污染物吸附带槽纹过滤元件 |
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| 申请号 | CN200980136839.5 | 申请日 | 2009-08-13 | 公开(公告)号 | CN102159294A | 公开(公告)日 | 2011-08-17 |
| 申请人 | 佩里设备公司; | 发明人 | J·A·克罗格; D·M·克劳德; | ||||
| 摘要 | 一种污染物 吸附 过滤元件提供为包括包含于具有多个凹穴的过滤元件中的介孔载体上的自组装 单层 (SAMMS)，比如带槽纹过滤介质。这些凹穴由对目标污染物起作用的介孔材料填充。还提供了一种具有介孔材料填充槽纹的过滤元件的制造方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种过滤元件，其包括： |
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| 说明书全文 | 污染物吸附带槽纹过滤元件技术领域[0001] 本发明总体上涉及用于处理污染流体的过滤介质、过滤元件、过滤系统和方法，并且更具体地涉及用于利用污染物吸附剂去除有毒重金属的装置和方法，所述污染物吸附剂一个示例性的例子是包含于过滤元件中的介孔载体上的自组装单层(self-assembled monolayers on mesoporous supports，SAMMS)，和/或涉及带槽纹过滤元件。 背景技术[0002] 存在着有有毒重金属比如汞包含于流体流(气态和液体)中的很多情形。例如，由海面石油平台产生的污水会具有范围从墨西哥湾中的小于十亿分之100(ppb)到泰国湾中的大约2000ppb的汞。复杂的问题在于，在很多情况下，在很多环境应用中还可能会存在沉积物和其它不利颗粒。去除这些有毒重金属至可接受水平，这也是长期以来期望和需要的主题，通常已经用或者不充分、困难和/或昂贵的方案来满足。 [0003] 使用介孔载体上的自组装单层(SAMMS)的颗粒已经显示具有吸附有毒金属污染物的显著能力。SAMMS材料的例子在美国专利No.6,326,326、No.6,531,224、No.6,733,835、No.6,753,038和No.6,846,554中公开，这些专利的全部内容通过引用结合于此。一种类型的SAMMS是硫醇基SAMMS，其中介孔材料用硫醇基的分子来起作用。硫醇基SAMMS可从田纳西州Chattanooga的Steward Environmental Solutions LLC公司购买，为粉末状形式的颗粒。SAMMS粉末材料通常能具有不同的颗粒直径，通常在大约30和大约200微米之间的范围内(Steward Environmental Solutions LLC公司广告的是40微米的平均直径)。一方面，提供较大的直径从流体流动的观点看是有益的，因为粉末材料的固定床允许较大的流体流动。然而，较大的吸附剂颗粒不具有用于污染物吸附的同等有效的可用表面积。虽然较小的SAMMS粉末材料提供了较大的有效表面积和吸附潜力，但是包装这种较小粉末对于流体流动是高度限制性的并且从流体流动的观点看会产生困难。 [0004] SAMMS具有极快的动力学和相当大的承载能力(例如0.4-0.6grams HG/gram的硫醇基SAMMS吸附剂对应终端HG浓度为100-200ppm)。另外，SAMMS通过共价键工作来可靠地保持有毒金属污染物。SAMMS通常具有在近似0.2g/cc和0.4g/cc之间的体积密度。 [0005] 已经公开了各种使用这种SAMMS粉末颗粒的例子。例如，各种SAMMS过滤系统在名称为“用于被污染流体的流过处理的系统和方法(Systems And Methods For Flow-Through Treatment Of Contaminated Fluid)”的美国专利公开No.US 2007/0295204A1、名称为“用于被污染流体的处理的分层过滤器(Layered Filter For Treatment Of Contaminated Fluids)”的美国专利公开No.US 2007/0262027A1、名称为“用于被污染流体的处理的罐(Canister For Treatment Of Contaminated Fluids)”的美国专利公开No.US 2007/0262025A1、名称为“用于被污染流体的处理的复合吸附块(Composite Adsorbent Block For The Treatment of Contaminated Fluids)”的美国专利公开No.US2007/0256981A1以及名称为“用于被污染流体的处理的逆流系统和方法(Countercurrent Systems And Methods For Treatment Of Contaminated Fluids)”的美国专利公开No.US 2007/0256980中公开。所有这些专利公开整体地通过引用结合于此。 [0006] 其类型为用于从流体过滤颗粒物质的过滤器有时包括一层或多层形成为旋绕图案的多孔过滤材料，工业上经常称为带槽纹过滤介质。带槽纹过滤介质常用于过滤元件的构造中。带槽纹过滤介质通常通过绕着轴线缠绕旋绕片材和表面片材以形成多个连续相邻槽纹而形成。在这种带槽纹过滤介质的一个常见形式中，堵塞相邻槽纹的交替端部以使得进入“入口”槽纹的一个开口端的流体流过多孔过滤介质进入相邻“出口”槽纹以在槽纹的相反端处离开过滤介质。在流体穿过多孔材料的壁从第一槽纹流动至相邻槽纹时，流体中的颗粒物质被从流体中过滤出来并被捕获于第一槽纹和多孔过滤材料的壁中。现有的这种过滤元件在美国专利No.7,329,326(Wagner等)和美国专利申请公开No.2006/0091084(Merrit等)中公开，这些专利文件整体地通过引用结合于此。 [0007] 本发明属于对现有技术的改进。 发明内容[0008] 在一个方面，本发明提供了一种过滤元件，其包括：过滤介质，其具有绕着中心轴线形成于其中的多个凹穴；加接至过滤介质的相反轴向端部的一对端盖；以及捕获于所述多个凹穴中的污染物吸附材料。 [0009] 根据上述方面，一个实施例使用带槽纹过滤介质来提供凹穴。在这种实施例中，污染物吸附材料可包括介孔载体上的自组装单层(SAMMS)。SAMMS材料能填充于带槽纹过滤介质的多个槽纹中，其中SAMMS材料设计来从流体去除重金属。 [0010] 在另一个方面，本发明提供了一种带槽纹过滤元件，其包括：具有相反轴向端部和沿着轴线的中心腔的带槽纹过滤介质。带槽纹过滤介质包括表面片材和旋绕片材，其中旋绕片材附接于表面片材并绕着轴线缠绕成盘绕构造以限定多个槽纹。每个槽纹在两个相反轴向端部附近封闭，其中带槽纹过滤介质在带槽纹过滤介质的外周边和中心腔之间限定径向流体流路(例如，径向向内或向外流动，或者两者都有)。 [0011] 在又一个方面，本发明提供了一种制造过滤元件的方法，包括步骤：形成绕着中心轴线具有多个凹穴的过滤介质；用污染物吸附材料填充所述多个凹穴；以及密封过滤介质的相反轴向端部。 附图说明[0014] 图1是其中具有多个圆柱形污染物吸附过滤元件的过滤容器的局部剖面和局部示意的透视图； [0015] 图2是根据本发明一个实施例的其中端盖由塑料焊接(plastic welding)方法密封的污染物吸附过滤元件的示意性剖视图； [0016] 图3是根据本发明一个不同实施例的其中端盖使用填充于端盖中的密封材料密封的污染物吸附过滤元件的示意性剖视图； [0017] 图4是根据本发明又一实施例的其中端盖由插塞形成的污染物吸附过滤元件的示意性剖视图； [0018] 图5是示出根据一个实施例的制造其一端由胶粘剂密封的带槽纹过滤介质的方法的示意图； [0019] 图6是示出根据一个不同实施例的制造其两端都打开的带槽纹过滤介质的方法的示意图； [0020] 图7是根据一个实施例的准备好填充SAMMS粉末颗粒的带槽纹过滤介质的透视图； [0021] 图8是示出根据一个实施例的制造带槽纹过滤介质的方法的示意图，其中在制造带槽纹过滤介质的过程期间填充SAMMS粉末颗粒，其中带槽纹过滤介质的两端用胶粘剂密封；并且 [0022] 图9是根据一个实施例用于缠绕污染物吸附过滤元件的螺旋缠绕技术的示意图。 具体实施方式[0024] 根据本发明的实施例，过滤元件包括由过滤介质形成的多个凹穴，污染物吸附材料包围于其中用于处理被污染的流体。根据实施例使用的一种示例性的污染物吸附材料优选地是由介孔载体上的自组装单层(SAMMS)制造的纳米吸附材料。提供凹穴的一种示例性过滤介质是带槽纹过滤介质。然而，将理解到，本发明的更宽泛方面可应用于其它污染物吸附剂和过滤介质。 [0025] 图1示出本发明的一个实施例，呈过滤元件10的形式，其适合于插入过滤容器34，被污染流体可被导向穿过过滤容器34以便从其中去除流体内的污染物。在容器34中，过滤元件10浸没在被污染流体流中以允许通过捕获于过滤元件10的过滤介质凹穴中的污染物吸附材料去除污染物。 [0026] 本发明可处理的流体可以是粘性的，比如油，或者是非粘性的，比如液体或气体。可由过滤元件10去除的污染物包括，但不限于，源自复合流体或被污染流(比如污水)的重金属比如汞、镉、砷和铅，以及源自各种被污染溶液和被污染油的汞。这里使用的词语流体应包括液体或气体。 [0027] 图1所示的过滤元件10为大致圆柱形形状，其包括带槽纹过滤介质16和端盖20、22。优选地，过滤元件10构造为相对长且窄，即较大的长度周长比。通常，过滤元件10构造为具有在0.3至6之间的长度周长比，优选地在1至3之间。例如，过滤器可具有在5和 88英寸之间的轴向长度，以及直径在3和6英寸之间的基本上圆形横截面；并且周长在9和18英寸之间。在其它实施例中，过滤元件10可构造为具有各种形状，比如跑道形(race track)、卵形或矩形横截面。 [0028] 图2示出了过滤元件10的示意性剖视图，其中提供了具有由污染物吸附材料填充的多个凹穴12的过滤元件10的总体视图。在这个实施例中，所述多个凹穴12由多个槽纹13提供。如所示，具有多个槽纹13的带槽纹过滤介质16形成于绕着中心轴线18延伸的穿孔芯部24周围。多个槽纹13由SAMMS材料14填充并且在相反的轴向端部处附接至这对端盖20、22。 [0029] 其中一个端盖是在中心具有限定流体端口28的开口的开口端盖20，流体端口28与中心室26相连通。开口端盖20可密封地结合至流体过滤介质16的一端。过滤介质16的另一端可密封地结合至封闭端盖22。对于密封地结合，其指的是一体地结合，比如通过塑料焊接，如同塑料端盖的情况下或者如同灌装有塑料溶胶(platisol)或其它胶粘材料或者不然的话以密封关系附接以将SAMMS材料14包围于槽纹13内。 [0030] 通常，带槽纹过滤元件构造为具有轴向流体流路，如名称为“具有中间流动限制的带槽纹过滤介质及其制造方法(Fluted Filter Media with Intermediate Flow Restriction and Method of Making Same)”的美国专利公开No.2006/0091084所述，该专利申请转让给本发明的受让人并且通过引用结合于此。在这种带槽纹过滤元件中，流体从一个流动表面纵向地穿过带槽纹过滤介质轴向地流动至相反的流动表面。 [0031] 相反，本发明的过滤元件10能构造为径向流动的过滤元件。在过滤元件10中，流体端口28根据流动构造可以是入口端口或出口端口。也就是，流体可从带槽纹过滤介质16的外周32径向向内地流动穿过填充有SAMMS 14的多个槽纹13并进入中心室26，其中其可朝着流体端口28轴向地流动，然后通过流体端口28离开，如流路30所示。可选地，流体端口28可以是入口端口，其中未过滤的流体进入流体端口28，并且轴向地流动穿过中心室26，然后朝着外周32径向地流动穿过填充有SAMMS 14的多个槽纹13，并通过带槽纹过滤介质16的外周32离开。在一个实施例中，流体可行进穿过3至30层的表面片材42和旋绕片材40。在流体流动穿过过滤元件10时，流体中的固体和污染物可由旋绕片材40和表面片材42过滤，并由SAMMS材料14吸附。可选地，旋绕片材40和表面片材42可仅将SAMMS材料14保持和固定于过滤元件10内而不执行过滤功能。例如，过滤元件10可用于多级过滤/污染物去除系统，其中固体过滤能力优于旋绕片材40和表面片材42的独立过滤元件设置于过滤元件10的上游。这样，基本上所有的固体可由上游过滤元件过滤，并且因而，旋绕片材40和表面片材42可不执行过滤功能。 [0032] 图5示出了带槽纹过滤介质16的构造。带槽纹过滤介质16可由与表面片材42紧固在一起的旋绕片材40形成。旋绕片材40和表面片材42每个都由多孔过滤介质制成。旋绕片材40和表面片材42可由相同的过滤介质或不同的过滤介质形成。例如，旋绕片材40可由开口比用来形成表面片材42的过滤介质要小的过滤介质形成。在一个实施例中，旋绕片材40和表面片材42每个由具有以下特性的相同多孔过滤介质构造：(a)弗雷泽(Frazier)渗透性在大约6和大约20CFM@5``WG之间、平均纤维直径在大约2和大约50微米之间、基重在大约30和大约200磅/3000平方英尺之间、平均孔隙尺寸在通常在大约2和大约80微米之间、以及耐破强度(Mullen burst strength)在大约5和大约100psi之间。 [0033] 旋绕片材40可通过任何适合的工艺形成，比如起皱或打褶，但是优选地通过折皱，如转让给本发明的受让人且通过引用结合于此的名称为“用于空气过滤器的折皱过滤介质及其制造方法(Gathered Filter Media for an Air Filter and Method of Making Same)”的美国专利申请No.10/979,390所述。如图5所示，多孔过滤材料的旋绕片材40形成多个连续相邻包卷，工业中公知为槽纹。也就是，旋绕片材40形成峰区和谷区，然后旋绕片材40附接至表面片材42，相邻峰区通常规则地彼此间隔开。 [0034] 表面片材42附接至旋绕片材40并以包卷的状态保持旋绕片材40。表面片材42能以任何适合的方式附接至旋绕片材40，比如通过施加于旋绕片材40和表面片材42的接合部处的胶粘剂条(beads)44。如图5所示，表面片材42和旋绕片材40的交替层用布置于表面片材42上的胶粘剂44彼此紧固。施加足够量的胶粘剂44来将旋绕片材40紧固至表面片材42而不堵塞形成于槽纹13中的凹穴。表面片材42示出为多孔材料的扁平片材，然而，表面片材42在其它实施例中也可以不是扁平的。例如，表面片材42可以包括包卷或在不同方向上打褶。 [0035] 在常规的轴向流动过滤元件中，槽纹的选定端可用例如胶粘剂条堵塞，以使得进入一些槽纹的一端的流体在槽纹的相反端离开过滤介质之前以本领域已知的方式流动穿过多孔过滤介质进入其它槽纹。然而，如上所述，根据本发明的过滤元件10是在带槽纹过滤介质16和流体端口28之间具有流路的径向流动过滤元件。这个实施例的槽纹13填充有SAMMS 14并且在两端处都密封以防止流体通过槽纹13的开口端离开。密封的槽纹还在槽纹13内包含SAMMS粉末颗粒14。 [0036] 而且，根据本发明的包括径向流动带槽纹过滤介质的过滤元件10包括旋绕片材40和表面片材42，它们都由多孔过滤材料形成以允许流体径向地流过多层旋绕片材40和表面片材42。由旋绕片材40形成的槽纹13在这个实施例中具有基本上相等的尺寸和相等的间距，但是在本发明的其它实施例，并非必须如此。 [0037] 带槽纹过滤介质16盘绕在芯部24周围。芯部24如图1-7所示包括圆柱形壁58和限定中心室26的中心腔。芯部24的壁58是穿孔的以允许流体穿过穿孔流入中心室26或从其中流出。芯部24可由任何适合的材料比如聚合材料形成为各种形状。芯部的形状能确定过滤元件10的大致形状，因为带槽纹过滤介质16缠绕在芯部24上。例如，这个实施例的圆柱形芯部24能形成如图1和7所示的圆柱形形状的过滤介质包装16。在其它实施例中，过滤介质包装可形成为具有非圆形横截面的其它形状，比如跑道形状或矩形形状。 [0038] 在缠绕过程期间，包括与表面片材42紧固在一起的旋绕片材40的带槽纹过滤介质16的前缘可分接至芯部24的表面，然后缠绕到中心芯部42上。在一些实施例中，多孔过滤介质材料的可选层25可设置于芯部24和带槽纹过滤介质16之间。也就是，可选层25首先缠绕于芯部24上，然后带槽纹过滤介质16能缠绕到可选层25的顶部上。在这种实施例中，可选层25可用与旋绕片材40和表面片材42之一的过滤介质材料相同的过滤介质材料构造，或者可由不同的过滤介质材料形成。优选地，可选层25由其相对于SAMMS粉末颗粒的过滤效率比形成旋绕片材40和表面片材42的过滤介质材料要好的过滤介质材料形成，以使得可包含移动越过旋绕片材40和表面片材42的任何SAMMS粉末颗粒，从而最小化已过滤流体流中的SAMMS粉末颗粒的量。如上所述，足够量的胶粘剂44施加于表面片材42上以当表面片材42和旋绕片材40在芯部24上缠绕在一起时将旋绕片材40和表面片材42紧固在一起。在其它实施例中，带槽纹过滤介质16可以在没有芯部24之下形成。 [0039] 图5所示带槽纹过滤介质16的槽纹13在一端处用由胶粘剂施用器52在一边缘附近施加于旋绕片材40上的胶粘剂44密封。由于使用施用器52施加胶粘剂44的目的是密封槽纹13的端部，因此施用器52可比其它施用器60、62施加更多的胶粘剂，以使得过量的胶粘剂能填充在表面片材42附接至旋绕片材40并缠绕于芯部24上时所形成的槽纹13中。如图4所示，施加于边缘上的胶粘剂44(参见图5)形成可限定端盖的插塞33。在其它实施例中，可另外附接封闭端盖22至带槽纹过滤介质16的封闭端部，以使得过滤介质16的封闭槽纹表面如图7所示紧固至封闭端盖22。 [0040] 可选地，如图6所示，带槽纹过滤介质16的槽纹13可不由胶粘剂44封闭。在这种实施例中，槽纹13的两端都是开口的。一旦一卷带槽纹过滤介质包装16形成于芯部24上，封闭端盖22可密封地附接至带槽纹过滤介质包装16其中一端上。参照图3，密封地附接封闭端盖22的一种方式是通过用塑料溶胶材料36填充封闭端盖22并将塑料溶胶填充的封闭端盖22施压至带槽纹过滤介质包装16的一端，以使得一些塑料溶胶材料36进入由槽纹13形成的开口，从而密封封闭端盖22和带槽纹过滤介质包装16之间的接口。可选地，代替塑料溶胶，也可使用其它适合的密封材料或胶粘剂。在其它实施例中，开口端盖20可首先密封地结合至带槽纹过滤介质包装16。 [0041] 现在参照图2，另一种将端盖密封地附接至带槽纹过滤介质16的方式是通过塑料焊接工艺，其中邻近带槽纹过滤介质16一端的一部分端盖由适合的热塑性材料形成，其中端盖的热塑性材料部分被加热至软化，并压靠过滤介质16的一端，以使得一些软化的热塑性材料进入由槽纹形成的开口，从而密封地附接带槽纹过滤介质16和端盖。图2(和其它实施例)中的端盖的材料可选地能是模塑就位(molded in place)材料，比如发泡尿烷。 [0042] 一旦封闭端盖22附接至带槽纹过滤介质16的所述一端，带槽纹过滤介质16布置为开口槽纹表面朝上以使得SAMMS粉末材料能填充并包装入每个槽纹13。通常，槽纹13能3 3 以0.2至0.50g/em 的SAMMS包装，优选地0.25至0.35g/cm。 [0043] 在槽纹13包装有SAMMS粉末材料14之后，开口端盖20密封地附接至开口槽纹表面54。开口端盖20可由任何适合的方法密封至开口槽纹表面54，包括上述关于将封闭端盖22密封地附接至带槽纹过滤介质包装16一端的方法。例如，开口端盖20可首先施用塑料溶胶材料，然后施压到开口槽纹表面54上。然后，过滤元件10可翻转并进一步施压以密封地附接开口端盖20。 [0044] 在可选实施例中，SAMMS粉末材料14可在带槽纹过滤介质16形成并缠绕于芯部24上时填充。这种实施例在图8中示出，其中SAMMS粉末材料14经由供给设备64沉积于旋绕片材40上。可控制所供给的SAMMS粉末材料14的量以在不出现溢流的情况下填充每个槽纹13。如所示，槽纹13的每个端部用经由胶粘剂施用器84和86所施加的胶粘剂44封闭。所得到的带槽纹过滤介质16将使得槽纹13的一半由SAMMS粉末材料14填充。在其它实施例中，第二SAMMS供给设备可安装于前端以在旋绕片材40层压至表面片材42时填充槽纹13。因而，在这种实施例中，所有槽纹13由SAMMS粉末材料14填充。在这个实施例中，带槽纹过滤介质16的每端用如图2所示由胶粘剂44形成的插塞33密封，插塞33能用作端盖。在一些实施例中，另外的端盖20、22可附接至SAMMS填充的带槽纹过滤介质 16。 [0045] 开口端盖20可包括适合的环形密封以在过滤元件安装入适合的过滤容器34时提供对过滤元件的密封。另外，预过滤外壳或护套也可加接于过滤元件10的外周32周围以使得在穿过SAMMS填充的槽纹13之前，被污染流体可首先流动穿过颗粒装载的过滤介质。还将理解到，本发明不限于槽纹介质的过滤介质包装。本领域技术人员将容易认识到，本发明还可使用其它类型的具有多个凹穴的过滤介质高效地实施。还将认识到，图2-4和7所示的每个实施例在任一端处都包括端盖，所述端盖可以如图2和4所示为一体式单件端盖或者如图3所示为不同材料的端盖组件。 [0046] 在根据本发明的实施例中，SAMMS粉末材料14被捕获于多个槽纹13中以使得能避免流体穿过未紧固地包装的SAMMS颗粒床导致导通和短路。在这种工业过滤应用中，会经受相当大的流速，这会导通和/或不然的话移动SAMMS粉末颗粒从而形成穿过包装粉末床的不均匀流动。例如，对于液体和其它流体，基于过滤应用中的周边表面积的流量速度在这里的实施例例如可在每小时每平方米大约0.1立方米和每小时每平方米2.0立方米之间。通过将SAMMS粉末颗粒捕获入多个凹穴，可在整个结构床中获得有毒金属的均匀装载，并且流体流动不会引起SAMMS粉末材料的位移。也就是，SAMMS粉末材料通常固定于每个凹穴内并且保持与由带槽纹过滤介质结构支撑的流体流动相连通。 [0047] 由介孔载体上的自组装单层(SAMMS)制造的纳米吸附材料的介孔载体，在一个实施例中，可以由各种多孔材料形成，包括硅石、矾土、沸石或其它适合的介孔材料。在SAMMS的制造工艺期间，介孔载体沿着其外表面沉积有自组装单层，它们用来提供期望的污染物吸附性质。例如，具有硫醇基的介孔材料提供了汞吸附性质。其它功能分子可在可选方案中使用和/或组合来提供不同的污染物吸附性质，其可包括但不限于硫醇、胺、硫醇盐、多聚羧酸、乙二胺、联吡啶、菲咯啉、酚类、聚羟基芳香物、羰基化合物、磷化氢、氧化膦、异腈及其组合。可结合的目标金属或金属化合物包括但不限于As、Bi、Cd、Co、Cu、Pb、Hg、Ni、Pt、Ru、Rh、Se、Ag及其组合。 [0048] 能用于本发明的SAMMS的一个例子是硫醇基SAMMS，比如美国专利No.6,326,326所公开的，该专利的全部内容通过引用结合于此。能用于本发明的污染物吸附材料的其它例子包括但不限于颗粒尺寸范围为从大约8至大约30筛孔径的市售碳颗粒。市售SAMMS粉末可从Steward Environmental Solutions公司购得。 [0049] SAMMS材料14可包括尺寸范围为从大约1微米至大约200微米的多孔颗粒，优选地平均颗粒尺寸在10微米至100微米之间，更优选地按重量计算至少90％的颗粒在20微米至100微米之间。在一个实施例中，SAMMS材料14具有在20微米至100微米之间的平均颗粒尺寸，更优选地在30微米至80微米之间。污染物吸附多孔颗粒可包括范围从大约2纳米(nm)至大约7nm的孔隙尺寸并且可提供范围从大约0.2克/毫升至大约0.4克/毫升的表观密度(apparent density)。 [0050] 考虑污染物吸附材料颗粒尺寸的大小，具有多个凹穴12的过滤介质16由具有一定孔隙度的适合过滤介质材料形成以在多个凹穴12的每个内包含污染物吸附颗粒并且最小化污染物吸附颗粒跨过多个凹穴12的每个的运动。例如，在一个实施例中，带槽纹过滤介质16的表面片材42和旋绕片材40至少其中之一对于平均颗粒尺寸的SAMMS颗粒粉末14具有大于99％的过滤效率。 [0051] 介孔材料比如SAMMS 14通常为分子筛的形式，其具有亚微米量级的规则孔隙(例如孔隙尺寸通常在2和30纳米之间，并且在一个实施例中更通常地在3-4纳米之间)，通常具有窄的尺寸分布，和高的表面积(高达1200平方米/克)，表观密度的范围可从大约0.2克/毫升至大约0.4克/毫升。介孔材料14基本上填充多个槽纹13的每个，并且在流体流过由介孔材料14填充的带槽纹过滤介质16时，承载于介孔材料颗粒14的表面上的功能分子经受流体并与之相互作用，并吸附流体流中的污染物。然而，流体穿过过滤元件的流速不受这些介孔的特征的控制。而是，介孔增大功能表面积和功能分子用作污染物吸附剂的能力。流体穿过过滤元件的流速基本上由捕获在多个槽纹13中的介孔材料14的密度(例如包装在每个槽纹中的介孔材料的量)，以及带槽纹过滤介质16的孔隙度确定并且控制。 [0052] 在一个实施例中，被污染流体可在如前所述的径向流路中流动穿过过滤元件10，其中被污染流体可以流动穿过SAMMS粉末材料中的颗粒孔隙。在这些孔隙内，特定污染物，比如重金属(例如汞)与设计来吸附并结合这些污染物分子的化学单层相接触。这样，这些特定污染物可结合至SAMMS并被从流体去除。一旦SAMMS材料用尽或失效，过滤元件10能更换成容器34中的新过滤元件。期望地，失效的SAMMS可再生。尤其，失效的SAMMS可用酸性流体处理以去除所吸附污染物。 [0053] 为了确定SAMMS材料用尽的时刻，可采用数种方法。例如，在过滤元件10装载有污染物时，会增大差压。这是因为流体中的污染物一旦被SAMMS材料捕获长时间之后将倾向于堵塞紧密包装的SAMMS材料。这样，重要的是监控过滤介质10的差压。而且，尽管SAMMS材料的主要目的是吸附特定污染物，但是由于其小的颗粒尺寸(即，从大约5微米至大约200微米)，SAMMS也可以是非常良好的固体过滤材料。过滤固体的能力会使得SAMMS材料更快地由于阻塞而失效。 [0054] 为此，旋绕片材40和表面片材42能增长SAMMS材料的寿命，因为固体会被这些片材过滤。在容器34中可策略性地设置另外的过滤介质以在被污染流体到达过滤元件10之前过滤固体，以最小化由于固体引起的阻塞，例如，在同一过滤元件中或者更优选地在单独的上游颗粒过滤元件中的预过滤器(表面装载阻挡层过滤或深度装载过滤或者其组合)。优选地，这种预过滤器对在大约1微米和大约5微米之间的应用的标准操作流体流速应当具有绝对有效等级(例如大于90％)，更优选地，在至少3微米具有有效预过滤等级或更佳。 [0055] 在其它方法中，SAMMS的状态可通过定期或持续地监控出口流中已处理流体的污染物水平来确定。当出口流中的水平增大至一定点时，可更换或再生过滤元件10。 [0056] 转向图9，示出了另一种大致圆柱形过滤元件及其制造方法，其中带槽纹过滤介质70和其它适合的过滤材料可缠绕为螺旋构造的过滤元件80。这能根据名称为“制造过滤元件的方法(Method of Making Filter Element)”的美国专利No.5,893,956；和/或由Dan Cloud和John A.Krogue申请且申请日为2006年12月1日、名称为“过滤元件及其制造和使用方法(Filter Element and Method of Manufacturing and Using Same)”的未决专利申请公开No.2008/0128364的原理进行，这些专利文献转让给本受让人并且这两份专利文献的全部内容整体地通过引用结合于此。 [0057] 在这个实施例中，带槽纹过滤介质70构造有旋绕片材76，旋绕片材76在其每一侧上附接至表面片材72、74。过滤介质70使用与用于图8所示实施例的前述方法类似的方法由SAMMS粉末材料14填充。 [0058] 如图9所示，多叠过滤元件80由SAMMS填充的带槽纹过滤介质70和其它适合的过滤介质78形成。其它适合的过滤介质78可以是SAMMS填充的带槽纹过滤介质70、深度装载或表面/阻挡层装载的过滤介质、很少或不提供过滤的多孔间隔元件、SAMMS覆盖的栅格结构、或者其它适合的介质。虽然仅是图9所示的一个条带可由SAMMS填充或由SAMMS覆盖，但是能理解到所有条带可包括SAMMS，比如SAMMS填充的带槽纹过滤介质或者不同类型的SAMMS覆盖的丝网材料，如名称为“采用线或其它栅格支架的污染物吸附过滤介质、元件、系统和方法(Contaminant Adsorption Filtration Media，Elements，Systems and Methods Employing Wire or Other Lattice Support)”的美国临时专利申请No.61/056,898所公开的，该申请转让给本受让人并且其全部内容整体地通过引用结合于此。 [0059] 如同过滤元件10的情形，螺旋缠绕的过滤元件80可包括穿孔芯部24和密封地结合至过滤元件80的每端的端盖20、22。再次，一个端盖20开口，限定与中心室26相连通的流体端口28，并且可携带密封以便与壳体容器34密封。流体如前关于过滤元件10所述的那样大致径向地流动穿过过滤元件80。 [0060] 过滤元件80可仅构造为具有过滤介质的污染物吸附介质，过滤介质包括SAMMS材料比如SAMMS填充的带槽纹过滤介质以及SAMMS覆盖的丝网条带，所述丝网条带具有或不具有用作过滤功能的更多多孔间隔条带。可选地，过滤元件80可构造为组合式废料吸附和颗粒装载过滤元件(具有阻挡层过滤和/或深度过滤装载)。更常见地，聚合过滤介质材料可与SAMMS填充的带槽纹过滤介质和/或SAMMS覆盖的丝网材料组合地缠绕。能采用不同的构造并且上述美国专利文献的教导可用来形成不同构造。 [0061] 如上所述的过滤元件10填充有污染物吸附材料比如SAMMS材料14以从流体去除污染物。然而，在其它实施例中，过滤元件10也可在没有任何污染物吸附材料之下使用。例如，过滤元件10的每个槽纹13可使用前述方法之一插塞，以使得流体不能从由槽纹13形成的开口进入或离开。如上所述，这种过滤元件构造产生子具有径向流路的带槽纹过滤元件。这种实施例中的槽纹13能保留空隙，其中当流体在过滤元件的外周32和芯部24之间行进时旋绕片材40和表面片材42可执行固体的过滤。在其它实施例中，槽纹13可填充其它适合的固体过滤材料。 [0062] 这里引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，都通过引用结合于此，其程度如同每份参考文献都单独且具体地说明为通过引用而结合并且整体地在此阐述一样。 [0063] 词语“包括”、“具有”和“包含”构造为开放式的词语(即，意思是“包括，但不限于”)，除非另有说明。这里引用的数值范围仅是要用作单独引用落入该范围内的每个单独数值的简写方法，除非文中另有说明，并且每个单独数值结合入说明书，如同文中单独引用一样。这里所述的所有方法能以任何适合的顺序执行，除非文中另有说明或者内容明显抵触。这里使用的任何和所有例子，或示例性语言(例如，“比如”)仅是为了更好地示出本发明，并不是对本发明的范围进行限制，除非在权利要求中声明。说明书的语言都不应当视为是将任何未在权利要求中声明的元件指示为实践本发明所必须的。 |
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