本文描述并显示了一种多孔材料结构和装置，以增强低压降下的传质和/或传热，以通过吸附和/或催化反应从流体中去除某些分子。包含吸附剂或催化剂的填充细颗粒的活性材料的多孔结构用薄膜包封，以提供较高单位体积流体的界面面积，用于多孔结构和流体之间的快速传质。薄膜还阻止微粒进入活性材料的多孔结构。对于涉及大量吸附和/或反应热的过程，活性材料的多孔结构的另一个表面用薄的非渗透性片材包封以与热流体接触，从而在多孔结构和热流体之间快速传热。体液。该装置可用于通过快速原位再生从气流中去除CO2、水分和碳氢化合物分子。该装置可用于从含水液体流体(例如溶剂和油)中去除水。该设备可用于同时从一种水中去除细菌、病毒、盐和分子污染物。盐和分子污染物。盐和分子污染物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在封装多孔结构中的流体处理
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2019年11月8日提交的美国临时专利申请No.62/933,096的权益，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的
专利
[0003]本公开总体上涉及流体处理，更具体地，涉及在封装的多孔结构中的流体处理。
技术介绍
[0004]在流体处理环境中，活性材料颗粒通常用于吸附要从流体流中去除的物质或与其反应，使得流体没有中断地連续流动，而要去除的物质的浓度得以降较低。然而，在许多工业用途所需的大流量下，从流体流中去除物质的有效性受到流体流通过顆粒的流体动力学和流体与顆粒之间的质量传递之间的权衡限制。
[0005]例如，活性材料颗粒的填充床通常用于增强活性材料颗粒和流流之间的接触以实现工业规模的生产量。在这样的活性材料颗粒填充床中，较小的颗粒尺寸对于提高颗粒与流过固定颗粒的流体流之间的传质速率是需要的。然而，为了避免随着流体流通过颗粒之间的空隙移动而压碎颗粒，通常需要大的颗粒尺寸来保持通过颗粒的压降低于阈值。考虑到颗粒大小的这些相互竞争的因素，填充床对于某些应用来说不是合适的流体处理解决方案。
[0006]作为另一个示例，流化床可以提供低压降使得活性材料颗粒与大流量的流体接触。然而，流化床中的颗粒可能具有有限的使用寿命。特别地，在流化床中颗粒之间的磨损，碰撞混合可以将颗粒减小为细粒，而由流体夹带走，导致颗粒从流化床中损失。此外，流化床的有效性会受到部分流体绕过颗粒的不利影响。因此，流化床在有限的流动状态下是有用的，即使在这种状态下，操作起来也很复杂。
[0007]因此，仍然需要通过活性材料颗粒之间的传质来增强从大量流体中去除物质，同时在一系列操作条件下保持这种颗粒的结构完整性和有效性。
技术实现思路
[0008]各个方面包括用于过滤流体的设备和方法,例如，在一些实施例中，过滤器包括膜封装的多孔结构(MEPS)。各个方面可以包括一种用于处理流体的过滤器，其中该过滤器包括：多孔结构，包括一种或多种化学活性材料；框架包括第一片材、第二片材和共同限定体积的密封件，该体积具有在第一片材和第二片材之间的厚度以及平行于第一片材和第二片材的长度，该体积厚度小于其长度，第一片是流体可渗透的，多孔结构跨越体积的每个维度，并且在垂直于体积长度的方向上，框架单独的抗压强度大于单独的多孔结构的强度。
[0009]在用于处理流体的过滤器的一些方面，多孔结构可以由填充在体积中的颗粒形成，这些颗粒具有小于约200微米的平均颗粒尺寸和大于约0.03微米的最小颗粒尺寸。
[0010]在用于处理流体的过滤器的一些方面，多孔结构可以具有大于约0.3且小于约0.8
的空隙率，并且一种或多种化学活性材料具有BET表面积大于约100m2/g且小于约5000m2/g。
[0011]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，一种或多种化学活性材料包括吸附剂、吸附剂或催化剂中的一种或多种。
[0012]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，第一片材的界面面积与由多孔结构跨越的体积之比大于约等于10m2/m3且小于约10,000m2/m3。
[0013]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，第一片材可以具有大于约20微米且小于约200微米的片材厚度，并且第一片材可以具有开口面积分数大于30％,小于约65％。
[0014]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，第二片材可以是流体不可渗透的并且具有大于约10W/(m
·
K)的热导率。
[0015]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，第二片材可以包括碳纤维复合材料、金属或其组合。
[0016]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，一种或多种化学活性材料可以通过经由第二片材传导到体积中的热而再生。
[0017]在用于处理流体的过滤器中，第二片材可以是流体可渗透的,流体从第一片材向第二片材的方向流动,通过第一片材的压降高于通过在过滤器中的多孔结构的压降。
[0018]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，多孔结构可以包括延伸穿过多孔结构，以将多孔结构的第一部分与多孔结构的第二部分分开的隔板，并且隔板可以是流体可渗透的，允许通过隔板从第一片材流到第二片材。
[0019]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，隔板可以将多孔结构的第一部分与多孔结构的第二部分电隔离，第一片可以是第一电极，第二片可以是第二电极。第一电极和第二电极可以带相反电荷。
[0020]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，第一片材可以是第一圆柱体，第二片材可以是第二圆柱体，体积可以是第一圆柱体和第二圆柱体之间的环形区域，封装体积的长度可以是第一圆柱体的圆周，封装体积的厚度可以是第一圆柱体和第二圆柱体之间的环形区域的尺寸。
[0021]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，封装体积的一部分可以从第一圆柱体和第二圆柱体释放，环形区域限定在它们之间，并且多孔结构可以在一个方向上，以平行于第一片和第二片方向，可从环形区域移除。
[0022]在用于处理流体的过滤器的一些方面中，第一片和第二片中的一个或两个可以可释放地固定到密封件上，并且多孔结构可以从体积中移除。
[0023]其他各个方面可以包括用于处理流体的系统，其中用于处理流体的系统可以包括：多个过滤器，其中每个过滤器可以包括框架和多孔结构，其中每个多孔结构可以包括一个或多个化学活性材料，并且每个框架可以包括共同限定体积的第一片、第二片和密封件，其中该体积具有平行于相应的第一片的长度，每个第一片可以对沿所述第一片流动的第一流体是可渗透的。相应的第一片材，该体积的每个维度可以由对应于对应于给定体积的相应框架的相应多孔结构跨越，并且在垂直于每个体积的长度的方向上，单独的相应框架的抗压强度可以大于单独的多孔结构的抗压强度。用于处理流体的系统还可包括支撑彼此间隔开的多个过滤器的底盘，其中多个过滤器的第一片形成多个第一通道，多个过滤器的第二片形成多个第二通道.
[0024]在一些方面，用于处理流体的系统还可以包括多个第一通道间隔件，和多个第二通道间隔件，其中每个第一通道间隔件可以设置在多个相应的第一通道中，并且每个第一通道间隔件可以设置在多个第一通道中，第二通道隔离物可以设置在多个相应的第二通道的中。
[0025]在一些方面，用于处理流体的系统可以进一步包括歧管，该歧管限定第一入口部分、第一出口部分、第二入口部分和第二出口部分，其中第一流动路径可以从第一入口部分限定。入口部分经由多个第一通道到第一出口部分，第二流动路径可以限定从第二入口部分经由多个第二通道到第二出口部分，并且第一流动路径和第二流动路径可以对应到至少通过多个过滤器的不同流动方向。
[0026]各个方面包括制造用于处理流体的过滤器的方法，该方法可以包括将一种或多种化学活性材料引入由密封件和多个片材之一限定的空腔中的步骤；用多个片材中的另一片覆盖空腔和其中的一种或多种化学活性材料，其中密封件和多个片材形成框架并且共同限定体积，多个片材之间的体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于处理流体的过滤器，该过滤器包括：一种具有多孔结构的包括一种或多种化学活性材料；和框架包括第一片材、第二片材和共同限定体积的密封体，该体积具有在第一片材和第二片材之间的厚度以及平行于第一片材和第二片材的长度，其中体积的厚度小于体积的长度，第一层是流体可渗透的，多孔结构跨越体积的每个维度，并且在垂直于体积长度的方向上，单独框架的抗压强度大于单独的多孔结构的抗压强度。2.根据权利要求1所述的过滤器，其中，所述多孔结构由填充在所述体积中的颗粒形成，所述颗粒具有小于约200微米的平均颗粒尺寸和大于约0.03微米的最小颗粒尺寸。3.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述多孔结构具有大于约0.3且小于约0.8的空隙率，并且所述一种或多种化学活性材料具有大于约100m2/g且小于约5000m2/g的BET表面积。4.根据权利要求1所述的过滤器，其中，所述一种或多种化学活性材料包括表面吸附剂、内部吸附剂或催化剂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的过滤器，其中，所述第一片材的界面面积与所述多孔结构跨越的体积之比大于约10m2/m3。6.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述第一片材的界面面积与所述多孔结构跨越的体积之比小于约10,000m2/m3。7.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述第一片材具有大于约20微米且小于约200微米的片材厚度，并且所述第一片材具有大于30％且小于约65％的开口面积分数。8.如权利要求1所述的过滤器，其特征在于，所述第二片材是流体不可渗透的并且具有大于约10W/(m
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K)的热导率。9.根据权利要求8所述的过滤器，其中，所述第二片材包括碳纤维复合材料、金属或它们的组合。10.如权利要求8所述的过滤器，其特征在于，所述一种或多种化学活性材料可通过可经由所述第二片材传导到所述体积中的热而再生。11.根据权利要求1所述的过滤器，其中，所述第二片材是流体可渗透的并且在从所述第一片材到所述第二片材的方向上流动，通过所述第一片材比通过所述体积中的多孔结构具有更高的压降。12.根据权利要求11所述的过滤器，其中所述多孔结构包括延伸穿过所述多孔结构以将所述多孔结构的第一部分与所述多孔结构的第二部分分开的隔板，并且所述隔板是流体可渗透的以允许从所述第一部分流动一张到第二张，通过隔板。13.根据权利要求12所述的过滤器，其中所述隔板将所述多孔结构的所述第一部分与所述多孔结构的所述第二部分电隔离，所述第一片材是第一电极，所述第二片材是第二电极，并且所述第一电极和第二电极带相反电荷。14.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，阿尼鲁德，
申请(专利权)人：美国分子工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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