用于移除污染物的过滤器介质、材料和方法技术

过滤器介质、过滤器元件和过滤器的装置，其中至少一种聚合物网吸附剂包括至少一种功能聚合物或功能聚合物的衍生物，能够结合来自气体混合物的污染物，优选蛋白质、肽、糖蛋白、脂蛋白、核酸、碳水化合物和脂质。这些污染物可以呈现出引起过敏症的或有毒的特性。优选将这些污染物嵌入气溶胶或附接至小颗粒上。用于合成聚合物网的方法，而至少一种功能聚合物经由酰胺或酯键的生成来固定，而所有反应物都是非活化的并且不包括活性基团。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于移除污染物的过滤器介质、材料和方法
本专利技术涉及使用包括至少一种固定吸附的聚合物的聚合物网从物质混合物优选气体中移除污染物的方法。本专利技术还涉及聚合物网的合成，而至少一种功能聚合物经由酰胺或酯键固定至表面，使至少两种非活化的化合物反应。本专利技术还涉及包括至少一种固定且吸附的聚合物或其衍生物的过滤器装置、过滤器元件或过滤器介质。
技术介绍
空气和水溶液中存在的有机污染物对于人类健康和环境而言是一种严重威胁。引起过敏症的、有毒的、有害的、一般危险的物质在许多方面引发了越来越多的问题。特别地，从大体积的液体流和气体流两者中移除低浓度的生物物质仍然是一项重大的技术问题。虽然过滤器系统可以非常有效地移除微生物，但是到目前为止还没有结合此类细胞的降解产物的满意解决方案。随着过滤器系统的运行时间增加，此类降解产物的潜在影响包括对人类健康有严重风险。关键的物质包括活性生物分子，但是也包括此类分子的反应产物，包括来源于细胞，主要来自植物如花粉，或来自微生物如真菌、细菌、病毒或寄生物的坏死负荷。一个主要的问题是在生物解体、死亡或降解之后释放的各种危险的但主要是未知的化合物。此类物质经常呈现引起过敏症的特性，但是也可能提供有害的、甚至有毒的影响。使用纳米颗粒例如银以便杀死任何微生物的过滤器技术可能增加消耗问题，因为它们产生了死的生物，但没有提供结合相关降解产物的解决方案。通常病菌(germ)的降解会在过滤器的整个寿命内发生，而与它们的组成或设计无关。衍生自植物种子或其他活或死细胞的生物起源的潜在有害物质的化学性质主要包括蛋白质、肽、糖蛋白、脂蛋白、核酸如DNA或RNA，以及碳水化合物如多(糖)、脂质或其组合。本申请的污染物优选包括具有100Da至5百万Da之间分子量的物质，衍生自病菌的病毒或片段甚至更大。所述污染物的分子尺寸典型地为0.5nm至几个μm的范围。杂质或污染物的类别意指化学上相关的许多化合物。所述污染物大部分是空气传播的，例如通过风运输，通常嵌入或掺入雾中或气溶胶中，以及与来自燃烧过程的小颗粒如烟灰或细粉尘相关联，甚至以纳米颗粒的形式。本申请的污染物定义还包括相应地那些载体，尤其是气溶胶和小颗粒。用于移除空气污染物、杂质或降解产物的通常的技术是过滤、吸附和洗涤，或其组合。吸附意指使用吸附剂的分子的结合，而结合包括任何种类的非共价相互作用。术语化学吸附经常用于所述物质的很强的，甚至是共价结合。显然，由于这些污染物广泛的结构种类，到目前为止还无法给出具有广泛适用性的解决方案。因此，适用于移除不期望的化合物的有效吸附剂的设计、开发和生产仍然是整个吸附和过滤行业的重要任务。特别地，设计具有广泛适用性的材料将会有很高价值。以移除这类主要是有机污染物为目标，本专利技术的目的是提供合适的材料、用于所述材料的制造方法以及用于所述材料的应用的程序。这些目的根据通过以下的本专利技术来实现：用于从物质混合物中移除污染物的方法，优选地移除上述污染物中的至少一种，更优选地从气体中移除，使用包括至少一种固定吸附的聚合物的聚合物网吸附剂，其中所述至少一种聚合物保留所述污染物中的至少一种。用于装备线和颗粒的方法，优选地用于合成过滤器介质，包括至少一种聚合物网吸附剂，而至少一种功能聚合物经由酰胺或酯键被固定或附接至表面，使至少两种非活化的化合物反应，因此生成吸附层。包括聚合物网吸附剂的过滤器装置、过滤器元件或过滤器介质，该聚合物网吸附剂包括至少一种固定且吸附的聚合物或其衍生物。本申请的“聚合物网吸附剂”是“多孔聚合物凝胶”或复合材料，该复合材料包括承载体(support)材料和至少一种固定的多孔聚合物涂层。相反，凝胶包括至少一种不含承载体材料的至少部分多孔的固体聚合物。聚合物的孔隙度优选通过固定的线圈和球状体内部和之间的可用空间生成。在这两种情况下优选的材料都是功能聚合物和共聚物，也包括相关的衍生物，其中，至少一种官能团带有配体或残基。固定意指聚合物网吸附剂在应用的条件下是不溶的，优选地借助于非共价或非共价附接至表面、借助于交联、借助于在应用的溶剂中的低溶解度或通过所述程序和特性的组合来实现。能够结合或嵌入所述聚合物凝胶的纤维基底可以由具有织造和/或非织造结构的天然和/或合成纤维制成。特别地，本专利技术的目的包括气体过滤方法和相关材料的开发。此类气体过滤方法优选地包括用于以下的空气过滤：HVAC(暖通空调)系统、机动车客舱的通风、废物化合物的移除、来自进气或排气过滤系统的危险气体组分。移除不期望的有机材料不仅在空气过滤中有意义，对于工艺气体例如沼气的净化也具有意义，并因此是本专利技术的目的。气体过滤中的额外挑战主要涉及空气过滤和空气调节过程所应用的各种产品和程序的多样性，包括宽范围的不同质量产品和设备，包括用于汽车和真空吸尘器的过滤器，但也包括用于医院或摩天大楼的复杂过滤器系统。气体意指优选空气和空气处理的产物。气体过滤器通常包括一层或多层的织物、组织(tissue)或非织造物，其可以进一步装备有至少一种吸附涂层。制造方法由至少两个步骤组成。第一步骤是在连续工作的织造或非织造线中生产基体材料，在相当短的时间里以高产量处理大量的产品，通常作为卷材。第二步骤包括装备特定的吸附剂。进一步的步骤可以包括组合基体材料与额外的层，例如超细纤维或膜过滤层。最后的步骤包括基体材料处理和转换的整个过程，以便生产适用的过滤器元件。关于本申请的实施方式和说明，为了描述用于过滤目的的材料或产品，使用以下定义：过滤器介质、复数过滤器介质，意指材料或物质，其作为装备有所述固定的多孔聚合物涂层的复合物，或其完全由吸附聚合物组成(“多孔聚合物凝胶”)。相应地，过滤器介质是化学术语“聚合物网吸附剂”的技术同义词。过滤器介质在大部分情况下是复合材料。根据上文和下文的实施方式和说明，通过移除污染物，过滤器介质是掌控分离功能的物质或材料。优选的过滤器介质是聚合物网，其是至少部分多孔的聚合物凝胶，或包括至少部分多孔聚合物的复合材料。过滤器元件描述了一种设计，其在过滤器介质之外形成了可管理的且适用的单元。根据过滤应用，可以将过滤器元件相互和/或与通常的过滤设备组合，并且以串联或并联的方式排列。过滤器装置是至少两过滤器的组合，而至少一种包括装备有过滤器介质的过滤器元件。然而，对于过滤器制造，除了设计对于污染物具有高亲和力的表面之外，一些更详细的任务正在产生：为了织物、组织、膜或非织造物处理的目的，期望整理(finishing)或包覆的快速一般方法，优选在提高的温度下使用快速反应，优选在水性溶液中或自水溶液、悬浮液或乳状液开始，更优选在干燥或熔融状态下。装备或整理织物、组织、膜和其他过滤材料的所得产物以及相关承载体材料的潜在反应产物应该在整个制造过程期间以及在长期的应用中是化学和机械稳定的。生产最终的过滤器元件，从过滤器介质至成品过滤器元件，包括聚合物网的基体材料需要抵挡在工业转换步骤期间的各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于从气体中移除污染物的方法，所述气体被以下污染物中的一种或多种污染：蛋白质、糖蛋白、脂蛋白、RNA、DNA、寡核苷酸、寡糖、多糖、脂多(糖)、其他脂质、酚化合物，其特征在于，所述污染的气体与至少一种过滤器介质或包括所述至少一种过滤器介质的过滤器元件或与包括所述过滤器元件的过滤器装置接触，所述至少一种过滤器介质包括固定在承载体上的至少一种交联的功能聚合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181019 EP 18201392.01.用于从气体中移除污染物的方法，所述气体被以下污染物中的一种或多种污染：蛋白质、糖蛋白、脂蛋白、RNA、DNA、寡核苷酸、寡糖、多糖、脂多(糖)、其他脂质、酚化合物，其特征在于，所述污染的气体与至少一种过滤器介质或包括所述至少一种过滤器介质的过滤器元件或与包括所述过滤器元件的过滤器装置接触，所述至少一种过滤器介质包括固定在承载体上的至少一种交联的功能聚合物。


2.用于从液体或气体中移除污染物的方法，所述液体或气体分别被以下污染物中的一种或多种污染：蛋白质、糖蛋白、脂蛋白、RNA、DNA、寡核苷酸、寡糖、多糖、脂多(糖)、其他脂质、脂肪、酚化合物、金属、金属阳离子以及植物、动物组织、藻类、微生物的降解产物，其特征在于，所述污染的液体或气体与至少一种过滤器介质或包括所述至少一种过滤器介质的过滤器元件或与包括所述过滤器元件的过滤器装置接触，所述至少一种过滤器介质包括固定在承载体上的至少一种交联的功能聚合物，其中所述至少一种过滤器介质是以湿铺方法制造的。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述一种或多种污染物包括在气溶胶中或粉尘中。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一种交联的功能聚合物包括至少一种碱性残基或至少一种酸性残基。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一种碱性基团包括至少一种伯或仲氨基基团，以及所述至少一种酸性残基包括至少一种羧基基团。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述污染的液体或气体首先与包括固定在固体承载体上的至少一种交联的功能聚合物的所述至少一种过滤器介质接触，并且随后与不包括固定在承载体上的交联的功能聚合物的过滤器介质接触；或者其中，所述污染的液体或气体首先与不包括固定在承载体上的交联的功能聚合物的过滤器介质接触，并且随后与包括固定在固体承载体上的至少一种交联的功能聚合物的所述至少一种过滤器介质接触。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述过滤器介质的所述至少一种功能聚合物包括至少一种碱性残基或至少一种酸性残基。


8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述污染的液体或气体首先与分别包括固定在固体承载体上的交联的功能聚合物的至少两过滤器介质的组合接触，其中，所述交联的功能聚合物是相同的或不同的，并且随后与不包括固定在承载体上的交联的功能聚合物的过滤器介质接触；或者
其中，所述污染的液体或气体首先与不包括固定在承载体上的交联的功能聚合物的过滤器介质接触，并且随后与分别包括固定在固体承载体上的交联的功能聚合物的至少两过滤器介质的组合接触，其中，所述交联的功能聚合物是相同的或不同的。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少两种功能聚合物中的一种包括至少一种碱性残基，并且另一种功能聚合物包括至少一种酸性残基。


10.包括纤维或颗粒或者纤维和颗粒的过滤器介质，其中，所述纤维和/或颗粒通过交联的功能聚合物相互连接。


11.根据权利要求10所述的过滤器介质，其中，所述纤维长度范围为20μm至60mm；或其中，所述纤维直径范围为0.1μm至100μm；或
其中，所述纤维长度范围为20μm至60mm并且所述纤维直径范围为0.1μm至100μm。


12.根据权利要求10或11所述的过滤器介质，其中，所述颗粒粒度范围为0.5nm至500μm。


13.根据权利要求10至12中任一项所述的过滤器介质，其中，所述纤维由玻璃、聚酯或聚(乙烯醇)制成；或者
其中，所述颗粒由玻璃、二氧化硅、氧化铝或活性炭制成；或者
其中，所述纤维由玻璃、聚酯或聚(乙烯醇)制成并且所述颗粒由玻璃、二氧化硅、氧化铝或活性炭制成。


14.根据权利要求10至13中任一项所述的过滤器介质，其中，所述交联的功能聚合物包括至少一种碱性残基。


15.根据权利要求14所述的过滤器介质，其中，所述至少一种碱性残基是伯或仲氨基基团。


16.根据权利要求10至13中任一项所述的过滤器介质，其中，所述交联的功能聚合物包括至少一种酸性残基。


17.根据权利要求16所述的过滤器介质，其中，所述至少一种酸性残基是羧基基团。


18.根据权利要求10至17中任一项所述的过滤器介质，其中，所述交联的功能聚合物形成聚合物网。


19.根据权利要求18所述的过滤器介质，其中，所述聚合物网具有1nm至小于20nm的平均孔半径。


20.根据权利要求10至19中任一项所述的过滤器介质，呈现出具有50nm至1mm的平均网直径的网，其中，所述网限定为在相互连接的颗粒或纤维之间的空间。


21.根据权利要求10至20中任一项所述的过滤器介质，其中，所述交联的功能聚合物包括经由选自氨基、酰胺、酯和硫酯的至少一种基团彼此共价结合的功能聚合物和交联剂。


22.至少两过滤器介质的组合，其中，所述至少两过滤器介质中的一种包括如权利要求10至21中任一项所限定的交联的功能聚合物，并且另一种过滤器介质不包括如权利要求10至21中任一项所限定的交联的功能聚合物。


23.用于生产如权利要求10至21中任一项所限定的过滤器介质的湿铺方法，
所述方法包括步骤(i)至(v)：
(i)将纤维或颗粒或者纤维和颗粒悬浮于液体中，
(ii)在筛或筛板上沉淀和任选地抽吸包括所述纤维或颗粒或者纤维和颗粒的层，
(iii)将在步骤(ii)中形成的所述层与包括至少一种功能聚合物和至少一种交联剂的试剂溶液或试剂悬浮液接触，
(iv)任选地通过所述筛或筛板抽吸在步骤(iii)中形成的所述层的过量液体，
(v)干燥并供给热、振荡、振动或辐射能，优选地加热在步骤(iii)或(iv)中形成的所述层；
或者
(i)将纤维或颗粒或者纤维和颗粒悬浮于液体中，并且进一步将至少一种功能聚合物溶解或悬浮于液体中，
(ii)在筛或筛板上沉淀和任选地抽吸包括所述纤维或颗粒或者纤维和颗粒以及所述至少一种功能聚合物的层，
(iii)将在步骤(i)中形成的所述层与包括至少一种交联剂的溶液或悬浮液接触，
(iv)任选地通过所述筛或筛板抽吸在步骤(iii)中形成的所述层的过量
液体，
(v)干燥并供给热、振荡、振动或辐射能，优选地加热在步骤(iii)或(iv)中形成的所述层；
或者
(i)将纤维或颗粒或者纤维和颗粒悬浮于液体中，并且进一步将至少一种交联剂溶解或悬浮于液体中，
(ii)在筛或筛板上沉淀和任选地抽吸包括所述纤维或颗粒或者纤维和颗粒以及所述至少一种交联剂的层，
(iii)将在步骤(i)中形成的所述层与包括至少一种功能聚合物的溶液或悬浮液接触，
(iv)任选地通过所述筛或筛板抽吸在步骤(iii)中形成的所述层的过量液体，
(v)干燥并供给热、振荡、振动或辐射能，优选地加热在步骤(iii)或(iv)中形成的所述层；
或者包括步骤(i)至(iv)
(i)将纤维或颗粒或者纤维和颗粒悬浮于液体中，并且进一步将至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·戈特沙尔，伊夫林·戈特沙尔，彼得·普福伊费尔，
申请(专利权)人：克劳斯·戈特沙尔，
类型：发明
国别省市：德国;DE