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HK1074020A1 - Microporous filter media, filtration systems containing same, and methods of making and using - Google Patents

Microporous filter media, filtration systems containing same, and methods of making and using Download PDF

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HK1074020A1
HK1074020A1 HK05104864A HK05104864A HK1074020A1 HK 1074020 A1 HK1074020 A1 HK 1074020A1 HK 05104864 A HK05104864 A HK 05104864A HK 05104864 A HK05104864 A HK 05104864A HK 1074020 A1 HK1074020 A1 HK 1074020A1
Authority
HK
Hong Kong
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filter medium
microporous structure
nanofibers
cationic
microbiological
Prior art date
Application number
HK05104864A
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English (en)
French (fr)
Chinese (zh)
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HK1074020B (en
Inventor
Evan E. Koslow
Original Assignee
Kx Technologies Llc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=27668569&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=HK1074020(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Kx Technologies Llc filed Critical Kx Technologies Llc
Publication of HK1074020A1 publication Critical patent/HK1074020A1/en
Publication of HK1074020B publication Critical patent/HK1074020B/en

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Claims (46)

  1. Filtermittel, bestehend aus einer mikroporösen Struktur mit einem Hauptströmungsweg < 2 µ und einem die mikrobiologische Abwehr verstärkenden Stoff, der ein kationischer Metallkomplex ist, welcher ein biologisch aktives Metall aufweist, das wenigstens mit einem Teil der Gegenionen abgeschieden wird, die zu einem kationischen Material gehören, das auf wenigstens einem Teil der mikroporösen Struktur adsorbiert und in der Lage ist, wenigstens einen Teil der mikroporösen Struktur mit einer positiven Ladung zu versehen.
  2. Filtermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Struktur mehrere Nanofasern mit einem Durchmesser von < 1000 Nanometern aufweist, daß die Nanofasern vorzugsweise organische Nanofasern, anorganische Nanofasern oder ein Gemisch derselben sind, oder daß die Nanofasern vorzugsweise im wesentlichen aus zerfaserten Lyocellnanofasern bestehen.
  3. Filtermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zerfaserten Lyocellnanofasern einen Canadian Standard Freeness (CSF) von ≤ 45 aufweisen.
  4. Filtermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Struktur eine Membran ist, die aus einem organischen Material, einem anorganischen Material oder einem Gemisch dieser Stoffe besteht und die vorzugsweise ein Polymermaterial aufweist.
  5. Filtermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Material, das ein zugehöriges Gegenion aufweist, aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aminen, Amiden, quatarnären Ammoniumsalzen, Imiden, Benzalkoniumverbindungen, Biguaniden, Aminosiliziumverbindungen, ihren Polymeren sowie Kombinationen dieser Stoffe besteht.
  6. Filtermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Metallkomplex ein biologisch aktives Metall aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silber, Kupfer, Zink, Cadmium, Quecksilber, Antimon, Gold, Aluminium, Platin, Palladium und deren Kombinationen besteht, und daß das kationische Metallkomplex durch Behandlung von wenigstens einem Teil der mikroporösen Struktur mit einem kationischen Material gebildet wird, das ein Homopolymer des Diallyldimethylammoniumhalogenids nach der Abscheidung des Silbers mit wenigstens einem Teil des halogenen Gegenions aufweist, das zu dem Homopolymer des Diallyldimethylammoniumhalogenids gehört.
  7. Filtermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Struktur mit einem Adsorbensvorfiltermittel kombiniert ist, das Aktivkohle, aktiviertes Aluminiumoxid, Zeolite, seltene Erden, Silikate, Aluminiumsilikate, Titanate, Knochenkohle, Calciumhydroxiapatit, Manganoxide, Eisenoxide, Magnesiumoxid, Perlit, Talk, Polymerteilchen, Ton, ionsaure Harze, lonenaustauschharze, Keramik oder deren Kombinationen enthält.
  8. Filtermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein adsobierendes Vorfilter vorgesehen ist, in dem sich ein immobilisiertes Material befindet, das beschickungsverringernde Verschmutzungsstoffe entfernt; daß die mikroporöse Struktur abstromseitig von der adsorbierenden Schicht angeordnet ist und mehrere Nanofasern aufweist und einen Hauptflußweg von < 0,6 µ besitzt, und daß das die mikrobiologische Abwehr verstärkende Mittel ein kationisches Silber-Halogenid-Materialkomplex ist, das eine hohe Ladungsdichte aufweist.
  9. Filtermittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem kationischen Silber-Hologenid-Materialkomplex ein Homopolymerdiallyldimethylammonium auf der Oberfläche der mikroporösen Struktur ein ihm zugeordnetes Halogenidgegenion hat und daß das Silber mit wenigstens einem Teil des Halogenidgegenions abgeschieden ist.
  10. Filtermittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Homopolymer des Diallyldimethylammonium-Halogenids ein Molekulargewicht von ≥ 400000 Dalton hat.
  11. Filtermittel nach einem der Ansprüche 1, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Struktur ein oder mehrere Materialien enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus Aktivkohle, aktiviertem Aluminiumoxid, Zeoliten, seltene Erden, Silikaten, Aluminiumsilikaten, Titanaten, Knochenkohle, Calciumhydroxidapatit, Manganoxiden, Eisenoxiden, Magnesiumoxid, Perlit, Talk, Polymerteilchen, Ton, jodierten Harzen, lonenaustauschharzen, Keramikmaterialien und deren Kombinationen.
  12. Filtermittel nach einem der Ansprüche 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Struktur des weiteren ein Bindemittel enthält.
  13. Filtermittel nach einem der Ansprüche 1 und 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Vorfilters.
  14. Filtermittel nach einem der Ansprüche 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Nanofasern aus einem Material gefertigt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Polymeren, lonenaustauschharzen, technischen Harzen, Keramikmaterialien, Zellulose, Kunstseide, Wolle, Seide, Glas, Metall, litanataktiviertem Aluminiumoxid, keramikaktiviertem Kohlenstoff, Siliziumoxid, Zeolit, seltene Erden, aktiviertes Bauxit, Fullererde, Calciumhydroxidapatit und deren Kombinationen.
  15. Filtermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bett aus Granulatmaterial, das ladungsreduzierende Verschmutzungsstoffe entfernen kann, geschaffen wird, daß die mikroporöse Struktur abstromseitig des Granulatbettes angeordnet wird und einen Hauptstromweg von < 0,6 µ aufweist, und daß der die mikrobiologische Abwehr verstärkende Stoff ein kationisches Silbermaterial-Halogenidkomplex mit einer hohen Ladungsdichte aufweist.
  16. Filtermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein massiver Verbindungsblock aus einem Material vorgesehen wird, das in der Lage ist, ladungsverringernde Verschmutzungsstoffe zu entfernen, daß die mikroporöse Struktur abstromseitig dieses Blockes angeordnet ist und einen Hauptströmungsweg von < 2,0 µ aufweist, und daß das die mikrobiologische Abwehr verstärkende Mittel ein silberkationisches Materialhalogenidkomplex ist, das eine hohe Ladungsdichte aufweist.
  17. Filtermittel nach einem der Ansprüche 15 und 16, gekennzeichnet durch ein Teilchenvorfilter.
  18. Filtermittel nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das silberkationische Materialhalogenidkomplex ein Homopolymer von Diallyldimethylammonium auf einer Oberfläche dieser mikroporösen Struktur aufweist, die ein Halogenidgegenion besitzt, das ihr zugeordnet ist, und daß Silber mit wenigstens einem Teil des Halogenidgegenions abgeschieden ist, wobei das Homopolymer des Diallyldimethylammoniumchlorids ein Molekulargewicht von ≥ 400000 Dalton aufweist.
  19. Filtermittel nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Material, das ladungsverringernde Verschmutzungsstoffe entfernen kann, Aktivkohle, aktiviertes Aluminiumoxid, Zeolite, seltene Erden, Silikate, Aluminiumsilikate, Titanate, Knochenkohle, Calciumhydroyapatit, Manganoxid, Eisenoxide, Magnesiumoxide, Perlit, Talk, polymere Teilchen, Ton, jodierte Harze, lonenaustauschharze, Keramiken oder deren Kombinationen aufweist.
  20. Filtermittel nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Struktur ein oder mehrere Materialien enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus Aktivkohle, aktiviertes Aluminiumoxid, Zeolite, seltene Erden, Silikate, Aluminiumsilikate, Titanate, Knochenkohle, Calciumhydroyapatit, Manganoxid, Eisenoxide, Magnesiumoxide, Perlit, Talk, polymere Teilchen, Ton, jodierte Harze, lonenaustauschharze, Keramiken und deren Kombinationen.
  21. Filtermittel nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Struktur des weiteren ein Bindemittel aufweist.
  22. Verfahren zur Herstellung eines Filtermittels, umfassend die folgenden Schritte: Schaffung einer mikroporösen Struktur mit einem Hauptflußweg von < 2 µ sowie Beschichten wenigstens eines Teil der mikroporösen Struktur mit einem die mikrobiologische Abwehr verstärkenden Stoff, wobei der die mikrobiologische Abwehr verstärkende Stoff ein kationisches Metallkomplex ist, das ein biologisch aktives Metall aufweist, das wenigstens mit einem Teil der Gegenionen abgeschieden wird, die zu einem kationischen Material gehören, das auf wenigstens einem Teil der mikroporösen Struktur adsorbiert wird und in der Lage ist, auf wenigstens einen Teil der mikroporösen Struktur eine positive Ladung aufzubringen.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Schaffung einer mikroporösen Struktur die Bildung mehrerer Nanofasern mit einem Faserdurchmesser von < 1000 Nanometer in der mikroporösen Struktur umfaßt, wobei die Nanofasern vorzugsweise aus organischen Nanofasern, anorganische Nanofasern oder einem Gemisch derselben bestehen.
  24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Schaffung einer mikroporösen Struktur die Bildung mehrerer im wesentlichen fibrillierter Lyocellnanofasern umfaßt, wobei wenigstens ein Teil der fibrillierten Lyocellnanofasern eine Länge von etwas 1 mm bis etwa 8 mm und einen Durchmesser von etwa 250 µ in der mikroporösen Struktur aufweist.
  25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung mehrerer im wesentlichen fibrillierter Lyocellnanofasern die Bildung mehrerer im wesentlichen fibrillierten Lyocellnanofasern in der mikroporösen Struktur aufweist, die einen Canadian Standard Freeness von ≤ 45 haben.
  26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der schaffung einer mikroporösen Struktur die Bildung einer Membran umfaßt, die ein organisches Material, ein anorganisches Material oder einem Gemisch von ihnen aufweist.
  27. Verfahren zur Herstellung eines Filtermittels umfassend die Schritte: Schaffung mehrerer Nanofasern; Beschichtung mindestens eines Teils einer Oberfläche wenigstens einiger dieser mehreren Nanofasern mit einem die mikrobiologische Abwehr verstärkenden Stoff, der in der Lage ist, auf wenigstens einem Teil der Nanofasern eine positive Ladung zu bilden, wobei der die mikrobiologische Abwehr verstärkende Stoff ein kationisches Materialkomplex ist, das ein kationisches Material aufweist, welches zugehörige Gegenionen besitzt, und ein biologisches aktives Metall, das mit wenigstens einem Teil der Gegenionen in der Nähe des kationischen Materials abgeschieden ist und die besagten Nanofasern in eine mikroporöse Struktur einbaut, welche einen Hauptströmungsweg von < 1 µ aufweist.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch Schaffung mehrerer Polymernanofasern.
  29. Verfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch Schaffung mehrerer Zellulosenanofasern.
  30. Verfahren nach Anspruch 22 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Struktur eine Membran ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsschritt umfaßt: Behandeln wenigstens eines Teils der Membran mit einem kationischen Material, das ein zugehöriges Gegenion aufweist, um eine kationisch geladene Membran zu bilden; Aussetzen der kationisch geladenen Membran einem biologisch aktiven Metallsalz; und Abscheiden eines biologisch aktiven Metallkomplexes mit wenigstens einem Teil des Gegenions, das dem kationischen Material auf wenigstens einem Teil der Membran zugeordnet ist.
  32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der mikrobiologische Abwehrstoff ein Silber-Halogenid-Materialkomplex ist, der eine mittlere bis hohe Ladungsdichte und ein Molekulargewicht von > 5000 Dalton aufweist, daß die mikroporösen Struktur, die einen Hauptströmungsweg von < 0,6 µ aufweist, einen adsorbierenden Vorfilter bildet, der aus einem Material besteht, das in der Lage ist, ladungsreduzierende Verschmutzungsstoffe aus einem Zufluß zu entfernen, und daß das adsorbierende Vorfilter zustromseitig der mikroporösen Struktur angeordnet wird.
  33. Verfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch die Schaffung eines adsorbierenden Vorfilters, der aus einem Material besteht, das in der Lage ist, ladungsreduzierende Verschmutzungsstoffe aus einem Zufluß zu entfernen, wobei das Material zu einem festen zusammengesetzten Block immobilisiert wird; wobei ferner das mikrobiologische Abwehrmittel ein Silberamin-Hologenid-Komplex ist, der eine mittlere bis hohe Ladungsdichte und ein Molekulargewicht > als 5000 Dalton aufweist, und wobei eine mikroporöse Struktur geschaffen wird, die mehrere Nanofasern aufweist, welche einen Hauptflußweg < 0,6 µ bilden, wobei die mikroporöse Struktur abstromseitig des adsorbierenden Vorfilters angeordnet wird.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 22, 27 bis 30, 32 und 33, gekennzeichnet durch den Schritt des Einbaus eines oder mehrerer Zusatzstoffe in das Filtermittel, die aus der Gruppe ausgewählt werden, welche besteht aus Aktivkohle, aktiviertem Aluminiumoxid, Zeoliten, seltenen Erden, Silikaten, Aluminiumsilikaten, Titanaten, Knochenkohle, Calciumhydroxiapatit, Manganoxide, Eisenoxide, Magnesiumoxid, Perlit, Talk, Polymerteilchen, Ton, jodierte Harze, lonenaustauschharze, Keramiken und deren Kombinationen.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, 29, 32 und 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Schaffung mehrerer Nanofasern die Bildung mehrerer fibrillierter Lyocellnanofasern sowie den Einbau der fibrillierten Lyocellnanofasern in die mikroporöse Struktur beinhaltet.
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Beschichtung umfaßt: die Behandlung wenigstens eines Teils der Nanofasern mit einem kationischen Material, zu dem ein Gegenion gehört, um dadurch ein kationisch geladenes Fasermaterial zu bilden; ferner die Aussetzung des kationisch geladenen Fasermaterials einem biologisch aktiven Metallsalz und die Abscheidung eines biologisch aktiven Metallkomplexes mit wenigstens einem Teil des Gegenions, das dem kationischen Material zugeordnet ist, auf wenigstens einem Teil des kationisch geladenen Fasermaterials.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt der Beschichtung wenigstens ein Teil der vielen Nanofasern mit einem kationischen Material behandelt wird, das ein zugehöriges Gegenion aufweist, um dadurch ein kationisch geladenes Fasermaterial zu bilden, wobei das kationische Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Aminen, Amiden, quatarnären Ammoniumsalzen, Imiden, Benzalkoniumverbindungen, Biguaniden, Pyrolesaminosilikonverbindungen, deren Polymere und ihre Kombinationen.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt der Beschichtung das kationisch geladene Fasermaterial einem biologisch aktiven Metallsalz ausgesetzt wird, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Silber, Kupfer, Zink, Cadmium, Quecksilber, Antimon, Gold, Aluminium, Platin, Palladium und deren Kombinationen besteht.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt der Beschichtung der kationische Metallkomplex ein Metallaminhalogenidkomplex, vorzugsweise ein Silberamin-Halogenidkomplex, aufweist.
  40. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, 28, 29, 30, 32 und 33, gekennzeichnet durch den Schritt der Schaffung eines Vorfilters, das ladungsreduzierende Verschmutzungsstoffe aus einem Zufluß entfernen kann, bevor der Zufluß die mikroporöse Struktur berührt.
  41. Verfahren nach einem der Ansprüche 23, 24, 27, 32 und 34, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt der Schaffung einer Vielzahl von Nanofasern die Nanofasern aus einem Material gemacht werden, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus Polymeren, lonenaustauschharzen, technischen Harzen, Keramiken, Zellulose, Kunstseide, Wolle, Seide, Glas, Metall, litanataktiviertem Aluminiumoxid, keramikaktiviertem Kohlenstoff, Siliziumoxid, Zeolite, seltene Erden, aktiviertes Bauxit, Fullererde, Calciumhydroxidapatit und deren Kombinationen.
  42. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, 28, 29, 32 und 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung der mikroporösen Struktur einen Naßverlegungsprozeß, einen Trockenverlegungsschmelz-Blasprozeß oder einen Trockenverlegungsschmelz-Spinnprozeß beinhaltet oder das Einbauen eines oder mehrerer Zusatzstoffe in die mikroporöse Struktur, wobei die Zusatzstoffe aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus Aktivkohle, aktiviertem Aluminiumoxid, Zeolit, seltene Erden, Silikate, Aluminiumsilikate, Titanate, Knochenkohle, Calciumhydroxiapatit, Manganoxide, Eisenoxide, Magnesiumoxid, Perlit, Talk, Polymerteilchen, Ton, jodierte Harze, lonenaustauschharze, Keramiken und deren Kombinationen.
  43. Verfahren zur Entfernung mikrobiologischer Verschmutzungen in einem Fluid, umfassend die Schritte: Schaffung eines Filtermittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das kationische Material eine mittlere bis hohe Ladungsdichte und ein Molekulargewicht von > 5000 Dalton aufweist; sowie das Inberührungbringen des Fluids mit dem Filtermittel für mehr als etwa 3 Sekunden und dem Erzielen einer Verringerung an mikrobiologischen Verschmutzungsstoffen, die etwa 6 log kleiner ist als der Hauptströmungsweg des Filtermittels beim Durchgang durch das Filtermittel.
  44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Schritt der Schaffung eines Filtermittels gehört, daß ein Filtermittel entsteht, dessen mikroporöse Struktur eine Vielzahl von Nanofasern aufweist, so daß die mikroporöse Struktur einen Hauptströmungsweg < 0,6 µ hat oder daß die mikroporöse Struktur eine Vielzahl von fibrillierten Lyocellnanofasern hat, so daß die mikroporöse Struktur einen Hauptströmungsweg < 0,6 µ aufweist, oder daß die mikroporöse Struktur eine Membran bildet, so daß die mikroporöse Struktur einen Hauptströmungsweg < 0,6 µ bildet.
  45. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt der Bildung eines Filtermittels der die mikrobiologische Abwehr stärkende Stoff auf der mikroporösen Struktur abgelagert wird, indem wenigstens ein Teil der mikroporösen Struktur mit einem quartären Aluminiumsalz behandelt wird, so daß eine kationisch geladene Mikrostruktur entsteht, daß die kationisch geladene Mikrostruktur einem biologisch aktiven Metallsalz ausgesetzt wird, und daß biologisch aktives Metall mit wenigstens einem Teil eines Gegenions, das dem quartären Aluminiumsalz zugeordnet ist, auf wenigstens einem Teil der mikroporösen Struktur abgeschieden wird.
  46. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt der Schaffung eines Filtermittels der die mikrobiologische Abwehr verstärkende Stoff ein kationisches Polymer mit einer mittleren bis hohen Ladungsdichte und einem Molekulargewicht von etwa 400000 Dalton aufweist, und daß ein biologisch aktives Metall mit wenigstens einem Teil des Gegenions, das dem kationischen Polymer zugeordnet ist, abgeschieden wird.
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