[发明专利]以中性过滤材料为基础过滤液体的系统和方法

说明书

                   技术领域

本发明涉及一种使用多孔介质从液体中过滤微粒的系统和方法。更具体地说，本发明涉及一种过滤器和过滤方法，其中由于非筛选机理，可以有效地将比过滤器的多孔介质的孔径小的颗粒除去。

                   背景技术

多年来主要根据筛选机理从液体中过滤出微粒材料，其中颗粒主要是以大小为基础除去的。在许多情况下筛选本身由于对比过滤器孔径小的颗粒提供差的保留性或者对这些颗粒没有保留性，并且要求低的流速或者需要大的压力阶度或者需要大的过滤面积以获得合适的流速，因此它已不能使液体过滤令人满意。然而，在气体过滤中已长期意识到，依赖颗粒-表面的相互吸引可以将颗粒从液体中除去，其中除筛选之外的过滤机理主宰着大多数应用并提供提高的过滤性能。参见，Grant等的Particle Capture Mechanisms in Gases andLiquids：An Analysis of Operative Mechanisms，1988 Proceedings of theInstitute of Environmental Sciences。

假定没有其它高的特定相互作用电位(例如分子识别，螯合官能度等)，液体中颗粒-表面相互作用经常受静电相互作用和范德华力控制。范德华力是普遍存在的作用于任意种类的两种材料之间的短程吸引力，并且因此总是呈现相互吸引。另一方面，根据所讨论的两种材料的静电电位的信号，静电相互作用将为吸引、排斥或不存在。公知带相同电荷的材料彼此之间呈现排斥的静电相互作用，而带相反电荷的材料两者之间呈现吸引的静电相互作用。该知识已利用于液体过滤，其中呈现静电电位的过滤材料能够吸引并成功地保液体过滤，其中呈现静电电位的过滤材料能够吸引并成功地保留带相反电荷的颗粒。显而易见，这些带电过滤器的局限性是，过滤材料与带相同电荷的颗粒的排斥的静电相互作用导致最终差的保留性。

本发明的基础是意识到，当讨论的材料表面之一在使用的液体中为中性时(本文的过滤材料)，在过滤材料和颗粒材料之间没有相反的静电相互作用，并且吸引的范德华力将控制过滤材料和颗粒材料之间的相互作用，从而保留任意电荷特性，正、负或中性的颗粒。因此，在提供在过滤的液体中不呈现、或者基本上不呈现静电电位的过滤材料(即它是中性表面)时，任何静电特性的颗粒被过滤材料吸引，从而获得超过目前仅用常规筛选过滤器所获得的提高的保留性和过滤性。

液体中材料的静电电位受两种主要现象控制，(i)导致电荷的官能团(酸或碱)的离解/缔合，或(ii)液体中(带电)离子的吸附。例如，在含水介质中，在材料表面没有任何官能团的材料经常在碱性或中性溶液(pH＞5-7)中经常呈现负的静电电位，并在酸性溶液(pH＜5-7)中呈现正的静电电位，这是由于吸附了羟基(带负电的：OH^-)或氢离子(带正电的：H⁺)。不受液体特性(含水或不含水)的支配，存在于过滤液体中的带电离子也可以吸附到材料表面上，由此改变其静电电位。

因此重要的是意识到，根据其所浸泡的液体的性能，材料获得不同的静电电位。材料在液体中的这种静电电位取决于液体的性能，例如(i)其质子供体/受体能力，(ii)其介电常数，(iii)存在的离子的浓度和种类。然而，通过使用适当的材料或其表面改性，人们可以将所给液体中的材料的静电电位调整至基本上为零，由此获得基本上中性的表面。

以该发现为基础，本发明教导，可以针对所给pH范围的给定液体对过滤材料进行选择性调整，以吸引任何静电特性的颗粒，并且在任何给定液体中以颗粒和过滤材料之间的相互吸引为基础能够有效地保留比过滤器孔径小的颗粒。

                  发明概述

本发明提供了一种过滤器，它具有高的颗粒捕获性(Log降低值(LRV)＞3，优选＞5，更优选＞10)，低的压降和高的流速。例如，本发明提供了一种常规孔径等级为0.3微米的过滤器，它对0.1微米颗粒的LRV大于3，且压降低于0.1微米等级“筛选过滤器”(即，公称或额定孔径为0.1微米的过滤器)的压降的1/10。与此同时，所示的0.1微米“筛选过滤器”对0.1微米颗粒的LRV低于3，通常约为2。