒介移除之測試標的物；但此等媒介同樣亦可自某些 環境有效地移除其他有害氣體，包含其他揮發性驗性化合 物（例如，揮發胺），僅作為實例。 過濾媒介可用於工業環境中（例如，保護整個工業建築 或個體工作人員，經由面具）、軍事環境（例如，用於車輕 或建築物之過濾器）及商業/公眾環境（辦公樓、購物中心、 博物館、政府場所及設施及諸如此類）等多種過濾應用 中。特定實例可包含（但不限於）保護農業環境中（例如，禽 舍内，作為一個實例，其中大量氧氣可由動物廢棄物產 生）及其中產生可能危害量氨氣之任何環境中的工作人員 及牲畜。因而，大規模過濾器可用於此等場所内，或者出 138018.doc -16- 200948460 於此等目的個體可使用個人過濾設備。其中可使用該媒介 且與本發明有關之其他環境包含半導體製作地點及潔淨 至，其中即使較低含量的氨及其他揮發胺亦可對其中所發 生之過程產生極有害影響。通常，本發明此過濾媒介可納 . 入任何類型環境中必需且用來移除可能有害氣體之任何類 型的過濾系統中。 本發明之較佳實施例 ❹ 儘s本發明係結合某些較佳實施例及實踐而加以闡述及 揭示，但絕非意欲將本發明限制於彼等具體實施例，而係 意欲涵蓋結構等價物及所有替代實施例及修改，如可藉由 隨附申請專利範圍及其等價項所定義者。 載體量測測試方案 及附劑濕濾'餅之％固體係藉由將代表性2克樣品放置於 CEM 910700微波平衡盤上並將樣品乾燥至恆重來測定。 使用重1差來計算％固體含量。充填或堆積密度係藉由將 φ 1〇〇.〇克產物稱量至具有平底之250毫升塑膠量筒中來測 定。量筒用橡皮塞密閉，放置於堆積密度機器上並運行15 • 刀鐘。堆積密度機器係在60 rpm下運作凸輪的習用馬達齒 輪減速驅動器。凸輪經切割或設計以將量筒升高且降低每 €/2.25奂叫"（5.715公分）之距離。量筒係藉由導向支座固定 就位。記錄堆積後產物所佔用之體積且計算填充密度並以 克/毫升表示。 渡液之電導率係使用具有溫度補償器之〇ri〇n 14〇型電導 率儀藉由將電極環氧樹脂電導池（〇丨4 〇丨〇 )沉浸於所回收濾 138018.doc -17- 200948460 液或濾液流中來測定。通常在1 5-20°C之溫度下實施量 測。 表面積係藉由 Brunaur等人，J. Am. Chem. Soc.，60，309 (1938)之BET氮吸附方法來測定。使用氮吸附-等溫量測可 獲得。BJH(Barrett-Joiner-Halender)型平均孔徑係基於利 » 用購自 Micromeritics Instrument公司，Norcross，Georgia 之快速表面積及孔隙度分析儀（Accelerated Surface Area ' and Porosimetry System)(ASAP 2010)之分支方法來測定。 在150-200°C下對樣品進行抽氣直至真空壓力為約5微米汞 ❹ 柱。此係在77°K下自動測定體積的分析儀。孔體積係在壓 力Ρ/Ρ〇 = 0.99下得到。平均孔徑係由假定圓柱形孔之孔體 積及表面積推導得出。孔尺寸分佈（△、/△£>)係使用BJH方 法計算得出’其提供處於孔徑範圍内之孔容積。Halsey厚 度曲線類型與1.7-300.0奈米直徑之孔大小範圍一起使用， 而兩端皆具有零份數孔開口。 A吸附及解吸附等溫線係根據1985 IupAC對一般等溫線 類型之分類（包含對遲滞現象之分類）而進行分類，以闡述 © 存在於沉殿二氧化矽中之孔的形狀及互連性。 吸附劑微孔面積（Smicr。）係由產生t-曲線中所使用之 ·
Halsey等溫方程推導而出。卜曲線對吸附劑所吸收氮之體 積與吸附劑層厚度之圖形與理想參考曲線相比較。t_曲線 之形狀可用來估計微孔表面積。隨後藉由自總BET表面積 減去外表面積來估計百分比微孔率，λ中S^=SBET_S外表面積。 因而’ ％ BJH微孔率=S微孔/SBETxl00。 138018.doc -18- 200948460 載體之吸水能力係使用Brabender Absorptometer C來測 定。將水添加至載體中，且將吸水能力定義為達到100% 力矩時之數值。隨後針對載體上的初始水分對該值進行校 正，其係藉由獲取1 00克二氧化矽上的初始水分、在 Brabender測試中將其加至藉由100克二氧化石夕所吸收之水 中、使其除以1〇〇克二氧化矽之乾重並乘以100而達成。 舉例而言： 經校正H20吸收能力=((Brabender H2〇+初始水分）/乾二氧 ❹ 化矽）χ100 二氧化矽之質量 初始水分 乾二氧化矽之質量 Brabender7jc 經校正吸水能力 (g) (克） (g) (克） (cc/ 100 g) 100 10 90 100 122.2 亞麻籽油吸收能力係藉由「刮刀磨損」方法來測定。該 方法係基於如下原理：藉由使用抹刀在光滑表面上磨擦使 油與二氧化矽混合直至形成硬油灰狀膏糊為止。藉由量測 當鋪展時能獲得膏糊混合物所需之油量，計算二氧化矽之 吸油值，即表示使二氧化矽吸收能力飽和之每單位重量二 氧化矽所需油體積之數值。如下計算吸油值： 吸油率=l〇〇x(公分3吸收油/二氧化矽重量(克)）。 球盤硬度係使用 ASTM Ball-Pan Hardness of Activated Carbon (ASTM: D 3802-79)之經改良方法來測定。 5% pH係使用藉由使10克乾媒介與190克去離子水一起 攪拌所製備之5%水性漿液來量測。 氨過渡量測 138018.doc -19- 200948460 用於漏過量測之通用方案包括使用具有三通閥之流動系 統，該三通閥通向測試池（包含過濾媒介）或旁路管線（不含 過濾媒介）’其兩者皆與紅外檢測器（來監測氨之流出濃度） 隨後質量流量控制儀（來調節流速及媒介速度）相連。整個 系統基本上容許使氨與空氣在同一管線内混合以轉移至 吸附劑床或直接轉移至以。在該系統末端使用真空以迫使 氨/空氣混合物穿過流動系統以及無過濾管線，且流量係 由0-30 SLPM Brooks lnstrument 58观質量流量控制儀來 控制。
為產生具有適當相對濕度之线，兩個質量流量控制儀 控制流入混合室中之乾空氣與濕空氣(藉由流經加熱氣泡 式濕化器而產生)的百分比。為了產生所研究之氨濃度， -個具有0-200 SCCM範圍之質量流量控制儀將適當量的 濃氨氣（約8%)計量加入測試管線中，使該濃氨氣自空氣混 合室抽吸穿過;慮床且其流量係藉由Q_3() SLm流出質量流 量控制儀來控制。使用兩個濕度探頭來測定其剛因不同
含量而變化個位於床上方所研究空氣管線内且另一 個量測從遽床出來之流出RH。 使用4.1公分破璃管來製備測試池並用帶擋板篩保持吸 附劑。使用振盪器將吸附劑引入玻璃管中並弄平整以致— 次皆得到最佳及最均勻的填充。 母 隨後，使用先前在氨之特定波長下校準之紅外分析儀 (MIRAN)量測所研究及流出化學品濃度。 藉由篩選50網目（約297微米）以下的所有粒子來製備吸 138018.doc •20- 200948460
附劑用於測試。最大粒子通常不大於約2〇網目（約85〇微 米）°使乾空氣流動、經水加濕之空氣流動及所研究空氣 流動（19608 SCCM)全部開始。使空氣流穿過空測試池並使 系統在期望溫度及相對濕度（RH)下平衡。隨後將床上方的 閥切換至旁路管線，測試池用含有〇135公分深的吸附劑 床者替代，並將閥切換回來以使空氣流經床。測試運行開 始時，啟動化學品流動並保持在一定流速以達成5〇叩爪之 ’月望所研究化學品濃度。使用前述校準紅外檢測器連續量 測來自吸附劑床（過濾媒介）之流出濃度。將漏過時間定義 為田々丨L出化學品濃度等於目標漏過百分比之〗〇%(約5 ppm) 時的時間。料氨測試，在2代下所研究濃度為5〇沖m， 且在25 C下期望漏過百分比為1G%。隨後量測不同過遽媒 介樣品之氨漏過’且床深度為0.135公分，相對濕度為观 且所研究流速為196〇8 SCCM，以得到約25公分/秒之媒介 速度。將超過目前市售、經酸浸潰之碳之漏過時間作為目 二氧化矽載體製備 用來教備二氧切載體之實際载體材料及/或方法提供 等二氧切載體係用於製備經酸浸潰材料中供移
二氧化矽载體A 二氧化矽載體A係市售Zeodent 103。
二氧化矽載體B 在3〇加侖反應器中藉由在8〇 p心視動下用24.0升水起 138018.doc 21 200948460 始來製備二氧化矽載體3，向其中添加362 5克硫酸鈉並實 施攪拌直至溶解為止。在鹽溶解後，添加31 625升15% 3 3 莫耳比率矽酸鈉溶液（SG丨‘以外丨）並將混合物加熱至 72°C。在混合物達到期望溫度後，以丨〇25升/分鐘之速率 添加11.4%硫酸溶液（SG 1〇79)，直至溶液達到pH 95為 止。此時，由於黏度增加而將攪拌速率增大，且藉助乳光 · 點攪拌混合物並直至pH降低回至約9 5為止。此時，將攪 · 拌速率降低回至8G料，將溫度升高至92t，並繼續添加 酸至pH 7·5。在溫度及pH達到目標值後，分別以丨〇〇 5毫❿ 升/分鐘及1〇〇毫升/分鐘之速率開始共添加3 3莫耳比率15% 矽酸鈉及11.4% HJO4恰好30分鐘，同時將pH保持在74與 7·6之間。30分鐘後，停止添加矽酸鹽並繼續添加酸直至 pH達到5.5且再消化10分鐘，且隨後再次調節？11至5 5。隨 後濾出所產生濕濾餅並洗滌至電導率<3000米/公分2，其後 將其喷霧乾燥。
二氧化矽載體C 在4〇〇加侖反應器中藉由用588升加熱至44〇c之新鮮水起 〇 始來製備二氧化矽載體B。向該水中分別以4.95升/分鐘及 2.58升/分鐘之速率添加矽酸鹽及酸6〇分鐘。對酸添加速率 作出輕微調節以保持pH 6.0±〇·2之批料。60分鐘後，停止 酸流動，同時繼續添加矽酸鹽直至批料達到ρΗ 75為止， 隨後停止流動。在同時添加期間將反應器溫度保持在 44C。同時添加完成後，將混合物加熱至9〇 5<>c。在混合 物達到期望溫度後，以2 71升/分鐘之速率添加酸直至最終 138018.doc •22· 200948460 pH調節為5.7-5.9，隨後停止。將漿料消化10分鐘且將pH 調節至5.7-5.9並卸出該批料。隨後將所得產物過濾且洗滌 至目標1.00%硫酸鹽，並進一步添加酸將乾產物之pH調節 至6.5-7.5。後來，隨後將產物乾燥至水分佔3-6%之含水 量。
二氧化矽載體D ' 二氧化矽載體D係購自Degussa之市售SIPERNAT® 50S。 以下實例中所使用之該等沉澱二氧化矽載體的物理性能 ® 提供於表1中。 表1 二氧化矽載體特性 載體 BET表面積 (平方米/克） 吸油率 (公分3/克） 吸水能力 (公分3/克） 平均孔徑 (A) A 30 60 73 275 B 258 113 218 148 C 262 234 320 212 D 480 272 318 127 二氧化矽過濾媒介製備 包含供移除氨之經酸浸潰沉澱之二氧化矽材料的較佳實 施例提供如下： 本發明實例1 使用低結構沉澱二氧化矽載體A來製備經酸浸潰之媒 介。為產生經30% H2S04(以乾媒介之總重計）均勻浸潰之 媒介，在高速剪切下將66.6克濃1128〇4(96.5°/())添加至150克 138018.doc -23 - 200948460 剪切加:形成顆粒並增加產物密度，隨後在高速 二氧化外水直至形成顆粒而對經酸均勻浸潰的 ㈣或料(録村制其財法（例如 類—為止。隨後藉由篩選對所形成之顆粒= =收介於㈣微米與297微米(2。—^ 本發明實例2 媒介。以生4 —氧切載體絲製備第二經酸浸潰之 之為產生經術。邮〇4(以乾媒介之總重計）均句浸潰 速剪切下將1G3.6克濃H2S〇4(96.5%)添加至 -切巾。為形成顆粒並增加產物密度，隨後 ^速剪訂藉由添加另外水直至形成顆粒㈣經酸均句 -潰的一氧化矽粉末實施濕法製粒(製粒亦可使用其他方 法（例如㈣或㈣）達成）。隨後將濕顆粒在！50t下乾燥 直至達成水分<1()%為止。隨後藉由篩選對所形成之顆粒 按大小分類以回收介於㈣微米與297微米（2〇χ5〇仍標準 網目）之間之顆粒。 本發明實例3 使用相對較高結構沉殿二氧切載體B來製備經酸浸潰 之媒介。為產生經30% H2S〇4(以乾媒介之總重計）均勾浸 潰之媒介，在高速剪切下將66.6克濃H2S〇4(96 5%)添加至 60克H2〇中並將該溶液添加至⑼克乾二氧切中為形成 顆粒並增加產物密度’隨後在高速剪切下藉由添加另外水 138018.doc -24 - 200948460 直至形成顆粒而對經酸均句浸漬的二氧化石夕粉末實施濕法 製粒（製粒亦可使用其他方法（例如輥壓或擠壓）達成）。隨 後將濕顆粒在15〇。(：·下乾燥直至達成水分<1G%為止。隨後 藉由篩選對所形成之顆粒按大小分類以回收介於850微来 與297微米（20X50 US標準網目）之間之顆粒。 本發明實例4 _ 使用相對較高結構沉澱二氧切载體B來製備第二經酸 浸潰之媒介。為產生經4〇% HJ〇4(以乾媒介之總重計）均 自浸潰之媒介，在高速剪切下將1〇3 6克濃H2S〇4(96 5%)添 加至60克AO中並將該溶液添加至15〇克乾二氧化矽中。為 形成顆粒並增加產物密度，隨後在高速剪切下藉由添加另 外水直至形成顆粒而對經酸均勻浸潰的二氧化矽粉末實施 濕法製粒（製粒亦可使用其他方法（例如輥壓或擠壓）達 成）。隨後將濕顆粒在15〇。〇：下乾燥直至達成水分<1〇%為 止。隨後藉由篩it對所形成之顆粒按大小㈣以回收介於 藝 850微米與297微米（2〇x5〇 1；8標準網目）之間之顆粒。 本發明實例5 使用高結構沉澱二氧化矽載體c來製備經酸浸潰之媒 "。為產生經30% HJO4(以乾媒介之總重計）均勻浸潰之 媒介，在高速剪切下將44.4克濃H2S〇4(96 5%)添加至1〇〇克 H2〇中並將該溶液添加至1GG克乾二氧切中。為形成顆粒 並增加產物密度，隨後在高速剪切下藉由添加另外水直至 形成顆粒而對經酸均勻浸潰的二氧切粉末實施濕法製粒 (製粒亦可使用其他方法（例如輥壓或擠壓）達成卜隨後將 I38018.doc -25· 200948460 濕顆粒在靴下乾燥直至達成水分<1〇%為止。隨後藉由 碎選對所形成之顆粒按大小分類以回收介於㈣微米與2 9 7 微米（20x50 US標準網目）之間之顆粒。 本發明實例6 使用高結構沉源二氧化石夕载體C來t備第二經酸浸潰之 、I為產生 '盈40/° HJO4(以乾媒介之總重計）均勻浸潰 之媒介，在高速剪切下將69.1克濃H2S〇4(96.5%)添加至1〇〇 克H2〇中並將該溶液添加至⑽克乾二氧切巾。為形成顆 粒並增加產物密度，隨後在高速煎切下藉由添加另外水直 至形成顆粒而對經酸均勻浸潰的二氧化石夕粉末實施濕法製 粒（製粒亦可使用其他方法（例如概壓㈣壓）達成）。隨後 將濕顆粒在150C下乾燥直至達成水分<1〇%為止。隨後藉 由篩選對所形成之顆粒按大小分類以回收介於85〇微米^ 297微米（20x50 US標準網目）之間之顆粒。 含有黏結劑之二氧化矽過濾媒介製備 包含經酸浸潰沉搬之二氧化石夕材料及黏結劑供移除氨之 較佳實施例及比較實例提供如下： 本發明實例7 使用高結構沉澱二氧化矽載體c來製備經酸浸潰之媒 介。為產生酸即40。/。H2S〇4(以乾二氧化矽之總重計）的均 勻載量，在高速剪切下使用Eirich混合器將69〇8克濃 H2S〇4(96·5%)直接添加至1〇〇〇克乾二氧化矽中先前，水 性聚矽酸黏結劑係藉由在高速剪切下且以4〇毫升/分鐘之 速率將24.7% 3.3莫耳比率矽酸鈉溶液添加至1〇〇〇克11% 138018.doc • 26 - 200948460 H2S〇4溶液中直至達成pH 2.5為止來製備。此時，產生具 •有相對較低黏度之清澈假穩定聚矽酸溶液（該溶液在室溫 下靜置超過7小時後未形成凝膠）^為形成顆粒並增加產物 密度’隨後在高速剪切下使用eirich混合器藉由添加水性 聚石夕酸黏結劑直至形成顆粒而對經酸均勻浸潰之粉末實施 濕法製粒（製粒亦可使用其他方法（例如輥壓或擠壓）達 成）隨後將濕顆粒在15 0 °C下乾燥直至達成水分< 1 〇%為 止。該乾燥步驟亦增加促使其硬化之聚矽酸黏結劑的聚合 參 速率。隨後藉由篩選對所形成之顆粒按大小分類以回收介 於850微米與297微米（2〇x5〇 ^^標準網目）之間之顆粒。 比較實例1 使用高結構沉澱二氧化矽載體〇來製備過濾媒介。為產 生20%(以二氧化矽及黏結劑總乾重計）黏結劑之均勻載 量，在高速剪切下使用cuisinart混合器將80克乾二氧化矽 及得自Engelhard之20克ATTAGEL® 350摻和在一起。為形 〇 成顆粒並增加產物密度，隨後在高速剪切下使用cuisinart 混合器藉由添加另外水直至形成顆粒而對均勻Attagei 35〇 及二氧化矽粉末實施濕法製粒（製粒亦可使用其他方法（例 如輥壓或擠壓）達成）。隨後將濕顆粒在15(rc下乾燥直至達 - 成水分隨後藉由筛選對乾顆粒按大小分類以回收 介於850微米與297微米（2〇x5〇 118標準網目）之間之顆粒。 比較實例2 使用高結構沉澱二氧化矽載體D來製備第二經酸浸潰之 媒介。為產生20%(以二氧化矽及黏結劑總乾重計）黏結劑 138018.doc •27· 200948460 之均句載量’在南速剪切下使用cuisinart混合器將1 1 〇克乾 二氧化矽及28克Attagel 350摻和在一起。為產生 經約40% HjO4(以乾媒介之總重計）均勻浸潰之媒介，將92克濃 H2S〇4(96.5%)添加至92克H2〇中，並在高速剪切下將該溶 液添加至乾二氧化矽/Attagel 35〇混合物中。為形成顆粒並 增加產物密度’隨後在高速剪切下使用cuisinart混合器藉 由添加另外水直至形成顆粒而對均勻Auagel 35〇、二氧化 矽粉末及酸粉末實施濕法製粒（製粒亦可使用其他方法（例 如輥壓或擠壓）達成）。在最後製粒之前，添加5克得自 Sasol之CATAPAL®假勃姆石。隨後將濕顆粒在15〇〇c下乾 燥直至達成水分< 1 〇%為止。隨後藉由篩選對乾顆粒按大 小分類以回收介於850微米與297微米（20x50 US標準網目） 之間之顆粒。 比較實例3 使用高結構沉澱二氧化矽載體(^來製備另一經酸浸潰之 媒’丨。為產生10%(以二氧化矽及黏結劑總乾重計）黏結劑 之均勻載量，在尚速剪切下使用cuisinart研磨機將克乾 一氧化矽及10克Catapal摻和在一起。為產生經4〇% H2S〇4 (以乾媒介之總重計）均勻浸潰之媒介，將69」克濃H2S〇4 (96.5%)添加至100克He中，並在高速剪切下將該溶液添 加至100克乾二氧化矽/Catapal混合物中。為形成顆粒並增 加產物密度，隨後在高速剪切下藉由添加另外水直至形成 顆粒而對經酸均勻浸潰之粉末實施濕法製粒（製粒亦可使 用其他方法（例如輥壓或擠壓）達成）。隨後將濕顆粒在 138018.doc •28- 200948460 i5〇c下乾燥直至達成水分<1〇%為止。隨後藉由篩選對所 形成之顆粒按大小分類以回收介於85〇微米與297微米 (20x50 US標準網目）之間之顆粒。 比較實例4 使用高結構沉澱二氧化矽載體C來製備另一經酸浸潰之 媒”為產生20%(以二氧化矽及黏結劑總乾重計）黏結劑 之均勻載量，在咼速剪切下使用Cuisinart研磨機將克乾 一氧化矽舆20克CataPaU得自Sasol之假勃姆石）摻和在一 起為產生經40% HjO4(以乾媒介之總重計）均勻浸潰之 媒介，將69.1克濃H2S〇4(96.5%)添加至90克H20中，並在 高速剪切下將該溶液添加至1〇〇克乾二氧化矽/Catapal混合 物中。為形成顆粒並增加產物密度，隨後在高速剪切下藉 由添加另外水直至形成顆粒而對經酸均勻浸潰之粉末實施 濕法製粒（製粒亦可使用其他方法（例如輥壓或擠壓）達 成）。隨後將濕顆粒在15(TC下乾燥直至達成水分<1〇%為 φ 止隨後藉由篩選對所形成之顆粒按大小分類以回收介於 850微米與297微米（2〇x5〇 1；8標準網目）之間之顆粒。 比較實例5 使用兩結構沉殿二氧化矽載體c來製備另外經酸浸潰之 媒介。為產生30%(以二氧化矽及黏結劑總乾重計）黏結劑 之均勻載量，在高速剪切下使用Cuisinart研磨機將70克乾 二氧化碎與30克Catapal(得自Sasol之假勃姆石）摻和在一 起為產生經40% HjO4(以乾媒介之總重計）均勻浸潰之 媒介，將69.1克濃H2S〇4(96.5%)添加至80克^〇中，並在 138018.doc -29- 200948460 高速剪切下將該溶液添加至1 〇〇克乾二氧化矽/Catapal混合 物中。為形成顆粒並增加產物密度，隨後在高速剪切下藉 由添加另外水直至形成顆粒而對經酸均勻浸潰之粉末實施 濕法製粒（製粒亦可使用其他方法（例如輥壓或擠壓）達 成）。隨後將濕顆粒在150°C下乾燥直至達成水分<10%為 止。隨後藉由篩選對所形成之顆粒按大小分類以回收介於 850微米與297微米（20x50 US標準網目）之間之顆粒。 量測某些實例（硬化或簡單經酸浸潰以及經酸浸潰之碳 對照）之pH值及/或硬度。結果列示於下文中： 表2 用於本發明沉澱二氧化矽材料之組份資訊 本發明實例 5% pH 經改進之球盤硬度 經酸浸潰之碳 1.81 _ 6 1.10 41 7 _ 67 8 48 9 1.22 43 10 1.37 71 11 2.03 75 12 _ 60 經酸浸潰的二氧化矽過濾媒介（不添加黏結劑） i. 30°/。載量 當在50%之相對濕度下平衡時，沉澱二氧化矽A之較低 結構及吸水能力不足以保持30% H2S04浸潰及伴隨水。此 導致媒介床之浸濕，其中載有酸之水分自流出側放出，導 致載體篩之腐蝕。兩種經30% H2S04浸潰之較高結構沉澱 138018.doc -30· 200948460 二氧化矽在50%相對濕度下仍保持乾燥，且表現出遠遠高 於浸潰碳之移除效能，此使得其達成10%漏過之時間延長 且能力升高。該等較高移除效能亦使漏過加劇，此乃因在 初始漏過之前已消耗較高百分比的總能力。結果示於圖1 及表3中。 ii_ 40%載量 * 當在50%之相對濕度下平衡時，沉澱二氧化矽A及B之較 低吸水能力產生不足以保持40% H2S04浸潰及伴附水之能 ® 力。此導致二者媒介床之浸濕，其中載有酸之水分自流出 側放出，導致載體篩之腐蝕。經40% H2S04浸潰之高結構 沉澱二氧化矽在50%相對濕度下仍保持乾燥，且表現出遠 遠高於浸潰碳之移除效能，此使得其達成1 〇%漏過之時間 延長且能力升高。此較高移徐效能產生與漏過曲線類似之 斜率，即使在漏過70%時能力超過40%或更高。當椰子殼 活性炭經40% H2S04濕浸潰時，出現類似現象。在炭顆粒 外部觀察到鹽形成，其看來可潤濕載體篩並導致其腐蝕。 ❿ 結果示於圖2及表3中。 138018.doc -31 - 200948460 表3 氨漏過量測 本發明實例 漏過10% 漏過70% 時間(分鐘） 能力 (毫克/公分3) 時間(分鐘） 能力 (毫克/公分3) 經酸浸潰之碳(對照樣） 40.5 15.3 109.5 30.1 3 60.8 23.1 102.9 32.5 5 51.7 19.7 87.4 27.6 6 74.3 28.3 140.8 43.0 結果表明碳對照與載有30%酸之二氧化矽材料具有相當 的或優於其之實施結果。然而，在載有40%酸時，二氧化 矽材料可更佳地移除氨。 含有多種黏結劑系統之經酸浸潰二氧化矽 隨後量測經黏結劑處理之材料（比較及本發明二者）的硬 度及氨漏過。 不含有黏結劑且具有或不具有酸浸潰之該等經濕法製粒 二氧化矽的典型硬度數介於約20-40之間。當酸不存在 時，添加作為黏結劑之Attagel黏土明顯改良顆粒硬度。然 而，在添加活性浸潰劑（H2S04)後，黏結劑變得不甚有 效，此導致硬度數降低（如下表所示）。 當Catapal假勃姆石之載量增大時，球盤硬度數亦增大。 然而，此硬度增大亦伴隨氨移除性能降低，如圖3及表5中 所示。儘管孔隙率之阻塞可對該性能損失有影響，但主要 原因係Catapal與H2S04之間的反應，此可由察看該等媒介 之5% pH而明瞭。如由表4可以看出，當Catapal載量增大 138018.doc -32- 200948460 時，5% pH增大。不明確的是，該黏結劑之效能係由於載 量增大還是由於酸中和所致。 儘管聚矽酸黏結劑系統之添加明顯增加媒介硬度，但其 對氨移除性能具有最小的影響。如此，在需要此通用過濾 媒介之多種應用中，該系統提供良好的特性以供使用。 表4 經酸浸潰之二氧化矽顆粒的氨漏過量測 實例 漏過10% i 1 過 50% 時間(分鐘） 能力（毫克/公分3) 時間(分鐘） 能力（毫克/公分3) 本發明6 74.3 28.3 114.4 39.2 比較3 53.4 20.4 80.7 27.8 比較4 36.1 13.7 62.1 20.7 比較5 21.2 7.9 65.1 19.4 表5 經酸浸潰之過濾媒介的氨漏過量測 本發明實例 漏過10% 漏過70% 時間(分鐘） 能力(毫克/公分3) 時間(分鐘） 能力（毫克/公分3) 經酸浸潰之炭 40.5 15.3 109.5 30.1 6 74.3 28.3 140.8 43.0 7 78.4 30.0 135.7 42.4 圖示詳細說明 圖1表示表3針對經酸浸潰之碳及本發明實例3及5中所產 生之經30% H2S04浸潰媒介之漏過曲線的圖示。測試條件 如下：流速-19608 SCCM，媒介速度-25公分/秒，床尺寸 -0.135公分χ4.08公分，相對濕度-50±3%，氨濃度-50 138018.doc -33- 200948460 ppm 〇 圖2同樣表示表3針對經酸浸潰之碳及本發明實例6中所 產生之經40% HJO4浸潰媒介之漏過曲線的圖示。依昭 上文相同的測試條件。 圖3表示在與上文相同的測試條件下表4針對比較實例 3 4及5中所產生具有黏結劑系統之比較材料之漏過曲線 的圖示。 圖表示表5針對主要經酸浸潰之碳及本發明實例6及7中 所產生經HjO4浸潰媒介（不含有及含有聚矽酸黏結劑系 統）之漏過曲線的圖示。測試條件與上文相同。 果表明，一氧化矽材料之較高酸浸潰載量提供經改良 的氨漏過，且黏結劑系統為需要此等特定性能之某些應用 長:供類似的漏過結果且硬度增加。 儘管本發明係結合某些較佳實施例及實踐而加以闡述及 揭不，但絕非意欲將本發明限制於彼等具體實施例來，而 係意欲涵蓋等價結構、結構等價物及所有替代實施例及修 改，如可藉由隨附申請專利範圍及其等價項所定義者。 【圖式簡單說明】 本發明文本說明書附有某些圖示。其中不應將其視為限 制本發明範圍。圖1及2係與上文表3中所提供資訊有關之 圖不，其係用本發明及比較過濾媒介材料所吸收氨之濃度 隨時間變化來表示。圖3係關於上文表4中所提供資訊之圖 示，其展示含有比較CATAPAL®黏結劑系統之本發明媒介 所吸收氨之濃度隨時間之變化。圖4係與上文表5中所提供 1380l8.doc -34- 200948460 資訊有關之圖示，其係用含有本發明聚矽酸黏結劑系統之 本發明媒介及比較過濾媒介材料所吸收氨之濃度隨時間變 化來表示。
138018.doc -35-

Claims (1)

  1. 200948460 七、申請專利範圍： 1· 一種過濾媒介，其包括經酸浸潰沉澱之二氧化矽材料， 其中该等材料呈現介於約20與7〇〇平方米/克之間之bet 表面積及介於約50與500立方公分水/1〇〇克二氧化矽之間 之吸水能力；且其中該酸浸潰劑係選自由至少—種無機 酸及至少一種弱有機酸及其任何混合物組成之群，且其 係以佔最終經浸潰媒介之總量的15〇重量％之量存在。 如請长項1之過濾媒介，其中該BET表面積係介於約
    與約700平方米/克之間，且其中該吸水能力係介於約200 與約500立方公分/1〇〇克之間。 3.如请求項1之過濾媒介，其中該酸浸潰劑係至少一種無 機酸。 4.如請求項3之過濾媒介， 由下列組成之群：磷酸 酸、及其任何混合物。 5·如請求項1之過濾媒介， ® 有機酸。 其中該至少一種無機酸係選自 、硫酸、鹽酸、硝酸、胺基磺 其中該酸次潰劑係至少·一種弱 6. 如请求項5之過濾媒介，其中該至少一種弱有機酸係選 自由擰檬酸、草酸、及其任何混合物組成之群。 7. 如請求項1之過濾媒介，其中該等經酸浸潰沉澱之二氧 化石夕材料進一步呈現以下性質·· i) 亞麻籽油吸收能力為50-500立方公分/1 〇〇克； ii) 孔徑介於1-1000 A之間； iii) 孔體積介於約0.25-約0.5 cc/克之間；且 138018.doc 200948460 iv)平均孔徑介於ι·5〇〇α之間。 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. -種過濾、系統，其包括如請求们之過滤媒介。 -種過滤系統，其包括如請求項2之過遽媒介。 -種過m其包括如請求項3之過濾、媒介。 -種過m其包括如請求項4之過濾媒介。 -種過濾系統，其包括如請求項5之過濾媒介。 -種過㈣統，其包括如請求項6之過遽媒介。 一種過濾系統，其包括如請求項7之過濾媒介。 一種經酸次潰沉澱之二氧化矽過濾媒介，a)當在直徑41 公分之燒瓶内作為尚0.135公分之濾床存在時，b)當在環 境溫度及壓力下以25公分/秒之媒介速度暴露於5〇沖爪之 恆定氨氣濃度時，及c)當同時暴露於丨〇%至6〇%之相對濕 度時，其對氨氣’空氣組合物呈現1 0%漏過量測值；且其 中在達到10%漏過後該過濾媒介未呈現任何超過該漏過 濃度之氨氣洗提。 一種過濾系統’其包括如請求項1 5之過濾媒介。 138018.doc 2·
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CA2784273C (en) 2009-10-05 2015-06-23 Dairy Manufacturers, Inc. Composition and method for delivery of substances in a dry mode
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CA2813741C (en) 2010-10-05 2019-12-17 Dairy Manufacturers, Inc. Composition and method for delivery of substances in a dry mode having a surface layer
US9296989B2 (en) 2011-04-04 2016-03-29 Drylet Llc Composition and method for delivery of living cells in a dry mode having a surface layer
CA2885263C (en) 2012-09-17 2021-11-16 W. R. Grace & Co.-Conn. Chromatography media and devices
WO2015128401A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Rhodia Operations Process for the preparation of modified silica, modified silica and its uses, in particular for the reinforcement of polymers
WO2015168383A1 (en) 2014-05-02 2015-11-05 W. R. Grace & Co.-Conn. Functionalized support material and methods of making and using functionalized support material
CA2947432C (en) * 2014-05-05 2023-03-28 Synexis Llc Purified hydrogen peroxide gas generation methods and devices
US10695744B2 (en) 2015-06-05 2020-06-30 W. R. Grace & Co.-Conn. Adsorbent biprocessing clarification agents and methods of making and using the same
US11040307B2 (en) * 2016-01-29 2021-06-22 Purafil, Inc. Method for removing contaminant from a fluid stream
US20170367420A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-28 Micronshield Llc System and garment for minimizing clean environment contamination
US10391469B2 (en) * 2016-11-08 2019-08-27 Hamilton Sundstrand Corporation Sorbent systems and methods
CN110709370A (zh) 2017-02-28 2020-01-17 德莱特有限公司 用于提高废水流出物和生物固体的质量的系统、方法和设备

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4003978A (en) * 1973-10-24 1977-01-18 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for treating ammonia-containing gases
JPS55103313A (en) * 1979-01-26 1980-08-07 Sumitomo Chem Co Ltd Production of carbon fiber
US5009971A (en) * 1987-03-13 1991-04-23 Ppg Industries, Inc. Gas recombinant separator
US5683532A (en) * 1990-08-12 1997-11-04 Kabushiki Kaisha Seibu Giken Method of manufacturing an active silica gel honeycomb adsorbing body usable in an atmosphere having 100% relative humidity
US5607647A (en) * 1993-12-02 1997-03-04 Extraction Systems, Inc. Air filtering within clean environments
JP4575596B2 (ja) * 1998-08-20 2010-11-04 インテグリス・インコーポレーテッド 多孔質の強酸性重合体を用いたフィルター
CA2406703A1 (en) * 2000-05-05 2001-11-15 Extraction Systems, Inc. Filters employing both acidic polymers and physical-adsorption media
KR100385301B1 (ko) * 2000-11-28 2003-05-23 한국화학연구원 티타니아 광촉매와 그 제조방법
US6780534B2 (en) * 2001-04-11 2004-08-24 Donaldson Company, Inc. Filter assembly for intake air of fuel cell
US6837917B2 (en) * 2003-05-22 2005-01-04 Guild Associates, Inc. Process for the removal of ethylene oxide from air
FR2863913B1 (fr) * 2003-12-23 2006-12-29 Inst Francais Du Petrole Catalyseur zeolithique,support a base de matrice silico-aluminique et de zeolithe, et procede d'hydrocraquage de charges hydrocarbonees
US20060042210A1 (en) * 2004-08-27 2006-03-02 Dallas Andrew J Acidic impregnated filter element, and methods
US20070003762A1 (en) * 2005-06-20 2007-01-04 Withiam Michael W Air filtration media comprising metal-doped silicon-based gel materials
US20070098619A1 (en) * 2005-10-27 2007-05-03 Harmer Mark A Porous microcomposite of fluorinated sulfonic acid and a network of silica
US7380995B2 (en) * 2005-12-19 2008-06-03 Emcore Corporation Latching mechanism for pluggable transceiver
JP4918259B2 (ja) * 2006-01-06 2012-04-18 株式会社キャタラー 低分子有機ガス吸収材及びこれを用いた燃料蒸気処理装置

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Publication number Publication date
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