技术领域
[0001] 本
发明涉及用于气体处理和气体净化、特别是用于
洁净室条件的新的构思。
[0002] 更特别地，本发明涉及特别是在
过滤器内使用的、或者作为用于气体处理和/或气体净化的过滤器、特别是用于洁净室条件的过滤材料，并且还涉及所述过滤材料的制备方法以及所述过滤材料的使用方法。
[0003] 最后，本发明涉及通过使用本发明的过滤材料来净化/调节气体的方法。
[0004] 本发明内容中的洁净室是非常洁净的房间，其中，尽可能低的保持空气中携带的微粒及有害气体的浓度。特殊的制造方法需要这样的洁净室或者非常洁净的房间，特别是在
半导体制造/技术中，常规环境气体中存在的微粒和气体将对特殊的方法产生危害。特别是在半导体制造中，仅具有几纳米大小的微粒会干扰集成
电路的结构；对于破坏性气体/
氧化气体，例如在环境中一直存在的硫和氮的氧化物、
硫化氢、铵、卤素、卤化氢等，同样会干扰/损坏这样的
制造过程(例如半导体的损坏等)。
[0005] 其它的洁净室应用和/或洁净室技术存在于光学和激光技术、航空航天技术、
生物科学及医学研究和处理、食品和药物的研究和无菌制备以及
纳米技术。
[0006] 这种类型的洁净室通常经设计以使得被引入或者可能形成在房间中的空气携带的微粒的数量被保持为尽可能低。为此使用了装备有适用于该微粒大小的微粒过滤器的多种不同的过滤设备。根据应用的领域，洁净室或者非常洁净的房间中所允许的最大数量的粒子/微粒是不同的。可能会存在附加的条件来控制，例如不仅仅是微粒数量，而且还包括细菌数量，这特别是在药剂产品的制备或者食品工业的制造中是所需要的。其它参数，例如
温度、湿度和压
力，通常同样也被保持为恒定的以在全程产生可比对的条件。
[0007] 洁净室规定的核心方面表示为通过过滤房间空气使微粒和/或细菌和/或有害气体减到最少的流动原则。总的来说，洁净室技术人员区分
湍流稀释流和低湍流取代流。在湍流稀释流或混合流中，过滤的洁净空气会以湍流的方式被引入至洁净室内并由此产生单一稀释的颗粒/有害气体浓度。然而，特别地，在这里必须牢记，产生微粒和有害气体的物体和步骤在洁净室中要被消除。在也被称为
层流的低湍流取代流中，洁净空气以低湍流的方式并且通常垂直地流至洁净室内，而且具有使易受污染的工作区域和装置尽可能低地被污染的效果。空气随后在相对侧从房间中逃逸，通常经过穿孔的双层地板并返回至空气循环器以重复过滤。
[0008] 由于洁净室要求的不同级别，不同的应用领域具有它们自己的洁净室等级和标准以调节它们的粘附性，特别是对于在微
电子中所使用的洁净室。举例来说，半导体技术由ISO标准14644-1来规定，其提供等级ISO1至ISO9，其中，ISO1为对于洁净度具有最高要求的等级。
[0009] 使用不同的方法以满足特定应用领域的特定需求并防止不期望的微粒和有害气体和/或特定的主要污染物进入空气并去除已经存在于空气中的微粒和有害气体。
[0010] 大量的过滤器和/或过滤材料作为洁净室空气过滤的潜在应用均为
现有技术已知的。
[0011] 特别是在现有技术中所使用的、特别是用于降低有害气体浓度的过滤器和/或过滤材料为基于
活性炭的，并且通常给活性炭赋予合适的浸渍剂，否则活性炭的
吸附特性通常是不足的。
[0012] 然而，通常使用的活性炭过滤材料的一个缺点在于即使使用合适的浸渍剂，在待去除的的有毒物/气体含量非常低时，吸附性能也是不足的，因为吸附通常仅在超过特定
阈值的情况下才能够确保。因此，低含量不期望的有毒物和气体可以用这种方法“滑进”过滤材料并导致不期望的洁净室环境污染。
[0013] 含硫和氮的气体和有毒材料，例如硫和氮的氧化物、
氨、硫化氢等，使用特定的浸渍碘化物的吸附剂、特别是浸渍碘化物的活性炭来移除，所浸渍的碘化物会与待移除的气体和有毒材料进行反应，并且在该反应过程中碘化物被部分转化为元素碘，在使用过滤器和/或过滤材料一段时间之后，其会从活性炭中脱离/解附，致使洁净室环境不期望地被碘污染。
[0014] 举例来说，WO01/70391A1提出了具有吸附特性的过滤材料的应用，所述过滤材料包括载体层以及多个吸附层。其中所提供的过滤材料应不仅包括至少一个基于浸渍活性炭材料的吸附层，而且包括至少一个基于离子交换材料的吸附层。设想的用于活性炭材料的浸渍特别地为利用选自
铜、
铁、镍、锌、铬、钴、钌或锇的组的金属所进行的浸渍。活性炭材料的浸渍以及用于活性炭材料的浸渍是相当高成本的。浸渍还并不总是有效的，更特别地，由于某些有毒物会通过
解吸附过程再次释放。并且，当有毒物/气体为低浓度时，滑进是相当高的。
[0015] DE196 30 625A1还提出了一种从气体提取杂质的方法。其中所提供的包含
水蒸气的气体流经过固体碘化钠、通过形成碘化钠水合物捕获/捕集污染物。碘化钠可以是细颗粒状碘化钠粉末、载体材料上涂层或者是多孔固态
烧结体。然而，
酸性气体或氧化气体，特别是含硫或氮的氧化物、硫化氢等的吸附或反应可以导致在操作过程中形成大量的元素碘并释放到空气中，导致不期望的环境空气污染。此外，初始的吸附特性并不令人满意，特别是在待吸附的有毒物/气体处于低含量的情况下。
发明内容
[0016] 本发明的目的在于提供特别是适用于在过滤器中使用的或者作为用于气体处理和/或气体净化的过滤器、特别是用于洁净室条件的过滤材料，以及相应的制造方法，同时试图至少是基本上避免或者可替代地至少是改善如上所述的现有技术的缺点。
[0017] 在本发明内容中特别探求的是提供适用于基于活性
碳的过滤材料，该过滤材料特别是用于过滤器中的或者作为用于气体处理和/或气体净化的过滤器、特别是用于洁净室条件，其中，活性碳应显示出反应/催化增强，并且其中更特别地，在移除/吸附气态有毒物等方面所使用的活性炭的效果相对于现有技术应进一步提高。更特别地，本发明试图提供这样的过滤材料，即确保存在于其中的活性炭的吸附特性不会受到特定的反应/催化增强的不利影响。本发明还试图提供这样的有效方法，即基于该方法，可以获得本发明的过滤材料。
[0018] 正如
申请人目前已经发现的，以完全令人惊讶的方式，在本发明内容中，当提供包含活性炭的过滤材料时会意外地实现在上文中所指出的本发明的目的，其中离散活性炭微粒形式的活性炭被增加/被赋予特定的金属组分，其中该金属组分包含至少一种包含金属、特别是包含
金属离子、优选基于
金属化合物的
离子液体(IL)。换句话说，本发明的基本构思在于提供基于活性炭的过滤材料，其中决定活性炭的反应/催化特性的金属组分由包含金属的离子液体(IL)所提供和/或利用包含金属的离子液体(IL)获得，特别是以离子形式，基于在离子液体(IL)中可溶的和/或可分离的金属化合物(例如金属盐)，其中活性炭以目的导向的方式使这样的金属组分/离子液体(IL)加入/浸渍。
[0019] 为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明据此提出了如在本发明
权利要求1中所要求保护的过滤材料。此外，根据本发明特别有利的过滤材料为各个
从属权利要求的主旨。
[0020] 根据本发明的第二方面，本发明还提供了本发明的过滤材料的制造方法，其在根据本发明的方法
独立权利要求中要求保护。此外，根据本发明特别有利的方法为各个方法从属权利要求的主旨。
[0021] 根据本发明的第三方面，本发明还进一步提供了根据本发明的应用，其在各个应用权利要求中进行表述。
[0022] 根据本发明的第四方面，本发明最后还提供了如在根据本发明特定的独立权利要求中所要求保护的净化/调节气体的方法。此外，涉及本发明该方面的根据本发明方法的特别有利的形式为各个方法从属权利要求的主旨。
[0023] 容易理解的是，在本发明下文的说明中，这些形式、实施方式、优点或
实施例等，在下文中仅作为本发明的一个方面进行描述，为避免不必要重复，不言而喻的是，还将细节上所做的必要的变更应用于本发明其他的方面，而无需明确提及。
[0024] 还容易理解的是，在下文中所描述的任何数值、数字和范围不应当被解释为限制各自的数值、数字和范围描述；本领域技术人员将会理解在特定的情况中或者对于特定的应用时，在不会脱离本发明范围的条件下，所引用范围和特定值的偏离也是可能的。
[0025] 此外，任何在下文所引用的数值/参数特定值等原则上可以使用本领域技术人员所熟知的标准的或明确引用的测定方法或者使用测定/测量方法来确定/断定。
[0026] 至于其它的，任何在下文中所引用的比例/百分比、特别是基于重量的量的描述必须被理解为在本发明内容中被本领域技术人员所选择/结合以使得包括可用的其它组分/成分、特别是如在下文中所定义的总量必须总是达到100％或100wt％。但这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
[0027] 为了使本发明清楚，现在将更具体地描述本发明。
[0028] 在本发明的第一方面中，本发明涉及一种过滤材料，其特别适用于在过滤器中使用或者用作为用于气体处理和/或气体净化的过滤器，特别是用于洁净室条件，其中过滤材料包含和/或包括至少一种活性炭、特别是反应和/或催化增强的活性炭或者由至少一种活性炭、特别是反应和/或催化增强的活性炭构成，其中活性炭为离散活性炭微粒的形式，优选为球形和/或粒状形式，其中活性炭被增强和/或被赋予至少一种金属组分，其中所述金属组分包含至少一种包含金属、特别是包含金属离子、优选基于金属化合物的离子液体(IL)。
[0029] 如所提及的，由此本发明的基本构思在于包含金属/金属离子、优选至少一种金属化合物的离子液体(IL)的特定应用，用于通过金属组分来增强活性炭，从而由此赋予活性炭反应和/或催化特性，使用金属组分来增强活性炭的方法特别地采用通过包含金属的离子液体(IL)来涂覆/浸润/浸渍活性炭的形式。在本文中，优选不仅是活性炭的外部，而且活性炭的内部表面结构(包括相关的孔，特别是微孔隙、中孔隙和/或大孔隙)至少局部地和/或部分地
接触/至少部分地浸润/浸渍有包含金属的离子液体(IL)，以及由此被赋予金属组分。不希望被该理论所限制，据信包含金属的离子液体(IL)/金属组分形成在活性炭表面上，可以说具有
化学吸附和/或
物理吸附特性的反应/催化层补充/补足活性炭的物理吸附特性。
[0030] 本发明的这个基本构思的
基础为以完全令人惊奇的方式通过使用所述活性炭而提供根据本发明的新的过滤材料，所述活性炭对于待移除的各种各样的有毒物或者各种各样破坏性的并且偶尔呈毒性的气体具有显著的吸附特性。
[0031] 根据本发明的构思，所使用的金属组分包含包含金属、特别是包含金属离子、优选基于金属化合物的离子液体(IL)，该构思为本发明实现特别均匀地/一致地增强/浸渍活性炭的基础，并且该活性炭特别地全方位穿过孔，因为包含金属或者更确切的说金属离子的离子液体(IL)能够特别好地渗透至孔体系中从而确保均匀地浸润在孔表面上。致使本发明完全令人惊奇的是活性炭的孔体系被保持为不受有毒物的吸附、特别是物理吸附影响(或者至少基本上未受到不利的影响)。换句话说，根据本发明所使用的活性炭具有适合于有毒物吸附，特别是通过物理吸附的高BET表面积，甚至是在使用金属组分增强之后也适合，所以如此的活性炭基本特性能够经受住通过金属组分的增强，并且这是无法预见的。
[0032] 在本发明的过滤材料中使用的活性炭(并且就其本身而言/总体上因此还被称为过滤材料)因此在一种材料中结合有化学吸附和物理吸附特性，并且不像未浸渍的活性炭或者常规浸渍的活性炭，其还能够可靠地并不可逆地/持久地结合吸附物(即被吸附的物质)。
[0033] 此外，本发明使用金属组分增强/浸渍活性炭的方式在某种程度上防止了在孔体系中晶体/结晶的形成，而在现有技术中经常出现晶体/结晶的形成(例如通过金属盐结晶)，并导致孔体系的堵塞，因为首先，所使用的金属/金属化合物为在离子液体(IL)中持续溶解的/离解的，并且其次，离子液体(IL)非常特别的物理化学特性意味着其在活性炭的外部和内部结构的表面上持续保持为液体状态并由此抑制结晶过程。与现有技术的常规金属盐浸渍相比，本发明甚至防止了在高微孔活性炭的情况中，活性炭孔结构发生堵塞，还进一步改善了在本发明的过滤材料中所使用的活性炭的性能。
[0034] 类似地，使用决定反应/催化增强的包含金属、并且特别是包含金属离子的离子液体(IL)特别均匀地/一致地增强/浸渍在本发明过滤材料中所使用的活性炭，以液体浸润层的方式，用于改进根据本发明所使用的活性炭的吸附/降解待移除的物质的性能，特别是因为根据本发明所使用的活性炭在其大部分的表面上已经结合有物理吸附和化学吸附特性，此外，物理吸附和化学吸附相互增强超过了它们单独效应相加的总和，这被认为是存在协同效应的证据。
[0035] 正如申请人所实施的研究中令人惊讶地示出的，在离子液体(IL)中金属化合物/金属盐的使用比在其中常规使用的晶体/固体形式的金属盐明显更加有效，不希望被该理论所限制，首先，有效的抑制了活性炭中孔体系的任何堵塞，因为催化/反应体系被应用为液体的形式。其次，如同用于所使用的金属/金属化合物的
溶剂/液体载体一类的离子液体(IL)的使用，通过最优化的扩散过程而使将被吸附的物质在活性炭体系中有利的分布，其同样地改善了它们的吸附。
[0036] 因此，根据本发明，基于离子液体(IL)以及金属/金属化合物并决定反应/催化增强的金属组分，以及浸渍/增强其中的粒状活性炭以特殊的方式相互补足。
[0037] 本发明实际上提供了优化的吸附体系，其具有结合的并且是互补的物理吸附和化学吸附特性。
[0038] 在本发明内容中完全令人惊奇的是这样的活性炭可以有效地通过使用离子液体(IL)利用金属组分来完全增强，因为这样的活性炭通常具有疏水的特性，这通常是有效浸润/浸渍的障碍。然而，特别地，并且完全令人惊奇地并不可预见地，由于本发明的特定步骤的实施通过使用离子液体(IL)赋予这样的活性炭(甚至未进行预处理)金属组分，获得如上所述的吸附有毒物的积极的特性。在这一点上有利的事实在于，与常规的载体材料截然不同的是，这样的活性炭至多仅具有低水平的极性基团或官能团，确切地讲基本上不具有极性基团或官能团，该极性基团或官能团会与金属组分、即金属和/或离子液体(IL)以所不期望的方式相互作用。与在本发明中使用的活性炭截然不同的是，常规的载体材料，例如氧化
铝、氧化
硅或其它矿物氧化物，通常具有会降低所使用的组分活性的酸性或
碱性基团，而这不会在活性炭的情况中发生。
[0039] 因此，总的来说，根据本发明增强的活性炭基于物理吸附和化学吸附的组合而具有显著的吸附特性，同时显著地降低所吸附的物质解吸附的趋势，这与常规的活性炭是截然不同的。更特别地，常规的活性炭经常会发生的在先吸附物质例如在耗尽或者过量负载情况下的解吸附或者再次逃逸，对于根据本发明所使用的活性炭来说是几乎或完全不存在的。本发明提供具有反应/催化特性的活性炭以及活性炭固有的吸附特性的构思确保了持久的并且通常是不可逆的结合以及所吸附物质有效的降解，其同样降低了那些物质的解吸附并提高了总吸附能力。
[0040] 更特别地，与现有技术不同，本发明的过滤材料总是具有显著的吸附特性，特别是对于降低有害气体的浓度来说：根据本发明的过滤材料的一个优点特别地在于甚至是在待移除的有毒物/气体的水平非常低的情况下吸附也是足够的，因为吸附立即并无延迟地发生，即不会在特定的阈值下才会被触发。因此，即使是低含量的所不期望的有害物和气体也会被本发明的过滤材料移除，即滑进被避免。这对于洁净室环境的实现具有特殊意义。
[0041] 本发明的过滤材料持久地、特别是不可逆地结合所吸附的物质，解吸附通常为不显著的和/或显著小于常规的活性炭。不希望被该理论所限制，据信这种现象在某些情况中可被解释为不可逆地形成复合物和/或结合在离子液体(IL)中。因此，甚至是使用包含碘化物的浸渍体系时，也没有观察到碘流出。
[0042] 例如对于气体的吸附并且特别是对于含硫气体(例如氧化硫和/或硫化氢)、含氮气体(例如氧化氮和/或氮氢化物，如氨)和包含卤素的气体(例如卤素、氯化氢气体等)的吸附，在本发明的过滤材料中所使用的活性炭通常是有用的。在本发明过滤材料中所使用的活性炭对于特别是气体或蒸气形式的卤素(例如碘蒸气等)的吸收同样也是有用的。因此，在本发明过滤材料中所使用的活性炭，例如特别是对于洁净室等的洁净空气的净化/供应也是有用的。
[0043] 更特别地，在本发明过滤材料中所使用的活性炭具有特别良好的吸附特性，特别是硫和氮的氧化物、卤化氢、氰气、
氰化氢、硫化氢和/或氨以及氯气的物理吸附和/或化学吸附。
[0044] 在本发明过滤材料中所使用的活性炭的另一个优点还在于吸附特性至少基本上与空气湿度无关，特别是对于常规使用条件下的空气湿度。
[0045] 此外，在本发明过滤材料中所使用的活性炭在低浓度以及高浓度的将要从待净化的基质(例如空气)中吸附出的(有害)材料/气体的情况下具有显著的吸附特性，意味着这种活性炭例如对于洁净室条件的空气的净化也是有用的。
[0046] 在本发明内容中所使用的离子液体(IL)包含可在低温下溶解的盐，即特别是在室温(T＝20℃)下为液体的盐。更特别地，根据本发明所使用的离子液体(IL)具有非分子的、离子特性，即离子液体(IL)为离子的/游离的形式。根据本发明所使用的离子液体(IL)的熔点范围通常为250℃至-90℃，特别是200℃至-100℃并且优选为100℃至-90℃(在
大气压力下，即1.013bar)。
[0047] 离子液体(IL)通常由正离子(阳离子)和负离子(阴离子)形成，并且离子液体(IL)的净电荷为中性的。一般来说，不仅是离子液体(IL)的阴离子，而且阳离子也可以在性质上单独为有机的或无机的，所以离子液体(IL)通常为可在低温下溶解的有机盐或无机盐。离子液体(IL)的阳离子和/或阴离子优选为一价的，但是价态还可以是更高的和/或(只要保持总电荷呈中性)不同的，所以阴离子的数量不一定等于阳离子的数量。离子液体(IL)也可能是不同阴离子和不同阳离子的组合。
[0048] 所述(underlying)阳离子和/或阴离子的恰当选择是有意地改变极性的特殊方式，并由此调整/改变所述离子液体(IL)的溶解性能。不仅是
水溶性离子液体，而且水不溶性离子液体也可以在这种方式中使用/改变。一种原则上的可能性是使用这样的离子液体(IL)形成两相，甚至是
有机溶剂，尽管根据本发明这并不是优选的。根据本发明优选的是所使用的离子液体(IL)为特别是与极性有机液体/溶剂易混的或者可溶于其中的化合物。
[0049] 与常规的分子液体相比，离子液体(IL)为完全离子的/整体为离子的。由于在先描述的特性，由此离子液体(IL)甚至是在低温下，例如室温(20℃)，以及大气压力下呈所谓溶解的形式和/或基于所述阳离子和阴离子的解离的形式。
[0050] 在本文中，离子液体(IL)具有特定的物理化学特性，例如
导电性和特定的溶解及混合特性。离子液体(IL)通常具有极低的蒸气压，并且由此即便存在
蒸发趋势，也可以忽略不计。这也是一个巨大的技术优势，因为这意味着例如反应混合物的蒸馏分离对于产品移除可以是有效的步骤，因为并不会出现现有技术已知的溶剂和产物之间形成共沸混合物的问题。更特别地，离子液体(IL)至少基本上不会因为蒸发等而产生明显的损失，甚至是在高
真空条件下，在低于它们的分解温度下(通常高于200℃)，也不会产生明显损失。此外，根据本发明所使用的离子液体(IL)通常是不可燃的。
[0051] 离子液体(IL)的物理化学特性由于它们阳离子和/或阴离子结构的很大变化范围所以可在很宽的限制内变化/调节，所以在本发明内容中所使用的离子液体(IL)对于特定的应用可以是定制的/优化的种类，从而使得根据本发明所使用的具有金属组分的活性炭的特别有效的增强由此而成为可能。举例来说，极性、
粘度、溶解行为、特别是熔点等可以以特定的方式预先确定/设定。
[0052] 更精确地，离子液体(IL)是这样的液体，其除了离子不包含其它的。因此可以说离子液体(IL)是溶解形式的液体盐，而无需基础盐溶解在例如水的溶剂中。如上所述，离子液体(IL)据此为这样的盐，其在低于250℃、特别是低于200℃、优选低于100℃的温度下，在大气压力下为液体/熔融状态。总的来说，离子液体(IL)由于一系列有用的特性而引人注目。如所提及的，离子液体(IL)为热稳定的，不可燃的，以及具有非常低并且几乎不可测得的蒸气压。离子液体(IL)还在许多物质中具有非常良好的溶解性。由于它们的纯离子结构，离子液体(IL)具有特殊的电化学特性，例如导电性和高电化学
稳定性，并且由此对氧化还原具有高稳定性。特别地，特别是通过使用用于阳离子/阴离子、特别是阳离子的特定有机核和/或支链和/或取代基来改变阳离子和阴离子的能力可被用于改变例如在水中或有机溶剂中的溶解性，并且其对于熔点和粘度也是适用的。
[0053] 关于离子液体(IL)的更多信息，可以参见公开的科技文献Wasserscheid P.,Keim W.,Angew.Chem.,2000,112,3926-3945。
[0054] 总的来说，根据本发明所使用的离子液体(IL)的化合物具有通式[Kat]n+[An]n-，其中“Kat”是指阳离子并且“An”指代阴离子，而且“n”是指等于1或2的整数，特别是1。因此，根据本发明优选的离子液体(IL)具有一价阳离子和/或阴离子。
[0055] 在本发明内容中还可提供的离子液体(IL)的化合物具有通式[Kat1]xy+[An1]yx-，其中“Kat1”是指阳离子并且“An1”是指阴离子，并且其中“x”和“y”分别代表1至4的整数，特别是1至3，优选1或2并且更优选为1。
[0056] 离子液体(IL)的阳离子[Kat]n+还可以是含氮的阳离子。在本文中，根据本发明可以提供的是含氮的阳离子选自由季铵阳离子、咪唑阳离子、吡啶阳离子、吡唑阳离子、三嗪阳离子组成的组，特别是咪唑阳离子。这里
指定的杂芳族化合物不仅仅涉及上文所述的基础结构或核本身，还涉及这些基础结构或核的取代衍生物，特别是在下文所描述的取代物也可以被考虑。
[0057] 在本发明内容中可以提供的是离子液体(IL)的阳离子[Kat]n+为含磷的阳离子，特别是(一价)磷阳离子。
[0058] 将会发现对于本发明的目的特别有利的是离子液体(IL)的阳离子[Kat]n+选自如下的组：
[0059] -通式(I)的季铵阳离子：
[0060] [NR1R2R3R]+ 通式(I)
[0061] -通式(II)的(一价)磷阳离子：
[0062] [PR1R2R3R]+ 通式(II)
[0063] -通式(III)的咪唑阳离子：
[0064] 通式(III)
[0065] 其中，在通式(III)中，咪唑核任选地由至少一个选自(C1-C8)-烷基基团、(C1-C8)-烷氧基基团、(C1-C8)-氨基烷基基团、(C5-C12)-芳基基团和(C5-C12)-芳基-(C1-C8)-烷基基团的基团取代；
[0066] -通式(IV)的吡啶阳离子：
[0067] 通式(IV)
[0068] 其中，在通式(IV)中，吡啶核任选地由至少一个选自(C1-C6)-烷基基团、(C1-C6)-烷氧基基团、(C1-C6)-氨基烷基基团、(C5-C12)-芳基基团或(C5-C12)-芳基-(C1-C6)-烷基基团的基团取代；
[0069] -通式(V)的吡唑阳离子：
[0070] 通式(V)
[0071] 其中，在通式(V)中，吡唑核任选地由至少一个选自(C1-C6)-烷基基团、(C1-C6)-烷氧基基团、(C1-C6)-氨基烷基基团、(C5-C12)-芳基基团或(C5-C12)-芳基-(C1-C6)-烷基基团的基团取代；
[0072] -通式(VI)的三嗪阳离子：
[0073] 通式(VI)
[0074] 其中，在通式(VI)中，三嗪核任选地由至少一个选自(C1-C6)-烷基基团、(C1-C6)-烷氧基基团、(C1-C6)-氨基烷基基团、(C5-C12)-芳基基团或(C5-C12)-芳基-(C1-C6)-烷基基团的基团取代；1 2 3
[0075] 其中，在通式(I)至(VI)中，相互独立地，自由基R、R 和R 分别选自如下的组：
[0076] -氢；
[0077] -线性或者分支的、饱和的或者不饱和的、脂肪族的或者脂环族的(C1-C20)烷基基团；
[0078] -杂芳族基团或者(C3-C8)-杂芳基-(C1-C6)-烷基基团，特别是分别具有至少一个杂
原子，特别是选自由N、O和S组成的组，特别是其中杂芳基任选地由至少一个基团、特别是至少一个(C1-C6)-烷基基团和/或至少一个卤原子取代；和
[0079] -芳基基团或(C5-C12)-芳基-(C1-C6)-烷基基团，特别地，其中，前述每个基团任选地由至少一个(C1-C6)-烷基基团和/或至少一个卤原子取代；并且
[0080] 其中，在通式(I)至(VI)中，相互独立地，自由基R选自
[0081] -线性或者分支的、饱和的或者不饱和的、脂肪族的或者脂环族的(C1-C20)烷基基团；
[0082] -(C3-C8)-杂芳基-(C1-C6)-烷基基团，特别是分别具有至少一个杂原子，特别是选自由N、O和S组成的组，特别是其中杂芳基任选地由至少一个基团、特别是至少一个(C1-C6)-烷基基团和/或至少一个卤原子取代；和
[0083] -(C5-C12)-芳基-(C1-C6)-烷基基团，特别地，其中，前述基团任选地由至少一个(C1-C6)-烷基基团和/或卤原子取代。n+
[0084] 在根据本发明优选的实施方式中，离子液体(IL)的阳离子[Kat] 为通式(III)的咪唑阳离子：
[0085] 通式(III)
[0086] 其中，在通式(III)中，咪唑核任选地由至少一个选自(C1-C8)-烷基基团、(C1-C8)-烷氧基基团、(C1-C8)-氨基烷基基团、(C5-C12)-芳基基团和(C5-C12)-芳1
基-(C1-C8)-烷基基团的基团取代，并且其中，在通式(III)中，自由基R和R 分别独立地选自线性的或分支的、饱和的或不饱和的、脂肪族的或脂环族的组，特别是线性(C1-C20)-烷
1 1
基基团，特别地，其中自由基R和R 为互不相同的，和/或特别地，其中，自由基R和R 具有互不相同的碳原子数，和/或
[0087] 其中，在通式(III)中，自由基R为甲基，并且其中在通式(III)中自由基R1特别地为线性(C1-C20)-烷基基团，优选特别是线性(C2-C12)-烷基基团，更优选特别是线性(C2-C8)-烷基基团，和/或
[0088] 其中，在通式(III)中，自由基R为甲基，并且其中在通式(III)中自由基R1为乙基、丁基或辛基，特别是乙基。
[0089] 当离子液体(IL)的阳离子[Kat]n+为1-乙基-3-甲基咪唑阳离子([EMIM]+)、+ +1-丁基-3-甲基咪唑阳离子([BMIM])或1-辛基-3-甲基咪唑阳离子([OMIM])时，特别+
是1-乙基-3-甲基咪唑阳离子([EMIM])，本发明还可以获得特别良好的结果。
[0090] 根据本发明可以提供的是根据本发明所使用的离子液体(IL)的阴离子[An]n-为有机或无机阴离子。
[0091] 在本文中，离子液体(IL)的阴离子[An]n-可以选自如下的组：氯铜酸根- - - - -
([CuCl3])、溴铜酸根([CuBr3])、氯
锡酸根([SnCl3]、[Sn2Cl5])、溴锡酸根([SnBr3])、- - - -
氯锌酸根([ZnCl3])、溴锌酸根([ZnBr3])、氯铁酸根([FeCl3])、溴铁酸根([FeBr3])、氯- - - -
钴酸根([CoCl3])、溴钴酸根([CoBr3])、氯镍酸根([NiCl3])、溴镍酸根([NiBr3])、四氟- - - -
硼酸根([BF4])、四氯硼酸根([BCl4])、六氟
磷酸根([PF6])、六氟锑酸根([SbF6])、六- 2- 2- - -
氟砷酸根([AsF6])、
硫酸根([SO4] )、碳酸根([CO3] )、氟磺酸根、[R'-COO]、[R'-SO3]、- - -
[R'-SO4]、[R'2PO4]、四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸根([BARF])和二磺酰胺阴离-
子[(R'-SO2)2N]，其中R'为线性或分支的、脂肪族或脂环族的、包含1至12个碳原子的烷基自由基或(C5-C18)-芳基自由基，(C5-C18)-芳基-(C1-C6)-烷基自由基或(C1-C6)-烷基-(C5-C18)-芳基自由基，其中所述自由基任选地由卤原子和/或氧原子取代。
[0092] 根据本发明所提供的离子液体(IL)的阴离子[An]n-还可以选自如下的组：二氰- - - - - - -胺阴离子([N(CN)2])，卤离子、特别是Cl、Br、F、I，
硝酸根([NO3])，亚硝酸根([NO2])，
2- 2- - -
阴离子金属复合物、特别是[CuCl4] 、[PdCl4] 或[AuCl4]，
醋酸根([CH3COO])，三氟醋酸- - -
根([F3CCOO])，
甲苯磺酸根([C7H7SO3])，九氟丁基磺酸根([C4F9SO3)]，三(五氟乙基)三- - -
氟磷酸根([PF3(C2F5)3])，三氰基甲基根([C(CN)3])，四氰基硼酸根([B(CN)4])，硫氰酸- - - -
根([SCN])，
羧酸根([R''-COO])，磺酸盐([R''-SO3])，二烷基磷酸根([R''PO4R'''])-
或二磺酰基酰亚胺[(R''-SO2)2N])，其中R''和R'''分别为线性、分支、脂肪族或脂环族的(C5-C18)-烷基自由基或(C5-C18)-芳基自由基，(C5-C18)-芳基-(C1-C6)-烷基自由基或(C1-C6)-烷基-(C5-C18)-芳基自由基，特别地，其中所述自由基任选地由卤原子或氧原子取代。
[0093] 当离子液体(IL)的阴离子[An]n-为卤化物阴离子，特别是Cl-、Br-、F-、I-，优选为- n-Cl 时，和/或当离子液体(IL)的阴离子[An] 为羧酸根，特别是醋酸根时，在本发明过滤材料中所使用的活性炭的吸附特性可以获得特别良好的结果。
[0094] 根据本发明优选的离子液体(IL)选自通式(VII)至(IX)的化合物的组：
[0095]
[0096] 1-乙基-3-甲基咪唑氯盐 通式(VII)
[0097]
[0098] 1-丁基-3-甲基咪唑氯盐 通式(VIII)
[0099]
[0100] 1-辛基-3-甲基咪唑氯盐通式(IX)。
[0101] 将会发现在这一点上特别有利的是离子液体(IL)为通式(VII)的化合物。
[0102] 在这一点上，申请人完全惊奇地发现，特别是当所使用的离子液体(IL)具有1-乙+ +基-3-甲基咪唑阳离子([EMIM])、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子([BMIM])和/或1-辛
+
基-3-甲基咪唑阳离子([OMIM])形式的阳离子时，特别地使用相应的氯化物阴离子时，会使得本发明的过滤材料中所使用的活性炭的催化/反应特性获得显著增强的结果，特别是+ + + +
按照[EMIM]、[BMIM] 和[OMIM] 的顺序，其中[EMIM] 获得最佳结果，即随着取代基链长的降低，利用金属组分所获得的增强结果会提高。不希望被该理论所限制，据信上述的阳离子，特别是当与相应的氯化物阴离子一起使用的时候，具有与待增强的活性炭特别良好的相容性，确保对活性炭的孔体系的特别有效的浸渍。所讨论的阳离子的大小、电荷
密度和空+
间结构特别地在这里起到部分作用。如所提及的，通过使用[EMIM] 会获得进一步改进的结果，孔隙的易接近性可被进一步优化。此外，更小的阳离子部分能够实现更大的分数，特别是更大的摩尔
质量分数，对于金属组分或包含金属的离子液体(IL)内的金属/金属化合物，其有益于催化/反应特性。
[0103] 总的来说，在本发明的内容中，金属组分还可能包含互不相同的离子液体(IL)的混合物。
[0104] 对于金属组分来说，根据本发明进一步优选的是包括至少一种金属，特别是金属化合物的形式，其在至少一种离子液体(IL)中，特别是在离子液体(IL)中溶解和/或解离。也就是说，根据本发明优选的是，离子液体(IL)可以说是用于金属组分的金属化合物的载体/溶剂。并且如所提及的，优选的是，金属化合物在离子液体(IL)中处于至少基本上完全溶解/解离的状态，所以金属组分总体上构成特别是不含晶体、微晶和/或至少基本上不含微粒的液体，特别是溶液/熔体。
[0105] 根据本发明可以提供的是，金属组分和/或离子液体(IL)包括至少一种正价氧化态的金属，特别是至少一种金属阳离子。在这一点上，金属的氧化态可以位于+I至+VII范围，特别是+I至+IV，并且优选为+I至+III。特别优选的是，金属的氧化态为+I或+II。在简单离子的情况中，氧化数相当于电荷数，而在多核离子的情况中，特别是原子团，本领域技术人员已知的是氧化数可能会不同于电荷数。
[0106] 根据本发明，金属组分和/或离子液体(IL)可以包括至少一种选自由元素周期表的主族金属和过渡金属以及镧系金属组成的组的金属。同样地，金属组分和/或离子液体(IL)可以包括至少一种选自元素周期表的主族或过渡族的金属或者至少一种镧系金属。更特别地，金属组分和/或离子液体(IL)可以包括至少一种选自元素周期表的主族IV或过渡族I、II、III、IV、V、VI、VII和VIII的元素的金属，特别是选自元素周期表的主族IV或过渡族I和II的元素的金属。
[0107] 根据本发明优选的是，金属组分和/或离子液体(IL)包括至少一种选自由Cu、Ag、Au、Zn、Hg、Ln、Ce、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd和Pt组成的组的金属，特别是Zn、Ag、Sn、Ni和Cu。
[0108] 总的来说，金属组分和/或离子液体(IL)应当包括至少一种金属化合物，其在离子液体(IL)中可溶解或可在其中解离，并且优选基于至少一种如上所述的金属。金属组分和/或离子液体应当同样地包括至少一种无机或有机金属化合物，优选基于至少一种如上所述的金属，特别是金属盐或金属氧化物，优选金属盐。
[0109] 在这一点上，在本发明内容中所使用的术语“可溶解的”或“可解离的”应理解为是指特别是在所选择的浓度/用量下，金属化合物以至少基本上完全溶解/解离的状态存在于离子液体(IL)/金属组分中，所以在这方面至少基本上没有固体颗粒/晶体和/或微晶存在于金属组分中。
[0110] 更特别的是，在本发明内容中所提供的金属组分和/或离子液体(IL)包括有机或无机金属盐，其优选基于至少一种如上所述的金属。所讨论的金属盐可以选自由卤盐、
硫酸盐、硫化物、亚硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、
磷酸盐、磷化物、
亚磷酸盐、氨基
甲酸盐、醇盐和羧酸盐组成的组，特别是卤盐和羧酸盐。
[0111] 更特别地，金属组分和/或离子液体(IL)可以包括金属卤化物，优选基于至少一种如上所述的金属，特别是氟化物、氯化物、溴化物或碘化物，优选为氯化物，或者金属羧酸盐，特别是醋酸盐。
[0112] 在根据本发明特别优选的实施方式中，金属组分和/或离子液体(IL)可以包括选自氯化镍、氯化铜、醋酸锌和醋酸锡的组的金属化合物。举例来说，铜化合物/盐的使用、特别是氯化铜的形式，例如用于吸附包含氮的气体，特别是氨(NH3)，将被发现是有利的，不希望被该理论所限定，据信氨特别是以不可逆气体结合的形式吸附。这种化学吸附特别地导2+
致铜胺复合物([Cu(NH3)4] )的形成，尽管部分吸附的氨还通过物理吸附而被结合。再一次地，该结果为所吸附的化合物仅发生最小量的解吸附。
[0113] 更特别地，离子液体(IL)与金属和/或金属化合物一起形成熔体。同样地，如所提及的，金属和/或金属化合物应当以至少基本上不含结晶和/或微晶的形式存在于离子液体(IL)中。同样地，金属和/或金属化合物应当以至少基本上溶解、特别是至少基本上解离的形式存在于离子液体(IL)中。
[0114] 离子液体(IL)中金属的量可以在很宽的范围内变化。然而，在本发明优选的实施方式中，离子液体(IL)包含的金属、特别是金属化合物的量为0.001wt％至80wt％，特别是0.01wt％至60wt％，优选0.1wt％至50wt％，基于离子液体(IL)重量计并以金属计算。
[0115] 当金属组分/包含金属的离子液体(IL)包含的金属、特别是金属化合物形式的金属的摩尔质量分数为1％至90％、特别是5％至70％、优选为10％至60％并且更优选为10％至55％时，也可以获得特别良好的结果，其基于金属组分/包含金属的离子液体(IL)计并以金属计算。
[0116] 离子液体(IL)与使用的金属的比例对于催化/反应特性是十分重要的。当离子液体(IL)与金属的摩尔比“[离子液体(IL)：金属]”为[10:0.1]至[0.1:10]、特别是[1:0.5]至[1:3]、优选为[1:0.6]至[1:2]并且更优选为[1:1]至[1:1.6]时，根据本发明会获得特别良好的结果。
[0117] 至于如上所述的关于金属/金属化合物的用量和摩尔质量分数以及离子液体(IL)与金属的摩尔比的数值，其上限值也必须根据金属/金属化合物的溶解行为而进行适当地选择/调节，特别地至少基本上不会有金属/金属化合物的固体/晶体/微晶存在于所获得的溶液/熔体中。这属于本领域技术人员常规技术。
[0118] 为了进一步优化金属组分对活性炭的浸润/浸渍，根据本发明可以提供的是，离子液体(IL)和金属、特别是金属化合物的混合物、特别是溶液和/或熔体，在温度T＝20℃3 3 3 3
和大气压力下，具有的比密度为1g/cm 至2.5g/cm，特别是1.2g/cm 至2.g/cm，优选为
3 3
1.3g/cm 至1.9g/cm。特别地，比密度可以在温度T＝20℃和大气压力下使用氦比重瓶来确定。
[0119] 在本发明内容中所特别提供的是，活性炭至少部分接触包含金属的离子液体(IL)和/或被包含金属的离子液体(IL)浸润和/或被其
覆盖，特别是被其浸渍。同样地，根据本发明可以提供的是，活性炭的表面和/或活性炭的孔体系，特别是微孔隙、中孔隙和/或大孔隙，优选活性炭的表面和活性炭的孔体系接触包含金属的离子液体(IL)和/或被其浸润和/或被其覆盖，特别是被其浸渍到至少部分的程度，和/或预定的覆盖/填充程度。
[0120] 在外部和内部结构使用金属组分对活性炭的增强实际上使得在本发明过滤材料中使用的活性炭的部分上的特别高程度的催化活性/
反应性成为可能。
[0121] 在这一点上，在本文发明的内容中，有力的是活性炭包括的包含金属的离子液体(IL)的量为1vol％至70vol％，特别是2vol％至60vol％，优选3vol％至50vol％，更优选5vol％至40vol％，基于活性炭的体积计。同样地，根据本发明可以提供的是活性炭包括的包含金属的离子液体(IL)的量不小于1vol％，特别是不小于2vol％，优选不小于3vol％，更优选不小于5vol％，基于活性炭的体积计。除了上文所述的下限值，所使用的离子液体(IL)量的上限值也是非常重要的。根据本发明可以提供的是活性炭包括的包含金属的离子液体(IL)的量不大于70vol％，特别是不大于60vol％，优选不大于50vol％，更优选不大于
40vol％，基于活性炭的体积计。
[0122] 关于吸附特性，特别是组合的物理吸附和化学吸附特性，包含金属的离子液体(IL)对活性炭的孔隙填充度α也是非常重要的。根据本发明优选的是，包含金属的离子液体(IL)相对于活性炭的孔隙填充度α为0.01至0.99、特别是0.05至0.8、优选为0.1至0.6、更优选为0.15至0.5。在这一点上，包含金属的离子液体(IL)相对于活性炭的孔隙填充度α应当不大于0.99、特别是不大于0.8、优选不大于0.6、更优选不大于0.5。同样地，包含金属的离子液体(IL)相对于根据本发明所使用的活性炭的孔隙填充度α应当不小于0.01、特别是不小于0.05、优选不小于0.1、更优选不小于0.15。
[0123] 孔隙填充度α根据公式[α＝VIL/(V孔·m载体)]来计算。在上述公式中，“VIL”是指所使用的离子液体(IL)的体积，“m载体”是指使用的活性炭的质量，并且“V孔”是指活性炭的比孔隙体积(基于质量)。也就是说，孔隙填充度α表示活性炭与基于包含金属和/或包含金属离子的离子液体(IL)的金属组分的接触/浸润/覆盖、特别是浸渍的程度的测量，其中所描述的数值必须被理解为是相对于总孔隙体积的。0.2的孔隙填充度α由此意味着20％的孔隙体积被金属组分所填充，并且不希望被该理论所限定，其特别是指特定孔隙的壁被相应的包含离子液体(IL)和金属或金属离子的金属组分的层所浸润。一般来说，在这里的金属组分的层厚范围为几纳米。将孔隙填充度α设定为特定的数值确保了特定比例的孔隙体系保持为自由的，其未被金属组分所覆盖，即由此而特别地具有物理吸附特性。
[0124] 更特别地，在本发明内容中，孔隙填充度α和/或包含金属的离子液体(IL)的量应当被确定以使得20％至95％、特别是30％至90％、优选40％至80％的活性炭(内部)孔隙体积不被包含金属的离子液体(IL)所填充。也就是说，在活性炭已被包含金属的离子液体(IL)增强之后，20％至95％、特别是30％至90％、优选40％至80％的活性炭(内部)孔隙体积可以自由进行吸附、特别是物理吸附过程。这就确保了使用包含金属的离子液体(IL)的增强通过这样的活性炭而仍然留有足够的吸附能力，特别是物理吸附。
[0125] 基于根据本发明特别使用液体形式的反应/催化活性组分对载体系统进行增强的构思，在本发明过滤材料中使用的活性炭还可被构建为并称为SILP(负载型离子液体相)体系。
[0126] 在本发明内容中所使用的通过金属组分增强的活性炭可以是任意不同的活性炭，例如分布有微孔隙、中孔隙和大孔隙的不同孔隙结构的活性炭。特别地可以使用市售活性炭。用于在本发明内容中进行增强/浸渍的活性炭例如可购自Blücher GmbH,Erkrath,Germany或者AdsorTech GmbH,Premnitz,Germany。
[0127] 以本发明的方式增强的活性炭特别地还可以是粒状的、特别是球形的活性炭。
[0128] 根据本发明用于浸渍的活性炭、特别是颗粒炭或球形炭可以通过现有技术已知的方法来获得：典型地，粒状/球形磺化有机
聚合物、特别是基于二乙烯基苯交联的聚苯乙烯的聚合物，被碳化然后活化以形成所讨论的活性炭。对于这方面进一步的细节，例如可以参见公开文献DE43 28219A1、DE43 04 026A1、DE196 00 237A1和EP1 918 022A1和/或类似的公开文献US7,737,038B2，其为相同
专利家族中的一员。同样地，同样可以使用基于其它初始材料的活性炭，例如
沥青等。这对于本领域技术人员来说是已知的。
[0129] 在下文描述的关于使用的活性炭的参数通过标准化的方法或者明确记载的测定方法或者使用本领域技术人员所熟知的测定方法来测定。特别地，涉及孔隙尺寸分布和其它吸附特性的孔隙特征的参数通常分别由所测定的特定活性炭和/或产品的特定氮吸附等温线来获得。
[0130] 特别地，本发明使用的活性炭的颗粒大小、特别是微粒直径的范围为0.001至2mm、特别是0.01至1mm、优选0.05至0.8mm、更优选0.1至0.7mm、还更优选0.15至0.6mm。
在这种情况中，基于活性炭计，不小于80wt％、特别是不小于90wt％、优选不小于95wt％使用的活性炭应当具有前述范围的颗粒大小、特别是微粒直径。
[0131] 根据本发明的另一个优点在于活性炭所具有的平均粒子大小(D50)、特别是平均微粒直径(D50)范围为0.01至1mm、特别是0.05至0.8mm、优选0.1至0.6mm、更优选为0.15至0.5mm、还更优选为0.2至0.4mm。
[0132] 所讨论的微粒大小/直径例如可以基于ASTM D2862-97/04方法来测定。此外，前述的大小可以利用基于筛析、
X射线衍射、激光衍射等的测定方法来测定。特定的测定方法同样为本领域技术人员所熟知的，所以在这方面不需要进一步的详述。
[0133] 更特别地，在本发明过滤材料中使用的活性炭应当具有的总体孔隙体积、特别是3 3 3
Gurvich总体孔隙体积的范围为0.4至4cm/g、特别是0.5至3.5cm/g、优选0.6至3cm/
3
g、更优选为0.7至2.5cm/g。在本文中，根据本发明有利的是50％至99％、特别是60％至99％、优选70％至95％的活性炭的总体孔隙体积、特别是Gurvich总体孔隙体积由孔径≤50nm的孔形成，特别是由微孔隙和/或中孔隙形成，和/或20％至85％、特别是30％至
80％、优选40％至75％的活性炭的总体孔隙体积、特别是Gurvich总体孔隙体积由孔径为
2nm至50nm的孔形成、特别是由中孔隙形成。
[0134] 根据本发明使用的活性炭具有高微孔隙和中孔隙，特别是具有高中孔隙，其对于待吸附的气体的吸附给出特别良好的结果，所述气体例如特别是硫化氢和氨气。
[0135] Gurvich测定的总体孔隙体积为本领域技术人员已知的测量/测定方法。关于Gurvich测定的总体孔隙体积的进一步细节，可以参考例如文献L.Gurvich(1915),J.Phys.Chem.Soc.Russ.47,805, 以 及 S.Lowell et al.,Characterization of Porous Solids and Powders:Surface Area Pore Size and Density,Kluwer AcademicPublishers,Article Technology Series,pages111ff。
[0136] 更特别地，在本发明内容中所提供的活性炭具有由孔径≤2nm的孔所形成的孔隙3 3 3
体积、特别是
炭黑微孔体积为0.1至2cm/g、特别是0.2至1.5cm/g、优选为0.3至1.1cm/
3
g、更优选为0.4至1cm/g，和/或20％至95％、特别是30％至95％、优选为40％至90％的活性炭总体孔隙体积由孔径≤2nm的孔形成，特别是由微孔隙形成。
[0137] 炭黑确定方法为本领域技术人员已知的，所以这一方面无需提供进一步的细节。此外，对于炭黑确定孔隙表面积和孔隙体积方法的其它细节，可以参考例如文献R.W.Magee,Evaluation of the External Surface Area of Carbon Black by Nitrogen Adsorption,Presented at the Meeting of the Rubber Division of the American Chem.Soc.,October1994，例如引证Quantachrome Instruments,AUTOSORB-1,AS1WinVersion1.50,Operating Manual,OM,05061,Quantachrome Instruments2004,Florida,USA,pages71ff。
[0138] 同样地，在本发明内容中有利的是活性炭具有的平均孔隙直径为1至60nm、特别是1至55nm、优选为1.5至50nm、更优选为2至45nm。平均孔径是基于特定的氮吸附等温线来确定的。
[0139] 为了维持根据本发明使用的活性炭的吸附特性，使用的活性炭应当具有足够大的2 2
BET表面积。更特别地，活性炭应当具有的特定BET
比表面积为500m/g至3500m/g、特别
2 2 2
是600至3000m/g、优选700至2750m/g、更优选800至2500m/g。
[0140] BET比表面积的测定在原则上为本领域技术人员所熟知的，所以在这一方面无需提供进一步的细节。所有的BET表面积陈述均涉及根据ASTM D6556-04所做的测定。通常并且除非在下文中另有所指，在本发明内容中，在0.05至0.1的局部压力范围p/p0下的多点BET测定方法(MP-BET)被用于测定BET表面积。
[0141] 对于BET表面积和BET测定方法的其他细节，可以参考前述的ASTM D6556-04标th准，以及文献 Chemielexikon,10 edition,Georg Thieme Verlag,Stuttgart/
rd
New York,标题:“BET-Methode”，包括在这里所引用的文献，以及Winnacker-Küchler(3 edition),volume7,pages93ff.和Z.Anal.Chem.238,pages187to193(1968)。
[0142] 对于活性炭还有利的是其具有的微孔隙表面积为400至2500m2/g、特别是500至2 2 2
2300m/g、优选600至2100m/g、更优选为700至1900m/g。
[0143] 根据本发明使用的活性炭还应当具有的比密度为1.1至3.5g/ml、特别是1.5至3g/ml、优选为1.75至2.75g/ml、更优选为2至2.5g/ml。
[0144] 同样地，活性炭应当具有的沉降密度为0.1至1.5g/ml、特别是0.15至1g/ml、优选为0.2至0.8g/ml、更优选为0.3至0.6g/ml。
[0145] 对于活性炭还有利的是其具有足够的机械稳定性。更特别地，活性炭具有的抗压强度和/或破裂强度(承重能力)每活性炭颗粒、特别是每活性炭球粒不小于10
牛顿、特别是不小于15牛顿、优选不小于20牛顿。对于活性炭还有利的是其所具有的抗压强度和/或破裂强度(承重能力)每活性炭颗粒、特别是每活性炭球粒为10至50牛顿、特别是12至45牛顿、优选15至40牛顿。
[0146] 同样地，在本发明内容中还可以对活性炭进行表面改性。在本文中，活性炭的表面可以使用亲水基团来改性。这可以以有益的方式改进利用金属组分的浸渍。
[0147] 本发明的过滤材料原则上可以在其结构上产生变化。
[0148] 至于涉及的本发明的过滤材料，其中的活性炭可以是自
支撑的和/或特别松散的层的形式。
[0149] 然而，可替换地，活性炭还能够应用于载体材料。在本文中，载体材料可以是气体可渗透的、特别是空气可渗透的；至于在本文中涉及的这样的载体材料，其所具有的气体渗-2 -1 -2 -1透率，特别是空气渗透率应当不小于10l·m ·s 、特别是不小于30l·m ·s 、优选不小-2 -1 -2 -1 -2 -1
于50l·m ·s 、更优选不小于100l·m ·s 、还更优选不小于500l·m ·s ，和/或气体-2 -1 -2 -1
渗透率、特别是空气渗透率高至10,000l·m ·s 、特别是高至20,000l·m ·s ，在127Pa的
流动阻力下。
[0150] 在本发明的一种实施方式中，根据本发明使用的载体材料可以具有三维结构。更特别地，在这种实施方式中，根据本发明所使用的载体材料优选可被构建为开气孔
泡沫，更优选为聚氨酯泡沫。
[0151] 然而在可替换的实施方式中，根据本发明使用的载体材料可以具有二维和/或片状结构。更特别地，在这种方式中，根据本发明使用的载体材料优选可被构建为织物。例如，载体材料可被构建为织物，优选空气可渗透的织物材料，更优选为编织的、回路成型编织的、回路牵拉编织的、铺放或粘合织物，特别是
无纺布。
[0152] 同样地，载体材料的基重可以为5至1000g/m2、特别是10至500g/m2、优选25至2
450g/m。此外，在这种实施方式中，载体材料可以是包含天然
纤维和/或合成纤维(人工制造的纤维)或由天然纤维和/或合成纤维(人工制造的纤维)构成的织物。在本文中，天然纤维选自由羊毛纤维和
棉纤维(CO)组成的组。此外，合成纤维选自聚酯(PES)；聚烯
烃，特别是聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(PP)；聚氯乙烯(CLF)；聚偏二氯乙烯(CLF)；醋酸酯(CA)；
三醋酸酯(CTA)；
丙烯酸酯(PAN)；聚酰胺(PA)，特别是芳族的，优选阻燃聚酰胺；聚乙烯醇(PVAL)；聚氨酯；聚乙烯酯；(甲基)丙烯酸酯；聚乳酸(PLA)；活性炭；及其混合物。
[0153] 典型地，活性炭可被固定至载体材料和/或其上。例如可以通过粘附(例如通过
粘合剂)或者特别是由于在载体材料部分上的自粘性或自粘作用来实现。
[0154] 根据本发明的过滤材料还可被构建为特别是作为用于特别是从空气和/或气流移除有害物、有气味的物质以及任意种类的有毒材料的过滤器的过滤材料，特别是作为用于NBC防毒面具、气味过滤器、区域过滤器、
空气过滤器的过滤材料，特别是用于房间空气净化的过滤器，能够吸附的载体结构以及用于医疗部
门的过滤器。
[0155] 更特别地，本发明的过滤材料可以容纳在过滤设备和/或过滤装置，和/或可被构造为过滤设备和/或过滤装置的部件和/或组件。
[0156] 本发明的过滤材料具有上文已经描述的多种优点。由于根据本发明的过滤材料显著的特性，特别是吸附特性，如将在下文所详细说明的，其可以广泛使用和/或应用。
[0157] 根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种以本发明的方式制备如上所定义/描述的本发明的过滤材料的方法，特别是用于气体处理和/或气体净化的过滤器或用作为用于气体处理和/或气体净化的过滤器、特别是用于洁净室条件，其通过使用至少一种金属组分来增强活性炭和/或活性炭被赋予至少一种金属组分，特别是通过使用具有反应和/或催化活性的活性炭，其中，在该方法的内容中，活性炭、特别是多种离散的活性炭颗粒、优选为球形和/或粒状的形式与任选稀释的包含金属的离子液体(IL)相接触、特别是被浸润和/或涂覆和/或浸渍其中，所述离子液体(IL)特别地包含金属离子、优选基于金属化合物，特别地，其中，任何用于稀释的溶剂和/或任何包含金属的离子液体(IL)都不会被活性炭吸附和/或过量的被相应地移除和/或分离出。采用这种方式、使用至少一种金属组分增强和/或被赋予至少一种金属组分而获得的活性炭随后以已知的方式被进一步处理(例如作为松散层或通过固定至载体材料等)以形成本发明的过滤材料。
[0158] 同样地，根据本发明的这一方面，本发明提供了以本发明的方式制备如上所定义/描述的本发明过滤材料的方法，其特别是用于气体处理和/或气体净化或者作为用于气体处理和/或气体净化的过滤器，特别是用于洁净室条件，其通过使用至少一种金属组分来增强活性炭和/或活性炭被赋予至少一种金属组分，特别是通过使用具有反应和/或催化活性的活性炭，其中，这种方法包含下文特定次序(a)至(c)的步骤：
[0159] (a)制备和/或提供至少一种金属组分，其基于包含金属、特别是包含金属离子、优选基于金属化合物的离子液体(IL)，特别是以溶液和/或熔体的形式，其中至少一种特别是金属离子形式、优选基于金属化合物的金属与离子液体(IL)相接触，特别是溶解在离子液体(IL)中；
[0160] (b)使活性炭、特别是多种离散的活性炭颗粒、优选以球形和/或粒状的形式与在步骤(a)中获得的基于包含金属的离子液体(IL)的金属组分相接触，特别是浸润和/或涂覆和/或浸渍；并且
[0161] (c)任选地移除和/或分离未被活性炭吸附的和/或过量的包含金属的离子液体(IL)，即未被活性炭吸附的和/或过量的金属组分。
[0162] 以这种方式中获得的使用至少一种金属组分增强和/或被赋予至少一种金属组分的活性炭，随后以已知的方式被进一步处理(例如作为松散层或通过固定至载体材料等)以形成本发明的过滤材料。也就是说，这意味着方步步骤(b)或者方法步骤(c)(如果使用)之后，使用至少一种金属组分增强和/或被赋予至少一种金属组分的活性炭被进一步处理成本发明的过滤材料。
[0163] 本发明的方法是实现活性炭有效的浸润/涂覆和/或浸渍的基础。使活性炭与包含离子液体(IL)的金属组分相接触确保了包含离子液体(IL)的金属组分并不仅仅浸润活性炭的表面结构，而且还渗透至活性炭的内部孔隙体系中，并在其中导致所定义的多孔结构表面、特别是微孔隙、中孔隙和/或大孔隙的涂覆/浸润/浸渍。由于离子液体(IL)的特定的物理化学特性，尤其是极低的蒸气压，离子液体(IL)与金属/金属离子在活性炭体系上以及其内持久地(即特别是对于根据本发明所使用的活性炭的使用寿命)保持为液体形式，所以仿佛在活性炭的外部和内部表面上形成持久的催化活性/反应性液体膜，而不会对活性炭的物理吸附特性产生不利的影响。
[0164] 在根据本发明方法的内容中还可以提供的是，实施步骤(a)以使得离子液体(IL)包含的金属、特别是金属化合物的量为0.001wt％至80wt％、特别是0.01wt％至60wt％、优选0.1wt％至50wt％，基于离子液体(IL)计并以金属的重量计算。在本文中，根据本发明有利的是，离子液体(IL)与金属的摩尔比“[离子液体(IL):金属]”在步骤(a)中设定为[10:0.1]至[0.1:10]、特别是[1:0.5]至[1:3]、优选[1:0.6]至[1:2]并且更优选[1:1]至[1:1.6]。
[0165] 方法步骤(a)还可以在惰性气体环境中和/或特别是通过搅拌等施加剪切力来实施。更特别地，方法步骤(a)可以在室温(T＝20℃)下实施。
[0166] 在本发明的一种实施方式中还可以提供的是，包含金属的、特别是包含金属离子的离子液体(IL)任选地使用稀释剂和/或溶剂在步骤(a)中和/或在步骤(a)和(b)之间和/或在步骤(b)和(c)之间进行稀释，优选在步骤(a)和(b)之间，任选地，稀释剂和/或溶剂随后特别是在步骤(c)中被移除和/或分离。
[0167] 任选提供的稀释可被用于以特定的方式调节离子液体(IL)的粘度从而由此促进/改进离子液体(IL)与金属/金属离子的进入，并由此促进/改进金属组分至活性炭孔隙结构内的进入。其还能够使用特定选择的稀释剂/溶剂来调节离子液体(IL)或者使用溶剂所获得的混合物的极性，从而由此控制/改进活性炭表面的浸润。
[0168] 在本文中，可以使用极性的和/或亲水的，无机的或者有机的、优选有机的稀释剂和/或溶剂。还可以使用沸点(大气压力)不大于250℃的稀释剂和/或溶剂，特别是不大于200℃、优选不大于150℃、更优选不大于100℃。根据本发明还可以提供的是，所使用的稀释剂和/或溶剂可以是一元醇，特别是甲醇、
乙醇、丁醇和/或丙醇，优选乙醇。然而，可替换地，在根据本发明步骤的内容中，稀释剂和/或溶剂还可以选自由水，含氢氯化烃、特别是二氯甲烷，
醛类，
酮类、特别是丙酮及其混合物组成的组。根据本发明还可以使用这些溶剂的混合物。在这一方面，选择稀释剂/溶剂并设定混合比为本领域技术人员的常规技术，所以无需进一步阐述。
[0169] 此外，在根据本发明步骤的内容中，可以使用的稀释剂和/或溶剂的量为0.1体积份数至20体积份数、特别是0.2体积份数值15体积份数、优选0.3体积份数至10体积份数、更优选0.5体积份数至10体积份数，基于1体积份数的离子液体(IL)计。
[0170] 根据本发明方法的步骤(b)可以进一步包含制备活性炭在包含金属、特别是包含金属离子的离子液体(IL)内的悬浮液。步骤(b)同样可以包含活性炭与悬浮液接触、特别是活性炭被悬浮液浸润和/或涂覆和/或浸渍，所述悬浮液为活性炭在离子液体(IL)中的悬浮液。
[0171] 此外，根据本发明，步骤(b)可以进一步包含浸润和/或涂覆和/或浸渍特别是活性炭的微孔隙、中孔隙和/或大孔隙的外表面以及内表面，。
[0172] 在根据本发明步骤的内容中还可以提供的是，步骤(b)包含根据所设定的孔隙填充度α、特别是根据公式[α＝VIL/(V孔·m载体)]，选择和/或设定将被使用的离子液体的体积(VIL)和/或将被使用的活性炭的质量(m载体)和/或活性炭的比孔隙体积(基于质量)(V孔)。根据本发明有利的是，在本文中获得的孔隙填充度α为0.01至0.99、特别是0.05至0.8、优选0.1至0.6、更优选0.15至0.5。
[0173] 进一步参考根据本发明方法的步骤(b)，根据本发明有利的是，步骤(b)通过
能量输入来实施。在这一方面特别有利的是，能量输入采取超声输入等形式。特别是超声形式的能量输入特别地导致包含离子液体的金属组分至活性炭的内部孔隙体系内进入的改善，同时浸润的程度和/或孔隙填充体积α同样地可以通过能量输入的强度和/或持续时间而变化/控制。根据本发明还有利的是，能量输入、特别是超声输入的脉冲例如间隔为t＝0.5s。
[0174] 根据本发明方法的步骤(c)还可以通过加热来实施，特别地，温度范围为25℃至90℃、特别是30℃至75℃、优选为35℃至65℃。步骤(c)还可以在减压下实施，特别是在真空中。
[0175] 步骤(c)例如可以在50至300mbar、特别是100至200mbar的压力P下来实施。例如这可以在旋转
蒸发器等内发生。根据本发明方法的步骤(c)还可以包含最后干燥，特别是在高真空下，特别是持续5至20h，优选在T＝40℃至100℃的温度范围内、特别是45℃至100℃下干燥。例如这可以采用在油浴内高真空条件的形式。
[0176] 如上所述的方法由此成为用于获得根据本发明并具有如上所述的优点和特性的过滤材料的基础。
[0177] 本发明由此还提供了根据本发明并可使用如上所述的方法获得的过滤材料。
[0178] 如所提及的，本发明的过滤材料具有广泛的应用。
[0179] 根据本发明的第三方面，本发明由此还提供了以本发明的方式使用本发明过滤材料的方法。
[0180] 本发明的过滤材料用于制造任意种类的防护材料，特别是制造防护服，特别是用于民用或军用部门，例如防护衣、防护手套、防护
鞋、防护袜、防护
安全帽等，以及任意种类的防护层，优选用于NBC部署的任意前述的防护材料。
[0181] 本发明的过滤材料还用于制造任意种类的过滤器和过滤材料，特别是用于移除任意种类的有害物、有气味的物质和有毒材料，特别是来自空气和/或气流中的，例如NBC防毒面具过滤器、气味过滤器、层状过滤器、空气过滤器(特别是用于房间空气净化的过滤器)、能够吸附的载体结构和用于医疗部门的过滤器。本发明的过滤材料在这里具有显著的吸附特性，特别是对于含硫和含氮气体，例如硫氢化物(特别是硫化氢(H2S))，以及氨(NH3)。本发明的过滤材料对于卤素气体/蒸气也具有显著地吸附特性，例如氯气和/或碘蒸气。本发明的过滤材料对于卤化氢也具有显著的吸附特性，例如氯化氢(HCl)。
[0182] 本发明过滤材料的另一种可能的应用在于吸收、特别是吸附应用，特别是作为优选的反应和/或催化吸附过滤材料。
[0183] 本发明的过滤材料还特别地用于气体净化和/或气体调节。
[0184] 本发明过滤材料在本文中的另一种应用在于移除有害物，特别是气态有害物或有毒的、有危害的或环境有害的物质或气体。
[0185] 本发明的过滤材料最终还用于调节和/或提供特别是用于电气/电子行业、特别是用于半导体或芯片制造的洁净室环境。根据本发明过滤材料的显著特性在这一方面也是十分重要的。
[0186] 根据本发明的第四方面，本发明还提供了以本发明的方式净化和/或调节气体的方法，特别是用于从气流中移除所不期望的特别是有毒的、有害的或者危害环境的物质或气体，其中，待净化和/或调节的气流与如上所述的根据本发明的过滤材料相接触。
[0187] 在本文中，本发明的方法特别地用于调节和/或提供特别是用于电气/电子行业、特别是用于半导体或芯片制造的洁净室环境。
[0188] 本发明实际上首先提供了有效的过滤材料，其基于化学吸附和物理吸附特性的特定组合而具有显著的吸附性能，该材料被特别地赋予通过包含离子液体(IL)的金属组分所增强的活性炭。本发明首先还提供了制备这样的材料的有效的方法。这种结合所有前述特性的材料迄今为止在现有技术中尚未被制备和/或描述。
[0189] 此外，本发明提供了具有反应和催化特性的有效的过滤材料，其生产成本低廉并具有广泛的吸收范围。一种可能的应用特别地为单独的过滤器或过滤器的组合，特别是基于ABEK过滤器和/或NBC防护。以松散层和/或混合层形式的应用也可被实现。
[0190] 在本发明内容中可行的是，在本发明过滤材料中所使用的反应/催化增强的活性炭与至少一种其它的、额外的吸附剂/吸收剂相结合，特别是基于活性炭的吸附剂/吸收剂，即在本发明过滤材料中所使用的活性炭可以与其它的吸附剂/吸收剂、特别是基于活性炭的吸附剂/吸收剂，例如在提供吸附过滤材料等的情况下一起使用。举例来说，在本发明过滤材料中使用的活性炭可以与本领域技术人员已知的ABEK活性炭相结合，特别地从而使得吸附范围可以基于此而补充/补足/扩大。
[0191] 包含金属、特别是包含金属离子的离子液体(IL)对活性炭的反应/催化的增强，促使化学和/或生物毒物和/或有害物以及所不期望的/有害的或者有毒的气体的降解/中和。活性炭的增强由此还可以被调整从而使得获得的在本发明过滤材料中所使用的活性炭还具有抑制生物和/或灭杀生物的效用，特别是抑制细菌或灭杀细菌和/或抑制病毒或灭杀病毒和/或抑制
真菌或灭杀真菌的效果。
[0192] 本发明将通过实施例的方式参照
附图描述优选的实施方式进行更特别地阐述。在这些本发明的优选实施方式中，其并不以任何方式限定本发明，而仅是说明性的，描述本发明其它的优点、特性、方面和特征。
附图说明
[0193] 所示的附图中：
[0194] 图1为根据本发明使用的并包括包含含有金属的离子液体(IL)的金属组分的层的活性炭(活性炭1)与使用金属盐常规浸渍的非本发明的活性炭(活性炭1’)对比的氨(NH3)的穿透(breakthrough)曲线的图；
[0195] 图2为表征气体氨(NH3)和硫化氢(H2S)在ABEK条件下的穿透时间的对比图，其中，根据本发明使用的并基于包含含有金属的离子液体(IL)的金属组分的活性炭由活性炭2表示，而活性炭3至5表示非本发明的活性炭；
[0196] 图3为表征根据本发明使用的三种活性炭(活性炭5a、5b和5c)在ABEK条件下的穿透时间的对比图，并且通过使用不同的离子液体(IL)、金属盐及不同的离子液体(IL)与金属盐的摩尔比而使金属组分的组成有所不同；
[0197] 图4为根据本发明所使用的活性炭(活性炭6a和活性炭6b)与非本发明的活性炭(活性炭6c和活性炭6d)的穿透时间的对比图。
[0198] 图1示出了根据本发明使用的活性炭(活性炭1)与非本发明的活性炭(活性炭1’)的氨(NH3)的穿透曲线的对比示意图。所讨论的活性炭均以层的形式应用。根据本发明使用的活性炭利用的金属组分包含作为离子液体(IL)的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐和作为金属化合物的CuCl2。离子液体(IL)与金属化合物的摩尔比在孔隙填充度α＝0.2时为[1:1.3]。由此，对于根据本发明使用的活性炭，使用的金属组分为[EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)，并且α＝0.2。用于浸渍的初始活性炭为高微孔隙和中孔隙的活性炭，可购自Blücher GmbH。使用的非本发明的活性炭为具有相同孔隙度并使用CuCl2盐进行常规浸渍的活性炭。图1示出了根据本发明使用的活性炭1，NH3的穿透时间明显更长。因此，根据本发明使用的活性炭比传统浸渍的活性炭显著更佳。穿透曲线通过下述的参数/设定值来记录：气体湿度rH＝25％，Cu负载＝0.001567mol/g，T吸附剂＝30℃，P吸附剂＝1.21bar，h层＝2cm，氮气体积流速＝325.61mlSTP/min，NH3体积流速＝0.33mlSTP/min，NH3检出限c＝39ppmV。纵坐标表示氨的入口与出口浓度形成的商。
[0199] 根据图2，示出了根据本发明使用的活性炭(活性炭2)与非本发明的活性炭(活性炭3至5)在ABEK条件下气体氨(NH3)和硫化氢(H2S)的穿透时间的对比示意图。根据本发明使用的活性炭为购自Blücher GmbH的高微孔隙和中孔隙的初始活性炭，其被赋予基于[EMIM]Cl-CuCl2的金属组分。活性炭3为使用常规军用级浸渍的对比活性炭，活性炭4为使用ABEK浸渍的常规活性炭，并且活性炭5为使用ABEK浸渍的常规活性炭。柱形图显示出根据本发明使用的活性炭具有明显更长的穿透时间，无论是对于氨(NH3)还是对于硫化氢(H2S)。因此，根据本发明使用的活性炭的吸附性能是非常良好的，尤其是对于NH3和H2S。
[0200] 相应的数值在如下的参数/设定值下确定：a)对NH3的穿透测定：气体湿度rH＝85±5％，T吸附剂＝30℃，h层＝2cm，样本量：约2g，NH3检出限c＝39ppmV，CNH3＝1000ppm的NH3(N2)，b)对H2S的穿透测定：气体湿度rH＝70％，T吸附剂＝20℃，h层＝2cm，d层＝50mm，CH2S＝1000ppm的H2S，H2S流速＝0.1m/s，H2S穿透＝10ppm。在根据图3和图4的实施方式/测试中也设定如上的参数。
[0201] 根据图3，依次示出了根据本发明使用的三种不同的活性炭对氨(NH3)和硫化氢(H2S)的吸附的穿透时间的对比。根据本发明使用的活性炭5a为购自Blücher GmbH的高微孔隙和中孔隙的初始活性炭，其使用基于作为离子液体(IL)的1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐和作为金属化合物或金属盐的醋酸锌的金属组分来增强。上述组分所使用的摩尔比为[1:1]。孔隙填充度α为0.2([EMIM]Ac-ZnAc2(1:1摩尔)且α＝0.2)。根据本发明使用的活性炭5b为类似的购自Blücher GmbH的高微孔隙和中孔隙的初原始活性炭，其同样包含1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐作为金属组分。孔隙填充度α也为0.2。所使用的金属化合物/金属盐为醋酸锡，摩尔比为[1:1]([EMIM]Ac-SnAc2(1:1摩尔)且α＝0.2)。活性炭5c同样为购自Blücher GmbH的高微孔隙和中孔隙的初始活性炭；其金属组分基于1-乙基-3-甲基咪唑氯盐作为离子液体(IL)以及氯化铜(CuCl2)作为金属化合物或金属盐；摩尔比为[1:1.3]。活性炭5c也被调整为孔隙填充度α为0.2([EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)且α＝0.2)。根据本发明使用的所有活性炭均明显超过氨(NH3)和硫化氢(H2S)需要的标准吸附性能。活性炭5c对于NH3给出特别良好的结果，而活性炭5a对于H2S的吸附给出最佳的结果。总的来说，根据本发明使用的所有活性炭的吸附能力必须被评定为显著的。
[0202] 最后，根据图4，示出了表征根据本发明使用的活性炭6a和6b与非本发明的活性炭6c和6d的氨(NH3)和硫化氢(H2S)的穿透时间的对比图。根据本发明使用的活性炭6a使用的金属组分包含1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐作为离子液体(IL)并且醋酸锌作为金属化合物或金属盐([EMIM]Ac-ZnAc2)。根据本发明使用的活性炭6b使用的金属组分包含1-乙基-3-甲基咪唑氯盐作为离子液体并且氯化铜(CuCl2)作为金属化合物或金属盐([EMIM]Cl-CuCl2)。非本发明的活性炭6c为使用军用级浸渍的活性炭，并且非本发明的活性炭6d为ABEK活性炭。图4表明不仅仅是根据本发明使用的活性炭6a，而且根据本发明使用的活性炭6b也比现有技术的活性炭具有更佳显著的吸附特性，不仅对氨(NH3)是这样而且对硫化氢(H2S)也是这样，这通过显著更长的穿透时间得以证明。
[0203] 所列出的研究对根据本发明使用的活性炭部分的优良吸附特性提供了结论性验证，特别地包括大范围的有害气体/物质的吸收。
[0204] 上文说明的图表还将进一步在本发明示例性的实施方式内容中再次描述。
[0205] 本发明其它的形式、
变形、改变、改进、特定的实施方式和优点将容易地为本领域技术人员在阅读本说明的基础上而变得显而易见并被认识到，而不脱离本发明的范围。
[0206] 本发明通过下文示例性的实施方式来阐述，而不以任何方式来限制本发明。
具体实施方式
[0207] 1、制备根据本发明增强的活性炭
[0208] a)制备基于离子液体(IL)和金属化合物的金属组分
[0209] 金属化氯/离子液体(IL)熔体的合成
[0210] 在惰性气体环境中进行金属组分(＝金属化氯/离子液体(IL))的合成。
[0211] 在制备所使用的特别是基于金属化氯/离子液体(IL)熔体的金属组分时，第一步为计算要称出的特定的离子液体(IL)和氯化铜(II)(CuCl2)的质量。
[0212] 相应量的离子液体(IL)随后被引入至干燥的舒伦克瓶中。
[0213] 在一点上所使用的离子液体(IL)的结构式即为1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([EMIM]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)和1-辛基-3-甲基咪唑氯盐([OMIM]Cl)，其在以下说明中示出。
[0214] 下一步为称出计算以确定离子液体(IL)与CuCl2的特定的摩尔比的CuCl2的摩尔分数。
[0215] 然后，熔体在舒伦克瓶中在惰性气体环境中在T＝100℃下在油浴中搅拌24h，搅-1拌速度为300min 。
[0216] 随后在高真空下干燥过夜。
[0217] 以下说明示出在用于制备金属化氯/离子液体(IL)熔体的示例性实施方式中所使用的离子液体：
[0218]
[0219] 1-乙基-3-甲基咪唑氯盐
[0220]
[0221] 1-丁基-3-甲基咪唑氯盐
[0222]
[0223] 1-辛基-3-甲基咪唑氯盐
[0224] 下表1列出了合成的熔体及其物质组分的摩尔量。
[0225] 表1：合成的金属化氯/离子液体(IL)熔体
[0226]离子液体(IL) 摩尔比[离子液体(IL):CuCl2)
[EMIM]Cl [1:1]；[1:1.3]
[BMIM]Cl [1:1]
[OMIM]Cl [1:1]；[1:1.3]；[1:1.6]
[0227]
[0228] 对于接下来制备根据本发明增强的活性炭，为了计算所使用的离子液体(IL)的体积，获得的熔体的比密度在氦比重瓶(Thermo Scientific的Pycnomatic ATC)中进行测定。
[0229] 在下表2中列出了熔体的比密度。
[0230] 表2：在T＝20℃下氦比重瓶中测定的比密度结果
[0231]熔体 比密度/g cm-3
[EMIM]Cl-CuCl2[1:1] 1.8137
[EMIM]Cl-CuCl2[1:1.3] 1.8090
[BMIM]Cl-CuCl2[1:1] 1.5846
[OMIM]Cl-CuCl2[1:1] 1.3050
[OMIM]Cl-CuCl2[1:1.3] 1.5085
[OMIM]Cl-CuCl2[1:1.6] 1.6607
[0232] b)使用基于离子液体(IL)和金属化合物的金属组分增强活性炭
[0233] 根据本发明增强的活性炭的制备/通过超声制备：
[0234] 用于制备根据本发明使用的活性炭的载体材料为微孔隙/中孔隙活性炭或中孔隙活性炭。根据本发明使用的初始活性炭可购自Blücher GmbH,Erkrath(德国)，其货号分别为101408(微孔隙/中孔隙活性炭)和101412(中孔隙活性炭)。
[0235] 活性炭吸附剂通过超声使用金属化氯/离子液体(IL)熔体来浸渍。金属组分在活性炭载体的微细孔隙结构中的改进的分布通过由超声纳探针产生的非稳定状态的/不连续的能量输入来确保。
[0236] 为了制备根据本发明使用的活性炭，首先需要计算所需要的金属组分的量，以确定对于给定量的活性炭吸附剂的特定的孔隙填充度α。该孔隙填充度α根据公式[α＝VIL/(V孔·m载体)]来计算。在上述公式中，“VIL”是指使用的离子液体(IL)的体积，“m载体”是指使用的活性炭的质量，并且“V孔”是指活性炭的比孔隙体积(基于质量)。
[0237] 基于金属化氯/离子液体(IL)熔体的特定的金属组分首先被称至干燥的舒伦克瓶中并(完全)溶解/稀释在乙醇中。通过
电磁搅拌器的搅拌而进行溶解操作，搅拌速度v-1搅拌器＝200min ，在惰性气体环境下。该操作的持续时间为t＝10min至数小时，并且根据将要被溶解的金属组分。随后，将前述计算量的活性炭吸附剂引入至溶液中。将混合物再搅拌15分钟并随后在沉浸有超声纳探针的水浴中放置2h。
[0238] 在这里用于超声增强制备根据本发明增强的活性炭的装置包括水浴、舒伦克合成瓶和超声纳探针(来自Hielscher的UP200S(200W,24kHz))。将填充有合成批料和超声纳探针的舒伦克瓶浸在水浴中。由超声探针以t＝0.5s的间隔发射的超声脉冲具有50％的振幅调定。
[0239] 浸渍活性炭载体之后，在T＝40℃和p＝175mbar下，在
旋转蒸发器中分离出乙醇溶剂，并且随后在高真空下在T＝60℃的油浴中过夜进行最终的干燥。
[0240] 2、基于常规CuCl2盐增强的非本发明活性炭的制备
[0241] 除了根据本发明增强的活性炭，还制备了使用纯CuCl2盐浸渍的活性炭载体。所述的制备以类似于刚刚描述的根据本发明使用的活性炭的制备来进行。所称出的CuCl2部分基于相关体系的等价铜金属部分，该相关体系为AC(微孔隙/中孔隙)+[EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)，每克AC的α＝0.2(AC＝活性炭)(相当于活性炭载体上-1
0.001567mol·g 的铜)。
[0242] 下表8和9概括了根据本发明使用的所有超声辅助制备的活性炭和CuCl2浸渍的活性炭吸附剂(比较例)。
[0243] 3、在用于连续吸附有害气体的装置中穿透曲线的装置构成和测定
[0244] 首先，在使用载气流的连续氨吸附装置中测定根据本发明使用的活性炭体系的氨的穿透曲线，该载气流的湿度可以改变。装置的操作参数设定尽可能与根据本发明增强的活性炭的防毒面具可能使用的真实使用环境条件接近。
[0245] 连续气体吸附的操作参数以及装置构造和实验步骤现在将更加详细地考虑：
[0246] a)连续的氨吸附的装置的构造
[0247] 用于使用可变湿度气流的连续氨吸附的装置，特别是用于由可变湿度的氮气流不可逆吸附氨的装置构造，包括分别用于NH3和N2的质量流量
控制器(MFC)(1)和(2)，气体饱和设备(3)，恒温器(4)，湿度测量设备(5)(Huber的rHI-TI-1或HND-FF31)，旁路(6)，吸附器(7)。
[0248]
质量流量控制器(MFC)(1)和(2)用于确定氮气载气流中1000ppmv的氨(NH3)的设定浓度。作为选择，可以变化数值设定以使气体混合物通过干燥的或潮湿的装置。为了加湿气体混合物，使氮气流经过饱和设备(3)。气体饱和器基于传统洗气瓶的原理，但是具有双臂构造而设置。这使得能够通过恒温器/低温恒温器电路来温度调节氮气流通过的内部水柱。低气体湿度的建立需要低水温。这通过使用恒温器/低温恒温器来实现(Lauda的Ecoline Staredition RE106)。根据温度设定，特定比例的双重蒸馏水被蒸发并由氮气流携带。这将气流调节至所期望的
相对湿度，其在
存储器(5)中通过湿度
传感器或者测量设备而被检测。混合氨之后，作为选择，气体混合物可通过旁路回路(6)并通过吸附器(7)被导引，或者在流动开始时通过吸附器(7)被导引。气流随后会通过下游的分析系统。其在分析部分中被进一步描述。
[0249] 涉及气体连续吸附的操作参数的设定经常被保持为相同的以模拟防毒面具中的环境条件。为了给出更好的概述，其在下表3中列出：
[0250] 表3：用于氨的连续气体吸附的装置的操作参数
[0251]N2体积流/mlSTP min-1 325.61
NH3体积流/mlSTP min-1 0.33
层流入速度/cm s-1 2
层高度/cm 2
层直径/cm 1.8
装置压力/bar 1.21
[0252] 通常在30℃的温度下进行该实验步骤，除非温度升高至T＝85℃以进行可逆测试。
[0253] 为了最优化根据本发明增强的活性炭对氨的吸附，特别地，相对气体湿度可以在rH＝0％至rH＝85％之间变化。在吸附剂条件下(p＝1.21bar，T＝30℃)，使用克劳修斯-克拉珀龙方程式来计算相对湿度。饱和器内部的温度通过温度传感器来测定。
[0254] 需要用以设定相对气体湿度的恒温器/低温恒温器的温度设定值在下表4中示出：
[0255] 表4：用以改变相对湿度的恒温器/低温恒温器的温度设定值
[0256]恒温器/低温恒温器温度/℃ 相对湿度/％
13.0 25
21.9 50
27.5 70
33.0 85
[0257] b)用于测量氨的连续吸附的实验步骤
[0258] 装置通过旁路使用干燥的氮气流进行初始净化。同时，使用待测定的活性炭层来填充吸附器。为了使吸附剂层形成填料，将活性炭层应用至反应器中两个玻璃丝薄层之间的金属玻料。然后，调节位于所使用装置预定
位置处的
阀以利用干燥的氮气流净化所述层，直至不再检测到溶剂残留。
[0259] 然后，再次转换阀至旁路设定值以建立稳定状态的实验条件。对于湿度测量，氮气载气以325.61mlSTP min-1的体积流速经过饱和器设备，并且如上所述，在该过程中被湿润。将用以混合NH3的MFC进一步调节使体积流速为0.33mlSTP min-1。混合这两种气体组分的点的下游，旁流内的氨浓度为1000ppmv。
[0260] 当建立起操作的稳定状态条件，就转换阀以使气体混合物以v＝2cm s-1的层流入速度通过吸附剂。检测穿透曲线后，关闭氨气流。此外，通过干燥的氮气流净化活性炭层。净化吸附剂后，重新选择旁路设定并使用干燥的氮气净化旁路。吸附剂被相继地耗尽并再填充。
[0261] c)可逆性测试
[0262] 为了进行可逆性测试，达到饱和浓度之后终止供应氨并提高吸附剂温度。为了检查层内氨的可逆吸附，将吸附剂加热至约T吸附剂＝85℃的实际数值。当不再从层中流出的气流中检测到氨时，可逆性测试完成。净化反应器和旁路的其它步骤如所描述的来进行。
[0263] 分析
[0264] 比密度测量：
[0265] 在氦气下使用Thermo Scientific的Pycnomatic ATC pyknometer测量T＝20℃下金属组分(包含金属的离子液体(IL))的比密度。
[0266] 氨检测：
[0267] 为了确定氨的穿透曲线，使用气相色谱仪(Varian的CP-3800)连续测量吸附剂排出的气体组分。气体组分在毛细管柱中(Varian的WCOT Fused silica(60m×0.32mm)CP-Volamine)分离。氨浓度检出限为39ppmV。
[0268] 热重分析：
[0269] 使用Setaram Instrumentation KEP Technologies的Setsys-1750CS Evolution装置来进行热重测量。样品从T＝30℃加热至T＝950℃。在T＝100℃或200℃下对活性炭进行进一步的长时间测试，t＝10h。所使用的金属组分的分解温度为200℃以上。它们还在所测定的温度下表现出非常高的长期
热稳定性。
[0270] 吸附测量：
[0271] 在Quantachrome Instruments的Quadrasorb SI(自动表面积和孔隙尺寸分析仪)中进行BET表面积和活性炭的孔隙体积的测定。
[0272] 采用的活性炭吸附剂、化学品和仪器的说明：
[0273] 表5：所采用的Blücher的活性炭吸附剂的说明
[0274]
[0275] 表6：使用的化学品的说明
[0276]
[0277] 表7：重要装置部件的说明
[0278]
[0279] d)实验结果/穿透曲线
[0280] 1、首先，根据本发明增强的活性炭层内的NH3的穿透曲线([EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)，在活性炭吸附剂(微孔隙/中孔隙)上的α＝0.2)在不同的相对气体湿度下进行记录(T吸附剂＝30℃,p吸附剂＝1.21bar,h层＝2cm,体积流速(N2)＝325.61mlSTP -1 -1
min ,体积流速(NH3)＝0.33mlSTP min ,检出限cNH3＝39ppmV)。
[0281] 对于包含[EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)、在高微孔隙和中孔隙活性炭吸附剂上α＝0.2的活性炭体系，在相对湿度为rH＝25％、50％和70％改变相对气体湿度，显示出显著改善的穿透时间。所测得的穿透时间比相对气体湿度rH＝0％和85％时的穿透时间高约
30％。rH＝25％至rH＝70％之间的湿度范围内的穿透时间较为近似。因为其为防毒面具通常使用的常规气体湿度范围，所以根据本发明使用的活性炭可以说是具有非常良好的稳定性。
[0282] 2、类似地，根据本发明增强的在不同孔隙的活性炭吸附剂上的活性炭([OMIM]Cl-CuCl2(1:1.3))层内NH3的穿透曲线，在不同的孔隙填充度α下进行测定(T吸附剂＝-130℃，p吸附剂＝1.21bar，rH＝85％，h层＝2cm,体积流速(N2)＝325.61mlSTP min ，体积流-1
速(NH3)＝0.33mlSTP min ，检出限cNH3＝39ppmV)。
[0283] 所获得的穿透曲线显示，在高金属组分负载下，或者孔隙填充度为α＝0.4时，中孔隙活性炭吸附剂作为载体材料比微孔隙/中孔隙活性炭载体更加有用。在相同的孔隙填充度α＝0.4下，中孔隙活性炭载体给出高出约26％的穿透时间，约为370分钟。在α＝0.2的较低的孔隙填充度下，在所讨论的活性炭吸附剂类型之间，穿透时间不存在明显的不同。
[0284] 3、此外，可逆性测试利用测量根据本发明增强的活性炭系统([EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)，在活性炭吸附剂(微孔隙/中孔隙)上的α＝0.2)过程中吸附的/解吸附的NH3质量流量来进行(参数如下：1.)吸附：T吸附剂＝30℃,p吸附剂＝1.21bar，rH＝-1 -1
50％，h层＝2cm,体积流速(N2)＝325.61mlSTP min ,体积流速(NH3)＝0.33mlSTP min ，检出限cNH3＝39ppmV；2.)解吸附：T吸附剂＝85℃,p吸附剂＝1.23bar，rH＝50％，h层＝2cm,体-1
积流速(N2)＝325.61mlSTP min ，检出限cNH3＝39ppmV)。
[0285] 进行可逆性测试以检测层内的氨的不可逆性气体吸附。在吸附过程中层内的氨的吸附量以及在可逆性运行过程中氨从层上解吸附的量相对于时间进行作图。结合这两条曲线以计算在吸附过程中由层吸收的氨量以及在可逆性测试过程中解吸附的氨量。
[0286] 根据本发明增强的活性炭体系([EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)，在活性炭吸附剂(微孔隙/中孔隙)上的α＝0.2)吸附的NH3总量为225mg的NH3。该总量中的128mg的NH3在可逆性测试中再次解吸附。因此，在吸附过程中约43％的NH3气体变为不可逆结合在材料中的，这是显著的数值。
[0287] 不希望被该理论所限制，据信氨的不可逆/化学吸附结合是由于形成复合物的反应而发生。所形成的复合物为铜(II)四胺络合物，其通过氨结合至金属组分内的铜而形成。
[0288] 4、根据本发明增强的活性炭与基于传统CuCl2增强的活性炭的对比：
[0289] 图1示出根据本发明增强的活性炭([EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)，在活性炭吸附剂(微孔隙/中孔隙)上的α＝0.2)与在活性炭吸附剂上(微孔隙/中孔隙)利用常规的CuCl2盐浸渍的活性炭层内的NH3的穿透曲线的对比(参数如下：气体湿度rH＝25％，-1
铜负载：0.001567mol g ，T吸附剂＝30℃,P吸附剂＝1.21bar，h层＝2cm,体积流速(N2)＝-1 -1
325.61mlSTP min ,体积流速(NH3)＝0.33mlSTP min ，检出限cNH3＝39ppmV)。
[0290] 如图1中所示，基于根据本发明增强的铜活性炭与常规的利用纯CuCl2盐增强的活性炭吸附剂的对比，表明在相对气体湿度rH＝25％时根据本发明增强的体系比纯金属盐浸渍具有明显延长的穿透时间。
[0291] 在相对气体湿度rH＝85％时所进行的进一步的测定中，根据本发明增强的体系同样显示出获得更好的、即更长的穿透时间。
[0292] 结果表明，不考虑一般的空气湿度，根据本发明增强的活性炭相对于常规铜金属盐浸渍具有明显的改善作用。
[0293] 基础实验总结性地并概括性地表明，用于本发明过滤材料的活性炭的相结合的化学吸附和物理吸附的显著吸附特性，符合非常良好的穿透时间和改进的解吸附行为。
[0294] 4、在活性炭吸附剂上负载铜的其它形式
[0295] 表8：利用本发明增强的以及在微孔隙/中孔隙活性炭吸附剂上使用常规CuCl2盐浸渍的、利用超声作用制备的活性炭体系
[0296]
[0297]
[0298] 表9：利用本发明增强的以及在中孔隙活性炭吸附剂上使用常规CuCl2盐浸渍的、利用超声作用制备的活性炭体系
[0299]
[0300] 5、利用包含金属的离子液体(IL)负载不同的基础载体材料的其它实施例和不同的比较例
[0301] 不同的多孔微粒载体材料
[0302] (1)基于根据本发明使用的微孔隙和中孔隙活性炭(本发明)，
[0304] (3)基于沸石(比较例)，
[0305] (4)基于氧化铝(比较例)，以及
[0306] (5)基于离子交换剂(比较例)
[0307] 分别使用[EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)类型(参见上文)的包含金属的离子液体(IL)处理/浸渍上述不同的多孔微粒载体材料，使得每种情况中均为相同的孔隙填充度。
[0308] 由此获得的吸附剂被相继地以常规方式固定在开孔网状聚氨酯泡沫形式的气体可渗透的三维支撑材料上。负载有吸附剂的这种支撑材料用作为随后穿透测试中的过滤材料(圆柱形试样，每个具有10cm直径和30cm高度)。
[0309] 其它的对比过滤材料使用如下的吸附剂来制备
[0310] (6)基于ABEK浸渍的微孔隙和中孔隙活性炭(比较例)，以及
[0311] (7)基于不进行任何浸渍的微孔隙和中孔隙活性炭(比较例)。
[0312] 在前述的实验条件下，在如上所述的条件下测定每种不同有害气体(NH3、H2S和Cl2)的穿透时间。下表10中示出了这些数值。
[0313] 表10：包含不同吸附剂的过滤材料的穿透时间的比较
[0314]
[0315]
[0316] 结果表明，根据本发明增强的过滤材料/吸附剂对于所有的气体给出最佳值。根据本发明增强的过滤材料/吸附剂，尽管进行了相同的浸渍，但是对于不同的气体，其吸附性能均显著超出基于不同类型的基体/载体材料(二氧化硅(2)、沸石(3)、氧化铝(4)和离子交换
树脂(5))的其它吸附剂。根据本发明增强的过滤材料/吸附剂的效果甚至超过使用ABEK浸渍的相同的初始活性炭(6)以及未进行任何浸渍的相同的初始活性炭(7)的吸附能力。
[0317] 6、用于洁净室条件的气体调节
[0318] 现有技术中洁净室条件下的气体调节通常利用碘化物浸渍的活性炭。在本测试内容中，这种类型的碘化物浸渍的活性炭(以下称为“AC碘化物”)与根据本发明使用的包含基于包含金属的离子液体(IL)浸渍的微孔隙和中孔隙活性炭相对，所述浸渍利用[EMIM]Ac-ZnAc2/[EMIM]Ac-SnAc2/[EMIM]Cl-CuCl2类型的三元金属增强Zn/Sn/Cu，其中“Ac”＝醋酸盐(以下为“ACIL-Zn/Sn/Cu”)。所使用的其它比较例为使用常规金属盐浸渍的微孔隙和中孔隙活性炭，所述的浸渍基于ZnAc2/SnAc2/CuCl2类型的三元金属增强Zn/Sn/Cu，其中“Ac”＝醋酸盐并且由此不含有离子液体(IL)(以下为“ACZn/Sn/Cu”)。
[0319] 不同的吸附剂被相继地以常规方式固定在开孔网状聚氨酯泡沫形式的气体可渗透的三维
支架上。负载有吸附剂的这种支架用作为在随后测试中的过滤材料(圆柱形试样，每个具有10cm直径和30cm高度)。
[0320] 在前述的实验条件下，在上文所描述的条件下测定每种不同有害气体(SO2、NOX和H2S，每种的入口浓度均在1000ppm)的吸附行为。
[0321] 本发明的“ACIL-Zn/Sn/Cu”过滤材料将所有有害气体的浓度降低至低于检出限。这甚至是在5小时的测试时间之后也没有发生变化。在5小时的操作时间之后，相继的解吸附测试并没有产生任何可观察到的有害气体的释放。
[0322] 与之相比，“AC碘化物”对比过滤材料仅将硫和氮的氧化物浓度降低至低于检出限，而硫化氢的吸附程度不充分。碘的释放仅在3小时的测试时间之后就被观察到。相继的解吸附测试在5小时的操作时间之后产生显著量的有害气体以及碘的释放。
[0323] “ACZn/Sn/Cu”对比过滤材料最初将所有有害气体的浓度降低至低于检出限；然而，在3.5小时的测试时间之后，首先是硫化氢的含量并且随后硫和氮的氧化物的含量不再被降低至低于检出限。在5小时的操作时间之后，随后的解吸附测试释放低的但是可检测到的有害气体量。
[0324] 结果显示，根据本发明增强的过滤材料/吸附剂对于所有的气体都给出最佳数值；仅它们确保了在整个测试周期内持久的/不可逆的并且充分的吸附，并且其不会释放碘，而且不会解吸附有害气体。
[0325] 7、空气过滤器中的应用
[0326] 根据本发明使用的微孔隙和中孔隙活性炭使用[EMIM]Cl-CuCl2(1:1.3)类型(参见上文)的包含金属的离子液体(IL)来处理/浸渍。采用这种方式增强的吸附剂随后以常规方式被固定在开孔网状聚氨酯泡沫形式的气体可渗透的三维支架上，其随后被整合/组装到空气净化中。相应地，为了提供比较材料，常规活性炭被固定在如上所述的气体可渗透的支撑上，其随后被类似地整合/组装到相应的
空气净化器中。每个充满吸附剂的支撑由此而用作为以下测试中的过滤材料：
[0327] a)空气净化器被分别引入至多氯联苯(PCB)污染的房间中(PCB浓度：10000ng/3
m)并被启动。在仅运行1小时之后，包含本发明过滤材料的空气净化器将PCB房间空气浓
3
度降低至小于300ng/m，并随后在整个运行过程中保持该数值。随后的解吸附测试并没有产生任何显著的PCB量。在运行1小时后，包含比较材料的空气净化器将PCB房间空气浓
3
度降低至约1200ng/m ；在随后的解吸附测试中，吸附的可逆性达到95％以上(即大于95％的之前吸附的PCB被再次释放)。
[0328] b)特定的空气净化器在H2S流过测试中进行检测。对于此，所使用的吸附剂固定至其上的支撑(开孔网状聚氨酯泡沫)的层高度在每种情况中均为40mm。空气流中H2S的浓度为10ppm，并且流速被设定为0.73m/s。大于1200min的效率为80％。在常规材料的情况中，效率小于10％。
