用于液体过滤系统的复合离子交换介质技术方案

本发明专利技术提供包含离子交换树脂的粉碎粉末和聚合物粘合剂的基质和过滤介质。该树脂可以被磨成50微米至250微米范围内的平均粒度，并且可包括阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂、生物相关的离子交换树脂、或它们的组合。该介质还可包含活性炭。该粘合剂可以是超高分子量聚乙烯。该过滤介质可用于制造基质和系统。本发明专利技术还提供了其制造和使用方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及液体过滤系统以及过滤器基质和介质，其中过滤器介质包括例如粒子形式的离子交换介质，诸如树脂的粉碎粉末。
技术介绍
多种类型的水过滤系统是可商购获得的。传统上，使用松散碳粒子的床来从水中除去金属和/或有机物质。复合块可由吸附性材料(诸如吸附剂活性炭)和聚合物粘合剂(诸如超高分子量聚乙烯(UHMW PE))的组合制成，它们在热和压力条件下被烧结到一起，并可用于水过滤器技术。碳块技术(例如)能提供与松散床碳粒子相当的功能性，而粒子又不会脱落或者占据太多的空间。对于碳块技术，由于吸附性材料的量的增加，碳块的压降也会增大。此外，碳块暴露在热和压力下会限制可供用于碳块的吸附性材料的类型。历史上，一般使用对热降解敏感的吸附介质阻止碳块技术，诸如离子交换树脂。然而，离子交换的改善的性能具有应用到各种各样的流体净化应用的潜在应用。一个例子是用于食品和饮料工业用水的水垢控制系统的市场不断增长。当前的系统依赖于阳离子交换树脂的一次性(不可再生)的固定床以去除硬度。当前，局限性包括相对短的使用寿命、相对高的压降和低的流速。需要开发以改善动力学，并且增加介质每单位体积的处理容量。另一个应用是用于住宅的软化应用，其虽然通常是可再生的，但希望使其更小同时保持容量和处理速率。相似地，也需要改善容量，并且减小用于光致抗蚀剂组合物和高纯度化学品的过滤的系统的尺寸，光致抗蚀剂组合物和高纯度化学品可以在电子制造工业中使用。文献表明阳离子交换树脂的固定床的性能通常由膜扩散限制或由粒子内部扩散限制。大多数商用树脂粒子是相对大的(0.6至0.9mm)。尽管可以期望较小粒子的使用一般会改善动力学，但该理解历来是较小粒子会导致甚至较高的压降。关于固定的离子交换树脂的顾虑是，文献和树脂销售商的数据表明该介质在用于熔融粘合剂诸如超高分子量聚乙烯的高温下是不稳定的。由阳离子交换树脂供应商提供的数据表明树脂的官能度可以在高于120℃的温度下降低。对模塑离子交换树脂的另一个顾虑是，该材料在润湿时溶胀以及在交换时溶胀(高达90％)，其可引起介质复合物的完整性的严重问题或引起压降问题。存在提供使用复合形式的离子交换树脂的水过滤系统的持续需要，该离子交换树脂提供优异的离子交换动力学而对压降和平衡容量没有有害影响。
技术实现思路
本专利技术提供过滤介质和过滤基质、利用过滤介质和过滤基质的系统及其制造和使用方法。在第一方面，提供过滤基质，其包含聚合物粘合剂，该聚合物粘合剂将离子交换树脂的粉碎粉末固定。在一个实施例中，所述离子交换树脂包括阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂、生物相关的离子交换树脂、或它们的组合。粉碎粉末可以包括具有约50至约250微米范围内的平均粒度的粒子。过滤基质还可以包含由聚合物粘合剂固定的活性炭。聚合物粘合剂以介质的10重量％至40重量％范围内的量存在。一个或多个实施例提供聚合物粘合剂包括超高分子量聚乙烯。聚合物粘合剂可以包括具有由超高分子量聚乙烯形成的不规则、褶皱状表面的粒子。详细的实施例提供离子交换树脂以50重量％至90重量％范围内的量存在，并且聚乙烯粘合剂以10重量％至40重量％范围内的量存在。在一个实施例中，相比于包含未由粘合剂固定的小珠形式的离子交换树脂的比较床介质，过滤基质能够有效地提供更大程度的硬度降低。另一个实施例是相比于包含未由粘合剂固定的小珠形式的离子交换树脂的比较床介质，过滤基质能够有效地提供更低的压降。在另一个方面，所述过滤系统包括：由将离子交换树脂的粉碎粉末固定的超高分子量聚乙烯粘合剂形成的过滤器基质、包围过滤器基质的外壳、流体入口和流体出口。另一个方面是包括使流体与本文所公开的过滤基质接触的过滤方法。在一个详细的实施例中，所述过滤基质在除水垢过滤器中。本专利技术还提供制造过滤系统的方法，所述方法包括：提供离子交换树脂的粉碎粉末；使所述离子交换树脂的粉碎粉末与包括超高分子量聚乙烯的聚合物粘合剂接触以形成介质混合物；加热该介质混合物以形成热处理的基质；压缩该介质混合物以形成过滤块；将所述过滤块嵌入外壳中以形成所述过滤系统。在一个或多个实施例中，加热步骤处于约180℃或更低的温度。在另一个实施例中，加热步骤处于约145至160℃范围内的温度。附图说明结合附图，参考以下对本公开的多个实施例的详细说明，可更全面地理解本公开，其中：图1是离子交换小珠的比较填充床和根据实施例制成的过滤块的压降(psi)对流速(gpm)的图；和图2是离子交换小珠的比较填充床和根据实施例制成的过滤块的硬度降低(％)对总加仑的图。具体实施方式本专利技术提供过滤介质、过滤基质以及用于利用粒子形式(例如粉碎粉末形式)的离子交换树脂的液体纯化的系统。粒子可以具有约125微米的平均粒径(或在约50至约250微米，或约75至约200微米，或约100至约150微米的范围内)。粉碎的离子交换树脂粒子与诸如超高分子量聚乙烯的聚合物粘合剂混合以形成介质。然后，该介质可以被加热和压缩，并形成为基质或过滤器块或元件，使得粘合剂将离子交换树脂的粉碎粉末固定。诸如活性炭和/或硅藻土的吸附剂可以包含在该介质或基质中。诸如钛硅酸盐或氧化钛的还原剂也可以包含在该介质或基质中。测试已表明，与小珠形式的树脂相比，复合形式(径向流整料或块)的离子交换树脂的使用可以显著增加钙和镁还原的动力学。另外，相比于离子交换树脂未由粘合剂固定的比较介质，诸如小珠形式的松散树脂材料床，使用本文所提供的过滤基质，诸如径向流块或复合物，压降显著降低。出人意料地，复合物也显示出多达两倍的硬度降低的较高平衡容量，超过松散的树脂床。尽管无意于受理论的束缚，据认为较小粒子的使用增加了对粒子内部的离子交换位点的触及。动力学的大幅增加与压降的大幅减少和平衡容量的增加结合表示意料不到的结果。还出人意料地发现，树脂可以使用超高分子量聚乙烯UHMW PE通过在高达180℃的温度下在封闭模具中模塑来固定，同时保持阳离子交换的有效性。在一个或多个实施例中，145至160℃的温度范围是合适的。使用通过在模塑期间的脉冲和压缩的模具填充的处理，由UHMW PE粘合剂和粉碎的离子交换树脂形成的复合块表现出高完整性而没有压降问题。据发现，需要某种程度的模具压缩模塑块以实现高完整性而无需过量的粘合剂。尽管无意于受理论的束缚，据认为压缩有助于在粉碎树脂和粘合剂粒子之间形成点至点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过滤基质，包含聚合物粘合剂，所述聚合物粘合剂将平均粒度在约50微米至约250微米范围内的离子交换树脂的粉碎粉末固定；其中所述离子交换树脂包括阳离子树脂、阴离子树脂、螯合树脂、生物相关的离子交换树脂、或它们的组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.05 US 61/620,6181.一种过滤基质，包含聚合物粘合剂，所述聚合物粘合剂将平均粒度
在约50微米至约250微米范围内的离子交换树脂的粉碎粉末固定；
其中所述离子交换树脂包括阳离子树脂、阴离子树脂、螯合树脂、
生物相关的离子交换树脂、或它们的组合。
2.根据权利要求1所述的过滤基质，还包含由所述聚合物粘合剂固定
的活性炭。
3.根据权利要求1所述的过滤基质，其中所述聚合物粘合剂以介质的
10重量％至40重量％范围内的量存在。
4.根据权利要求1所述的过滤基质，其中所述聚合物粘合剂包括超高
分子量聚乙烯。
5.根据权利要求1所述的过滤基质，其中所述聚合物粘合剂包括具有
由超高分子量聚乙烯形成的不规则、褶皱状表面的粒子。
6.根据权利要求1所述的过滤基质，其中所述离子交换树脂以50重量
％至90重量％范围内的量存在，并且所述聚乙烯粘合剂以10重量％
至40重量％范围内的量存在。
7.根据权利要求1所述的过滤基质，其中相比于包含未由粘合剂固定
的小珠形式的离子交换树脂的比较床介质，所述过滤基质能够有效
地提供更大程度的硬度降低。
8.根据权利要求1所述的过滤基质，其中相比于包含未由粘合剂固定
的小珠形式的离子交换树脂的比较床介质，所述过滤基质能够有效
地提供更低的压降。
9.一种过滤系统，包括：
由超高分子量聚乙烯粘合剂形成的过滤器基质，所述超高分子
量聚乙烯粘合剂将离子交换树脂的粉碎粉末固定，所述离子交换树
脂的粉碎粉末具有约50...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·R·斯托弗，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US