RU2800440C1 - Carbon nanotube sheet for air or water purification - Google Patents
Carbon nanotube sheet for air or water purification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800440C1 RU2800440C1 RU2022125445A RU2022125445A RU2800440C1 RU 2800440 C1 RU2800440 C1 RU 2800440C1 RU 2022125445 A RU2022125445 A RU 2022125445A RU 2022125445 A RU2022125445 A RU 2022125445A RU 2800440 C1 RU2800440 C1 RU 2800440C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- woven
- filter
- sheet
- liquid
- gaseous medium
- Prior art date
Links
Abstract
Description
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
[0001] Настоящей заявкой испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США № 62/983795, поданной 2 марта 2020 г., которая во всей полноте включается в настоящий документ посредством ссылки.[0001] This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/983,795, filed March 2, 2020, which is incorporated herein by reference in its entirety.
УВЕДОМЛЕНИЕ О ФИНАНСИРУЕМЫХ ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ИЛИ ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИХ РАЗРАБОТКАХNOTICE OF RESEARCH OR EXPERIMENTAL DEVELOPMENTS FUNDED FROM THE FEDERAL BUDGET
[0002] Изобретение сделано при государственной поддержке в рамках DE-AR0001017, предоставленного DOE, Office ARPA-E (Министерство энергетики США, Управление по перспективным научным исследованиям в области энергетики). Государство обладает определенными правами на настоящее изобретение.[0002] The invention was made with government support under DE-AR0001017 granted by DOE, Office ARPA-E (US Department of Energy, Energy Advanced Research Administration). The state has certain rights to the present invention.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
[0003] Настоящее изобретение, вообще, относится к фильтру для удаления загрязнителей из жидкой или газообразной среды, при этом, фильтр включает нетканый или тканый лист, образованный множеством спутанных углеродных нанотрубок. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления такого фильтра и способам удаления загрязнителей из жидкой или газообразной среды с использованием фильтра.[0003] The present invention generally relates to a filter for removing contaminants from a liquid or gaseous medium, wherein the filter includes a non-woven or woven sheet formed by a plurality of entangled carbon nanotubes. The present invention also relates to a method for making such a filter and methods for removing contaminants from a liquid or gaseous medium using the filter.
УРОВВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
[0004] Во многих жидких и газообразных потоках присутствуют органические и/или металлические загрязнители, которые по разным причинам нужно удалять, например, перед использованием, утилизацией или в иных случаях. К не имеющим ограничительного характера примерам жидких потоков относятся потоки коммунально-бытового водоснабжения, грунтовых вод и сточных вод различных производственных процессов. Загрязненные газообразные потоки могут содержать органические загрязнители и/или металлические загрязнители в форме паров металлов или паров соединений, содержащих один или более металлов.[0004] In many liquid and gaseous streams, organic and/or metallic contaminants are present, which for various reasons must be removed, for example, before use, disposal, or otherwise. Non-limiting examples of liquid streams include public water, groundwater, and wastewater streams from various industrial processes. The contaminated gaseous streams may contain organic contaminants and/or metallic contaminants in the form of metal vapors or vapors of compounds containing one or more metals.
[0005] Существует множество обычных способов удаления таких загрязнителей, в частности, когда загрязнители являются органическими. К ним относятся отгонка воздухом и барботирование воздуха непосредственно через загрязненный поток при помощи диффузоров. Хотя эти способы зарекомендовали себя как достаточно эффективные, каждому из них свойственны недостатки, среди которых выпуск отделенных органических соединений в окружающую среду в форме переносимых по воздуху загрязнителей и высокие эксплуатационные расходы. Другим часто используемым способом является адсорбция загрязнителей на твердом адсорбенте, таком как цеолит или активированный уголь. Активированный уголь является недорогим и имеет значительную удельную площадь поверхности (>1000 м2/г). Однако, он хрупок и трудно поддается формованию для придания пригодной для длительного пользования формы. Поскольку активированный уголь обычно используют в форме слоя частиц, траектория потока текучей среды через абсорбент извилистая, поэтому в системах с активной циркуляцией наблюдаются значительные потери расхода, а в пассивных системах - длинные диффузионные траектории. Кроме этого, хотя активированный уголь может быть регенерирован посредством нагревания, время регенерации слишком велико из-за ограничений потока, описанных выше.[0005] There are many conventional methods for removing such contaminants, in particular when the contaminants are organic. These include air stripping and air bubbling directly through the contaminated stream using diffusers. Although these methods have proven to be quite effective, each of them has disadvantages, including the release of separated organic compounds into the environment in the form of airborne pollutants and high operating costs. Another commonly used method is the adsorption of contaminants on a solid adsorbent such as zeolite or activated carbon. Activated carbon is inexpensive and has a significant specific surface area (>1000 m 2 /g). However, it is brittle and difficult to shape into a durable shape. Because activated carbon is typically used in the form of a bed of particles, the fluid flow path through the absorbent is tortuous, so active circulation systems experience significant flow losses and passive systems long diffusion paths. In addition, although the activated carbon can be regenerated by heating, the regeneration time is too long due to the flow restrictions described above.
[0006] Недавно для частично или полной замены активированного угля начали применять углеродные нанотрубки и графен. Например:[0006] Recently, carbon nanotubes and graphene have been used to partially or completely replace activated carbon. For example:
В патенте США № 5458784 описаны графитовые волокна, характеризующиеся: (i) удельной площадью поверхности 50-800 м2/г; (ii) удельным сопротивлением 0,3-0,8 мкОм·м; (iii) длиной 1-100 мкм; (iv) расстоянием между пластинками графита 0,335-0,7 нм, и их применение для удаления органических и металлических компонентов из водных и газообразных потоков;US Pat. No. 5,458,784 describes graphite fibers having: (i) a specific surface area of 50-800 m 2 /g; (ii) a resistivity of 0.3-0.8 μΩ m; (iii) 1-100 µm long; (iv) distance between graphite plates 0.335-0.7 nm, and their use for removing organic and metallic components from water and gaseous streams;
В публикации заявки на патент США № 2004/0131811 описан фильтр для кондиционера воздуха, включающий углеродные нанотрубки, на поверхности которых осаждены наночастицы металла;US Patent Application Publication No. 2004/0131811 describes an air conditioner filter comprising carbon nanotubes on the surface of which metal nanoparticles are deposited;
В публикации патента США № 2006/0120944 описан материал, образованный из графена и углеродных нанотрубок, и его применение в качестве фильтра для очистки газа и жидкости;US Patent Publication No. 2006/0120944 describes a material formed from graphene and carbon nanotubes and its use as a gas and liquid purification filter;
В публикациях заявок на патент США №№ 2006/0151382 и 2011/0114573 описано применение графена в фильтрующей среде;US Patent Application Publication Nos. 2006/0151382 and 2011/0114573 describe the use of graphene in a filter medium;
В патенте США № 7419601 описано применение углеродных нанотрубок в форме сборной наносетки для удаления загрязнителей из текучей среды, при этом, углеродные нанотрубки либо присоединены, либо прикреплены к другим углеродным нанотрубкам, волокнам или частицам;US Pat. No. 7,419,601 describes the use of carbon nanotubes in the form of a prefabricated nanogrid to remove contaminants from a fluid, wherein the carbon nanotubes are either attached to or affixed to other carbon nanotubes, fibers or particles;
В публикации заявки на патент США № 2009/0142576 описана пленка из углеродных нанотрубок, расположенная на пористой подложке, и его применение в качестве фильтра;US Patent Application Publication No. 2009/0142576 describes a carbon nanotube film located on a porous substrate and its use as a filter;
В документе WO 2012/070886 описан фильтр для удаления из воздуха органических загрязнителей, который включает композиционный материал, состоящий из углеродных нанотрубок и катализатора, при этом, частицы катализатора имеют размер несколько нанометров и равномерно прикреплены к углеродным нанотрубкам;WO 2012/070886 describes a filter for removing organic pollutants from the air, which includes a composite material consisting of carbon nanotubes and a catalyst, wherein the catalyst particles are several nanometers in size and uniformly attached to the carbon nanotubes;
В публикации заявки на патент США № 2013/0042762 описан фильтр для газа, включающий камеру с нанотрубками, расположенными между впуском и выпуском, и порт, предназначенный для одновременного входа газа в нанотрубки и выхода из них через этот порт; иUS Patent Application Publication No. 2013/0042762 describes a gas filter including a chamber with nanotubes located between an inlet and outlet, and a port for simultaneous entry of gas into and out of the nanotubes through this port; And
В патенте США № 9078942 описана фильтрующая мембрана с покрытием из диоксида титана/одностеночных углеродных нанотрубок.US Pat. No. 9,078,942 describes a titanium dioxide/single wall carbon nanotube coated filter membrane.
[0007] Было бы желательно дальнейшее усовершенствование данного уровня фильтрационных сред в части создания новых материалов на основе нанотрубок, отличающихся улучшенной фильтрующей способностью и возможностью простой и быстрой регенерации с минимальными затратами энергии.[0007] It would be desirable to further improve this level of filtration media in terms of creating new materials based on nanotubes, characterized by improved filtration capacity and the ability to easily and quickly regenerate with minimal energy consumption.
СУЩНОСЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[0008] Фильтр для удаления загрязнителей из жидкой или газообразной среды, включающий тканый или нетканый лист из спутанных углеродных нанотрубок, характеризующихся наличием двух или более из следующих свойств: (i) диаметр около 2-20 нм, (ii) длина около 1-10 мм, (iii) плотность около 0,7-1,9 г/см3, (iv) аспектное отношение, по меньшей мере, около 250000, (v) растяжение до разрушения около 1,8-7% и (vi) удельная площадь поверхности около 100-300 м2/г, при этом, тканый или нетканый лист дополнительно включает вход для приема энергии от источника энергии.[0008] A filter for removing contaminants from a liquid or gaseous medium, comprising a woven or non-woven sheet of entangled carbon nanotubes having two or more of the following properties: (i) a diameter of about 2-20 nm, (ii) a length of about 1-10 mm, (iii) a density of about 0.7-1.9 g/cm 3 , (iv) an aspect ratio of at least about 250,000, (v) an elongation to failure of about 1.8-7%, and (vi) a specific a surface area of about 100-300 m 2 /g, while the woven or non-woven sheet further includes an input for receiving energy from the energy source.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0009] На фиг. 1 и 2 представлена система, предназначенная для формирования и сбора нетканого листа из спутанных углеродных нанотрубок в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;[0009] FIG. 1 and 2 show a system for forming and collecting an entangled carbon nanotube nonwoven sheet in accordance with one embodiment of the present invention;
[0010] На фиг. 2А представлена альтернативная система, предназначенная для формирования и сбора нетканого листа из спутанных углеродных нанотрубок в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;[0010] FIG. 2A shows an alternative system for forming and collecting an entangled carbon nanotube nonwoven sheet in accordance with one embodiment of the present invention;
[0011] На фиг 3 показан нетканый лист из спутанных углеродных нанотрубок, полученный при помощи системы, представленной на фиг. 1, 2 и 2А;[0011] FIG. 3 shows an entangled carbon nanotube nonwoven sheet produced using the system of FIG. 1, 2 and 2A;
[0012] На фиг. 4 показан фильтр, включающий нетканый лист из спутанных углеродных нанотрубок, полученный при помощи системы, представленной на фиг. 1, 2 и 2А;[0012] FIG. 4 shows a filter incorporating an entangled carbon nanotube non-woven sheet produced using the system shown in FIG. 1, 2 and 2A;
[0013] На фиг. 4А показан нетканый лист из спутанных углеродных нанотрубок фиг. 4, в сложенном состоянии;[0013] FIG. 4A shows the entangled carbon nanotube nonwoven sheet of FIG. 4, folded;
[0014] На фиг. 5 показан автомобиль, в котором может быть использован нетканый лист из спутанных углеродных нанотрубок, полученный при помощи системы, представленной на фиг. 1, 2 и 2А;[0014] FIG. 5 shows an automobile in which the entangled carbon nanotube nonwoven sheet produced by the system shown in FIG. 1, 2 and 2A;
[0015] На фиг. 6 представлен вид в боковом сечении части системы нагревания, вентиляции и кондиционирования воздуха (heating, ventilation and air conditioning, HVAC), предназначенной для использования в автомобиле фиг. 5; и[0015] FIG. 6 is a side sectional view of a portion of the heating, ventilation and air conditioning (HVAC) system for use in the vehicle of FIG. 5; And
[0016] На фиг. 7 представлен вид в боковом сечении фильтрующего модуля системы HVAC фиг. 6.[0016] FIG. 7 is a side sectional view of the filter module of the HVAC system of FIG. 6.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0017] Вообще, настоящим изобретением обеспечивается фильтр предназначенный для удаления загрязнителей из жидкой или газообразной среды, при этом, фильтр включает тканый или нетканый лист из спутанных углеродных нанотрубок, характеризующихся наличием одного или нескольких из следующих свойств: (i) диаметр около 2-20 нм или около 3-18 нм или около 4-15 нм или около 5-14 нм или около 6-12 нм или около 8-11 нм, (ii) длина около 1-10 мм или около 2-9 нм или около 3-8 нм или около 4-7 нм или около 5-6 нм, (iii) плотность около 0,7-1,9 г/см3 или около 0,75-1,8 г/см3 или около 0,8-1,7 г/см3 или около 1-1,6 г/см3 или около 1,1-1,5 г/см3, (iv) аспектное отношение, по меньшей мере, около 250000 или, по меньшей мере, около 350000 или, по меньшей мере, около 500000 или, по меньшей мере, около 600000, (v) растяжение до разрушения около 1,8-7% или около 2-6,5% или около 3-5%, и (vi) удельная площадь поверхности около 100-300 м2/г или около 125-275 м2/г или около 150-250 м2/г или около 175-225 м2/г, при этом, тканый или нетканый лист дополнительно включает вход для приема электроэнергии от источника энергии. В некоторых дополнительных вариантах осуществления изобретения, помимо перечисленных выше свойств, спутанные углеродные нанотрубки также могут быть охарактеризованы величиной прочности на растяжение около 2-3,2 ГПа или около 2,25-3 ГПа или около 2,5-2,8 ГПа и/или удельной прочности около 1800-2900 кН·М/кг или около 2000-2700 кН·М/кг или около 2200-2600 кН·М/кг.[0017] In general, the present invention provides a filter for removing contaminants from a liquid or gaseous medium, wherein the filter comprises a woven or non-woven sheet of entangled carbon nanotubes having one or more of the following properties: (i) a diameter of about 2-20 nm or about 3-18 nm or about 4-15 nm or about 5-14 nm or about 6-12 nm or about 8-11 nm, (ii) length about 1-10 mm or about 2-9 nm or about 3 -8 nm or about 4-7 nm or about 5-6 nm, (iii) density about 0.7-1.9 g/cm 3 or about 0.75-1.8 g/cm 3 or about 0.8 -1.7 g/cm 3 or about 1-1.6 g/cm 3 or about 1.1-1.5 g/cm 3 , (iv) an aspect ratio of at least about 250,000 or at least , about 350,000 or at least about 500,000 or at least about 600,000, (v) elongation to failure of about 1.8-7% or about 2-6.5% or about 3-5%, and ( vi) a specific surface area of about 100-300 m 2 /g or about 125-275 m 2 /g or about 150-250 m 2 /g or about 175-225 m 2 /g, wherein the woven or non-woven sheet further comprises input for receiving electricity from an energy source. In some additional embodiments of the invention, in addition to the properties listed above, entangled carbon nanotubes can also be characterized by a tensile strength value of about 2-3.2 GPa or about 2.25-3 GPa or about 2.5-2.8 GPa and/ or a specific strength of about 1800-2900 kN·M/kg or about 2000-2700 kN·M/kg or about 2200-2600 kN·M/kg.
[0018] Неожиданно было обнаружено, что особый тканый или нетканый лист из углеродных нанотрубок настоящего изобретения может быть эффективным образом использован в качестве сорбента для многочисленных загрязнителей, находящихся в жидкой и/или газообразной среде, и легко поддается регенерации на месте за несколько минут, например, менее 0,5 мин или менее 1 мин или менее 2 мин или менее 3 мин посредством подвода электроэнергии к нетканому листовому материалу. Тканый или нетканый лист из углеродных нанотрубок, изготовленный в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, способен эффективным образом излучать в дальней инфракрасной области под действием проходящего через него электрического тока. Благодаря этому имеет место нагревательное изделие, излучающее в дальней инфракрасной области во всех направлениях, которое само не нагревается, но вызывает испарение и/или разложение загрязнителей, находящихся в фильтре.[0018] Surprisingly, it has been found that the particular woven or non-woven carbon nanotube sheet of the present invention can be effectively used as a sorbent for numerous liquid and/or gaseous contaminants and is easily regenerated in situ in a few minutes, for example , less than 0.5 min or less than 1 min or less than 2 min or less than 3 min by supplying electricity to the nonwoven sheet material. A woven or non-woven carbon nanotube sheet manufactured in accordance with embodiments of the present invention is capable of emitting in the far infrared in an efficient manner when subjected to an electric current passing through it. This results in a far-infrared heating article in all directions, which itself does not heat up, but causes the pollutants present in the filter to evaporate and/or decompose.
[0019] Описываемый в настоящем документе фильтр может найти применение в различных областях, в том числе, помимо прочего, в домашнем хозяйстве (например, для фильтрации хозяйственно-бытовой воды и воздуха), в автомобильном транспорте (например, в качестве воздушного фильтра кабины/салона в системе вентиляции и кондиционирования (HVAC)), в сфере развлечений (например, для фильтрации окружающей среды), в промышленности (например, для восстановления растворителей, очистки реагентов), в государственном секторе (например, использование в военных целях, для очистки отходов) и в медицине (например, в операционных, помещениях с чистым воздухом, для дыхательных масок).[0019] The filter described herein may find use in a variety of applications, including, but not limited to, household (e.g., filtration of domestic water and air), automotive (e.g., as a cabin air filter / interior ventilation and air conditioning (HVAC)), entertainment (e.g. environmental filtration), industry (e.g. solvent recovery, chemical cleaning), public sector (e.g. military use, waste treatment ) and in medicine (e.g. in operating rooms, clean air rooms, for breathing masks).
[0020] Настоящим изобретением также обеспечивается способ очистки жидкой или газообразной среды, содержащей один или более загрязнителей, посредством приведения жидкой или газообразной среды в контакт с тканым или нетканым листом из углеродных нанотрубок в фильтре, описанном в настоящем документе. В одном из вариантов осуществления изобретения, способ очистки жидкой или газообразной среды включает приведение жидкой или газообразной среды в контакт с тканым или нетканым листом, при этом, углеродные нанотрубки присутствуют в тканом или нетканом листе в количестве, которого достаточно для уменьшения концентрации, по меньшей мере, одного загрязнителя в жидкой или газообразной среде, вступающей в контакт с тканым или нетканым листом. Выражение «уменьшение концентрации, по меньшей мере, одного загрязнителя» означает, что после обработки соответствующим изобретению фильтром содержание, по меньшей мере, одного загрязнителя уменьшается до уровня, который меньше, чем в необработанной жидкой или газообразной среде, например, меньше уровня максимального загрязнения, установленного соответствующими органами государственного регулирования или промышленными нормативами, определяющими стандарты качества конкретной жидкой или газообразной среды.[0020] The present invention also provides a method for purifying a liquid or gaseous medium containing one or more contaminants by contacting the liquid or gaseous medium with a woven or nonwoven carbon nanotube sheet in a filter described herein. In one of the embodiments of the invention, the method of purifying a liquid or gaseous medium includes bringing the liquid or gaseous medium into contact with a woven or nonwoven sheet, wherein carbon nanotubes are present in the woven or nonwoven sheet in an amount that is sufficient to reduce the concentration of at least , a single contaminant in a liquid or gaseous medium that comes into contact with a woven or nonwoven sheet. The expression "decrease in the concentration of at least one pollutant" means that after treatment with a filter according to the invention, the content of at least one pollutant is reduced to a level that is less than in an untreated liquid or gaseous medium, for example, less than the level of maximum pollution, established by the relevant government regulatory authorities or industry regulations that define the quality standards for a particular liquid or gaseous medium.
[0021] Следующие термины имеют следующее значение:[0021] The following terms have the following meanings:
[0022] Термин «включающий» и его производные не исключают присутствия любого дополнительного компонента, стадии или процедуры независимо от того, указаны ли таковые в настоящем документе. Напротив, термин «состоящий, по существу, из» в настоящем контексте исключает из последующего перечисления любой другой компонент, стадию или процедуру за исключением тех, которые несущественны для функционирования, и термин «состоящий из», если он используется, исключает любой компонент, стадию или процедуру, которые не описаны или перечислены специально. Термин «или», если не указано иное, относится к перечисленным элементам, индивидуально, а также в любом сочетании.[0022] The term "comprising" and its derivatives do not exclude the presence of any additional component, step, or procedure, whether or not specified herein. By contrast, the term "consisting essentially of" in the present context excludes from the ensuing listing any other component, step, or procedure except those that are not essential to the operation, and the term "consisting of," if used, excludes any component, step, or procedure. or procedure that is not specifically described or listed. The term "or", unless otherwise indicated, refers to the listed elements, individually, as well as in any combination.
[0023] Артикли «a» и «an» (в тексте на английском языке) указывают на наличие одного или нескольких грамматических объектов данного артикля.[0023] The articles "a" and "an" ( in the text in English ) indicate the presence of one or more grammatical objects of this article.
[0024] Выражения «в одном из вариантов осуществления», «в соответствии с одним из вариантов осуществления» и т.п., вообще, означают, что определенная отличительная особенность, структура или характеристика, описываемая вслед за этим выражением, включена, по меньшей мере, один аспект настоящего изобретения и может быть включена в несколько аспектов настоящего изобретения. Важно подчеркнуть, что такие выражения не обязательно относятся к одному и тому же аспекту.[0024] The expressions "in one of the embodiments", "in accordance with one of the embodiments", etc., generally mean that a certain feature, structure or characteristic described following this expression is included, at least at least one aspect of the present invention and may be included in more than one aspect of the present invention. It is important to emphasize that such expressions do not necessarily refer to the same aspect.
[0025] Если в описании указано, что некоторый компонент или некоторая отличительная особенность «может» или «могла бы» присутствовать или иметь определенную характеристику, это не означает, что именно этот компонент или отличительная особенность обязательно должен присутствовать или иметь эту характеристику.[0025] If the description indicates that some component or some distinctive feature “may” or “could” be present or have a certain characteristic, this does not mean that this particular component or distinctive feature must necessarily be present or have this characteristic.
[0026] В настоящем контексте термин «загрязнитель» относится к любому соединению и/или смеси соединений, рассматриваемых как нежелательные и/или вредные для среды, в которой находится это соединение и/или смесь соединений. Так, загрязнители, которые, в частности, охватываются этим определением, включают различные металлы, соли, кислоты и/или органические соединения, каждое из которых может присутствовать в газообразной среде (например, окружающем воздухе, технологическом воздухе) или жидкой среде (например, воде). Следует понимать, что надлежащие загрязнители могут быть без труда выявлены на практике специалистами в данной области. Однако, особенно предпочтительно, рассматриваемые загрязнители могут включать органические соединения, возможно, замещенные (например, помимо прочего, сырую нефть, очищенные углеводороды, хлороформ, ацетонитрил, бензол, метилизобутилкетон, изопропиловый спирт, н-бутиловый спирт, н-пропиловый спирт, этиленгликоль, диэтиленгликоль, 2-этоксиэтилацетат, метилэтилкетон, нафталин, пирен, антрацен, аценафтилен, фенатрен, хризен, флуорантен, флуорен, бензпирен, бензоантрацен, бензофлуорантен, иденопирен, дибензоантрацен, бензопарилен, хлорбензол, бромбензол, 1,2-дихлорбензол, 1,3-дибромбензол, 1,4-дихлорбензол, 1,2,4-трихлорбензол, гексахлорбензол, 2-хлорнафталин, 2-бромнафталин, 3,3'-дихлорбезидин, толуол, этилбензол, o-ксилол, м-ксилол, п-ксилол, дифенилметан, додецилбензол, мезителен, дурол и гексаметилбензол), металлы в элементарной форме (например, ртуть) или в ионной форме (например, Cu2+), кислоты (например, HNO3, H3PO4, H2SO4, молочная кислота и т.д.), основания (например, NaOH, KOH, HSO- и т.д.), галогены (например, Cl2 - , Cl- и т.д.), соли указанных выше кислот и оснований и множество других химических соединений, в том числе, лекарственные средства с небольшими молекулами (обычно, MW меньше 1000) и отравляющие вещества (например, зарин, зоман, VX, горчичный газ и люизит). Так, понятие «загрязнители» охватывает летучие органические соединения (volatile organic compounds, VOC), т.е., соединения с температурой кипения, меньшей или равной 216°C при атмосферном давлении, как определено в ASTM D 86-96.[0026] As used herein, the term "contaminant" refers to any compound and/or mixture of compounds considered undesirable and/or harmful to the environment in which the compound and/or mixture of compounds resides. Thus, contaminants specifically covered by this definition include various metals, salts, acids and/or organic compounds, each of which may be present in a gaseous medium (eg ambient air, process air) or a liquid medium (eg water ). It should be understood that appropriate contaminants can be easily identified in practice by experts in this field. However, particularly preferably, contaminants in question may include organic compounds, optionally substituted (for example, but not limited to, crude oil, refined hydrocarbons, chloroform, acetonitrile, benzene, methyl isobutyl ketone, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, n-propyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, 2-ethoxyethyl acetate, methyl ethyl ketone, naphthalene, pyrene, anthracene, acenaphthylene, fenathrene, chrysene, fluoranthene, fluorene, benzpyrene, benzoanthracene, benzofluoranthene, idenopyrene, dibenzoanthracene, benzoparylene, chlorobenzene, bromobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1, 3- dibromobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, hexachlorobenzene, 2-chloronaphthalene, 2-bromonaphthalene, 3,3'-dichlorobezidine, toluene, ethylbenzene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, diphenylmethane , dodecylbenzene, mesithene, durene and hexamethylbenzene), metals in elemental form (eg mercury) or in ionic form (eg Cu 2+ ), acids (eg HNO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , lactic acid etc.), bases (eg NaOH, KOH, HSO - etc.), halogens (eg Cl 2 - , Cl - etc.), salts of the above acids and bases, and many others chemical compounds, including drugs with small molecules (typically, MW less than 1000) and poisonous substances (for example, sarin, soman, VX, mustard gas and lewisite). Thus, the concept of "pollutants" covers volatile organic compounds (volatile organic compounds, VOC), ie, compounds with a boiling point less than or equal to 216°C at atmospheric pressure, as defined in ASTM D 86-96.
[0027] Теперь обратимся к фиг. 1 и 2, на которых, в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения, показана система 10 для сбора синтезированных нановолокон или наноматериалов, таких как нанотрубки, полученных в процессе CVD (chemical vapor deposition, химическое парофазное осаждение) в камере 11 синтеза, и для последующего формирования из нанотрубок сплошного тканого или нетканого, в данном варианте осуществления - нетканого, листа, который в соответствии с настоящим изобретением может быть применен в качестве фильтра. В частности, система 10 может быть использована для формирования, по существу, непрерывного нетканого листа, состоящего из плотно уложенных и спутанных нанотрубок и обладающего структурной целостностью, достаточной для обращения с ним как с листом.[0027] Referring now to FIG. 1 and 2, which, in accordance with one or more embodiments of the present invention, shows a system 10 for collecting synthesized nanofibers or nanomaterials, such as nanotubes, obtained in a CVD (chemical vapor deposition) process in a synthesis chamber 11, and for subsequent formation of nanotubes into a continuous woven or non-woven, in this embodiment, non-woven, sheet, which can be used as a filter in accordance with the present invention. In particular, the system 10 can be used to form a substantially continuous nonwoven sheet of tightly packed and entangled nanotubes and having sufficient structural integrity to be handled as a sheet.
[0028] Система 10 может быть соединена с камерой 11 синтеза. Камера 11 синтеза, вообще, включает: (i) входной конец, в который могут быть поданы реакционные газы, (ii) горячую зону, где может быть осуществлен синтез нанотрубок увеличенной длины, и (iii) выходной конец 114, из которого может выходить и где может быть собран продукт реакции, а именно, нанотрубки увеличенной длины и отходящие газы. В одном из вариантов осуществления изобретения камера 11 синтеза может включать кварцевую или керамическую трубку 115, проходящую через печь, и может иметь фланцы 117 на выходном конце 114 и входном конце для герметизации трубки 115. Хотя на фиг. 1 камера 11 синтеза показана в общих чертах, следует понимать, что ее конструкция может иметь другие конфигурации.[0028] The system 10 may be connected to the chamber 11 of the synthesis. Synthesis chamber 11 generally includes: (i) an inlet end into which reaction gases may be supplied, (ii) a hot zone where extended nanotube synthesis may be carried out, and (iii) an outlet end 114 from which both where the reaction product can be collected, namely, nanotubes of increased length and off-gases. In one embodiment, the synthesis chamber 11 may include a quartz or ceramic tube 115 extending through the furnace and may have flanges 117 at the outlet end 114 and the inlet end to seal the tube 115. Although in FIG. 1, the synthesis chamber 11 is shown in general terms, it should be understood that its construction may have other configurations.
[0029] Система 10 также включает корпус 52. Как показано на фиг. 1, корпус 52 может быть, по существу, герметичным, чтобы свести к минимуму выход в атмосферу потенциально опасных переносимых по воздуху частиц, присутствующих в камере 11 синтеза, и предотвратить поступление кислорода в систему 10 и, в частности, в камеру 11 синтеза. В особенности в камере 11 синтеза присутствие кислорода может отрицательно влиять на целостность и мешать производству нанотрубок.[0029] System 10 also includes housing 52. As shown in FIG. 1, the housing 52 may be substantially sealed to minimize the release to the atmosphere of potentially hazardous airborne particles present in the synthesis chamber 11 and to prevent the entry of oxygen into the system 10 and, in particular, into the synthesis chamber 11. Especially in the synthesis chamber 11, the presence of oxygen can adversely affect the integrity and interfere with the production of nanotubes.
[0030] Система 10 также может включать впуск 13 для соединения с фланцами 117 на выходном конце 114 камеры 11 синтеза, по существу, герметично. В одном из вариантов осуществления изобретения впуск 13 может включать, по меньшей мере, один газоотвод 131, через который из корпуса 52 могут выходить газы и тепло. Газ, выходящий через газоотвод 131, может быть пропущен через жидкость, такую как вода, или фильтр с целью сбора наноматериалов, не собранных по потоку до газоотвода 131. Кроме этого, отходящий газ может быть подвергнут обработке аналогично описанному выше. В частности, отходящий газ может быть обработан пламенем для дезактивации различных компонентов отходящего газа, например, реакционноспособный водород в отходящем газе может быть окислен до воды.[0030] The system 10 may also include an inlet 13 for connection with flanges 117 at the outlet end 114 of the synthesis chamber 11 in a substantially hermetic manner. In one embodiment, the inlet 13 may include at least one gas outlet 131 through which gases and heat may escape from the housing 52. The gas exiting the gas outlet 131 may be passed through a liquid such as water or a filter to collect nanomaterials not collected downstream of the outlet 131. In addition, the off-gas may be treated in a manner similar to that described above. In particular, the off-gas can be flame-treated to deactivate various components of the off-gas, for example, reactive hydrogen in the off-gas can be oxidized to water.
[0031] Система 10 также может включать движущуюся поверхность, такую как конвейерная лента 14, расположенную у впуска 13 и предназначенную для сбора и транспортировки наноматериалов (т.е., нанотрубок) от выходного конца 114 камеры 11 синтеза. С целью сбора наноматериалов лента 14 может быть расположена под углом, по существу, перпендикулярно потоку газа, выносящему наноматериалы из выходного конца 114, чтобы наноматериалы осаждались на ленте 14. В одном из вариантов осуществления изобретения лента 14 может быть расположена, по существу, перпендикулярно потоку газа и может быть по своей природе пористой, чтобы поток газа, выносящий материалы, проходил сквозь нее и выходил из камеры 11 синтеза. Кроме этого, поток газа из камеры 11 синтеза может выходить через газоотвод 131 во впуске 13. Кроме этого, лента 14 может быть изготовлена из ферромагнитного материала с тем, чтобы притягивать к себе наноматериалы.[0031] The system 10 may also include a moving surface, such as a conveyor belt 14 located at the inlet 13 and designed to collect and transport nanomaterials (ie, nanotubes) from the outlet end 114 of the synthesis chamber 11. To collect nanomaterials, belt 14 may be positioned at an angle substantially perpendicular to the gas flow carrying nanomaterials out of outlet end 114 so that nanomaterials are deposited on belt 14. In one embodiment, belt 14 may be positioned substantially perpendicular to the flow. gas and may be inherently porous so that the gas flow carrying out materials passes through it and exits the synthesis chamber 11 . In addition, the gas flow from the synthesis chamber 11 may exit through the gas outlet 131 in the inlet 13. In addition, the tape 14 may be made of a ferromagnetic material so as to attract nanomaterials to itself.
[0032] Для отведения наноматериалов от впуска 13 системы 10, лента 14 может быть замкнутой, подобно обычно конвейерной ленте. Таким образом, лента 14 может образовывать петлю вокруг противоположных вращающихся элементов 141 и может приводиться в движение механическим устройством, таким как электромотор 142, в направлении по часовой стрелке, как показано стрелками 143. В качестве альтернативы, в качестве движущейся поверхности для транспортировки наноматериалов может быть использован барабан (не показан). Барабан также может приводиться в движение механическим устройством, таким как электромотор 142. В одном из вариантов осуществления изобретения управление электромотором 142 может осуществляться при помощи системы управления, подобной используемой в контексте механических приводов (не показано), обеспечивающей оптимальное натяжение и скорость.[0032] To divert nanomaterials from the inlet 13 of the system 10, the belt 14 may be closed, similar to a conventional conveyor belt. Thus, the belt 14 may loop around the opposing rotating elements 141 and may be driven by a mechanical device such as an electric motor 142 in a clockwise direction as indicated by arrows 143. Alternatively, as a moving surface for transporting nanomaterials, used drum (not shown). The drum may also be driven by a mechanical device such as an electric motor 142. In one embodiment of the invention, the electric motor 142 may be controlled by a control system similar to that used in the context of mechanical drives (not shown) to provide optimum tension and speed.
[0033] Как показано на фиг. 1, система 10 включает устройство приложения давления, такое как валок 15, расположенный вблизи ленты 14 и прикладывающий к собранным наноматериалам уплотняющее усилие (т.е., давление). В частности, по мере поступления наноматериалов к валку 15, они могут проходить под валком 15, непосредственно контактируя с ним, таким образом, к спутанным наноматериалам может быть приложено давление, в результате чего наноматериалы спрессовываются между лентой 14 и валком 15 с образованием сцепленного консолидированного плоского нетканого листа (см. фиг. 2). Для увеличения давления на наноматериалы на ленте 14 за лентой 14 может быть расположена пластина 144, обеспечивающая твердую поверхность, на которую может оказывать давление валок 15. Нужно отметить, что использование валка 15 может быть необязательным, если собранных наноматериалов много, и они достаточно спутаны, так что имеется адекватное количество точек контакта, обеспечивающих необходимую прочность соединения для образования нетканого листа 16.[0033] As shown in FIG. 1, system 10 includes a pressure application device, such as roller 15, positioned proximate belt 14 and applying a compacting force (ie, pressure) to the collected nanomaterials. In particular, as the nanomaterials arrive at roller 15, they can pass under roller 15 in direct contact with it, thus pressure can be applied to the entangled nanomaterials, causing the nanomaterials to be pressed between belt 14 and roller 15 to form an interlocked consolidated flat nonwoven sheet (see Fig. 2). To increase the pressure on the nanomaterials on the belt 14, a plate 144 can be positioned behind the belt 14 to provide a hard surface against which the roller 15 can exert pressure. so that there is an adequate number of contact points to provide the necessary bond strength to form the nonwoven sheet 16.
[0034] Для отделения нетканого листа 16 из спутанных наноматериалов от ленты 14 с целью последующего выведения из корпуса 52, по потоку после валка 15 может быть расположен нож или режущая пластина 17, кромка которой прилегает к поверхности 145 ленты 14. Таким образом, по мере продвижения нетканого листа 16 за валок 15, режущая пластина 17 может поднимать нетканый лист 16 над поверхностью 145 ленты 14.[0034] In order to separate the nonwoven sheet 16 of entangled nanomaterials from the tape 14 for the purpose of subsequent removal from the housing 52, a knife or cutting plate 17 can be located downstream of the roller 15, the edge of which is adjacent to the surface 145 of the tape 14. Thus, as advancing the nonwoven sheet 16 past the roll 15, the cutting insert 17 may lift the nonwoven sheet 16 over the surface 145 of the belt 14.
[0035] Кроме этого, по потоку после режущей пластины 17 может быть установлена катушка или валок 18, и отделенный нетканый лист 16 может быть направлен на валок 18 и намотан на него с целью сбора. В одном из вариантов осуществления изобретения валок 18 может быть изготовлен из ферромагнитного материала с тем, чтобы притягивать к себе наноматериалы нетканого листа 16. Конечно, могут быть использованы другие механизмы при условии, что нетканый лист 16 может быть собран с целью последующего выведения из корпуса 52. Валок 18, как и лента 14, может приводиться в движение механическим приводом, таким как электромотор 181, и ось его вращения может быть, по существу, перпендикулярна направлению движения нетканого листа 16.[0035] In addition, a spool or roll 18 may be installed downstream of the cutting insert 17, and the separated nonwoven sheet 16 may be directed to and wound around the roll 18 for collection. In one embodiment, the roll 18 may be made of a ferromagnetic material so as to attract the nanomaterials of the nonwoven sheet 16 to itself. Of course, other mechanisms may be used, provided that the nonwoven sheet 16 can be collected for the purpose of subsequent removal from the housing 52 The roller 18, like the belt 14, can be driven by a mechanical drive, such as an electric motor 181, and its axis of rotation can be substantially perpendicular to the direction of movement of the nonwoven sheet 16.
[0036] Для сведения к минимуму сцепления нетканого листа 16 с самим собой при наматывании вокруг валка 18, на одну сторону нетканого листа 16 до наматывания листа 16 на валок 18 может быть наложен разделительный материал 19 (см. фиг. 2). Разделительный материал 19, используемый в контексте настоящего изобретения, может представлять собой один из множества имеющихся в продаже металлических или полимерных листов, которые пригодны для непрерывной подачи 191. С этой целью разделительный материал втягивается вместе с нетканым листом на валок 18 по мере того, как лист 16 наматывается на валок 18. Нужно отметить, что содержащий полимер разделительный материал 19 может иметь форму листа, жидкости или другую форму при условии, что он может быть нанесен на одну сторону нетканого листа 16. Кроме этого, поскольку спутанные наноматериалы в составе нетканого листа 16 могут содержать каталитические наночастицы ферромагнитного материала, такого как Fe, Co, Ni и т.д., в одном из вариантов осуществления изобретения разделительный материал 19 может представлять собой немагнитный материал, например, электропроводный или иной, чтобы исключить сильное соединение нетканого листа 16 и разделительного материала 19.[0036] To minimize adhesion of nonwoven sheet 16 to itself when wound around roll 18, a release material 19 may be applied to one side of nonwoven sheet 16 prior to winding sheet 16 onto roll 18 (see FIG. 2). The release material 19 used in the context of the present invention may be one of a variety of commercially available metal or polymer sheets that are suitable for continuous feed 191. To this end, the release material is drawn along with the nonwoven sheet onto roller 18 as the sheet 16 is wound onto roll 18. It should be noted that the polymer-containing spacer material 19 may be in the form of a sheet, liquid, or other form, as long as it can be applied to one side of the nonwoven sheet 16. In addition, since the entangled nanomaterials in the composition of the nonwoven sheet 16 may contain catalytic nanoparticles of a ferromagnetic material such as Fe, Co, Ni, etc., in one of the embodiments of the invention, the spacer material 19 may be a non-magnetic material, for example, electrically conductive or otherwise, in order to avoid strong bonding of the non-woven sheet 16 and the spacer material 19.
[0037] Кроме этого, система 10 может быть снабжена системой управления (не показана) для надлежащего регулирования скорости вращения механических приводов 142 и 181. В одном из вариантов осуществления изобретения система управления может предусматривать получение данных от датчиков положения, таких как оптические кодовые датчики, установленных на каждом механическом приводе 142 и 181. Затем, на основании полученных данных система управления может при помощи алгоритма управления модифицировать мощность, подаваемую на каждый привод, с целью управления скоростью вращения каждого привода в соответствии со скоростью сбора нанотрубок на ленте 14, чтобы исключить нарушение целостности нетканого листа при наматывании на катушку. Кроме этого, система управления может воздействовать на синхронизацию скорости вращения валка 18 и движения ленты 14. В одном из вариантов осуществления изобретения натяжение нетканого листа 16 может быть перенастроено в режиме реального времени в зависимости от величин скорости, таким образом, натяжение между лентой 14 и валком 18 может поддерживаться равным заданной величине.[0037] In addition, system 10 may be provided with a control system (not shown) to properly control the rotational speed of mechanical actuators 142 and 181. In one embodiment, the control system may include receiving data from position sensors such as optical encoders, installed on each mechanical drive 142 and 181. Then, based on the received data, the control system can, using the control algorithm, modify the power supplied to each drive, in order to control the rotation speed of each drive in accordance with the speed of collection of nanotubes on the tape 14, in order to eliminate violation integrity of the non-woven sheet when wound on a spool. In addition, the control system can influence the timing of the speed of rotation of the roll 18 and the movement of the belt 14. 18 can be maintained equal to the set value.
[0038] Если нужно, система управления также может изменять соотношение скоростей валка 18 и ленты 14 с целью управления намоткой нетканого листа на валок 18. Кроме этого, система управления может немного смещать валок 18 вперед-назад вдоль его оси для выравнивания нетканого листа 16 на валке 18.[0038] If desired, the control system may also vary the speed ratio of roller 18 and belt 14 to control winding of the nonwoven sheet onto roller 18. In addition, the control system may move roller 18 back and forth slightly along its axis to align nonwoven sheet 16 on roll 18.
[0039] В необходимой степени электростатическое поле (не показано) также может быть применено для выравнивания нанотрубок, получаемых в камере 11 синтеза, приблизительно, в направлении движения ленты. Электростатическое поле может быть создано, например, посредством размещения двух или более электродов по окружности вокруг выходного конца 114 камеры 11 синтеза и подведения к электродам высокого напряжения. Напряжение может лежать в диапазоне от около 10 В до около 100 кВ, предпочтительно, от около 4 кВ до около 6 кВ. Если нужно, электроды могут быть экранированы изолятором, таким как небольшой кварцевый или другой надлежащий изолятор. Наличие электрического поля может вызвать движение в нем нанотрубок, по существу, выравнивающихся в поле и, таким образом, выравнивание нанотрубок на движущейся ленте 14.[0039] To the extent necessary, an electrostatic field (not shown) can also be applied to align the nanotubes produced in the synthesis chamber 11 approximately in the direction of the ribbon. An electrostatic field can be created, for example, by placing two or more electrodes in a circle around the outlet end 114 of the synthesis chamber 11 and applying a high voltage to the electrodes. The voltage may range from about 10 V to about 100 kV, preferably from about 4 kV to about 6 kV. If desired, the electrodes may be shielded with an insulator such as a small quartz or other suitable insulator. The presence of an electric field can cause the nanotubes to move in it, essentially aligning in the field and thus aligning the nanotubes on the moving belt 14.
[0040] Выравнивание нанотрубок также может быть осуществлено посредством химических и/или физических процессов. Например, нетканые нанотрубки могут быть немного разрыхлены химикатом(ами) и физически вытянуты с целью выравнивания нанотрубок, по существу, в заданном направлении.[0040] Alignment of nanotubes can also be accomplished through chemical and/or physical processes. For example, non-woven nanotubes can be slightly loosened with chemical(s) and physically stretched to align the nanotubes in a substantially desired direction.
[0041] В одном из альтернативных вариантов осуществления изобретения, как показано на фиг. 2А, для сбора наноматериалов может быть использован модифицированный корпус. Модифицированный корпус 52 на фиг. 2А может включать впуск 13, через который наноматериалы поступают из камеры 11 синтеза системы 10, и выпуск 131, через который нетканый лист 16 может быть выведен из корпуса 52. В одном из вариантов осуществления изобретения корпус 52 может быть выполнен, по существу, герметичным для сведения к минимуму выхода в атмосферу потенциально опасных переносимых по воздуху частиц, присутствующих в камере 11 синтеза, и предотвращения поступления кислорода в систему 10 и, в частности, в камеру 11 синтеза. В особенности в камере 11 синтеза присутствие кислорода может отрицательно влиять на целостность и мешать производству нанотрубок.[0041] In one alternative embodiment of the invention, as shown in FIG. 2A, a modified housing can be used to collect nanomaterials. The modified housing 52 in FIG. 2A may include an inlet 13 through which the nanomaterials enter from the synthesis chamber 11 of the system 10 and an outlet 131 through which the nonwoven sheet 16 may be led out of the housing 52. In one embodiment of the invention, the housing 52 may be substantially sealed to minimizing the release into the atmosphere of potentially harmful airborne particles present in the synthesis chamber 11 and preventing the entry of oxygen into the system 10 and, in particular, into the synthesis chamber 11. Especially in the synthesis chamber 11, the presence of oxygen can adversely affect the integrity and interfere with the production of nanotubes.
[0042] Корпус 52, показанный на фиг. 2А, может дополнительно включать узел 145, имеющий движущуюся поверхность, такую как лента 14. Как показано на фигуре, лента 14 может располагаться у впуска 13 с целью сбора и транспортировки наноматериалов, т.е., нанотрубок, поступающих из камеры 11 синтеза в корпус 52. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2А, лента 14 и, таким образом, узел 145 могут быть расположены, по существу, параллельно потоку газа, выносящему наноматериалы, поступающие в корпус 52 через впуск 13, чтобы наноматериалы осаждались на ленте 14. В одном из вариантов осуществления изобретения лента 14 может быть изготовлена с использованием магнитного материала, способного притягивать к себе наноматериалы. Этот материал может быть разным в зависимости от катализатора, с использованием которого изготовлены нанотрубки. Например, если наноматериалы произведены с использованием частиц железного катализатора, магнитный материал может представлять собой ферромагнитный материал.[0042] Housing 52 shown in FIG. 2A may further include an assembly 145 having a moving surface, such as a belt 14. As shown in the figure, a belt 14 may be located at the inlet 13 for the purpose of collecting and transporting nanomaterials, i.e., nanotubes, coming from the synthesis chamber 11 into the housing. 52. In the embodiment of the invention shown in FIG. 2A, belt 14, and thus assembly 145, may be positioned substantially parallel to the gas flow carrying nanomaterials entering housing 52 through inlet 13 so that the nanomaterials are deposited on belt 14. In one embodiment, belt 14 may be made using a magnetic material capable of attracting nanomaterials to itself. This material can be different depending on the catalyst with which the nanotubes are made. For example, if the nanomaterials are produced using iron catalyst particles, the magnetic material may be a ferromagnetic material.
[0043] Чтобы отводить наноматериалы от впуска 13 корпуса 52, лента 14 может быть, по существу, замкнутой, подобно обычно конвейерной ленте. Таким образом, в одном из вариантов осуществления изобретения лента 14 может образовывать петлю вокруг противоположных вращающихся элементов 141 и может приводиться в движение механическим устройством, таким как зубчатое зацепление 143, движимым мотором, расположенным, например, в положении 142. Кроме этого, лента 14 может быть наделена возможностью смещения от одной стороны корпуса 52 к противоположной стороне корпуса 52 перед впуском 13 в направлении, по существу, перпендикулярном потоку наноматериалов через впуск 13. Благодаря такой возможности ленты 14, на ленте 14 может быть создан относительно широкий нетканый лист 16, то есть, относительно шире, чем поток наноматериалов, поступающий в корпус 52. Для обеспечения возможности смещения ленты 14 из стороны в сторону может быть предусмотрено наличие смещающего зубчатого зацепления 144, смещающего узел 145, на котором могут быть установлены валки 141 и лента 14.[0043] To divert nanomaterials away from inlet 13 of housing 52, belt 14 may be substantially closed, similar to a conventional conveyor belt. Thus, in one embodiment of the invention, the belt 14 may loop around the opposing rotating elements 141 and may be driven by a mechanical device, such as a gearing 143, driven by a motor located at position 142, for example. In addition, the belt 14 may be provided with the ability to move from one side of the body 52 to the opposite side of the body 52 in front of the inlet 13 in a direction substantially perpendicular to the flow of nanomaterials through the inlet 13. Due to this ability of the tape 14, a relatively wide nonwoven sheet 16 can be created on the tape 14, that is , relatively wider than the flow of nanomaterials entering the housing 52. To enable the belt 14 to be shifted from side to side, a biasing gearing 144 can be provided to bias the assembly 145 on which the rolls 141 and the belt 14 can be mounted.
[0044] Когда на ленту 14 нанесено такое количество наноматериалов, которого достаточно для получения нетканого листа 16 надлежащей толщины, нетканый лист 16 может быть выведен из корпуса 52, показанного на фиг. 2А. Для выведения нетканого листа 16 система 10 может быть остановлена, и нетканый лист 16 снят с ленты 14 вручную и вынут из корпуса 52 через выпуск 131. Для облегчения снятия узел 145, включая различные зубчатые зацепления, может быть установлен на сдвижном механизме, таком как подвижная консоль 146, таким образом, узел 145 может быть вытянут из корпуса 52 через выпуск 131. Когда нетканый лист 16 снят, узел 145 может быть возвращен в корпус 52 на подвижной консоли 146. После этого выпуск 131 может быть закрыт для обеспечения в корпусе 52, по существу, герметичной атмосферы для следующего цикла.[0044] When the amount of nanomaterials applied to the tape 14 is sufficient to produce a nonwoven sheet 16 of the proper thickness, the nonwoven sheet 16 can be withdrawn from the housing 52 shown in FIG. 2A. To withdraw the nonwoven sheet 16, the system 10 may be stopped and the nonwoven sheet 16 removed from the web 14 by hand and removed from the housing 52 through the outlet 131. To facilitate removal, the assembly 145, including various gears, may be mounted on a sliding mechanism, such as a movable console 146, so that the assembly 145 can be pulled out of the housing 52 through the outlet 131. When the nonwoven sheet 16 is removed, the assembly 145 can be returned to the housing 52 on the movable console 146. After that, the outlet 131 can be closed to provide in the housing 52, an essentially sealed atmosphere for the next cycle.
[0045] В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения нетканые листы из углеродных наноматериалов могут быть созданы посредством процесса CVD с использованием системы 10, показанной на фиг. 1, 2 и 2А, и характеризуются наличием одного или нескольких из следующих свойств: (i) диаметр около 2-20 нм или около 6-15 нм или около 7-10 нм, (ii) длина около 1-10 мм или около 2-8 нм или около 3-6 нм, (iii) плотность около 0,7-9 г/см3 или около 0,8-7 г/см3 или около 0,9-5 г/см3, (iv) аспектное отношение, по меньшей мере, около 250000 или, по меньшей мере, около 500000 или, по меньшей мере, около 750000 или, по меньшей мере, около 1000000, (v) удельная площадь поверхности около 100-300 м2/г или около 150-250 м2/г или около 175-200 м2/г. Нанотрубки получены в газовой фазе и осаждены на движущуюся ленту, как указано выше. Для получения нетканого листа с указанной выше плотностью может потребоваться множество слоев. Один из примеров такого нетканого листа показан на фиг. 3 в форме изделия 30.[0045] In accordance with one embodiment of the invention, carbon nanomaterial nonwoven sheets can be created through a CVD process using the system 10 shown in FIG. 1, 2 and 2A and are characterized by having one or more of the following properties: (i) a diameter of about 2-20 nm or about 6-15 nm or about 7-10 nm, (ii) a length of about 1-10 mm or about 2 -8 nm or about 3-6 nm, (iii) density about 0.7-9 g/cm 3 or about 0.8-7 g/cm 3 or about 0.9-5 g/cm 3 , (iv) aspect ratio of at least about 250,000 or at least about 500,000 or at least about 750,000 or at least about 1,000,000, (v) a specific surface area of about 100-300 m 2 /g or about 150-250 m2 /g or about 175-200 m2 /g. Nanotubes are produced in the gas phase and deposited on a moving belt as described above. To obtain a non-woven sheet with the above density may require multiple layers. One example of such a nonwoven sheet is shown in FIG. 3 in the form of article 30.
[0046] Нетканый лист 30 может быть изготовлен либо из одностенных (single wall nanotubes, SWNT), либо из многостенных (multiwall nanotubes, MWNT) углеродных нанотрубок и является электропроводным. Следовательно, нетканый лист 30 может быть быстро нагрет посредством подвода электроэнергии при наличии электрического соединения с нетканым листом. Нетканый лист 30, изготовленный в системе 10, также может, по существу, состоять из чистых углеродных нанотрубок и может сохранять форму, по существу, без связующих агентов. Способность нетканого листа 30 сохранять форму может быть следствием приложения к спутанным углеродным нанотрубками давления при помощи валка 15 (см. выше) с целью сжатия нанотрубок между лентой 14 и валком 15 с образованием сцепленного консолидированного плоского нетканого листа. Что касается степени чистоты, нужно отметить, что хотя может быть изготовлен нетканый лист, состоящий, по существу, из чистых углеродных нанотрубок, также могут быть использованы нетканые листовые материалы, содержащие в углеродных нанотрубках, изготовленных способом CVD, остаточное количество катализатора. Обычно, остаточное количество катализатора (т.е., металлического катализатора) в таких нетканых листах может быть менее около 2 атомных процентов. Использование нетканого листа с остаточным количеством катализатора может способствовать снижению общих затрат на переработку.[0046] The nonwoven sheet 30 can be made from either single wall (single wall nanotubes, SWNT) or multiwall (multiwall nanotubes, MWNT) carbon nanotubes and is electrically conductive. Therefore, the nonwoven sheet 30 can be rapidly heated by supplying electric power while having an electrical connection with the nonwoven sheet. The nonwoven sheet 30 made in the system 10 may also be substantially pure carbon nanotubes and may retain its shape substantially without binding agents. The ability of the nonwoven sheet 30 to retain its shape may be due to the application of pressure to the entangled carbon nanotubes by roller 15 (see above) to compress the nanotubes between the ribbon 14 and roller 15 to form an interlocked consolidated flat nonwoven sheet. With regard to the degree of purity, it should be noted that although a non-woven sheet consisting essentially of pure carbon nanotubes can be made, non-woven sheet materials containing a residual amount of catalyst in the carbon nanotubes produced by the CVD process can also be used. Typically, the residual amount of catalyst (ie, metal catalyst) in such nonwoven sheets may be less than about 2 atom percent. The use of a non-woven sheet with a residual amount of catalyst can help reduce overall processing costs.
[0047] Благодаря особенностям теплопроводности, нетканый лист 30 также может обеспечивать тепловую защиту, будучи теплопроводным в плоскости листа 30, однако, не являясь теплопроводным в направлении, по существу, перпендикулярном этой плоскости. Кроме этого, поскольку углеродные нанотрубки могут быть, по существу, стойкими к окислению при высокой температуре, нетканый лист 30, изготовленный из углеродных нанотрубок, вообще, может выдерживать (то есть, не гореть) температуру до около 500°С.[0047] Due to its thermal conductivity properties, the nonwoven sheet 30 can also provide thermal protection by being thermally conductive in the plane of the sheet 30, however, not being thermally conductive in a direction substantially perpendicular to that plane. In addition, since carbon nanotubes can be substantially resistant to high temperature oxidation, the nonwoven sheet 30 made from carbon nanotubes can generally withstand (ie, not burn) temperatures up to about 500°C.
[0048] Источники электроэнергии (например, солнечная батарея или генератор) могут быть соединены с нетканым листом настоящего изобретения любым надлежащим образом. В одном из вариантов осуществления изобретения соединение со входом, таким как один или более соединительных проводов, может быть выполнено механически, например, посредством обжатия. В другом варианте осуществления изобретения для обеспечения надлежащего входа или соединительного провода на нетканый материал может быть нанесен электропроводный материал, такой как серебряная краска. В другом варианте осуществления изобретения между нетканым листом и металлическим соединительным проводом или иным надлежащим входом может быть нанесен стеклоуглеродный прекурсор с целью повышения электропроводности между нанотрубками нетканого листа и металлическим соединительным проводом или иным надлежащим входом.[0048] Power sources (eg, a solar panel or a generator) may be connected to the nonwoven sheet of the present invention in any appropriate manner. In one of the embodiments of the invention, the connection to the input, such as one or more connecting wires, can be made mechanically, for example, by crimping. In another embodiment of the invention, an electrically conductive material, such as silver paint, may be applied to the nonwoven to provide a proper lead or connecting wire. In another embodiment of the invention, a glassy carbon precursor may be applied between the nonwoven sheet and the metal lead wire or other suitable inlet to increase the electrical conductivity between the nanotubes of the nonwoven sheet and the metal lead wire or other suitable inlet.
[0049] Обратимся к фиг. 4, на которой показан фильтр 40, такой как воздушный фильтр, включающий один или более тканых или нетканых листов 51 из углеродных нанотрубок в соответствии с настоящим изобретением. Фильтр, как правило, имеет корпус, определяющий наличие траектории потока между впуском и выпуском, а тканый или нетканый лист 51 из углеродных нанотрубок расположен перпендикулярно траектории потока так, чтобы газообразная среда, содержащая один или более загрязнителей, проходила сквозь тканый или нетканый лист и углеродные нанотрубки с целью адсорбции загрязнителей.[0049] Referring to FIG. 4 showing a filter 40, such as an air filter, including one or more carbon nanotube woven or nonwoven sheets 51 in accordance with the present invention. The filter typically has a housing defining a flow path between inlet and outlet, and the woven or non-woven carbon nanotube sheet 51 is positioned perpendicular to the flow path so that a gaseous medium containing one or more contaminants passes through the woven or non-woven sheet and carbon nanotubes to adsorb pollutants.
[0050] Так, фильтр 40 снабжен корпусом, состоящим из основной части 42, например, трубчатой, закрытой на одном конце стенкой 44 впускного конца и на противоположном конце - стенкой 46 выпускного конца. В стенке 44 впускного конца имеется один или более впускных каналов 45, тогда как в стенке выпускного конца имеется один или более выпускных каналов 47.[0050] Thus, the filter 40 is provided with a housing consisting of a main body 42, for example, tubular, closed at one end by an inlet end wall 44 and at the opposite end by an outlet end wall 46. Inlet end wall 44 has one or more inlet channels 45, while outlet end wall has one or more outlet channels 47.
[0051] Соосно вдоль внутренней поверхности трубчатой основной части 42 между стенкой 44 впускного конца и стенкой 46 выпускного конца расположена одна или более кольцевых полостей или камер 48. В представленном варианте осуществления изобретения между стенкой 44 впускного конца и стенкой 46 выпускного конца имеется одна кольцевая камера 48. В вариантах осуществления изобретения с более, чем одной, кольцевой камерой 48 идущие радиально разделительные стенки (не показаны) могут быть размещены с отступом друг от друга в направлении оси 100 потока. Очевидно, что ось 100 потока параллельна продольной оси фильтра 40 в целом.[0051] One or more annular cavities or chambers 48 are located coaxially along the inner surface of the tubular body 42 between the inlet end wall 44 and the outlet end wall 46. In the illustrated embodiment, there is one annular chamber between the inlet end wall 44 and the outlet end wall 46 48. In embodiments with more than one annular chamber 48, radially extending dividing walls (not shown) may be spaced apart in the direction of the flow axis 100. Obviously, the flow axis 100 is parallel to the longitudinal axis of the filter 40 as a whole.
[0052] В каждой камере 48 может находиться, по меньшей мере, один тканый или нетканый лист 51 из углеродных нанотрубок, окруженный стенками 44, 46 впускного и выпускного конца и внутренней поверхностью 42а трубчатой основной части 42, ограничивающей каждую камеру, на которые он также может опираться. Тонкие пористые элементы 52, 54 могут быть расположены внутри или вблизи стенок 44, 46 впускного и выпускного концов с целью удерживания тканого или нетканого листа 51 внутри корпуса. В некоторых вариантах осуществления изобретения тонкий(ие) пористый(ые) элемент(ы) может представлять собой фильтр частиц, предназначенный для улавливания тонкодисперсной пыли. Тканый или нетканый лист 51, размещенный в камере 48, может иметь любую надлежащую конфигурацию при условии, что газообразная среда проходит сквозь тканый или нетканый лист 51, например, помимо прочего, плоскую конфигурацию (т.е., первое и второе измерения, по существу, больше, например, по меньшей мере, в 1000 раз больше, чем третье измерение) или складчатую (ребристую) конфигурацию (см. фиг. 4А). Следовательно, загрязненная газообразная среда, поступающая через впуск 45, проходит сквозь тканый или нетканый лист 51, на котором адсорбируется, по меньшей мере, один загрязнитель, и выходит через выпуск 47 в форме газообразной среды с уменьшенной концентрацией, по меньшей мере, одного загрязнителя.[0052] Each chamber 48 may contain at least one woven or non-woven carbon nanotube sheet 51 surrounded by inlet and outlet end walls 44, 46 and the inner surface 42a of the tubular body 42 delimiting each chamber, to which it also can lean. Thin porous elements 52, 54 may be located within or near the walls 44, 46 of the inlet and outlet ends for the purpose of holding the woven or nonwoven sheet 51 within the housing. In some embodiments of the invention, the thin(s) porous(s) element(s) may be a particle filter designed to trap fine dust. The woven or nonwoven sheet 51 placed in the chamber 48 may have any suitable configuration, provided that the gaseous medium passes through the woven or nonwoven sheet 51, such as, but not limited to, a flat configuration (i.e., the first and second dimensions are essentially , greater, for example, at least 1000 times greater than the third dimension) or a folded (ribbed) configuration (see Fig. 4A). Therefore, the contaminated gaseous medium entering through the inlet 45 passes through the woven or nonwoven sheet 51, on which at least one contaminant is adsorbed, and exits through the outlet 47 in the form of a gaseous medium with a reduced concentration of at least one pollutant.
[0053] В одном из вариантов осуществления изобретения тканый или нетканый лист из углеродных нанотрубок способен испускать энергию инфракрасного излучения и включает вход 58 для приема энергии от источника энергии. Так, источник энергии соединен электрической связью с тканым или нетканым листом 51 из углеродных нанотрубок посредством входа 58. Электроэнергия может подаваться от источника энергии к тканому или нетканому листу 51 периодически или с запрограммированными интервалами. Ток, проходящий по тканому или нетканому листу 51, вызывает быстрое увеличение температуры адсорбированных на нем загрязнителей и, следовательно, десорбцию или разложение загрязнителей на тканом или нетканом листе и их возвращение в протекающую газообразную среду. Таким образом, фильтр 40 может быть быстро и эффективно регенерирован на месте с использованием минимального количества энергии.[0053] In one embodiment, the carbon nanotube woven or nonwoven sheet is capable of emitting infrared energy and includes an input 58 for receiving energy from an energy source. Thus, the power source is electrically coupled to the woven or nonwoven carbon nanotube sheet 51 via input 58. Electrical power may be supplied from the power source to the woven or nonwoven sheet 51 intermittently or at programmed intervals. The current passing through the woven or nonwoven sheet 51 causes the contaminants adsorbed thereon to rapidly increase in temperature, and hence the contaminants on the woven or nonwoven sheet to be desorbed or decomposed and returned to the flowing gaseous medium. Thus, the filter 40 can be quickly and efficiently regenerated on site using a minimum amount of energy.
[0054] В соответствии с одним из конкретных вариантов осуществления изобретения, тканый или нетканый лист из углеродных нанотрубок настоящего изобретения может найти применение в качестве воздушного фильтра салона/кабины в системе нагревания, вентиляции и кондиционирования (HVAC) транспортного средства. На фиг. 5 показано транспортное средство 60. Транспортное средство 60 может представлять собой автомобиль (например, газобаллонное транспортное средство, электромобиль, гибридное транспортное средство), хотя тип транспортное средства этим не ограничивается. Транспортное средство 60 имеет передний конец 61. Система 62 HVAC расположена в транспортном средстве 60 и обеспечивает нагревание, вентиляцию и кондиционирование воздуха во внутреннем пространстве 63 транспортного средства 60. Внутреннее пространство 63 обычно предусматривает присутствие одного или нескольких пассажиров.[0054] In accordance with one particular embodiment of the invention, the woven or non-woven carbon nanotube sheet of the present invention may find use as a cabin/cabin air filter in a vehicle's heating, ventilation and air conditioning (HVAC) system. In FIG. 5 shows a vehicle 60. The vehicle 60 may be an automobile (eg, gas vehicle, electric vehicle, hybrid vehicle), although the type of vehicle is not limited to this. The vehicle 60 has a front end 61. The HVAC system 62 is located in the vehicle 60 and provides heating, ventilation and air conditioning in the interior space 63 of the vehicle 60. The interior space 63 typically provides for the presence of one or more passengers.
[0055] Система 62 HVAC более подробно показана на фиг. 6. Система 62 HVAC включает траекторию 71 потока, по которой протекает воздух. Воздух проходит вдоль траектории 71 потока от впуска 72 к выпуску 73. Впуск 72 открыт для окружающей транспортное средство 60 атмосферы, а выпуск 73 сообщается со внутренним пространством 63. Однако, возможны альтернативные варианты. Вентилятор 74, создающий поток воздуха, расположен на траектории 71 потока. Вентилятор 74 перемещает воздух вдоль траектории 71 потока. В данном варианте осуществления изобретения вентилятор 74 расположен у впуска 72. В одном из вариантов осуществления система 62 HVAC имеет рециркуляционную конфигурацию, в которой впуск 72 и выпуск 73 открыты во внутреннее пространство 63, и нормальную конфигурацию, в которой впуск 72 и/или выпуск 73 открыты в атмосферу, окружающую транспортное средство снаружи.[0055] HVAC system 62 is shown in more detail in FIG. 6. The HVAC system 62 includes a flow path 71 through which air flows. The air flows along the flow path 71 from the inlet 72 to the outlet 73. The inlet 72 is open to the atmosphere surrounding the vehicle 60 and the outlet 73 communicates with the interior 63. However, alternatives are possible. The fan 74, which creates the air flow, is located on the trajectory 71 flow. The fan 74 moves the air along the flow path 71. In this embodiment, fan 74 is located at inlet 72. In one embodiment, HVAC system 62 has a recirculation configuration, in which inlet 72 and outlet 73 are open to interior space 63, and a normal configuration, in which inlet 72 and/or outlet 73 open to the atmosphere surrounding the vehicle from the outside.
[0056] На траектории 71 потока также может находиться испаритель 75. Испаритель 75 расположен так, что воздух, проходящий по траектории 71 потока, проходит через испаритель до поступления в выпуск 73. В некоторых вариантах осуществления изобретения испаритель 75 может отсутствовать.[0056] The evaporator 75 may also be located in the flow path 71. The evaporator 75 is positioned such that the air passing through the flow path 71 passes through the evaporator before entering the outlet 73. In some embodiments of the invention, the evaporator 75 may be absent.
[0057] В системе 62 HVAC имеется адсорбционное фильтрующее устройство 80. Адсорбционное фильтрующее устройство 80 расположено на траектории 71 потока. Канал 81 определяет часть траектории 71 потока у адсорбционного фильтрующего устройства 80. Адсорбционное фильтрующее устройство 80 предназначено для удаления, по меньшей мере, одного загрязнителя из воздуха, проходящего через систему 62 HVAC.[0057] The HVAC system 62 has an adsorption filter device 80. The adsorption filter device 80 is located in the flow path 71. The channel 81 defines a portion of the flow path 71 of the adsorption filter device 80. The adsorption filter device 80 is designed to remove at least one pollutant from the air passing through the HVAC system 62.
[0058] Адсорбционное фильтрующее устройство 80 находится по потоку до испарителя 75. Когда воздух перемещается от впуска 72 к выпуску 73, выражение «по потоку до» означает на стороне впуска потока воздуха относительно другой отличительной особенности, и выражение «по потоку после» означает на стороне выпуска потока воздуха относительно другой отличительной особенности. Адсорбционное фильтрующее устройство 80 может находиться на некотором расстоянии от испарителя 75.[0058] The adsorption filter device 80 is upstream of the evaporator 75. When the air moves from the inlet 72 to the outlet 73, the expression “upstream” means on the inlet side of the air flow relative to another feature, and the expression “downstream after” means on airflow outlet side with respect to another feature. The adsorption filter device 80 may be located at some distance from the evaporator 75.
[0059] Как показано на фиг. 6 и 7, адсорбционное фильтрующее устройство 80 включает фильтрующий модуль 90 и вход 100, предусматривающий электрическое соединение с источником 101 энергии. В фильтрующем модуле 90 имеется адсорбционный фильтр 91 и фильтр 92 частиц. Адсорбционный фильтр 91 и фильтр 92 частиц расположены на траектории 71 потока последовательно. Фильтр 92 частиц находится по потоку до адсорбционного фильтра 91. В данном варианте осуществления изобретения фильтр 92 частиц соприкасается с адсорбционным фильтром 91. Фильтр 92 частиц может отсутствовать или находиться в другом месте вдоль траектории 71 потока.[0059] As shown in FIG. 6 and 7, the adsorption filter device 80 includes a filter module 90 and an inlet 100 providing electrical connection to a power source 101. The filter module 90 has an adsorption filter 91 and a particle filter 92. The adsorption filter 91 and the particle filter 92 are arranged in series on the flow path 71. The particle filter 92 is located upstream of the adsorption filter 91. In this embodiment, the particle filter 92 is in contact with the adsorption filter 91. The particle filter 92 may be absent or located elsewhere along the flow path 71.
[0060] Фильтрующий модуль 90 также может включать опору 93, хотя в некоторых вариантах осуществления опора 93 может отсутствовать. Опора 93 предназначена для придания стабильности адсорбционному фильтру 91 и фильтру 92 частиц. В одном из вариантов осуществления изобретения фильтр 92 частиц и опора 93 выполнены как единое целое. Адсорбционный фильтр 91 может представлять собой адсорбционный фильтрующий слой. Фильтр 92 частиц может представлять собой фильтрующий частицы слой. Опора 53 может представлять собой опорный слой. В такой конфигурации фильтрующий модуль 90 представляет собой комбинированный воздушный фильтр для кабины. В одном из вариантов осуществления фильтрующий модуль 90 (т.е., фильтр 92 частиц и адсорбционный фильтр 91) имеет складчатую конфигурацию.[0060] The filter module 90 may also include a support 93, although support 93 may be omitted in some embodiments. The support 93 is designed to stabilize the adsorption filter 91 and the particle filter 92 . In one embodiment of the invention, the particle filter 92 and the support 93 are integral. The adsorption filter 91 may be an adsorption filter layer. The particle filter 92 may be a particle filter layer. Support 53 may be a support layer. In this configuration, filter module 90 is a combined cabin air filter. In one embodiment, filter module 90 (ie, particle filter 92 and adsorption filter 91) has a pleated configuration.
[0061] Фильтр 92 частиц предназначен для удаления тонкодисперсных частиц, таких как пыль, переносимых в потоке воздуха. Фильтр 92 частиц расположен поперек траектории 71 потока. То есть, фильтр 92 частиц имеет такую конфигурацию, что весь воздух, протекающий по траектории 71 потока, проходит сквозь фильтр 92 частиц. Фильтр 92 частиц включает волокна, образующие нетканое полотно. В одном из вариантов осуществления волокна могут представлять собой, например, стеклянные волокна. Фильтр 92 частиц может включать участки фильтра с разной крупнозернистостью с целью фильтрации частиц разного размера.[0061] The particle filter 92 is designed to remove fine particles such as dust carried in the air stream. The filter 92 particles is located across the trajectory 71 of the flow. That is, the particle filter 92 is configured such that all of the air flowing through the flow path 71 passes through the particle filter 92 . The particle filter 92 includes fibers forming a nonwoven web. In one embodiment, the fibers may be, for example, glass fibers. The particle filter 92 may include sections of the filter with different coarseness in order to filter particles of different sizes.
[0062] Адсорбционный фильтр 91 предназначен для адсорбции присутствующих в потоке воздуха газообразных загрязнителей. Адсорбционный фильтр 91 расположен поперек траектории 71 потока. То есть, конфигурация адсорбционного фильтра 91 такова, что весь воздух, протекающий по траектории 71 потока, проходит сквозь адсорбционный фильтр 91. Адсорбционный фильтр 91 ограничен каналом 81. Адсорбционный фильтр 91 включает, по меньшей мере, один тканый или нетканый лист из углеродных нанотрубок, соответствующий настоящему изобретению. Тканый или нетканый лист из углеродных нанотрубок адсорбирует, по меньшей мере, один присутствующий в воздухе газообразный загрязнитель таким образом, что газообразный(ые) загрязнитель(и) удерживается адсорбционным фильтром 91. Адсорбционный фильтр 91 имеет верхнюю по потоку сторону 95 и нижнюю по потоку сторону 96. Воздух поступает в адсорбционный фильтр 91 через верхнюю по потоку сторону 95 и выходит из адсорбционного фильтра 91 через нижнюю по потоку сторону 96. Таким образом, загрязненный воздух поступает в адсорбционный фильтр 91 через верхнюю по потоку сторону 95, проходит сквозь тканый или нетканый лист(листы) 94 из углеродных нанотрубок, на которых адсорбируется, по меньшей мере один загрязнитель, и выходит через нижнюю по потоку сторону 96 в форме воздуха с уменьшенной концентрацией, по меньшей мере, одного загрязнителя. Воздух, вышедший через нижнюю по потоку сторону 96, может быть рециркулирован в пространство транспортного средства 60 или выпущен в атмосферу снаружи транспортного средства 60.[0062] The adsorption filter 91 is designed to adsorb gaseous pollutants present in the air stream. The adsorption filter 91 is located across the flow path 71. That is, the configuration of the adsorption filter 91 is such that all the air flowing through the flow path 71 passes through the adsorption filter 91. The adsorption filter 91 is delimited by the passage 81. The adsorption filter 91 includes at least one carbon nanotube woven or non-woven sheet, corresponding to the present invention. The woven or non-woven carbon nanotube sheet adsorbs at least one airborne gaseous contaminant such that the gaseous contaminant(s) is retained by the adsorption filter 91. The adsorption filter 91 has an upstream side 95 and a downstream side 96. Air enters the adsorption filter 91 through the upstream side 95 and exits the adsorption filter 91 through the downstream side 96. Thus, contaminated air enters the adsorption filter 91 through the upstream side 95, passes through the woven or non-woven sheet (sheets) 94 of carbon nanotubes, on which at least one contaminant is adsorbed, and exits through the downstream side 96 in the form of air with a reduced concentration of at least one contaminant. The air exited through the downstream side 96 may be recirculated into the space of the vehicle 60 or vented to the outside of the vehicle 60.
[0063] Таким образом, в ходе работы воздух под действием вентилятора 74 проходит вдоль траектории 71 потока. По потоку после вентилятора 74 воздух проходит по каналу 81 и поступает на верхнюю по потоку сторону 75 адсорбционного фильтра 91. Газообразные загрязнители, поступающие в адсорбционный фильтр 91, непрерывно адсорбируются на тканом или нетканом листе из углеродных нанотрубок 94 и, следовательно, удерживаются в фильтре 91. Как таковые, адсорбированные загрязнители не выходят через нижнюю по потоку сторону 76 адсорбционного фильтра 91.[0063] Thus, during operation, the air under the action of the fan 74 passes along the flow path 71. Downstream of the fan 74, the air passes through the channel 81 and enters the upstream side 75 of the adsorption filter 91. The gaseous pollutants entering the adsorption filter 91 are continuously adsorbed on the carbon nanotube woven or non-woven sheet 94 and are therefore retained in the filter 91 As such, the adsorbed contaminants do not exit through the downstream side 76 of the adsorption filter 91.
[0064] Регенерация адсорбционного фильтра 91 предусматривает включение источника энергии с целью резистивного нагревания загрязнителей, адсорбированных на нетканом листе(листах) 94 из углеродных нанотрубок до температуры, по меньшей мере, около 200°С или, по меньшей мере, около 250°С или, по меньшей мере, около 300°С и, тем самым, вытеснения газообразных загрязнителей из матрицы углеродных нанотрубок. По мере перемещения потока воздуха от верхней по потоку стороны к нижней по потоку стороне адсорбционного фильтра 91, загрязнители переходят в воздух и могут быть выпущены в атмосферу снаружи транспортного средства 60. Источник 101 энергии затем выключают, и адсорбционный фильтр 91 снова может адсорбировать загрязнители до следующей регенерации.[0064] Regeneration of the adsorption filter 91 involves turning on an energy source to resistively heat contaminants adsorbed on the carbon nanotube nonwoven sheet(s) 94 to a temperature of at least about 200° C. or at least about 250° C. or , at least about 300°and, thereby, the displacement of gaseous pollutants from the matrix of carbon nanotubes. As the air flow moves from the upstream side to the downstream side of the adsorption filter 91, the contaminants pass into the air and can be released into the atmosphere outside the vehicle 60. The power source 101 is then turned off, and the adsorption filter 91 can again adsorb the contaminants until the next regeneration.
[0065] Следует понимать, что источник 101 энергии может быть использован периодически или с запрограммированными интервалами и применяется для очистки адсорбционного фильтра 91 с тем, чтобы адсорбционный фильтр 91 не достигал насыщения адсорбированными загрязнителями, или его адсорбционная емкость не была достигнута или превышена. Это может быть особенно удобно в случае электромобилей. В таком варианте осуществления изобретения, по мере зарядки батареи электромобиля, когда энергии достаточно, цикл десорбции может быть запущен посредством пропускания тока через адсорбционное фильтрующее устройство 91 с целью десорбции адсорбированных на нем газообразных загрязнителей и выпуска газообразных загрязнителей в окружающую атмосферу. Достоинства такого варианта осуществления изобретения могут включать упрощенное техническое обслуживание и удаление отходов по сравнению с известным из уровня техники адсорбционным фильтром одноразового применения, содержащим активированный уголь.[0065] It should be understood that the energy source 101 can be used periodically or at programmed intervals and is used to clean the adsorption filter 91 so that the adsorption filter 91 does not reach saturation with adsorbed contaminants, or its adsorption capacity is not reached or exceeded. This can be especially convenient in the case of electric vehicles. In such an embodiment of the invention, as the battery of the electric vehicle is charged, when there is sufficient power, a desorption cycle can be started by passing current through the adsorption filter device 91 to desorb the gaseous pollutants adsorbed thereon and release the gaseous pollutants into the surrounding atmosphere. Advantages of such an embodiment of the invention may include simplified maintenance and waste disposal compared to prior art disposable adsorption filter containing activated carbon.
[0066] Хотя выше подробно описано изготовление и применение различных вариантов осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что настоящим изобретением обеспечивается несколько идей, которые могут быть реализованы в широком спектре конкретных реальных условий. Конкретные варианты осуществления, описанные в настоящем документе, являются лишь пояснением конкретных путей осуществления и использования изобретения и не ограничивают объем изобретения.[0066] Although the manufacture and use of various embodiments of the present invention has been described in detail above, it should be understood that the present invention provides several ideas that can be implemented in a wide range of specific real-world conditions. The specific embodiments described herein are merely illustrative of specific ways of making and using the invention and do not limit the scope of the invention.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/983,795 | 2020-03-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2800440C1 true RU2800440C1 (en) | 2023-07-21 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5458784A (en) * | 1990-10-23 | 1995-10-17 | Catalytic Materials Limited | Removal of contaminants from aqueous and gaseous streams using graphic filaments |
| US20040131811A1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-07-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Filter using carbon nanotube |
| US7419601B2 (en) * | 2003-03-07 | 2008-09-02 | Seldon Technologies, Llc | Nanomesh article and method of using the same for purifying fluids |
| RU2386468C2 (en) * | 2005-10-07 | 2010-04-20 | Пюр Уотер Пьюрификейшн Продактс Инк. | Water filters and methods containing activated carbon particles and surface carbon nanofibers |
| RU2502680C2 (en) * | 2009-02-03 | 2013-12-27 | Алексей Владимирович Тарасевич | Method of water treatment and device to this end |
| US20160166959A1 (en) * | 2014-12-12 | 2016-06-16 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Air filter for high-efficiency pm2.5 capture |
| RU2621102C2 (en) * | 2011-09-07 | 2017-05-31 | Коньяр БВ | Carbon nanotube fiber with a low specific resistivity |
| US9731971B2 (en) * | 2007-02-07 | 2017-08-15 | Multipure International | Methods for the production of aligned carbon nanotubes and nanostructured material containing the same |
| WO2018110771A1 (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-21 | 금오공과대학교 산학협력단 | Method for manufacturing cabin air filter utilizing carbon nano-material and cabin air filter utilizing carbon nano-material manufactured thereby |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5458784A (en) * | 1990-10-23 | 1995-10-17 | Catalytic Materials Limited | Removal of contaminants from aqueous and gaseous streams using graphic filaments |
| US20040131811A1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-07-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Filter using carbon nanotube |
| US7419601B2 (en) * | 2003-03-07 | 2008-09-02 | Seldon Technologies, Llc | Nanomesh article and method of using the same for purifying fluids |
| RU2386468C2 (en) * | 2005-10-07 | 2010-04-20 | Пюр Уотер Пьюрификейшн Продактс Инк. | Water filters and methods containing activated carbon particles and surface carbon nanofibers |
| US9731971B2 (en) * | 2007-02-07 | 2017-08-15 | Multipure International | Methods for the production of aligned carbon nanotubes and nanostructured material containing the same |
| RU2502680C2 (en) * | 2009-02-03 | 2013-12-27 | Алексей Владимирович Тарасевич | Method of water treatment and device to this end |
| RU2621102C2 (en) * | 2011-09-07 | 2017-05-31 | Коньяр БВ | Carbon nanotube fiber with a low specific resistivity |
| US20160166959A1 (en) * | 2014-12-12 | 2016-06-16 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Air filter for high-efficiency pm2.5 capture |
| WO2018110771A1 (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-21 | 금오공과대학교 산학협력단 | Method for manufacturing cabin air filter utilizing carbon nano-material and cabin air filter utilizing carbon nano-material manufactured thereby |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101527102B1 (en) | Device for eliminating harmful substance | |
| JP5266758B2 (en) | Volatile organic compound processing equipment | |
| US7074260B2 (en) | Filter using carbon nanotube | |
| US6432177B1 (en) | Air filter assembly for low temperature catalytic processes | |
| CN101061064B (en) | Separation and purification of fullerenes | |
| KR20000069885A (en) | Method and means for purifying air with a regenerable carbon cloth sorbent | |
| US20230086059A1 (en) | Carbon nanotube sheet for air or water purification | |
| Gabal et al. | Carbon nanomaterial applications in air pollution remediation | |
| JP4674071B2 (en) | Gas purifier | |
| RU2800440C1 (en) | Carbon nanotube sheet for air or water purification | |
| CN111330640A (en) | Piezoelectric catalytic membrane for air purifier and preparation method thereof | |
| EP1128901A1 (en) | Thermomembrane method and device | |
| Gou | Removal of ethylbenzene from air by graphene quantum dots and multi wall carbon nanotubes in present of UV radiation | |
| Samantara et al. | Functionalized graphene nanocomposites in air filtration applications | |
| CN110822580A (en) | Air quality control system for closed space and application | |
| US10835854B2 (en) | Process for low temperature gas cleaning with ozone and a catalytic bag filter for use in the process | |
| JP4954513B2 (en) | Toxic gas treatment equipment | |
| JP2006055512A (en) | Air cleaner | |
| CN216878744U (en) | Advanced oxidation treatment device for waste gas | |
| JP4300444B2 (en) | Toxic gas treatment equipment | |
| Santhosh | Novel Carbon‐Based Nanomaterials (CNMs) for Air Purification | |
| JP2000237538A (en) | Photocatalytic air purifier | |
| KR20040078001A (en) | Nano Composite Honeycomb Filter | |
| JP2001293333A (en) | Device and method for treating organic chlorinated compound | |
| JP2007190498A (en) | Gas treatment method and its device |