專利名稱：處理含有揮發性有機化合物的氣體介質的材料和方法
技術領域：
本發明涉及一種處理含有揮發性有機化合物、如乙烯的氣體介質的材料，以及使用這種材料處理氣體介質的方法。
本發明還涉及得到這種材料的方法和裝置。
這種有關的處理材料和方法特別用于處理保存鮮活物質的氣體，特別是在冰箱或冷凍室中。
鮮活物質的成熟產生揮發性有機化合物、如乙烯，他們中的一些還產生成熟自催化劑。另外，這些化合物是壞的氣味的來源，并且一般會產微生物和污染物，如細菌、霉菌和酵母菌，因此不利于很好地保存鮮活物質，因為會造成對保存有害的生物降解，因此對消費者的健康有害。
這些化合物非常輕，因此很容易通過通風或空調系統進行流通。
在已知的保存系統中，氣體沒有經過任何特殊的處理，并帶有由此引起的各種衛生危險。
本發明的目的是克服這些缺點，提出一種處理處理含有揮發性有機化合物的氣體介質的材料和處理方法，利用這種材料可以從化學上把揮發性有機化合物轉化成無害氣體，這種材料的結構使這種處理方法特別有效。
因此，本發明涉及一種處理含有揮發性有機化合物的氣體介質的材料，這種孔隙材料具有吸收其20-30％凈重的能力，并且具有47-52％重量的硅和碳的復合結構，12-20％重量的碳，5-7％重量的羥基，和1-2％重量的氧。
這種材料在相當于材料總體積三分之一的外圍體積中包含75-85％的尺寸大約為10-50埃的孔隙體積，在剩余的中心部分中具有80-90％的空腔，其尺寸為200埃到2微米。
本發明所述材料的比面積為1200-2200m2/g。
該材料還具有約20％重量的氧化鋁和約5％重量的碘化物。
另外，這個材料的相對濕度低于該材料凈重的2％。
本發明還涉及一種含有揮發性有機化合物的氣體介質的處理方法，這種方法在于把所述氣體介質流帶到一種本發明的孔隙材料上，使深入到材料的孔隙和空腔中的氣流被吸附，然后在氣流被吸收的過程中所述氣流的揮發性有機化合物與材料之間產生化學反應，使揮發性有機化合物轉化成無毒氣體，特別是CO2和/或SO2。
本發明的孔隙材料有大量的孔隙和空腔，可以使氣體流擴散到比面積很大的整個材料中，這樣本發明的方法就更為有效。氣體流穿過材料時，氣流與材料之間的接觸時間較長有利于氣流的化學轉化。
因此，本發明的處理方法保證氣體流與材料之間的接觸時間為0.08-0.12秒。
本發明還涉及獲得本發明的處理氣體介質的材料的裝置和方法。
這種獲得方法包括—制備一種粘土型的基本組分，具有約30％重量的粒度大于180微米的粘土和70％重量的粒度為10-20微米的粘土；—用具有約10％體積的醋酸、5-10％體積的檸檬酸和15-20％體積的過氧化氫的水溶液浸泡這個基本組分，溶液的體積基本等于基本組分的體積；—對所述溶液浸泡的基本組分進行預處理，根據確定的第一速度攪拌基本組分，以實現孔隙結構；—在2-10巴的壓力下，以低于第一速度的第二速度使一種酸性并具有強氧化能力的液體與預處理過的組分混合，使液體深入到預處理過的組分中，并形成一種凝膠，預處理組分的量占混合物總體積的42-48％，而液體的量占總混合體積的58-52％；—將所述凝膠與一些補充制品進行攪拌，這些制品包括一種具有強氧化還原能力的溶液，約占總體積的10％，一種碳和鋁的混合物，約占總體積的12-15％，和硫酸鈣，約占總體積的2％；—通過對經過攪拌和線性輸送的材料的超聲波處理使混合物干燥；—在8-10巴的壓力下擠壓干燥材料。
本發明的方法最好連續地進行。
該方法還在于預處理時，在200-250℃的溫度下加熱用水溶液浸泡的基本組分。
另外，本發明的方法還在于，預處理時發射單位功率為2000瓦、振幅為15-30微米的超聲波。
加熱和超聲波處理有助于實現孔隙結構。
預處理時，該方法還包括以低于第一和第二速度的第三速度完成另一次攪拌，以擴大得到結構的空腔和孔隙。
本發明的方法還包括過濾預浸泡的基本組分的預處理產生的液體。與預處理組分有關的液體具有約10％體積的強氧化溶液。
將預處理過的組分和該液體進一步混合，并在90-120℃的溫度下加熱。
將凝膠和補充制品在70-80℃的溫度下進一步進行攪拌。
為了使混合物干燥，超聲波處理可以在波長20-30厘米、體積功率3-5000瓦、振幅15-60微米和頻率20MHz下進行。
另外，材料的干燥最好在120-150毫巴的低壓和90-100℃的溫度下進行。
最后，本發明的方法還包括一個材料壓制成型的最后階段。
本發明還涉及實施本發明的獲取方法的裝置，該裝置包括—一個浸泡器，包括一個以1200-1400轉/分的速度旋轉的第一攪拌器，以形成第一個混合物；—一個第一反應器，包括一個以800-1000轉/分的速度旋轉的第二攪拌器，以便實現2-10巴壓力下的攪拌，以便得到凝膠型的第二混合物；
—一個第二反應器，包括一個實現第三個混合物的攪拌器；—一個保證所述第三個混合物線性輸送的裝置，和至少一個在所述第三個混合物的行程的至少一部分上發射3-5000瓦功率的超聲波裝置；—一個高壓擠壓成型裝置。
本發明的裝置的浸泡器最好包括一個加熱到200-250℃的加熱裝置和一個超聲波發射裝置。
與這個浸泡器有關的還有一個浸泡器排出液體的過濾裝置。
浸泡器最好包括另一個以500-800轉/分旋轉的攪拌器。
第一個反應器還包括一個溫度為90-120℃的加熱裝置。第二個反應器包括一個溫度為70-80℃的加熱裝置。
最后，第二反應器的線性輸送裝置由雙螺桿構成，它的旋轉速度為5-150轉/分。
最后，擠壓成型裝置最好包括一個螺距可變的螺桿，使來自第二反應器的材料承受8-10巴的壓力。
閱讀下面的描述并參照本發明非限定實施例的附圖可以更清楚地了解本發明的其它目的和特征，附圖如下—

圖1為本發明的得到氣體介質處理材料的裝置的剖視示意圖；—圖2是圖1所示浸泡器的放大剖視圖；—圖3是圖1所示第一和第二反應器的放大圖；—圖4是圖1和圖3所示第一反應器中壓力和粘度的變化曲線圖；—圖5是一塊本發明的處理氣體介質的材料的立體圖；—圖6是沿圖5中VI-VI線的剖面圖。
參照圖1，本發明的得到處理一種氣體介質的材料的裝置一般包括一個可以用一種水溶液浸泡這種材料的基本組分并實現預處理以得到孔隙結構的浸泡器1、一個在其中產生物理-化學反應從預處理后的基本組分形成凝膠的第一反應器2，和可以使第一反應器得到的混合物干燥的第二反應器3，和使出自第二反應器的混合物擠壓成型的裝置。
圖2示出浸泡器1，它由一個最好加熱到200-250℃的外套101組成，可以通過管道102將要得到材料的基本組分10加入到外套101中。
還可以將一種液體19，例如通過注入噴嘴103，注入到外套101中。
這種基本組分為粘土型，具有約30％重量的粒度大于180微米的粘土和約70％重量的粒度為10-20微米的粘土。
液體19是一種水溶液，具有約10％體積的醋酸、5-10％體積的檸檬酸和15-20％體積的過氧化氫。
調節材料10和液體19的進入，使進入外套101中的水溶液體積和基本組分的體積基本相等。
裝置1在外套101中包括第一攪拌器110，攪拌器包括通過一個馬達-減速器113帶動的葉片111和葉片112。葉片111和112的轉速最好為1200-1400轉/分。
攪拌器110攪拌基本組分10和水溶液19，鐘形葉片111給混合物11很大的圓周速度。
因此，在外套101中，基本組分被水溶液化學敏感化，并且由于速度非常快，使它的分子組合在葉片111上具有機械應力。這有利于基本組分的金屬原子的脫離。
外套101的加熱以及裝置104發出超聲波的補充機械作用有利于這種脫離。
裝置104發出超聲波的單位功率最好為2000瓦，振幅為15-30微米，并且發射集中在葉片111的中間部分上。
因此，在外套101中，減掉金屬原子的基本組分重組為孔隙度很高并具有大量空腔和孔隙的輕的整體，超聲波處理有利于形成空腔和孔隙。葉片112可以最后完成第一混合物中形成的空腔和孔隙的分子重新排列，并擴大空腔和孔隙。
浸泡器1包括另一個外套120，其中設有被馬達減速器122帶動旋轉的葉片121，轉速為500-800轉/分。葉片121保證混合物在管道123處圓周性地流出。
葉片121可以使混合物有一定的分散，特別是使分子組合的連接應力較小。這種結構放松導致孔隙和空腔擴大，并且有利于它們靠預浸泡過的材料中心的擴散而被浸潤。
比混合物輕的液體在管道124、125、126、127處被回收。這些管道都通向排出管線128。
在排出管線128上設有一個過濾裝置129，保證通過各向同性分離回收的金屬原子的凈化。
實際上，以粘土為基礎的基本組分的原子組成中含有金屬原子，主要有鐵、鋁、鉻、錳、鎳，需要將分子組合分開，對于這些分子組合，力求得到打開孔隙和空腔的巨大能力。
現在回到圖1，從預浸泡器出來的混合物11通過管道123進入第一反應器2。
來自浸泡器1的排出管線128的液體12與管道220輸送的強氧化溶液13一起進入第一反應器2。這種混合物產生的液體14通過管道221進入第一反應器2。
強氧化溶液13占進入第一反應器2的液體14總體積的10％。出自浸泡器1的液體12是一種酸性液體。
另外，在進入第一反應器2的材料中，混合物11占總體積的42-48％，而液體14占總體積的58-52％。
現在參照示出第一和第二反應器2、3的圖3。
第一反應器2包括一個基本為柱形的外套201，它的上部被一個蓋子202關閉。外套201最好包括溫度為90-120℃的加熱裝置。
蓋子202帶有一個帶動攪拌器210旋轉的馬達-減速器203。
外套201靠通過管道222到達的帶壓氣體和設在馬達203和蓋子202之間的密封裝置204帶壓。外套201中的壓力最好為2-10巴。
攪拌器210包括一個鐘形轉子211，具有剪切作用的攪拌葉片212安裝在鐘形轉子的上部，成型葉片213固定在下部。
轉子211內設有一個外室230和一個內室231，兩個室被一個鐘形零件232分開。
一個排管233設在內室231內。排管233、鐘形零件232和內、外室都同心。
進入外套201中的混合物11和液體14被馬達203帶動的葉片212和213充分混合。得到的混合物15逐漸形成凝膠狀，凝膠的粘度在內室231中增加。
攪拌器210的速度為800-1000轉/分。
然后內室中的混合物15穿過排管233上部的排口234流到排管233中。
這樣，得到凝膠15通過重力輸送到第二反應器3。
第一反應器的底部還包括一個排空裝置234。
外室230的壓力密封通過外室230和內室231之間的液面差產生的留存液面來調整，用E表示。
壓力調節化學反應的時間，粘度代表材料從外室過渡到內室的傳遞特性。
現在參照圖4，圖中曲線5示意性地表示第一反應器中的壓力變化，曲線6表示該反應器中的粘度變化。
從外室230到內室231出口的通過時間取決于時間間隔[t1，t3]，在內室231中通過的時間取決于時間間隔[t2，t3]。
對于內室中的通過時間，曲線5、6之間距離的積分用網狀面積7表示。這個積分確定了與第一反應器有關的系統控制主要參數的指示器，并且保證壓力密封、攪拌器210的速度、通過時間(t1，t3)和(t2，t3)，以及內室231出口處排入管道233前的粘度Vs的調節。
這種控制類型說明了第一反應器中連續作業的特征，以保證產出材料的質量。
現在還回到圖3，以便描述第二反應器3。
第二反應器3包括一個槽301，第一反應器中形成的凝膠15的排管233通到槽中。
補充制品16通過一個進入環形302也進入到槽301的上部。補充制品16包括一種具有強氧化還原能力的溶液，約占進入第二反應器3的總體積的10％，一種碳和鋁的混合物，約占進入總體積的12-15％，和硫酸鈣，約占進入第二反應器3的總體積的2％。
第二反應器在槽301內包括一個攪拌器310。
槽301最好是加熱的，加熱溫度為70-80℃。
攪拌器310混合凝膠15和補充制品16，得到的混合物17被一個設在第二反應器3的槽301下部的雙螺桿320帶動。
這個向相反方向旋轉的雙螺桿被一個馬達減速器321帶動，一個變速器(未示)帶動馬達減速器，變速器可以根據混合物在反應器3中的高液面303和低液面304以5-150轉/分的速度帶動雙螺桿320。
雙螺桿320沿一個線性行程把混合物17從圖3的左面向右面輸送。
第二反應器3還包括Sonotrode型超聲波發射裝置305。裝置305發射的體積功率為3-5000瓦，波長20-30厘米，振幅15-60微米，頻率近20Mhz。
混合物17的溫度為90-100℃。
進行超聲波處理時，混合物17中的空腔和孔隙被微觀結構中的擴散作用排干，這導致微觀擴散作用得到的材料18重新被從預浸泡器1直到超聲波發射裝置305逐漸形成的浸潤液重新浸潤。
外套301內建立的120-150毫巴低壓有利于排空。
這種低壓可以通過容積式馬達通風機306得到，通風機通過管子307、308吸入外套301內的氣體，管子307和308的設置是為了加快抽吸氣體的循環速度。
最后，本發明的裝置包括一個擠壓成型裝置4。
裝置4包括一個外套401，其中設有一個由馬達減速器411帶動旋轉的螺桿410。
因此，從第二反應器3出來的材料18以可變的步長被擠壓在螺桿410上，以達到8-10巴的壓力。材料20從擠壓成型裝置4流出的流量為20千克/分鐘。
裝置4最好包括一個成型擠壓模412，以便根據所使用的成型擠壓模的類型以顆粒或片狀的形式得到材料20。
在擠壓成型裝置4的出口得到的材料示意性地表示在圖5、6中。
圖5、6所示的材料是一種孔隙材料，具有約47-52％重量的硅和碳的復合結構，約12-20％重量的碳，約5-7％重量的羥基，和約1-2％重量的氧。
這種材料還可以具有約20％重量的氧化鋁和約5％重量的碘化物。
如圖6所示，這種材料在基本上相當于材料的總體積的三分之一的外圍體積21中有75-85％的孔隙，孔隙尺寸為10-20埃，在剩余的中心體積23中，大約80-90％為空腔，尺寸為200埃到2微米。
這樣，孔隙22通到中心體積的空腔24中，氣流可以穿過形成流通通道的孔隙22深入到材料中，直至空腔24，氣流可以在空腔24中形成渦流。
因此，材料20可以吸附沿孔隙22和空腔24流動的大量氣流，然后吸收這些氣體，并且把這些氣流中的揮發性有機化合物進行化學轉化。
總之，這些揮發性的有機化合物轉化成無毒氣體，如SO2和/或CO2。
特別是這種材料可以把氣流中的乙烯轉化成二氧化碳。已經實現的試驗可以證明本發明的材料的效能。
本發明的孔隙材料的比面積越大，處理揮發性有機化合物的效率越高，該比面積為1200-2200m2/g。
另外，孔隙材料內大量的孔隙和空腔造成氣流穿過孔隙材料時氣流和孔隙材料之間的接觸時間比較長。接觸時間可以為0.08-0.12秒。
最后，孔隙材料的相對濕度應低于材料凈重的2％。
這種材料具有吸收其凈重的20-30％的能力，并且特別適于處理乙烯、二氯乙烯、環氧乙烷、醛和胺類。它還可以中和氣味，特別是放出硫化氫和有機硫的氣味。
加在權利要求中技術特征后的參考標號的唯一目的是便于理解這些特征，而不是限制其范圍。
權利要求
1.處理含揮發性有機化合物的氣體介質的材料，這種孔隙材料具有吸收其凈重約20-30％的能力，并且包含約47-52％重量的硅和碳的復合結構、12-20％重量的碳、5-7％重量的羥基和1-2％重量的氧。
2.根據權利要求1的材料，其特征是，它具有約占材料總體積三分之一的外圍體積(21)和約75-85％的孔隙(22)，其尺寸為10-50埃，在剩余的中心體積(23)中有大約80-90％的空腔(24)，其尺寸為200埃到2微米。
3.根據權利要求1或2的材料，其特征是，其比面積為1200-2200m2/g。
4.根據權利要求1-3之一的材料，其特征是，它具有約20％重量的氧化鋁和5％重量的碘化物。
5.根據權利要求1-4之一的材料，其特征是，其相對濕度低于其凈重的2％。
6.處理含有揮發性有機化合物的氣體介質的方法，該方法在于把一股所述氣體介質的氣流引到一種權利要求1-5之一的材料上，以便對這種深入到材料(20)的孔隙(22)和空腔(24)中的氣流產生吸附作用，然后吸收所述氣流，吸收的過程中所述氣流的揮發性有機化合物與材料之間產生化學反應，把揮發性有機化合物轉變成無毒氣體，特別是CO2或SO2。
7.根據權利要求6的方法，其特征是，氣流與材料的接觸時間為0.08-0.12秒。
8.獲得權利要求1-5之一的孔隙材料的方法，包括—制備粘土型的基本組分(10)，其中30％的重量為粒度大于180微米的粘土，70％的重量為粒度在10-20微米之間的粘土；—用水溶液(19)浸泡基本組分(10)，水溶液(10)具有約10％體積的醋酸、5-10％體積的檸檬酸、15-20％體積的過氧化氫，溶液(19)的體積與基本組分(10)的體積基本相等；—對所述溶液(19)浸泡的基本組分(10)進行預處理，根據確定的第一速度攪拌基本組分，以實現孔隙結構；—在2-10巴的壓力下以低于第一速度的第二速度將預處理過的組分(11)與一種酸性并具有強氧化能力的液體(14)混合，使液體(14)深入到預處理過的組分(11)中，并形成一種凝膠(15)，預處理組分(11)的量占混合總體積的42-48％，而液體(14)的量占混合總體積的58-52％；—將所述凝膠(15)與一些補充制品(16)進行攪拌，這些制品包括一種具有強氧化還原能力的溶液，約占總體積的10％，一種碳和鋁的混合物，約占總體積的12-15％，以及硫酸鈣，約占總體積的2％；—通過對經過攪拌和線性輸送的材料的超聲波處理使混合物干燥；—在8-10巴的壓力下給干燥材料加壓。
9.連續實施的根據權利要求8的方法。
10.根據權利要求8或9的方法，它還包括預處理時加熱用水溶液(19)浸泡的基本組分(10)，加熱溫度為200-250℃。
11.根據權利要求8-10之一的方法，其特征是，預處理時發射功率為2000瓦、振幅為15-30微米的超聲波。
12.根據權利要求1-8之一的方法，其特征是，預處理時以低于第一和第二速度的第三速度進行另一次攪拌，以擴大得到的結構的孔隙和空腔。
13.根據權利要求8-12之一的方法，其特征是，它還包括過濾預浸泡過的基本組分(10)的預處理得到的液體(12)。
14.根據權利要求8-13之一的方法，其特征是，與預處理過的組分(11)有關的酸性液體具有約10％體積的強氧化溶液。
15.根據權利要求8-14之一的方法，其特征是，預處理組分(11)和液體(14)混合，同時加熱到90-120℃。
16.根據權利要求8-15之一的方法，其特征是，凝膠(15)與補充制品(16)的攪拌在70-80℃的溫度下進行。
17.根據權利要求8-16之一的方法，其特征是，干燥混合物(17)的超聲波處理在波長20-30厘米、功率3-5000瓦、振幅15-60微米、和頻率20Mhz的條件下進行。
18.根據權利要求8-17之一的方法，其特征是，材料(18)的干燥在120-150毫巴的低壓和90-100℃的溫度下進行。
19.根據權利要求8-18之一的方法，其特征是，它包括一個將材料(18)擠壓成型的最后階段。
20.實施權利要求8-19之一的方法的裝置，它包括—一個浸泡器(1)，包括一個以1200-1400轉/分的速度旋轉的第一攪拌器(110)，以形成第一混合物(11)；—一個第一反應器(2)，包括一個以800-1000轉/分的速度旋轉的第二攪拌器(210)，實現2-10巴壓力下的攪拌，以便得到凝膠型的第二混合物(15)；—第二反應器(3)，包括一個實現第三混合物(17)的攪拌器(310)；—一個保證所述第三混合物(17)線性輸送的裝置(320，321)，和至少一個超聲波裝置(305)，該裝置在所述第三混合物(17)的行程的至少一部分上發射3-5000瓦功率；—一個高壓擠壓成型裝置(4)。
21.根據權利要求20的裝置，其特征是，浸泡器(1)包括一個溫度為200-250℃的加熱裝置(101)和一個超聲波發射裝置(104)。
22.根據權利要求20或21的裝置，其特征是，一個浸泡器排出液體的過濾裝置(129)與浸泡器(1)連接。
23.根據權利要求20-22之一的裝置，其特征是，浸泡器(1)包括另一個攪拌器(121)，旋轉速度為500-800轉/分。
24.根據權利要求20-23之一的裝置，其特征是，第一反應器(2)包括一個溫度為90-120℃的加熱裝置(201)。
25.根據權利要求20-24之一的裝置，其特征是，第二反應器(3)包括一個溫度為70-80℃的加熱裝置(301)。
26.根據權利要求20-25之一的裝置，其特征是，第二反應器(3)的線性傳輸裝置由一個旋轉速度為5-150轉/分的雙螺桿(320)構成。
27.根據權利要求20-26之一的裝置，其特征是，擠壓成型裝置(4)包括一個螺距可變的螺桿，使第二反應器出來的材料(18)承受8-10巴的壓力。
全文摘要
本發明涉及一種處理含揮發性有機化合物的氣體介質的材料。根據本發明,這種材料是多孔的,并且具有吸附其凈重20－30%的能力,還包含約47－52%重量的硅和碳的復合結構、12－20%重量的碳、5－7%重量的羥基和1－2%重量的氧。本發明可以應用于處理保存鮮活物品的氣體。
文檔編號B01D53/02GK1354685SQ0080856
公開日2002年6月19日 申請日期2000年4月25日 優先權日1999年4月27日
發明者亨利·L·德雷昂 申請人:艾克蒂姆有限公司