專利名稱：化學反應(yīng)過濾的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過濾體系，并且具體地涉及利用固體和液體反應(yīng)物的體系。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)已知的是使用活性炭和其他材料作為吸附元件將雜質(zhì)從空氣流中除去。由于有效的纖維橫截面的出現(xiàn)，有可能制造具有部分中空的纖維。尤其有效的橫截面是一種具有從中心核伸出的三個T形突出部位的橫截面，正如在U.S.Patent 5057,368“Filaments Having Trilobal Or Quadrilobal Cross-Sections”toLargman等中所描述的，在此將其引入作為參考。在多種應(yīng)用中，傳統(tǒng)的過濾器使用涂有固體或液體材料的過濾介質(zhì)；然而，許多應(yīng)用依賴于吸收，而不是吸附。吸附是在待轉(zhuǎn)移的微粒附著在過濾材料元件的表面之處發(fā)生；然而，吸收是發(fā)生在將分子運動的遷移率用于以非機械的方式從一個區(qū)域到另一個區(qū)域移動多余的微粒之處。當某些除去污染物的液體或固體充填在毛細(wicking)纖維中所形成的空穴時，多葉片(multilobal)的纖維作為毛細纖維是有特殊效果的。
在吸附空氣過濾和除去氣味的應(yīng)用中，使用以固體過濾顆粒充填的多葉片纖維。這種過濾微粒包括使用碳顆粒，沸石，碳酸氫鈉，環(huán)糊精和可以吸附某些污染物的固體(見U.S.Patent 5,759,394，在此將其引入作為參考)。其他利用多葉片型纖維作為毛細纖維的應(yīng)用，還包括填充在纖維空穴中的某些液體的吸收性質(zhì)。有代表性地選擇這些液體以可逆的方式從被污染的空氣流中輕微地吸收氣味和氣體分子，以幫助這些分子最終分散進入另一個空氣流(見U.S.Patents5,891,221和5,704,966，在此將其引入作為參考)。
在集成電路生產(chǎn)過程中，維持環(huán)境免于污染是非常關(guān)鍵的，因為晶片極易受到小的微粒和某些低濃度的化學藥品的影響。這可以通過在具有經(jīng)過濾的空氣的清潔的房間里面制造晶片來做到。過濾器用來使微粒和化學制品濃度減少到極低的含量(小于1ppb)。對于環(huán)境的控制有時也裝配半導體工具，其在處理時能提供局部的超清潔的氣流。然而，傳統(tǒng)的化學藥品過濾器有極短的使用壽命，需要頻繁的更換，而且在需要有效地去除某些化學藥品方面是無效的。
優(yōu)先權(quán)申請教導過使用含有與堿性氣體起化學反應(yīng)的試劑的具有縱向伸展的內(nèi)部空穴的纖維來過濾堿性氣體。優(yōu)選的試劑包括酸，配合劑，絡(luò)合劑，和吸濕(deliquescing)試劑，并且這些試劑可以方便地浸漬入吸附性的固體中。當時，還沒有認識到用氧化劑也可以過濾堿性氣體，或者可以用類似的方式過濾酸性或者中性氣體。因此，其仍然需要提供適合于過濾各種不同氣體的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一些裝置和方法，其中，使用具有內(nèi)部空穴的纖維過濾氣體污染物，該纖維含有化學反應(yīng)氧化劑，氫離子接受體或提供體，配合劑，絡(luò)合劑，或吸濕試劑。
氣體污染物可以是酸性的，堿性的，或pH中性的。如果污染物是堿性的，試劑可以是任何酸，但是優(yōu)選的是氧化劑。如果污染物是酸性的，優(yōu)選的試劑是堿性的，以及更優(yōu)選的包括I族或II族金屬陽離子，下面是優(yōu)選的陰離子磷酸鹽，殼聚糖，次氯酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物，或氧化物。當污染物是中性時，優(yōu)選的試劑是一種絡(luò)合劑，配合劑，氧化劑，或者吸濕試劑。
在優(yōu)選的實施方案中試劑包括一種金屬陽離子，尤其是I族或II族金屬陽離子。試劑也可以進一步包括磷酸鹽，殼聚糖，次氯酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物，或氧化物。
試劑優(yōu)選的是浸漬入一種吸附的固體內(nèi)，包括例如炭粉，沸石，氧化鋁或硅石。
優(yōu)選的纖維是多葉片的，最優(yōu)選的是三葉片或者四葉片的。含有許多T形葉片的纖維也是優(yōu)選的。
從下列本發(fā)明優(yōu)選的實施方案詳細的描述中，連同附圖一起，可以更加明確本發(fā)明的各種不同的目的、特點，各方面和優(yōu)點，在附圖中數(shù)字代表各種成分。


圖1表示一個單獨的多葉片纖維的橫斷面視圖。
圖2表示在每個多葉纖維中沉積有試劑的，由多葉片纖維制成的纖維墊的特寫圖。
圖3表示圖2中的纖維墊寬視圖。
圖4表示在一個實施方案中，使用經(jīng)酸浸漬的多葉片纖維過濾器過濾空氣流的腔室。
圖5表示圖4中的具有多層多葉片纖維過濾器的腔室。
在不同的圖中使用相同的參考符號表明類似或者相同的項目。
發(fā)明
具體實施例方式
圖1表示單獨的多葉型纖維2橫截面的詳細視圖。纖維2是一種由熱塑性聚合物制成的，并且用常規(guī)纖維成型技術(shù)成型的纖維，例如在上面參考U.S.Patent5,057,368中所描述的，纖維組合物通過常規(guī)的噴絲頭所形成的紡紗纖維。纖維2包括一個芯4，從芯表面伸展出三個葉片6。用頂蓋8封端每個葉片6，其中頂蓋8與葉片6的末端垂直相連。在葉片6和相鄰的頂蓋8之間形成的空穴沿著多葉型纖維2的整個長度形成縱向狹縫10。多葉型纖維2具有保留粉末狀顆粒物質(zhì)例如粉末狀炭的能力。炭粉可以被頂蓋8俘獲而機械性地保持在狹縫10中，并不需要使用任何液體物質(zhì)。可將在狹縫10中的俘獲粉末撒進纖維，然后通過振動除去多余的粉末或者用風扇吹去多余的粉末。
優(yōu)選地，通過毛細力，纖維2可以在狹縫10中保持液體。圖2表示的是纖維墊100的特寫鏡頭，其中液體試劑12填充在多孔纖維2的狹縫10中。通過將液滴滲透纖維墊100，以及在與纖維2表面發(fā)生作用后虹吸到狹縫10中的方式，液體試劑12可以被用來填充狹縫10。在液滴擠入纖維2之后，它們很快聚結(jié)入狹縫10中而在纖維2之間留下多孔空隙。使得氣流不受阻礙地通過纖維墊100。作為另一種選擇，也可以將纖維2浸入試劑12中通過毛細力將試劑12芯吸到狹縫10中，并除去多余的試劑12。
可以采用不同的方法使試劑12形成液滴，例如通過機械霧化器給試劑12加壓，或者，優(yōu)選地采用常規(guī)的液體滴管。試劑12的范圍可以是不同的液體，例如酸，堿，氧化劑，還原劑，絡(luò)合劑，配合劑，以及吸濕試劑。
用作試劑12的酸包括例如，無機酸，例如硼酸，優(yōu)選的是磷酸或硫酸。也可以使用有機酸而不是無機酸。有機酸包括例如，一元、二元和三元羧酸；這些類型的有機酸包括檸檬酸，乳酸，馬來酸，富馬酸，己酸，月桂酸，草酸，丙二酸，酒石酸，琥珀酸，水楊酸(salicyclic)，以及蘋果酸。在另一個實施方案中，也可以用固體酸代替液體酸，并以類似于上述碳粉的方法，將其浸漬在狹縫10中。在另一個實施方案中，粉末狀堿也被用于過濾非堿性污染物。這樣的粉末狀堿可能包括，諸如碳酸氫鈉，碳酸鈉，氫氧化鈉，磷酸鈉，碳酸鉀，氫氧化鉀，以及四硼酸鈉。另外，試劑12可以包括配合劑，其包括過渡金屬，例如銅，錫，鐵，鋅和鈦，以及絡(luò)合劑，其包括俘獲劑，例如環(huán)糊精。
用作試劑12的堿包括，例如，I族或II族金屬陽離子，以及可能更加有利地包括磷酸鹽，殼聚糖，次氯酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物，或氧化物。尤其值得預(yù)期的堿是氫氧化鈉和氫氧化鉀，鉀和鈉的磷酸鹽，鈣或鎂的氧化物或氫氧化物，鈉或鉀的碳酸鹽。
此處值得預(yù)期的氧化劑包括I族或II族金屬的高錳酸鹽，過氧化氫，以及其他無機和有機過氧化物，I族或II族金屬的次氯酸鹽，金屬氧化物包括鋅，錫，鐵，鈦等等。
此處預(yù)期的絡(luò)合劑包括尿素，環(huán)糊精，冠醚等等。
此處預(yù)期的配合劑包括鋅和錫的醋酸鹽等等。
此處預(yù)期的吸濕試劑包括鋰和鉀的鹵化物(包括溴化物和氯化物)，果糖，丙烯和乙二醇等。
圖3表示纖維墊100的寬視圖。纖維2可以在層中被打褶或成型以形成各種不同結(jié)構(gòu)的纖維墊100。通常，狹縫10中的體積可達到多葉纖維2體積的一半，并且依據(jù)污染物的密度，纖維2可以在狹縫10中容納大約100重量％的液體污染物以及25重量％到125重量％的任何固體粉末。利用多葉纖維2俘獲液體或固體污染物的性質(zhì)，試劑12用于吸附和吸收的過濾應(yīng)用。試劑12被有意識地浸漬狹縫10，并且其可以是反應(yīng)性的液體或固體試劑，優(yōu)選的兩者都是酸，纖維墊100用作支撐網(wǎng)以便保持試劑12處在高度分散的結(jié)構(gòu)，以去除吸附和吸收性的分子污染物。多葉纖維2不但能保留液體或固體(酸)試劑12，而且在保留液體試劑和固體顆粒的組合物方面也有效。固體吸附劑，例如沸石，氧化鋁，活性炭(浸漬的和原始狀態(tài)的)，和用化學改性硅石可以與酸試劑12以液體或固體形式結(jié)合在一起，浸入到多葉纖維2的狹縫10中。固體吸附劑也可以與堿性試劑12結(jié)合并浸入到狹縫10中。
纖維墊100對從流體中過濾酸或堿的污染物是特別有效。預(yù)期的酸性污染物是在化學領(lǐng)域中通常被認為是酸的任何化學制品或化合物，包括氫離子給予體和電子接受體(路易斯酸)。預(yù)期的堿性污染物是在化學領(lǐng)域中通常被認為堿的任何化學制品或化合物，包括氫離子接受體和電子給予體(路易斯堿)。特別預(yù)期的酸性污染物是無機酸和有機的酸，尤其包括鹽酸，硫的含氧酸(Sulfuroxide acids)，有機酸。特別預(yù)期的堿性污染物是氨和胺。
采用此處本發(fā)明的技術(shù)也可以過濾PH為中性的污染物。特別預(yù)期的pH中性的污染物是砷及其衍生物，醇，烴，以及氧化烴。特別預(yù)期的用于這些中性污染物反應(yīng)試劑是配合劑，氧化劑，以及絡(luò)合劑。
用液體堿性試劑12浸漬的纖維墊100，在從流體中特別吸收酸性污染物，例如無機酸或有機酸，尤其包括含氮或硫的酸，氧化硫，氧化氮，硫化氫，特別有效。在一個示范性的例證中，由硫酸污染的空氣流通過纖維墊100。當污染物通過用堿性試劑12，如氫氧化鈉浸漬的多葉纖維2時，酸和堿發(fā)生化學反應(yīng)而形成水和非揮發(fā)性硫酸鈉鹽。之后，纖維2保留部分或全部的鹽。
在多葉纖維2中使用堿性試劑12的纖維墊100，可以用于各種不同的應(yīng)用，例如，將多葉纖維2打褶或分層以形成纖維墊100。在一個實施方案中，纖維墊100可以用于如圖4所示的過濾室102中的過濾元件。過濾室102是由空腔18組成，其可以用常規(guī)金屬(例如鋁)來設(shè)計，以適應(yīng)處理和現(xiàn)場安裝。將打褶或分層的纖維墊100附著到空腔18上，優(yōu)選地是利用粘結(jié)劑或低脫氣膠。在另一個實施方案中，也可將纖維墊100附著在一個框架上(框架沒有畫出)；然后在空腔18中將這個帶有纖維墊100的框架安裝或去掉交替地進行?？涨?8還有入口14和出口16，以便當氣流20經(jīng)過過濾室102時，被纖維墊100過濾，而氣流能通過。過濾室102能夠用來提供顆粒和/或化學制品過濾。
圖5表示纖維墊100的另一個實施方案。圖6與圖4中的過濾室102在許多方面都相似，只是用多層纖維墊100’代替纖維墊100。多層纖維墊100’是由一些各自相鄰的層所組成的過濾器。每個單獨的層用上面所討論的任何試劑浸漬；并且使每層用不同的試劑的幾個單獨的層，結(jié)合成單個多層纖維墊。層數(shù)的范圍從1到N，并且依據(jù)所需功能，纖維墊100′可以包含任何層與試劑的組合。
因此，公開了用于化學反應(yīng)過濾的裝置和方法的具體實施方案和應(yīng)用。然而，明顯地，在不背離本發(fā)明的概念下，本技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以做除了所描述之外的更多改進。因此，只要不違背所附權(quán)利要求書的精神，本發(fā)明的主題并不受限制。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)根據(jù)“專利合作條約第19條”所作的修改說明中國專利局PCT處我公司卷號CPCH0360945P申請人根據(jù)“專利合作條約第19條”的有關(guān)規(guī)定，對本國際申請的權(quán)利要求書作了如下修改原權(quán)利要求書權(quán)利要求1，12作了修改，其余權(quán)利要求未變。
隨函附上原權(quán)利要求書全部的替換頁。
此致敬禮！中國專利代理(香港)有限公司化學部
1.一種氣體過濾器，包括許多延伸纖維，每根纖維限定為許多縱向延伸的內(nèi)部空穴；和沉積在纖維內(nèi)部空穴中的化學反應(yīng)試劑，并且該試劑選自氧化劑和堿。
2.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑包括堿。
3.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑包括一種金屬陽離子。
4.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑包括1組或2組金屬陽離子。
5.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑包括磷酸鹽，殼聚糖，次氯酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物或氧化物。
6.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑浸漬入一種吸附性的固體內(nèi)。
7.權(quán)利要求6的過濾器，其中吸附性的固體包括碳粉。
8.權(quán)利要求6的過濾器，其中吸附的固體選自沸石，氧化鋁和硅石。
9.權(quán)利要求1的過濾器，其中許多纖維的每一根是三葉片形的。
10.權(quán)利要求1的過濾器，其中許多纖維的每一根是四葉片形的。
11.權(quán)利要求1的過濾器，其中許多纖維的每一根包含許多T形的葉片。
12.用過濾器從氣體中濾除酸性或pH中性的氣態(tài)污染物的方法，包括提供具有許多縱向延伸的內(nèi)部空穴的過濾器；和在內(nèi)部空穴里面沉積與污染物起反應(yīng)的化學反應(yīng)試劑，試劑選自氧化劑，堿，配合劑，絡(luò)合劑，和吸濕試劑。
13.權(quán)利要求12的方法，其中污染物是酸性的。
14.權(quán)利要求12的方法，其中污染物是pH中性的。
15.權(quán)利要求12的方法，其中試劑是一種氧化劑。
16.權(quán)利要求12的方法，其中試劑是一種堿。
17.權(quán)利要求12的方法，其中試劑是一種絡(luò)合劑。
18.權(quán)利要求12的方法，其中試劑是一種吸濕試劑。
19.權(quán)利要求12的方法，其中反應(yīng)試劑包括磷酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物，或氧化物。
20.權(quán)利要求12的方法，其中將反應(yīng)試劑浸漬入一種吸附性的固體內(nèi)。
21.權(quán)利要求20的方法，其中吸附性的固體包括粉末。
22.權(quán)利要求12的方法，其中空穴是由多葉片的纖維限定的。
23.權(quán)利要求22的方法，其中，許多纖維的每一根含有許多T形葉片。
權(quán)利要求
1.一種氣體過濾器，包括許多延伸纖維，每根纖維限定為許多縱向延伸的內(nèi)部空穴；和沉積在纖維內(nèi)部空穴中的試劑，并且該試劑選自氧化劑和堿。
2.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑包括堿。
3.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑包括一種金屬陽離子。
4.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑包括I族或II族金屬陽離子。
5.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑包括磷酸鹽，殼聚糖，次氯酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物或氧化物。
6.權(quán)利要求1的過濾器，其中試劑浸漬入一種吸附性的固體內(nèi)。
7.權(quán)利要求6的過濾器，其中吸附性的固體包括碳粉。
8.權(quán)利要求6的過濾器，其中吸附的固體選自沸石，氧化鋁和硅石。
9.權(quán)利要求1的過濾器，其中許多纖維的每一根是三葉片形的。
10.權(quán)利要求1的過濾器，其中許多纖維的每一根是四葉片形的。
11.權(quán)利要求1的過濾器，其中許多纖維的每一根包含許多T形的葉片。
12.用過濾器從氣體中濾除酸性或pH中性的氣態(tài)污染物的方法，其中包括提供具有許多縱向延伸的內(nèi)部空穴的過濾器；和在內(nèi)部空穴里面沉積與污染物起反應(yīng)的試劑，試劑選自氧化劑，堿，配合劑，絡(luò)合劑，和吸濕試劑。
13.權(quán)利要求12的方法，其中污染物是酸性的。
14.權(quán)利要求12的方法，其中污染物是pH中性的。
15.權(quán)利要求12的方法，其中試劑是一種氧化劑。
16.權(quán)利要求12的方法，其中試劑是一種堿。
17.權(quán)利要求12的方法，其中試劑是一種絡(luò)合劑。
18.權(quán)利要求12的方法，其中試劑是一種吸濕試劑。
19.權(quán)利要求12的方法，其中反應(yīng)試劑包括磷酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物，或氧化物。
20.權(quán)利要求12的方法，其中將反應(yīng)試劑浸漬入一種吸附性的固體內(nèi)。
21.權(quán)利要求20的方法，其中吸附性的固體包括粉末。
22.權(quán)利要求12的方法，其中空穴是由多葉片的纖維限定的。
23.權(quán)利要求22的方法，其中，許多纖維的每一根含有許多T形葉片。
全文摘要
使用具有內(nèi)部空穴(10)的纖維(2)過濾氣體污染物，這些空穴內(nèi)含有化學反應(yīng)氧化劑(12)，酸或堿，配合劑，絡(luò)合劑，或吸濕劑。當污染物為堿性時，優(yōu)選的反應(yīng)試劑(12)是氧化劑。當污染物為酸性時，優(yōu)選的反應(yīng)試劑(12)是堿性物質(zhì)，更優(yōu)選的是包括I族或II族金屬陽離子的堿性物質(zhì)。反應(yīng)試劑(12)更進一步包括磷酸鹽，殼聚糖，次氯酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，氫氧化物或氧化物。當污染物為中性時，優(yōu)選的反應(yīng)試劑(12)是氧化劑，絡(luò)合劑，配合劑或吸濕試劑。優(yōu)選將反應(yīng)試劑(12)浸漬到吸附性固體中，例如包括碳粉，沸石，氧化鋁或硅石。優(yōu)選纖維(2)是多葉型，更加優(yōu)選是三葉或四葉型。含有許多T形葉片(6)的纖維(2)也是優(yōu)選的。
文檔編號D06M11/71GK1469770SQ01817482
公開日2004年1月21日 申請日期2001年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月17日
發(fā)明者R·羅爾巴赫, D·保斯, P·昂格爾, R 羅爾巴赫, 穸 申請人:霍尼韋爾國際公司