用于控制液体中的金属的方法和设备技术

描述了用于控制液体中的金属的方法和设备。使所述液体与六氢三嗪和/或半缩醛胺材料接触，和将金属从所述液体吸附到所述材料上。所述六氢三嗪和/或半缩醛胺材料可由二胺和醛制成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景本公开涉及在流体中的金属螯合(隔离，sequestration)，和更具体地，涉及使用衍生自芳族、脂族、和/或聚醚二胺的六氢三嗪和半缩醛胺分子、低聚物、和聚合物来从液体螯合(隔离，sequester)和/或除去金属。存在许多商业上重要的工艺来从液体除去金属。为了饮用、地下水的净化、和中毒场所的补救，常规地从水除去金属。还从其它液体例如极性和非极性有机液体除去金属。除去痕量金属经常要求昂贵的添加剂和装置。在本领域中对灵敏的、成本有效的从液体除去痕量金属的方式存在需求。
技术实现思路
根据本公开的一个实施方式，方法包括：将含有金属的液体暴露于HA或HT金属控制材料；将金属从所述液体吸附到所述金属控制材料上；和通过将所述金属控制材料从所述液体分离而从所述液体除去所述金属。所述金属控制材料可为醛和伯二胺的反应产物。根据另一实施方式，设备包括：外壳；设置在所述外壳中的包括HA材料或HT材料的金属控制材料；偶联至所述外壳的连接结构体；和设置在所述外壳中的且支承所述金属控制材料的支承体。附图说明图1A为根据一个实施方式的金属控制材料在暴露于金属之前和之后的UV光谱图。图1B为显示不断增大的锂剂量对根据另一实施方式的金属控制材料的UV吸收吸收的影响的图。图2为总结根据一个实施方式的从液体除去金属的方法的流程图。图3为根据另一实施方式的用于除去液体中的金属的设备的示意性侧视图。具体实施方式衍生自芳族、脂族、和/或聚醚二胺的六氢三嗪(HT)材料和半缩醛胺(HA)材料可用作金属控制材料来从液体螯合或除去金属。所述金属控制材料可为单分子物种、低聚物、和/或聚合物(即，聚六氢三嗪(PHT)、聚半缩醛胺(PHA))。所述金属控制材料可使用芳族二胺、聚醚二胺、或其混合物与甲醛(即甲醛或低聚甲醛)反应而制备。制备这样的材料的其它方法包括使胺与氯甲基醚反应。这样的金属控制材料将与液体中的金属离子形成络合物，从而将所述金属部分地或完全地从所述液体螯合或除去到所述金属控制材料。在负载有金属之后，可将所述金属控制材料从所述液体除去或以其它方式分离，在所述液体中留下减少的金属含量。可从液体除去的可能的金属可为，但不限于，银、锌、锂、钙、和铕。图1A为根据一个实施方式的示例性金属控制材料在暴露于金属离子之前和之后的UV光谱图。所述金属控制材料在暴露于金属离子之前的UV吸收光谱在102处，且相同材料在暴露于金属离子之后的UV吸收光谱在104处。图1A是多种金属对多种不同种类的HT和HA材料的影响的代表。随着HT或HA材料的金属剂量提高，所述材料的UV吸收变化，表明金属通过该除去材料而从液体螯合。在图1A的实施方式中，显示了将HT材料1,3,5-三苯基-1,3,5-三嗪暴露于三氟甲烷磺酸(也称为“三氟甲基磺酸”)锂在80％乙腈且余量为二氯甲烷中的溶液对所述HT材料的UV吸收光谱的影响。图1B是显示锂在以上混合物中不断增大的剂量的影响的图。数据106显示在不断增大的金属剂量下在251.3nm波长处单调增大的吸收，其表明在所述除去材料中不断增大的金属负载。相对于金属剂量的饱和效应在图1B中是明显的。图2是总结根据另一实施方式的从液体除去金属的方法200的流程图。方法200涉及使用含氮有机材料来从液体螯合金属和任选地从所述液体除去所述金属。在202处，使含有金属物种的流体与含氮有机金属控制材料接触。所述金属控制材料可包括HT材料或HA材料或两者。所述金属控制材料可为在本文中描述的金属控制材料(单分子物种、低聚物物种和/或聚合物物种)中的任意，且可根据便于进行与所述液体的接触的任何形态学而结构化。例如，所述金属控制材料可形成为颗粒、丸料(pellet)、粒料(granule)、粉末、纤维、片材、膜、或任何其它方便的形式。所述金属控制材料还可以任何方便的方式支承。例如，可将片材或膜设置在基底上或粘附至基底，所述基底例如管表面、板、格栅、筛网、球、纤维或纤维束、丸料、或颗粒。在另一实例中，可将丸料、颗粒、粒料、或粉末设置在固定床或流化床中于支承体上，所述支承体可为经穿孔的板、筛网、堆积球等。也可使用以上的任何组合。丸料、颗粒、粒料、或粉末形式可包括涂覆有金属控制材料的基础材料的颗粒。例如，金属控制材料将粘附至其的结构聚合物的颗粒可用所述金属控制材料涂覆。可使用的结构聚合物包括聚烯烃(例如聚乙烯和聚丙烯)、聚苯乙烯、聚氨酯、聚异氰脲酸酯、丙烯酸类聚合物、聚酯、聚氯乙烯、环氧树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、含氟聚合物等。所述基础材料可在形成所述金属控制材料之前添加至反应混合物，且可在形成所述金属控制材料时存在，以获取所述金属控制材料的涂层。可以任何方便的方式使液体与金属控制材料接触。一种方式是将液体施加至所述金属控制材料的膜的表面。所述膜可设置在支承体(例如平台或边缘)上，且所述液体可流动、倾倒、喷雾、旋涂、条带涂布(ribbonapplied)或以其它方式施加至所述膜。在一些实施方式中，所述膜可涂覆到、或甚至粘附到基底上。所述金属控制材料可浸入所述液体中，例如通过将具有拥有其中包括有金属控制材料的表面的物体浸渍到所述液体中而进行。所述液体可流动到所述金属控制材料上或者流动通过所述金属控制材料。所述液体可喷雾到所述金属控制材料上或者喷雾通过所述金属控制材料。所述液体可雾化为与所述金属控制材料接触的气溶胶。如果需要，所述液体可渗透所述金属控制材料。所述液体可在相界面(其可为固体-液体界面或液体-液体界面)处接触所述金属控制材料。例如，含有溶解或分散在其中的HA或HT材料的有机相可在液体-液体界面处接触含金属的水相，在所述液体-液体界面中所述HA或HT材料可接触含水液体中的金属。在这样的实施方式中，所述金属控制材料可通过滗析所述有机相而除去，留下具有减少的金属含量的水相。对于以上描述的非均相过程，可通过增大所述两相之间的表面接触面积而改善金属控制效率。在固体-液体体系中，可调节粒度、表面积、和/或孔隙率以提供想要的接触表面。如果想要孔隙率，则可根据已知的程序使如在本文中描述的金属控制材料发泡，和然后可将所述发泡体粉末化或粉碎以形成多孔颗粒。在另一实施方式中，可将所述金属控制材料分散到所述液体中。所述金属控制材料可为粉末形式，且可倾倒、或以另外的方式引入所述液体中。在一些情形中，所述金属控制材料可为在所述液体中能溶的。如果所述金属控制材料在所述液体中是不能溶的或不是显著能溶的，则所述金属控制材料可在暴露期间后从所述液体除去。不限于任何特定的机理，据信所述液体中的金属阳离子(M+p)可根据式(1)与所述金属控制材料中的一个或多个氮原子缔合而产生络合物：其中A-为阴离子。在204处，所述金属在接触所述液体的表面处吸附到所述金属控制材料上。所述表面保持与所述液体接触被选择成容许想要的吸附量发生的停留时间。典型地，使用1秒-60分钟的停留时间。如果所述金属控制材料的一部分已经达到饱和，则有效的停留时间可小于实际的停留时间。如果所述金属控制材料的可用的活性表面减少，则可提高实际的停留时间以将有效的停留时间保持在有用的限度内。在连续流动实施方式中，可减慢液体沿着、经过(across)、或通过所述金属控制材料的流速以提高实际和有效停留时间。在206处，将所述液体与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：外壳；设置在所述外壳中的包括HA材料或HT材料的金属控制材料；偶联至所述外壳的连接结构体；以及设置在所述外壳中的且支承所述金属控制材料的支承体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.16 US 14/305,6251.一种设备，其包括：外壳；设置在所述外壳中的包括HA材料或HT材料的金属控制材料；偶联至所述外壳的连接结构体；以及设置在所述外壳中的且支承所述金属控制材料的支承体。2.权利要求1的设备，其进一步包括流体偶联至所述连接结构体的液体源。3.权利要求1的设备，其进一步包括设置在所述金属控制材料内的流动结构体。4.权利要求1的设备，其中所述金属控制材料是醛和伯二胺的反应产物。5.权利要求4的设备，其中所述金属控制材...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ博迪，JM加西亚，JL赫德里克，RJ沃伊泰茨基，GO琼斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US