專利名稱：含活性炭的涂覆基材的制備和使用方法以及由此制得的產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及含活性炭的涂覆基材的制備和使用方法，以及由此制備的產品。
背景技術：
可使用含活性炭的成形主體，例如蜂窩體，作為催化劑基材，或者作為用來從流體，例如氣流或液流中俘獲微粒、液體或氣體物質的吸附劑/過濾器。例如，可使用所述成形主體作為吸附劑，用來從氣流俘獲重金屬。傳統上，包含活性炭的成形主體可以通過以下方式制備首先對未加工的或者“生坯”成形主體進行一次或多次熱處理，并且/或者然后對所述處理過的成形主體進行一次或多次受控制的氧化燒制。例如，可以通過以下方式制造蜂窩體對合成樹脂源進行擠出，然后進行燒制，使其碳化和活化。所述蜂窩體可以任選地用硫和/或催化劑進行浸漬。盡管這些傳統的方法是令人滿意的，但是特別在一些實施方式中，具有一些其它的用來制造含活性炭的成形主體的方法可能是有益的。本發明人現已發現另外一些含活性炭的涂覆基材和成形主體的新穎的制造和使用方法，以及由此制得的產品。發明概述根據本發明的詳述以及本文所述的各種示例性的實施方式，本發明涉及包含活性炭的涂覆基材和成形主體的制備和使用方法，以及由此制得的產品。在各種實施方式中，本發明涉及制備包含活性炭的基材的制備方法，所述方法包括，對至少一個基材施涂至少一種吸附劑材料，其中所述吸附劑材料包含活性炭。各種實施方式還涉及一些方法，其中所述涂覆基材可以成形，可以進一步造型為成形主體。本發明還涉及含活性炭的成形主體，涉及使用本文所述的包含活性炭的涂覆基材和成形主體從流體流中吸附至少一種重金屬。附圖簡要說明包括的附圖提供了對本發明的進一步理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖不是用來對要求保護的本發明構成限制，而是用來圖示本發明的實施方式，與說明書一起用來解釋本發明的原理。

圖1是根據本發明一個實施方式的示例性涂覆基材的截面的SEM顯微照片。圖2是根據本發明的一個實施方式制造涂覆和成形的基材的一種示例性方法的示意圖；圖3是根據本發明的一個實施方式使用涂覆和成形的基材制造含活性炭的成形主體的一種示例性方法的示意圖。發明詳述
應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都只是示例和說明性的，不構成對要求保護的本發明的限制。本領域技術人員通過研究說明書和實施本文所述的本發明將會明顯看出本發明的其它實施方式。本發明涉及含活性炭的涂覆基材以及成形主體的制備方法。在各種實施方式中， 所述方法包括對至少一個基材施涂至少一種吸附劑材料，還可以包括對所述涂覆基材進行成形，還可以包括形成成形主體。如本文所述，所述至少一種吸附劑材料包括活性炭。在各種實施方式中，所述活性炭的形式是例如活性炭粉末、顆粒狀活性炭或其組合。在至少一個實施方式中，示例性的活性炭顆粒包括中值粒徑未1-100微米的那些。在另一個示例性實施方式中，所述活性炭是中孔與微孔之比約為0. 5的活性炭粉末。在另一個實施方式中，所述活性炭的形式是連續的不間斷的碳結構。所述連續結構可以通過以下方式獲得，例如通過本領域已知的方法，通過碳化將含碳的合成聚合物物質轉化為連續的碳結構，然后對該連續的碳結構進行活化。在各種示例性的實施方式中，所述至少一種吸附劑材料還可以包含硫，其為任意的氧化態，可以為元素硫或者包含硫的化合物或部分；以及/或者金屬催化劑，其為任意的氧化態，例如元素金屬或包含金屬的化合物或部分。硫可包括任何氧化態的硫，包括元素硫(0)、硫酸鹽(+6)、亞硫酸鹽(+4)和硫化物 (-2)。如本文中，術語“硫”包括元素硫或者以化合物或部分存在的硫。本領域技術人員可以很容易地確定吸附劑材料中存在的硫的量，可以根據例如具體的金屬催化劑(如果存在話)、該吸附劑預期的用途、以及吸附劑所需的污染物去除能力和效率來選擇硫的量。在一些實施方式中，所述吸附劑材料可以包含1-20重量％的硫，例如1-15重量％，3-8重量％， 2-10重量％，0. 1-5重量％，或者2-5重量％的硫。因此，硫的重量百分數是以元素硫為基準計算，為計算吸附劑材料中總硫量，將其他狀態的硫轉化為元素態。所述金屬催化劑可以包含處于任意氧化態的任意金屬元素，可以為元素金屬或者包含所述金屬的化合物或部分，其所處的形式能夠加速從與吸附劑材料接觸的流體中除去任意程度的污染物(例如鎘，汞，鉻，鉛，鋇，鈹，鎳，鈷，釩，鋅，銅，錳，銻，銀，鉈，砷或硒)。元素金屬的非限制性例子包括堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬(包括鑭系元素)以及其它的金屬，例如鋁、鎵、銦、錫、鉛、鉈和鉍。如上文所述，所述金屬催化劑可以以任意的價態存在。例如，如果包含鐵，則鐵可以+3、+2或0價或以不同價態的混合物存在，并且可以金屬鐵(0)、FeO, Fe203> Fe3O8, FeS, FeCl2, FeCl3> FeSO4等存在。另一個例子是，如果存在錳，則錳可以+4，+2或0價或以不同價態的混合物存在，并且可以金屬錳(0)、Mn0、Mn02、MnS、MnCl2、MnCl4、MnS04等存在。在本發明的一些實施方式中，所述金屬催化劑是堿金屬，例如鋰、鈉或鉀。在其它的實施方式中，所述金屬催化劑是堿土金屬，例如鎂、鈣或鋇。在其它的實施方式中，所述金屬催化劑是過渡金屬，例如鉬、鈀、銀、金、錳或鐵。在另外的實施方式中，所述金屬催化劑是稀土金屬，例如鈰。在一些實施方式中，所述金屬催化劑是元素形式。在其它的實施方式中，所述金屬催化劑以金屬硫化物的形式存在。在其它的實施方式中，所述金屬催化劑以過渡金屬硫化物或氧化物的形式存在。在其它的實施方式中，所述吸附劑主體包含除堿金屬、 堿土金屬或過渡金屬或除金屬氧化物以外的至少一種催化劑。在其它的實施方式中，所述吸附劑材料包含除以下金屬以外的至少一種催化劑鈉、鉀、鎂、鈣、鋁、鈦、鋯、鉻、鎂、鐵和/或鋅。在其它的實施方式中，所述吸附劑材料包含除以下金屬以外的以元素形式或硫酸鹽形式的至少一種金屬催化劑鋁、釩、鐵、鈷、鎳、銅或鋅。本領域技術人員可以很容易地確定吸附劑材料中存在的金屬催化劑的量，可以根據例如具體使用的金屬催化劑、該吸附劑材料預期的用途、以及吸附劑材料所需的污染物去除能力和效率來選擇這些金屬催化劑的量。在某些實施方式中，所述金屬催化劑的量可以為吸附劑材料的1-25重量％，例如占吸附劑材料的1-20重量％，1-15重量％，2-18重量％，3-10重量％，3-5重量％，5-15重量％，或者5-10重量％。金屬催化劑的重量百分數是以元素金屬為基準計算，為計算相關材料中金屬催化劑的總量，將其他狀態的任意金屬轉化為元素態。以惰性形式存在的金屬元素，例如存在于無機粘合劑化合物中的惰性形式的金屬元素不看作是金屬催化劑，認為它們對金屬催化劑的重量百分數沒有貢獻。可以使用任意合適的分析技術，例如質譜和LECO分析(例如用于硫)測定硫或金屬催化劑的量。在吸附劑中同時包含金屬催化劑和硫的示例性實施方式中，金屬催化劑的至少一部分可以任選地與至少一部分硫化學結合。在此處以及上下文中，術語“至少一部分”表示描述的材料的一部分或全部。因此，在這些示例性的實施方式中，吸附劑材料中的一部分或全部的金屬催化劑可以與吸附劑中一部分或全部的硫化學結合。另外，在一些實施方式中， 至少一部分的硫可以與活性炭中的至少一部分碳化學結合。當金屬催化劑與硫化學結合的時候，在一些實施方式中，所述吸附劑材料包含金屬硫化物。示例性的金屬硫化物包括錳、銅、鈣、鈀、鉬、鎢的硫化物，以及它們的組合。但是，金屬硫化物中的金屬元素不限于這些例子。例如，金屬硫化物中的金屬元素可選自堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬(包括鑭系元素)和其它金屬，例如鋁、鎵、銦、錫、鉛、鉈和鉍。在某些實施方式中，所述吸附劑材料包含與硫結合的金屬(例如金屬硫化物)，或者所述吸附劑材料包含與碳結合的硫，所述吸附劑材料還可以包含另外的硫，例如元素硫。 在各種其它的實施方式中，至少一部分硫沒有與金屬催化劑結合，并且/或者至少一部分金屬催化劑沒有與硫結合。在各種示例性的實施方式中，硫粉和/或催化劑前體可以與炭粉混合，然后在惰性氣氛或還原性氣氛中進行燒制。然后可以對制得的炭粉進行研磨，獲得所需的粒度或者粒度均勻性。例如，在至少一個實施方式中，將炭粉與硫粉和催化劑前體(例如MnO2)混合， 然后在300-900°C的溫度下，在惰性氣氛或還原性氣氛中進行燒制。然后對制得的炭粉進行研磨，以獲得更均勻的粒度。在各種示例性的實施方式中，所述吸附劑材料還可以包含至少一種粘合劑。所述粘合劑可以是聚合物粘合劑，例如苯乙烯-丁二烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、環氧樹脂、酚醛樹脂以及其它的熱塑性樹脂和熱固性樹脂；可以是干聚合物粘合劑或可溶性粘合劑，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)。雖然PVDF是可溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)之類的有機溶劑，但是還可以使用可溶于水的粘合劑。其它的有機粘合劑可以包括硅烷和纖維素粘合劑，例如羧甲基纖維素。所述粘合劑可以是源自無機溶膠-凝膠的，例如源自硅溶膠的SiO2，可溶性玻璃，例如硅酸鈉或硅酸鉀，以及它們的各種變體。在其它的實施方式中，還可以使用粘合劑的組合，包括有機粘合劑和無機粘合劑。在各種實施方式中，所述吸附劑材料可以在液體介質中或者以干態的形式施涂。 所述液體介質可以包括例如水、NMP、丙酮、異丙醇、甲醇、乙醇、乙腈、四氫呋喃(THF)、二甲氧基乙烷(DME)、碳酸二甲酯(DMC)以及碳酸丙二酯(PC)。在一些實施方式中，至少一種粘合劑可以溶于液體介質中。本領域技術人員有能力制備施涂于基材的液體介質和/或干吸附劑材料。例如， 可以將活性炭和催化劑和/或金屬(如果存在的話)加入在溶液中包含至少一種粘合劑的液體介質中，或者懸浮在該介質中。再例如，對于干施涂，所述活性炭和催化劑、金屬和/或粘合劑(當存在的時候)可以首先通過機械方法均質混合，或者以另一合適的方式均質混合，然后施涂于基材。在制備吸附劑材料之后，可以將其施涂于至少一個基材。在本文中，“基材”及其變體是用來表示包括用來接受吸附劑材料的表面的材料。所述基材可以是有機材料、無機材料或金屬質/金屬材料，可以是多孔的或者非多孔的，并且是處理過的或者未處理過的。在各種示例性的實施方式中，所述基材可以是金屬質的(例如金屬箔，如鋁箔)，金屬絲網或聚合物絲網，或者是纖維預成形體。用作基材的金屬質和/或金屬材料包括任意的金屬、合金或金屬互化物。非限制性的示例包括鋼和鋁。用作基材的纖維預成形體包括無機材料， 例如玻璃纖維和石英毛(quartz wool)，有機材料，例如纖維素纖維，以及由任意合成聚合物纖維(如聚乙烯和聚丙烯)制得的那些材料。在各種示例性的實施方式中，所述基材的厚度可以為10-1000微米，例如其厚度可以為50-150微米。在至少一個實施方式中，所述基材的厚度可以為1-10密耳。所述基材以及基材厚度的選擇可以取決于例如復雜的所需形狀和耐久性要求，例如溫度、壽命、濕度、環境和強度，對于任意特定的實施方式，本領域技術人員有能力根據這些因素以及任何其它的相關因素改變基材的材料和厚度。在至少一個實施方式中，所述至少一個基材在施涂吸附劑材料之前是基本平坦的。在本文中，術語“基本平坦”是用來表示所述基材在宏觀尺度上具有基本平的表面，凹陷或凸起很少或沒有。在各種實施方式中，本文所定義的基本平坦的基材還可以在表面具有某種紋理或者使表面變粗糙，或者是多孔的。在各種示例性的實施方式中，可以在將吸附劑材料施涂于至少一個基材的表面上之前，任選地對該表面進行處理。在至少一些實施方式中，所述基材處理可以改進吸附劑材料和基材之間的粘合。例如，所述處理可以包括在所述至少一個基材的一側或兩側施涂粘合層。所述粘合材料可以包括例如炭黑和/或石墨，聚合物粘合劑，以及合成橡膠(例如異戊二烯基橡膠，例如聚異戊二烯，丁二烯基橡膠，例如順-1-4-聚丁二烯，苯乙烯基橡膠，例如苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)，腈橡膠，例如腈-丁二烯橡膠(NBR)，氯丁橡膠，烯烴基橡膠， 例如乙烯-丙烯橡膠，丙烯酸類橡膠，聚氨酯橡膠以及氟橡膠)。在各種實施方式中，所述粘合層可以包含水溶性聚合物和非水溶性粘合劑。本領域技術人員有能力制備施涂于基材的粘合層材料。例如，在一個實施方式中， 可以將炭黑和石墨加入溶液或懸浮液中，通過浸涂、凹槽輥涂覆、噴涂或另一可接受的方法施涂于基材。例如，在至少一個實施方式中，所述粘合層可以是美國密歇根州休倫港的艾奇遜化學品公司(Acheson Chemicals of Port Huron,MI)銷售的商品名為DAG EB 012的商業油墨(包含2. 5-12. 5重量％的PVP，2. 5-12. 5重量％的炭黑，25-75重量％的石墨，以及交聯的金屬增粘劑)。在另一個示例性的實施方式中，所述至少一個基材的一側或兩側可以進行化學處理和/或機械處理。僅舉例來說，一側或兩側可以進行化學蝕刻或者用機械方法變粗糙，這樣形成粗糙的表面，有助于在粘合層與基材之間，或者在吸附劑涂層和基材之間形成粘合。在各種實施方式中，可以對至少一個基材施涂至少一種吸附劑材料。在本文中，術語“施涂”和“施涂的”以及它們的變化形式是用來表示將吸附劑材料置于至少一個基材上的方法，例如將吸附劑材料施涂在基材表面上，以及/或者對多孔基材進行浸漬。在各種實施方式中，所述吸附劑材料可以通過以下方式施涂層壓、帶狀澆鑄、噴涂、浸涂、狹縫模頭涂覆、輥涂、或者本領域技術人員已知的任意其它的技術。在各種示例性的實施方式中，所述吸附劑材料可以是液體介質的形式，可以通過浸涂法、噴涂法或輥涂法沉積，例如可以用包含活性炭顆粒的液體介質對無機纖維基材進行浸漬。在另一個示例性的實施方式中，所述吸附劑材料可以是干燥體系，其可以例如施涂于基材，然后在輥之間或者在平坦表面上通過，從而獲得基材和涂層之間的緊密接觸。在其它的示例性實施方式中，可以首先將吸附劑材料形成具有特定厚度的膜，然后壓制到基材上，即進行層壓。在本文中，提到的在基材上的涂層以及/或者涂覆基材是用來包括施涂在基材上的材料以及/或者包括施涂的材料的基材，例如作為在非多孔基材表面上的層和/或注入或浸漬到多孔基材中的材料。在各種實施方式中，所述吸附劑材料可以施涂在基材的一個側面上。在另外的實施方式中，所述吸附劑材料可以施涂在基材的一個以上的側面上。例如，可以將吸附劑材料施涂于基材的兩個側面上。在各種實施方式中，所述基材的任意一側的吸附劑材料涂層的厚度可以至少為基材厚度的10 %，例如至少50 %，至少100 %，至少200 %，至少300 %，至少 400%，至少500%，或者至少600%。在本文中，吸附劑材料的厚度是從與吸附劑材料相鄰的基材的表面測量的。例如，當用吸附劑材料浸漬基材的時候，吸附劑材料的厚度不包括位于基材的孔內的材料，而是從基材的表面進行測量。本領域技術人員有能力根據例如基材的一個或兩個側面是否進行了涂覆，以及體系的吸附能力要求，確定吸附劑材料的合適厚度。圖1是根據本發明一個實施方式的示例性的涂覆基材的截面的SEM顯微照片。圖 1顯示基材101，在該基材的兩個側面上施涂了吸附劑材料102，在基材和吸附劑材料之間插入了粘合層103。在各種示例性的實施方式中，所述基材可以在施涂了涂層之后成形。在本文中，關于基材，術語“成形”以及其變化形式是用來表示對基材進行處理，從而引起基材結構中的變化。在至少一個實施方式中，所述涂覆基材可以通過一系列的輥，使得基材成形，例如引入各種變化形式，如波紋或起褶。在另一個實施方式中，可以在對基材進行成形之后施涂涂層，在另外的實施方式中，可以對制得的成形涂覆基材進行造型，以制備含活性炭的成形主體，例如用來從液體流吸附至少一種重金屬。圖2是根據本發明的一個實施方式制造涂覆和成形的基材的一種示例性方法的示意圖。在圖2的示例性的方法中，料斗204容納著半干態的吸附劑材料和粘合劑。使得吸附劑材料的膜通過垂直壓延機205，以獲得具有所需厚度的預成形膜202。然后，角度片206使得膜202彎折并將其引導到基材201A上，所述基材201A從一卷預涂覆粘合層的基材 201同時拉出。將預形成膜202施加在基材201A的兩側，使其通過垂直壓延機207，使得基材201A和預形成膜202之間緊密接觸。張力輥208將涂覆基材201B引導到驅動輥209，驅動輥在張力下將涂覆基材201B拉出。然后使得涂覆基材201B通過壓紋輥210，從而成形得到波紋雙面涂覆的基材201C。最后，使用切割設備211將波紋基材201D切割成所需的尺寸。在各種示例性的實施方式中，可以用本文中稱作“增強材料”的至少一種材料對所述至少一個基材進行增強和/或使該材料具有機械穩定性。增強材料可以是有機材料、無機材料或金屬質/金屬材料，可以是多孔的或者非多孔的，并且是處理過的或者未處理過的。在各種示例性的實施方式中，所述增強材料可以是金屬質的(例如金屬箔，如鋁箔)，金屬絲網或聚合物絲網，或者是纖維預成形體。用作增強材料的金屬質和/或金屬材料包括任意的金屬、合金或金屬互化物。非限制性的示例包括鋼和鋁。用作增強材料的纖維預成形體包括無機材料，例如玻璃纖維和石英毛，有機材料，例如纖維素纖維，以及由任意合成聚合物纖維(如聚乙烯和聚丙烯)制得的那些材料。所述增強材料可以在其上沉積至少一個基材之前或之后進行成形，在至少一個實施方式中，所述增強材料可以是獨立式的。在各種示例性的實施方式中，可以將至少一種增強材料與至少一個由無機材料和 /或纖維材料組成的基材結合使用。例如，可以用金屬絲網對玻璃纖維片組成的基材進行增強。在一個示例性的實施方式中，可以將用包含粘合劑的吸附劑材料浸漬的玻璃纖維片在濕時候沉積在金屬絲網上。所述粘合劑可以粘附于絲網，將玻璃纖維片保持就位以及/或者保持所需的形狀。在各種實施方式中，所述涂覆基材可以在成形之后進一步造型。在本文中，術語 “造型”及其變化形式是用來表示對涂覆的、任選成形的基材進行處理，以形成成形主體。在本文中，“成形主體”包括以任意方式構造的至少一個涂覆的、任選成形的基材，使得所述成形主體包括通道或通路并且/或者以其它的方式允許流體流從該主體流過，例如沿著平行于基材的方向流過所述主體。在本發明的各種實施方式中，所述成形主體可以由至少一個波紋涂覆基材組成。在另外的示例性實施方式中，所述成形主體可以由至少一個波紋涂覆基材以及至少一個基本平坦的涂覆基材組成。所述成形主體可以是蜂窩體結構，其包括入口端和出口端，以及從所述入口端延伸到所述出口端的內部通道。在至少一個示例性的實施方式中，所述蜂窩體結構可以通過對成形涂覆基材進行輥壓或堆疊而獲得。例如，可以對波紋涂覆基材進行輥壓(例如在齒輪壓延機上)或與基本平坦的涂覆基材組裝，制得蜂窩體結構。再例如，可以在成形主體內，基材和另一基材之間，為涂覆基材提供間隔體或者其它的機械分隔體。圖3是根據本發明的一個實施方式使用涂覆和成形的基材制造含活性炭的成形主體的一種示例性方法的示意圖。在圖3的示意性方法中，將基本平坦的涂覆基材301B和波紋狀涂覆基材301C(此二者都雙面涂覆)疊置，形成更高級別的基礎單元313。例如，可以將這些基礎單元313結合或造型成棱柱形模塊314A，或者卷成筒狀模塊314B。此二者都是蜂窩成形主體的例子。在各種示例性的實施方式中，在形成成形主體之后，可以使用本領域技術人員已知的任何方法使得所述結構固定，例如通過使用至少一種粘合材料以及/或者至少一種機械接合器件。粘合材料的非限制性例子包括膠和環氧樹脂。機械接合器件的非限制性例子包括螺釘，銷釘和夾子。在一個示例性的實施方式中，可以用機械接合器件，例如螺釘來固定整個成形主體，例如可以使得單個螺釘穿透成形主體的所有的層并保持這些層。在各種示例性的實施方式中，制造包含活性炭的涂覆基材和/或成形主體的方法可以按照輥到輥的方式連續進行，并且/或者以高速的方式進行，制得具有所需尺寸的吸附劑結構，包括例如大尺寸的蜂窩體。至少在一些實施方式中，由本發明的方法得到的所述連續和/或高速的制造能夠比本領域已知的方法更經濟地制造包含活性炭的基材和/或成形主體。因為炭粉末在施涂之前活化，至少在本發明的一些實施方式中，不會出現與含活性炭的主體，特別是大尺寸蜂窩體相關的潛在的復雜性。例如，在各種實施方式中，可以將活性炭均勻地施涂于基材，制備均勻的涂層和/或不會產生裂紋。因此，本發明還涉及用來改進含活性炭的主體的抗裂紋性以及/或者減少裂紋數量的方法。在本文中，“均勻涂覆的”、“均勻涂層”以及它們的變體是用來表示在特定面積內存在基本均勻數量的碳顆粒。
在本發明的各種實施方式中，所述基材和成形主體可以用來從至少一種流體流吸附至少一種污染物。例如，流體流可以通過涂覆基材，或者通過成形主體的內部通路，所述基材或成形主體上的涂層作為流體流中存在的至少一種污染物的吸附劑。流體流的形式可以為氣體或液體。氣體或液體還可包含另一相，例如在氣流或液流中的固體微粒，或者在氣流中的液滴。在一個實施方式，流體流可以是氣流，所述氣流包括燃煤煙道氣(例如來自煙煤和半煙煤類或褐煤)，以及在煤的氣化工藝中產生的合成氣流。在本文中，術語“吸附”及其變體表示通過物理方式和/或化學方式，用涂覆基材和/或成形主體吸附、吸附或以其他方式俘獲至少一種污染物。在本文中，術語“污染物”及其變體包括重金屬。術語“重金屬”和本文中任何提到名稱的具體金屬包括金屬的元素形式以及氧化態。因此，重金屬的吸附包括吸附元素形式的金屬，以及吸附包含該金屬的任何有機或無機化合物或組合物。重金屬的非限制性例子包括鎘、汞、鉻、鉛、鋇、鈹、鎳、鈷、釩、鋅、 銅、錳、銻、銀、鉈、砷、硒以及包含這些元素的化合物或組合物。在本發明的各種實施方式中，本文所述的涂覆基材和成形主體能夠從流體流吸附至少一種重金屬。在至少一個實施方式中，所述重金屬是汞。在各種示例性的實施方式中，所述涂覆基材和/或成形主體能夠吸附流體流中至少5%的至少一種重金屬，例如流體流中至少10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%， 80%,90%的至少一種重金屬。除非另外說明，否則，說明書和權利要求書中使用的所有數值都理解為在所有情況下用術語“約”修飾，而不管是否確有“約”。也應理解，本發明說明書和權利要求書所用的精確數值構成本發明的附加實施方式。已盡力保證本文所揭示的數值的準確度。然而， 任何測定的數值必然會含有由各種測定技術中存在的標準偏差所造成的某些誤差。本文所用的“該”、“一個”或“一種”表示至少“一個(一種)”，不應被局限為僅“一個(一種)”，除非有相反的明確說明。因此，例如“所述成形主體”或“一個成形主體”是用來表示至少一個成形主體。本領域技術人員通過研究說明書和實施本文所述的本發明將會明顯看出本發明的其它實施方式。本發明人認為本說明書僅是示例性的，本發明真正的范圍和精神由所附權利要求書來限定。
實施例實施例1在異丙醇介質中，將包含7重量％的硫和7重量^WMnS的炭粉與PTFE聚合物粉末混合，所述聚合物粉末是以商品名Dupont Teflon 銷售的聚四氟乙烯(PTFE)613A， (由美國特拉華州威爾名頓市的杜邦聚合物公司(DuPont Polymers of Wilmington, Delaware)銷售)，碳與聚合物的重量比為90 10。然后所述粉末在100°C干燥，在室溫下通過一組輥對其進行輥壓，形成厚度約為12密耳的吸附劑材料帶。將該吸附劑材料帶層壓在鋁片的各個側面之上，所述鋁片厚度約為5密耳(125微米)，并涂覆有炭黑和石墨的薄粘合層(厚度約為2-5微米)。這兩根吸附劑材料帶(厚度各為12密耳)完全包封所述鋁片和粘合層，所述涂覆片材輥壓通過一組鋼輥，完成層壓工藝。使得涂覆片材的部分輥壓通過一組波紋輥，在片材中形成波紋。所述輥壓和軋波紋速度大于1毫米/小時，在室溫下進行。然后將所述波紋片材和其它的平坦片材疊置，形成上圖3所示的蜂窩體結構。 該組裝體顯示可以通過該方法方便而快捷地制造高質量的蜂窩體結構。實施例2使用實施例1的方法制造蜂窩體結構，在150°C對其進行汞去除效率測試。使該樣品處于汞濃度為12 μ g/m3的工業合成煙道氣的條件下。所述樣品表明在幾天時間內的汞去除效率為90%。因此，通過本文所述的方法制造的蜂窩體基材能夠有效地從氣流除去汞。實施例3在本實施例中，用吸附劑材料對一層石英毛進行浸漬，所述石英毛層用作無機纖維基材，所述吸附劑材料包含活性炭粉末在有機溶劑中的懸浮液。所述活性炭粉末包含硫以及金屬硫化物催化劑。制備了 PVDF在NMP溶劑中的溶液，將活性炭粉末與該溶液混合， 使得碳與PVDF的比例為10 1。然后將該懸浮液沉積在所述石英毛層上。所述懸浮液滲入所述多孔層。然后浸漬的基材在150°C干燥，以除去溶劑。該方法制得的基材包括與無機纖維結合的活性炭顆粒，從而增強了片材結構。然后將所述結構成形為所需的構型。在另一個實施方式中，所述構型還可以在干燥過程中形成。實施例4在本實施例中，將商業玻璃纖維絕熱墊分離成厚度約為1/16英寸的片材。用吸附劑材料浸漬所述片材，所述吸附劑材料包含活性炭在水溶液中的懸浮液，所述水溶液包含由美國紐約州紐約市的普萊德材料國際有限公司(Pred Materials International, Inc. of New York, New York)的以商品名LHB 108P銷售的粘合劑。懸浮液中活性炭與粘合劑的比例維持在10 1。如以上實施例3所述，對玻璃纖維層進行浸漬，然后干燥，成形為所需的形狀。用成形金屬組成的增強材料對所述浸漬的玻璃纖維層的另一種樣品進行增強， 干燥形成剛性結構。實施例3和4證明可以用粘合劑和活性炭、吸附劑材料對基于無機材料的片或層進行浸漬，以形成所需的結構。盡管實施例3和4所述的片材是多孔的，但是在其它的實施方式中，可以對非多孔性片材進行涂覆和成形，以形成所需的結構。
實施例5在異丙醇介質中，將包含7重量％的硫和7重量％的MnS的吸附劑炭粉與 PTFE聚合物粉末混合，所述聚合物粉末是以商品名Dupont Teflon 銷售的聚四氟乙烯(PTFE)613A，(由美國特拉華州威爾名頓市的杜邦聚合物公司(DuPont Polymers of Wilmington，Delaware)銷售)，碳與聚合物的重量比為90 10。然后對所述粉末進行干燥，通過一組輥對其輥壓，形成厚度約為12密耳的帶。將玻璃纖維墊基材夾在兩根這樣的帶之間，并使其通過輥，對所述帶和基材進行壓縮。這樣形成的復合帶強度大，可以將該復合帶調節到所需的結構形狀。實施例6在本實驗中，將商業玻璃纖維絕熱墊分離成厚度約為1/16英寸的片材。用包含由美國紐約州紐約市的普萊德材料國際有限公司(Pred Materials International, Inc. of New York, New York)以商品名LHB 108 P銷售的粘合劑的水溶液浸漬所述片材。然后將以上實施例5的碳帶層壓在該處處有粘合劑的玻璃纖維片上。制得的片材強度大，具有高的撓性，包含牢固結合到所述結構中的碳顆粒。
權利要求
1.一種制備含活性炭的成形涂覆基材的方法，該方法包括將至少一種包含活性炭的吸附劑材料施涂在至少一個基本平坦的基材的至少一個側面上，形成涂覆基材；以及對所述涂覆基材進行成形；其中所述至少一個基材由無機材料和/或金屬質材料組成。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料是通過以下方式施涂的層壓、帶狀澆鑄、噴涂、浸涂、狹縫模頭涂覆或輥涂。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個基材由金屬組成。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個基材的厚度為10-1000微米。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，施涂在所述基材的至少一個側面上的吸附劑材料的厚度至少為所述基材的厚度的10%。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含至少一種粘合劑。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含硫和/或金屬催化劑。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對涂覆基材進行成形的步驟包括使得涂覆的基材形成波紋。
9.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括在施涂所述至少一種吸附劑材料之前對所述至少一個基材進行處理；其中對所述至少一個基材進行處理的步驟包括以下的至少一種(a)在至少一個基材上施涂粘合層；以及(b)對至少一個基材的表面進行化學處理和/或機械處理。
10.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括由成形涂覆基材形成成形主體。
11.如權利要求10所述的方法，所述方法還包括使用至少一種粘合材料和/或至少一種機械接合器件固定所述成形主體。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述成形主體是蜂窩體。
13.一種制備含活性炭的成形涂覆基材的方法，該方法包括將至少一種包含活性炭的吸附劑材料施涂在至少一個基材的至少一個側面上，形成涂覆基材；以及對所述涂覆基材進行成形；其中所述至少一個基材由無機材料和/或金屬質材料組成；施涂在所述基材的至少一個側面上的吸附劑材料的厚度為所述至少一個基材的至少 10%。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料是通過以下方式施涂的層壓、帶狀澆鑄、噴涂、浸涂、狹縫模頭涂覆或輥涂。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個基材由金屬組成。
16.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個基材的厚度為10-1000微米。
17.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含至少一種粘合劑。
18.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含硫和/或金屬催化劑。
19.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述對涂覆基材進行成形的步驟包括使得涂覆基材形成波紋。
20.如權利要求13所述的方法，所述方法還包括在施涂所述至少一種吸附劑材料之前對所述至少一個基材進行處理；其中對所述至少一個基材進行處理的步驟包括以下的至少一種(a)在至少一個基材上施涂粘合層；以及(b)對至少一個基材的表面進行化學處理和/或機械處理。
21.如權利要求13所述的方法，所述方法還包括由成形涂覆基材形成成形主體。
22.如權利要求21所述的方法，所述方法還包括使用至少一種粘合材料和/或至少一種機械接合器件固定所述成形主體。
23.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述成形主體是蜂窩體。
24.一種用來從流體流吸附至少一種重金屬的方法，所述方法包括 使得至少一種流體流通過含活性炭的成形主體；其中，所述成形主體包含至少一個涂覆基材，所述涂覆基材由施涂在至少一個基材的至少一個側面上的至少一種吸附劑材料組成； 所述至少一種吸附劑材料包括活性炭； 所述至少一個基材由無機材料和/或金屬質材料組成；施涂在所述基材的至少一個側面上的吸附劑材料的厚度為所述至少一個基材的至少 10%。
25.如權利要求M所述的方法，其特征在于，所述至少一種重金屬是汞。
26.如權利要求M所述的方法，其特征在于，所述至少一個基材由金屬組成。
27.如權利要求M所述的方法，其特征在于，所述至少一個基材的厚度為10-1000微米。
28.如權利要求M所述的方法，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含至少一種粘合劑。
29.如權利要求對所述的方法，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含硫和/或金屬催化劑。
30.如權利要求M所述的方法，其特征在于，所述至少一個涂覆基材是波紋狀的，或者是基本平坦的。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于，所述成形主體包括至少兩個波紋狀涂覆基材；所述至少兩個波紋狀涂覆基材被疊置。
32.如權利要求30所述的方法，其特征在于，所述至少一個波紋狀涂覆基材是輥壓的。
33.如權利要求M所述的方法，其特征在于，所述成形主體是蜂窩體。
34.一種含活性炭的成形主體，其包括至少一個涂覆基材，其中，所述至少一個涂覆基材由施涂在至少一個基材的至少一個側面上以形成涂覆基材的至少一種吸附劑材料組成；所述至少一種吸附劑材料包括活性炭；所述至少一個基材由無機材料和/或金屬質材料組成；施涂在所述基材上的吸附劑材料的厚度為所述至少一個基材的至少一個側面的厚度的至少10% ；所述成形主體是蜂窩體。
35.如權利要求34所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述至少一個基材由金屬組成。
36.如權利要求34所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述至少一個基材的厚度為10-1000微米。
37.如權利要求34所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含至少一種粘合劑。
38.如權利要求34所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含硫和/或金屬催化劑。
39.如權利要求34所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述涂覆基材是波紋狀的或者是基本平坦的。
40.如權利要求39所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述成形主體包括至少兩個波紋狀涂覆基材；所述至少兩個波紋狀涂覆基材被疊置。
41.如權利要求39所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述至少一個波紋狀涂覆基材是輥壓的。
42.一種含活性炭的成形主體，其包括至少一個涂覆基材，其中，所述至少一個涂覆基材由施涂在至少一個基材的至少一個側面上以形成涂覆基材的至少一種吸附劑材料組成；所述至少一種吸附劑材料包含活性炭以及選自硫和/或金屬催化劑的至少一種另外的材料；以及所述成形主體是蜂窩體。
43.如權利要求42所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，施涂在所述基材上的吸附劑材料的厚度為所述至少一個基材的至少一個側面的厚度的至少10% ；
44.如權利要求42所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述至少一個基材的厚度為10-1000微米。
45.如權利要求42所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述至少一種吸附劑材料還包含至少一種粘合劑。
46.如權利要求42所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述涂覆基材是波紋狀的或者是基本平坦的。
47.如權利要求42所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述成形主體包括至少兩個波紋狀涂覆基材；所述至少兩個波紋狀涂覆基材被疊置。
48.如權利要求42所述的含活性炭的成形主體，其特征在于，所述至少一個波紋狀涂覆基材是輥壓的。
49.一種用來從流體流吸附至少一種重金屬的方法，所述方法包括使得至少一種流體流通過至少一個涂覆基材；其中，所述至少一個涂覆基材包括涂覆有至少一種吸附劑材料的至少一個基材； 所述至少一種吸附劑材料包括活性炭顆粒；以及所述至少一個基材由無機纖維材料組成。
50.如權利要求49所述的方法，其特征在于，所述無機纖維材料包括玻璃、陶瓷和/或玻璃-陶瓷材料。
51.如權利要求50所述的方法，其特征在于，所述無機纖維材料包括石英毛和/或玻璃纖維。
52.如權利要求49所述的方法，其特征在于，所述至少一個涂覆基材用至少一種吸附劑材料浸漬。
53.如權利要求49所述的方法，其特征在于，所述至少一種重金屬選自鎘、汞、鉻、鉛、 鋇、鈹、鎳、鈷、釩、鋅、銅、錳、銻、銀和鉈。
54.如權利要求53所述的方法，其特征在于，所述至少一種重金屬是汞。
55.如權利要求49所述的方法，其特征在于，所述流體流是液流。
56.如權利要求49所述的方法，其特征在于，所述流體流是氣流。
57.如權利要求56所述的方法，其特征在于，所述氣流是燃煤煙道氣。
全文摘要
本發明涉及含活性炭的涂覆基材的制備和使用方法，以及由此制備的產品。
文檔編號B01D39/06GK102405101SQ201080018141
公開日2012年4月4日 申請日期2010年4月14日 優先權日2009年4月20日
發明者A·F·胡斯特德, J·R·里姆, K·P·加德卡里 申請人:康寧股份有限公司