Фильтрующее устройство, содержащее наночастицы - RU2336933C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к фильтрующему устройству для удаления биологических загрязнений, например бактерий, грибков, вирусов и токсинов из неводных текучих сред.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Существует ряд патентов, в которых описаны устройства, использующие гидрофобные и гидрофильные фильтры. Замечательными примерами являются патент США №6375854 и находящаяся одновременно на рассмотрении патентная заявка №10/128367, поданная 22 апреля 2002 года.

Кроме того, в патентной заявке США 20020035032, опубликованной 21 марта 2002 года, описаны нанокристаллы окисла металла и гидроксида металла (называемые также "наночастицами"), которые могут быть использованы в виде порошка или таблеток для разрушения бактерий, грибков, вирусов и токсинов. В соответствии с этой патентной заявкой предпочтительные окиси и гидроксиды металла включают в себя MgO, CeO, AgO, SrO, BaO, CaO, TiO₂, ZrO₂, FeO, V₂O₃, V₂O₅, Mn₂O₃, Fe₂O₃, NiO, CuO, Al₂О₃, SiO₂, ZnO, Ag₂O, Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, Al(ОН)₃, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂, Fe(ОН)₃, Cu(ОН)₃, Ni(OH)₂, Co(OH)₂, Zn(OH)₂, Ag(OH) и их смеси.

Эта заявка показывает, что наночастицы могут быть использованы одни или могут иметь, по меньшей мере, часть своих поверхностей покрытыми (а) вторым окислом металла, отличным от первого окисла металла и выбранным из группы, состоящей из Ti, V, Fe, Cu, Ni, Co, Mn, Zn, Al, Се, Sr, Ba и их смесей или (b) нитратами металлов, например, выбранными из группы, состоящей из Cu(NO₃)₂, Се(NO₃)₃, AgNO₃ и их смесей. В предпочтительном варианте осуществления TiO₂ покрыт смесью нитрата церия и нитрата меди для образования [Се(NO₃)-Cu(NO₃)₂]TiO₂.

Другой вариант осуществления этой заявки имеет химически активные атомы, стабилизированные на поверхностях окислов металлов частиц; причем такие химически активные атомы отличаются от атомов, образующих окисел металла. И в этом случае окислы выбирают из группы, состоящей из MgO, CeO, AgO, SrO, BaO, CaO, TiO₂, ZrO₂, FeO, V₂O₃, V₂O₅, Mn₂O₃, Fe₂O₃, NiO, CuO, Al₂О₃, SiO₂, ZnO, Ag₂O и их смесей. Химически активные атомы предпочтительно выбирают из группы, состоящей из галогенов и металлов первой группы. Если галогены являются химически активными атомами, стабилизированными на поверхностях частиц, то атомы могут быть атомами идентичного галогена, например, только атомами хлора, или смесями атомов других галогенов, например, атомами хлора и брома.

Последний вариант осуществления этой заявки имеет частицы окислов металла, имеющие разновидность, отличающуюся от окисла металла, адсорбированного на поверхностях окисла металла. И в этом случае окислы выбирают из группы, состоящей из MgO, CeO, AgO, SrO, BaO, CaO, TiO₂, ZrO₂, FeO, V₂O₃, V₂O₅, Mn₂O₃, Fe₂O₃, NiO, CuO, Al₂O₃, SiO₂, ZnO, Ag₂O и их смесей. Адсорбированные разновидности предпочтительно выбирают из группы, состоящей из окислов элементов пятой группы, окислов элементов шестой группы и озона. Предпочтительными окислами элементов пятой и шестой группы являются NO₂ и SO₂, соответственно.

В патентной заявке США 20020070172, опубликованной 13 июня 2002 года, описано использование частиц, таблеток и гранул мелких частиц или наночастиц окислов железа и/или оксигидрооксидов железа для удаления загрязняющих веществ в модуле, через который проходит поток текучей среды. При очистке воды материал используют в фильтрах или адсорбционных колоннах с горизонтальным или вертикальным прохождением потока, или вводят в воду. При очистке газа его используют в адсорберах для связывания нежелательных компонентов, например, сероводорода, меркаптанов и цианамидного водорода, а также фосфора, мышьяка, сурьмы, серы, селена, теллура, циана и соединений тяжелых металлов в отходящих газах. Также могут быть адсорбированы такие газы как HF, HCl, H₂S, SO_x и NO_x.

Наконец, в июне 2002 года Подкомитет по нанотехнологии, науке и технике Комитета по технологии Национального Совета по науке и технологии опубликовал Национальную инициативу по нанотехнологии: Инициатива и план ее реализации как детальный технический отчет в связи с Дополнительным докладом президента к бюджету на 2003 финансовый год. В этом отчете на страницах 66 и 67 указывается:

"Фильтры респираторов, используемые в ядерных, биологических и химических применениях, удаляют токсические химические вещества, благодаря процессу, который остается по существу технологией времен Второй мировой войны. Материал, ответственный за удаление химического пара/газа, представляет собой активированный уголь, импрегнированный при использовании метода Ветлерита, окислами металлов, например меди, цинка, молибдена и серебра в более крупные поры угля. Очень реально, что активированный уголь пополняется диапазоном нанопор от приблизительно 0,5 нм до 500 нм. Нанотехнология может обеспечить новые возможности для адсорбентов с большой площадью поверхности и может дополнительно предоставить новые соблазнительные молекулярные технологии, которые могут увеличить прочность связей. Оптимизированные другим образом, нанопористые материалы могут принять участие в технологиях разделения, необходимых для геометрического блокирования миграции веществ, благодаря использованию мембраны.

В системах общей защиты и защитной спецодежде часто используют волокнистые фильтры для удаления веществ. Высоко эффективные порошковые задерживающие (НЕРА) фильтры могут быть эффективными против макрочастиц; при этом даже биологические токсины, которые могут быть дисперсными как аэрозоли, могут быть отфильтрованы посредством НЕРА. Использование нанотрубок, нановолокон и нанопористых мембран может сделать эти фильтры даже более эффективными, и могут включать в себя также каталитические разрушители."

Нигде из упомянутых работ, однако, не предложено использовать наночастицы, которые, как известно, способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины в связи с гидрофобными или гидрофильными фильтрами. Хотя статья, кажется, предлагает использование самих наночастиц для создания фильтра и может указывать на импрегнирование угля наночастицами, на предшествующем уровне техники не предлагалось покрытия любого типа фильтра наночастицами, размещения таблеток наночастиц смежно любому типу фильтра или импрегнирования любого материала фильтра, другого, чем уголь, наночастицами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом варианте изобретения предлагается фильтрующее устройство, включающее наночастицы, которое содержит кожух 3, имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5); фильтр (2) в указанном кожухе (3); таблетки (1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, причем указанные наночастицы (1) размещены смежно указанному фильтру (2) в указанном кожухе (3), причем фильтр (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром. При этом предусмотрено средство для ограничения указанных таблеток.

Указанный фильтр (2), как и в других вариантах изобретения, может являться гидрофобным или гидрофильным.

В другом варианте фильтрующее устройство содержит кожух 3, имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5); гидрофобный фильтр (2) в указанном кожухе (3), причем указанный фильтр (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром; таблетки (1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, причем указанные наночастицы (1) размещены смежно указанному фильтру (2) в указанном кожухе (3). При этом предусмотрено средство для ограничения указанных таблеток

Следующий вариант дает фильтрующее устройство, которое содержит кожух 3, имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5); гидрофильный фильтр (2) в указанном кожухе (3), причем указанный фильтр (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром; таблетки (1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, причем указанные наночастицы (1) размещены смежно указанному фильтру (2) в указанном кожухе (3). Имеется упомянутое средство для ограничения указанных таблеток (1) наночастиц.

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит пористый фильтр (2), имеющий первую сторону (11) и вторую сторону (13), и порошок(12) из наночастиц (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, нанесенный в качестве покрытия, по меньшей мере, на первую сторону (11) указанного фильтра (2), причем наночастицы (1) в указанном порошке (12) имеют электрический заряд, а указанный фильтр (2) имеет электрический заряд, который противоположен электрическому заряду наночастиц в указанном порошке (12).

Фильтрующее устройство, в разных вариантах, может дополнительно содержать мембрану (14), покрывающую каждый внешний проход, к которому направлена сторона указанного фильтра (2), которая покрыта наночастицами (1), причем указанная мембрана (14) имеет размер пор, который меньше размера наночастиц (1) в указанном порошке (12), но, по меньшей мере, идентичен размеру пор указанного фильтра (2).

Еще один вариант дает фильтрующее устройство, включающее наночастицы, которое содержит гидрофобный пористый фильтр (2), имеющий первую сторону (11) и вторую сторону (13), причем указанный фильтр (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром; порошок (12) любого типа наночастиц (1), который способен разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, нанесенный в качестве покрытия, по меньшей мере, на первую сторону (11) указанного фильтра (2), причем наночастицы (1) указанного порошка (12) имеют электрический заряд, который противоположен электрическому заряду указанного фильтра (2); кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем каждое впускное отверстие (4) и каждое выпускное отверстие (5) образуют внешний проход, а указанный кожух (3) содержит указанный фильтр (2); и мембрану (14), покрывающую каждый внешний проход, к которому направлена сторона указанного фильтра (2), которая покрыта наночастицами (1), причем указанная мембрана (14) имеет размер пор, который меньше размера наночастиц (1) в указанном порошке (12), но, по меньшей мере, идентичен размеру пор указанного фильтра (2).

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит гидрофильный пористый фильтр (2), имеющий первую сторону (11) и вторую сторону (13), причем указанный фильтр (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром; порошок (12) любого типа наночастиц (1), который способен разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, нанесенный в качестве покрытия, по меньшей мере, на первую сторону (11) указанного фильтра (2), причем наночастицы (1) указанного порошка (12) имеют электрический заряд, который противоположен электрическому заряду указанного фильтра (2); кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем каждое впускное отверстие (4) и каждое выпускное отверстие (5) образуют внешний проход, а указанный кожух (3) содержит указанный фильтр (2); и мембрану (14), покрывающую каждый внешний проход, к которому направлена сторона указанного фильтра (2), которая покрыта наночастицами (1), причем указанная мембрана (14) имеет размер пор, который меньше размера наночастиц (1) в указанном порошке (12), но, по меньшей мере, идентичен размеру пор указанного фильтра (2).

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит фильтр (2); и наночастицы (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, импрегнированные в указанный фильтр (2), причем указанные наночастицы (1) имеют электрический заряд; а указанный фильтр (2) имеет электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, который имеют указанные наночастицы (1).

При этом, как и в других вариантах, указанный фильтр может иметь электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром.

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит гидрофобный фильтр (2), несущий электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром; наночастицы (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, импрегнированные в указанный фильтр (2), причем указанные наночастицы (1) имеют электрический заряд, который противоположен электрическому заряду указанного фильтра (2); и кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем указанный кожух (3) содержит указанный фильтр (2).

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит гидрофильный фильтр (2), несущий электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром; наночастицы (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, импрегнированные в указанный фильтр (2), причем указанные наночастицы (1) имеют электрический заряд, который противоположен электрическому заряду указанного фильтра (2); и кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем указанный кожух (3) содержит указанный фильтр (2).

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом; кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2); и таблетки

(1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, смежные, по меньшей мере, двум последовательным указанным фильтрам (2) или расположенные, по меньшей мере, между двух последовательных указанных фильтров

(2) причем по меньшей мере один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром.

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) является гидрофобным; кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), в котором один из указанных фильтров (2), который является ближайшим к впускному отверстию (4) указанного кожуха (3), является гидрофобным; и таблетки (1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, смежные, по меньшей мере, двум последовательным указанным фильтрам (2).

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) является гидрофильным; кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), в котором один из указанных фильтров (2), который является ближайшим к впускному отверстию (4) указанного кожуха (3), является гидрофобным; и таблетки (1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, смежные, по меньшей мере, двум последовательным указанным фильтрам (2).

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом; кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем каждое впускное отверстие (4) и каждое выпускное отверстие (5) содержит внешний проход, а указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2); таблетки (1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, смежные, по меньшей мере, одному из указанных фильтров и расположенные между указанным фильтром и ближайшим к фильтру внешним проходом, причем по меньшей мере один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, а также средство для ограничения указанных таблеток (1) из наночастиц.

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) является гидрофобным; кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем каждое впускное отверстие (4) и каждое выпускное отверстие (5) образуют внешний проход, а указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2), в котором один из указанных фильтров (2), который является ближайшим к впускному отверстию (4) указанного кожуха (3), является гидрофобным; и таблетки (1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, смежные, по меньшей мере, одному из указанных фильтров и расположенные между указанным фильтром и ближайшим к фильтру внешним проходом; и средство для ограничения указанных таблеток (1) из наночастиц.

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) является гидрофильным; кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем каждое впускное отверстие (4) и каждое выпускное отверстие (5) образуют внешний проход, а указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2), в котором один из указанных фильтров (2), который является ближайшим к впускному отверстию (4) указанного кожуха (3), является гидрофильным; и таблетки (1) из наночастиц, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, смежные, по меньшей мере, одному из указанных фильтров и расположенные между указанным фильтром и ближайшим к фильтру внешним проходом; и средство для ограничения указанных таблеток (1) из наночастиц.

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более пористых фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем каждый из указанных фильтров (2) имеет первую сторону (11) и вторую сторону (13); порошок (12) из наночастиц (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, по меньшей мере, нанесенный в качестве покрытия, по меньшей мере, на первую сторону (11), по меньшей мере, одного из указанных фильтров (2), причем наночастицы (1) в указанном порошке (12) имеют электрический заряд; и по меньшей мере, один из указанных фильтров (2), который покрыт порошком (12) из наночастиц (1), имеет электрический заряд, который противоположен электрическому заряду наночастиц в указанном порошке (12); и кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем каждое впускное отверстие (4) и каждое выпускное отверстие (5) содержит внешний проход, а указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2).

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, включающее наночастицы, которое содержит два или более пористых фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем каждый из указанных фильтров (2) имеет первую сторону (11), вторую сторону (13) и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) является гидрофобным; порошок (12) из наночастиц (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, нанесен в качестве покрытия, по меньшей мере, на первую сторону (11), по меньшей мере, одного из указанных фильтров (2), при этом наночастицы (1) в указанном порошке (12) имеют электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, переносимому, по меньшей мере, одним из указанных фильтров (2), который покрыт указанным порошком (12); кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем каждое впускное отверстие (4) и каждое выпускное отверстие (5) образуют внешний проход, а указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2), в котором один из указанных фильтров (2), который является ближайшим к впускному отверстию (4) указанного кожуха (3), является гидрофобным; и мембрану (14), покрывающую каждый внешний проход, к которому направлена покрытая наночастицами (1) сторона одного из указанных фильтров (2), в том случае, когда между таким покрытым наночастицами фильтром и внешним проходом нет другого фильтра, имеющую размер пор, который меньше размера наночастиц (1) в указанном порошке (12), но, по меньшей мере, равен размеру пор указанного фильтра (2), имеющего наименьший размер пор.

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более пористых фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем каждый из указанных фильтров (2) имеет первую сторону (11), вторую сторону (13) и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) является гидрофильным; порошок (12) из наночастиц (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, нанесен в качестве покрытия, по меньшей мере, на первую сторону (11), поменьше мере, одного из указанных фильтров (2), при этом наночастицы (1) в указанном порошке (12) имеют электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, переносимому, по меньшей мере, одним из указанных фильтров (2), который покрыт указанным порошком (12); кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем каждое впускное отверстие (4) и каждое выпускное отверстие (5) образуют внешний проход, а указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2), в котором один из указанных фильтров (2), который является ближайшим к впускному отверстию (4) указанного кожуха (3), является гидрофобным; и мембрану (14), покрывающую каждый внешний проход, к которому направлена покрытая наночастицами (1) сторона одного из указанных фильтров (2), в том случае, когда между таким покрытым наночастицами фильтром и внешним проходом нет другого фильтра, имеющую размер пор, который меньше размера наночастиц (1) в указанном порошке (12), но, по меньшей мере, равен размеру пор указанного фильтра (2), имеющего наименьший размер пор.

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом; наночастицы (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, по меньшей мере, импрегнированные, по меньшей мере, в один из указанных фильтров (2), причем наночастицы (1) в указанном порошке (12) имеют электрический заряд, а по меньшей мере один из указанных фильтров (2), который покрыт порошком (12) из наночастиц (1), имеет электрический заряд, который противоположен электрическому заряду наночастиц в указанном порошке (12); и кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2).

Еще один вариант представляет фильтрующее устройство, включающее наночастицы, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) является гидрофобным; наночастицы (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, импрегнированные, по меньшей мере, в один из указанных фильтров (2), причем указанные наночастицы (1) нанесен в качестве покрытия, по меньшей мере, на первую сторону (11), поменьше мере, одного из указанных фильтров (2), при этом наночастицы (1) в указанном порошке (12) имеют электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, переносимому, по меньшей мере, одним из указанных фильтров (2); и кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2), в котором один из указанных фильтров (2), который является ближайшим к впускному отверстию (4) указанного кожуха (3), является гидрофобным.

Наконец, еще один вариант представляет фильтрующее устройство, включающее наночастицы, которое содержит два или более фильтров (2), находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом, причем, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром, и, по меньшей мере, один из указанных фильтров (2) является гидрофильным; наночастицы (1), которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, импрегнированные, по меньшей мере, в один из указанных фильтров (2), причем указанные наночастицы (1) нанесен в качестве покрытия, по меньшей мере, на первую сторону (11), поменьше мере, одного из указанных фильтров (2), при этом наночастицы (1) в указанном порошке (12) имеют электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, переносимому, по меньшей мере, одним из указанных фильтров (2); и кожух (3), имеющий впускное отверстие (4) и выпускное отверстие (5), причем указанный кожух (3) содержит указанные фильтры (2), в котором один из указанных фильтров (2), который является ближайшим к впускному отверстию (4) указанного кожуха (3), является гидрофобным.

В статье, авторские права на которую принадлежат Американскому химическому обществу (Langmuir 2002, 18, 6679-6686) и названной "Наночастицы окислов металлов как бактерицидные вещества", Питер К. Стойменов, Розалии Л. Клингер, Джордж Л. Марчин и Кеннет Дж. Клабунд, например, объясняют "...все композиции AP-MgO/X₂положительно заряжены (27,0 мВ (AP-MgO/Br2), 33,0 мВ (AP-MgO/Ck) и 35,2 мВ (АР-MgO) при ионной силе NaCl 0,01)." (В соответствии с этой статьей "АР" указывает на то, что наночастицы были приготовлены в виде аэрогеля.)

При использовании таблеток такие таблетки размещают смежно гидрофобному или гидрофильному фильтру, и вместе с фильтром содержат в кожухе, имеющем впускное и выпускное отверстия.

Один или более гидрофобных фильтров предпочтительно используют в последовательном гидродинамическом сообщении с одним или более гидрофильными фильтрами. Покрытие из наночастиц или таблетки из наночастиц могут быть размещены на стороне выше или ниже по технологической цепочке от любого одного или более гидрофобных или гидрофильных фильтров. Фильтры содержатся в кожухе, имеющем впускное и выпускное отверстия, покрыт ли один или более фильтров, или размещены ли таблетки смежно такому фильтру или фильтрам.

Если таблетки размещены на стороне фильтра, которая не имеет другого фильтра, обращенного к ней, то необходимо некоторое средство для ограничения таблеток. В случае порошка, используемого для покрытия фильтра (скорее, чем импрегнирования в фильтр), средство локализации только предпочтительно.

В случае использования таблеток предпочтительно иметь впускное или выпускное отверстие (в зависимости от того, которое отверстие ближе к наночастицам) кожуха, состоящими из одной или более апертур, имеющих максимальных диаметр, который меньше минимального размера таблеток.

В случае использования порошкового покрытия мембрану, имеющую размер пор, размер которых меньше размера порошковых частиц, но достаточно большой, чтобы существенно не препятствовать потоку газа, предпочтительно размер пор, по меньшей мере, идентичен размеру пор гидрофобного или гидрофильного фильтра, имеющего наименьший размер пор, предпочтительно размещают поперек впускного или выпускного отверстия (в зависимости от того, которое ближе к наночастицам).

Такая мембрана может быть использована аналогичным образом, если гидрофобный или гидрофильный фильтр импрегнирован наночастицами, хотя этого, в общем, не делают.

В дополнительных вариантах осуществления настоящее изобретение использует вместо гидрофобного или гидрофильного фильтра, фильтра любого типа из известного фильтрующего материала, за исключением угля в случае импрегнирования наночастицами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - иллюстрация, в разрезе, наночастиц смежных фильтру, где размер и число наночастиц изменены для целей иллюстрации.

Фиг.2 - иллюстрация, в разрезе, фильтра, покрытого наночастицами, где толщина покрытия преувеличена для целей иллюстрации.

Фиг.3 - иллюстрация, в разрезе, фильтра, импрегнированного наночастицами, где размер и число наночастиц изменены для целей иллюстрации.

Фиг.4 - иллюстрация, в разрезе, кожуха, имеющего наночастицы смежные двум фильтрам и между двумя фильтрами, где размер и число наночастиц изменены для целей иллюстрации.

Фиг.5 - иллюстрация, в разрезе, кожуха, имеющего наночастицы смежные фильтру и между фильтром и впускным отверстием, где размер и число наночастиц изменены для целей иллюстрации.

Фиг.6 - иллюстрация, в разрезе, кожуха, имеющего наночастицы, покрывающие сторону фильтра, которая ближе, чем любая другая сторона любого другого фильтра к впускному отверстию кожуха, где толщина покрытия преувеличена для целей иллюстрации.

Фиг.7 - иллюстрация, в разрезе, кожуха, имеющего фильтр, импрегнированный наночастицами, где размер и число наночастиц изменены для целей иллюстрации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как описано выше, известны типы наночастиц 1, способных разрушать бактерии, грибки, вирусы и токсины. Настоящее изобретение комбинирует любой тип таких наночастиц 1 с одним или более фильтрами 2.

В первом основном варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.1, любой тип таблеток 1 из наночастиц, которые, как известно, способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, расположен смежно фильтру 2 в кожухе 3, имеющем впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 5. Безусловно, если таблетки 1 из наночастиц размещены между впускным отверстием 4 и фильтром 2, то должны существовать некоторые средства для ограничения таблеток 1 из наночастиц. Может быть использовано любое такое средство, известное на предшествующем уровне техники. Однако предпочтительно, чтобы одна или более апертур 6, которые имеет впускное отверстие 4, каждая имела максимальный размер 7 поперечного сечения, который меньше минимального размера 8 таблеток 1 из наночастиц. Аналогичным образом, если таблетки 1 из наночастиц размещены между выпускным отверстием 5 и фильтром 2, то должны быть ограничительные средства, которые предпочтительно содержит выпускное отверстие 5, имеющее одну или более апертур 9, каждая из которых имеет максимальный размер 10, который меньше минимального размера 8 таблеток 1 из наночастиц. Предпочтительно, чтобы таблетки 1 из наночастиц были размещены между впускным отверстием 4 и фильтром 2.

Фильтр 2 предпочтительно имеет электрический заряд, который подобен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, причем используемый в этой заявке термин "целевая частица" означает основную единицу любого объекта, который фильтр 2 предназначен не допускать, например, бактерию.

Фильтр 2 факультативно является гидрофобным. В другом факультативном варианте осуществления фильтр 2 является гидрофильным.

Второй основной вариант осуществления, иллюстрируемый на фиг.2, содержит фильтр 2, покрытый, по меньшей мере, на первой стороне 11 порошком 12 из любого типа наночастиц 1, которые, как известно, способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины.

Покрытия предпочтительно выполнены благодаря тому, что фильтр 2 несет электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, переносимому наночастицами 1 в порошке 12. Также предпочтительно, чтобы фильтр 2 имел электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, целевой частицы.

Предпочтительнее всего, если электрический заряд на фильтре 2 противоположен электрическому заряду, переносимому наночастицами 1 в порошке 12, и был идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы. Например, наночастицей 1 может быть AP-MgO/Br₂, AP-MgO/Cl₂, AP-MgO, все из которых, как показано выше, являются положительно заряженными. Затем выбирают, чтобы фильтр 2 имел отрицательный электрический заряд, который притягивает положительно заряженные наночастицы 1. С тех пор, в соответствии со страницами 6681-6682 в статье Лангмюра, как указано выше, "...в литературе хорошо известно [делается ссылка на Бушера, Х.Дж. Р; ван дер Мея Х.С; Хэндли П.С. в Physical Chemistry of Biological Interfaces; Bazkin, A. Norde, W., Eds.; Marcel Dekker: New York, 2000], что общий заряд бактерий и клеток спор при биологических значениях рН является отрицательным вследствие избыточного числа карбоксильных и других групп, которые при диссоциации делают клеточную поверхность отрицательной." Таким образом, в этой наиболее предпочтительной ситуации электрический заряд фильтра 2 склонен отталкивать бактерии, тогда как любые бактерии, которые достигнут порошка 12 наночастиц покрытия, склонны притягиваться к положительно заряженным наночастицам 1 и разрушаться положительно заряженными наночастицами 1.

И в этом случае фильтр 2 факультативно может быть гидрофобным и факультативно он может быть гидрофильным. Примером выпускаемого на промышленной основе гидрофобного фильтра является фильтр, продаваемый под торговым названием FILTRETE компанией 3М St.Paul, Minnesota. А примером выпускаемого на промышленной основе гидрофильного фильтра является фильтр, продаваемый под торговым названием Heat and Moisture Exchange Media также компанией 3М St.Paul, Minnesota.

Также факультативно фильтр 2 содержится в кожухе 3, имеющем впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 5. Первая сторона 11 фильтра 2 предпочтительно направлена к впускному отверстию 4, а вторая сторона 13 фильтра 2 направлена к выпускному отверстию 5. И предпочтительно, если покрытая сторона 11, 13 фильтра 2 направлена к впускному отверстию 4, при этом такое впускное отверстие 4 покрыто мембраной 14, имеющей размер пор, который меньше размера наночастиц 1, но достаточно велик, чтобы существенно не препятствовать потоку газа, предпочтительно размер пор, по меньшей мере, идентичен размеру пор, фильтра 2. Аналогичным образом предпочтительно, если покрытая сторона 11, 13 фильтра 2 направлена к выпускному отверстию 5, причем такое выпускное отверстие 5 покрыто мембраной 14, имеющей размер пор, который меньше размера наночастиц 1, но достаточно велик, чтобы существенно не препятствовать потоку газа, предпочтительно размер пор, по меньшей мере, идентичен размеру пор фильтра 2.

Пригодные мембраны 14 называют "перепонками", которые являются коммерчески доступными, например, из компании ЗМ St.Paul, Minnesota или компании Versal. Los Angeles California.

Этот основной вариант осуществления использовали для тестирования эффективности наночастиц 1 для разрушения бактерий при размещении на гидрофобном фильтре 2.

Пример

Часть верхней поверхности каждого из шести горизонтально ориентированных отрицательно заряженных гидрофобных фильтров FILTRETE было покрыто положительно заряженными наночастицами AP-MgO/Cl₂. Также на верхней поверхности фильтров, но не обязательно непосредственно в местоположении наночастиц, было размещено в среднем 226000 образующих колонию единиц bacterium thuringiensis. Через фильтр не было потока воздуха.

На части верхней поверхности каждого из шести горизонтально ориентированных отрицательно заряженных гидрофобных фильтров FILTRETE в качестве контрольных было размещено в среднем 226000 образующих колонию единиц bacterium thuringiensis.

Через 24 часа число образующих колонию единиц непокрытых фильтров увеличилось в среднем более чем на 6507 процентов, тогда как образующих колонию единиц на покрытых фильтрах уменьшилось в среднем на 21,7 процентов.

В третьем основном варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.3, фильтр 2 импрегнировали при использовании любой технологии, которая известна на предшествующем уровне техники, любым типом наночастиц 1, которые, как известно, способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины.

Фильтр 2 предпочтительно несет электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, переносимому наночастицами 1. Фильтр 2 также предпочтительно имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы.

Электрический заряд на фильтре 2 предпочтительнее всего противоположен электрическому заряду, переносимому наночастицами 1 и идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы.

И в этом случае фильтр 2 факультативно может быть гидрофобным и факультативно он может быть гидрофильным.

Также факультативно фильтр 2 заключен в кожух 3, имеющий впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 5.

Во всех последних четырех основных вариантах осуществления используется кожух 3, имеющий впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 5 и содержащий два или более фильтра 2, находящихся в последовательном гидродинамическом сообщении друг с другом. По меньшей мере, один из фильтров 2 факультативно является гидрофобным и также факультативно, по меньшей мере, один из фильтров 2 является гидрофильным. Кроме того, по меньшей мере, один из фильтров 2 предпочтительно имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, и фильтр 2, ближайший к впускному отверстию 4, предпочтительно является гидрофобным.

Четвертый основной вариант осуществления, иллюстрируемый на фиг.4, имеет смежно, по меньшей мере, двум последовательным фильтрам 2 и, по меньшей мере, между двумя последовательными фильтрами 2 любой тип таблеток 1 из наночастиц, которые, как известно, способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины.

В пятом основном варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.5, любой тип таблеток 1 из наночастиц, которые, как известно, способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины, являются смежными фильтру 2, который не имеет другого фильтра 2 между таким фильтром 2 и внешним проходом 4, 5. Используемый в этой заявке термин "внешний проход" должен включать в себя как впускное отверстие 4, так и выпускное отверстие 5, а при сингулярном использовании должен означать либо впускное отверстие 4, либо выпускное отверстие 5. Таблетки из наночастиц расположены между таким фильтром 2 и внешним проходом 4, 5, который ближе к фильтру 2. Таким внешним проходом 4, 5 предпочтительно является впускное отверстие 4 кожуха 3.

Безусловно, что так же, как в первом основном варианте осуществления, в пятом основном варианте осуществления должно существовать подобное средство для ограничения таблеток 1 из наночастиц. Может быть использовано любое такое средство, известное на предшествующем уровне техники. Однако предпочтительно, если таблетки 1 из наночастиц расположены между фильтром 2 и впускным отверстием 4, то одна или более апертур 6, которые содержит впускное отверстие 4, каждая имеет максимальный размер 7, который меньше минимального размера 8 таблеток 1 из наночастиц. Аналогичным образом, если таблетки 1 из наночастиц расположены между выпускным отверстием 5 и фильтром 2, то ограничивающее средство предпочтительно содержит одну или более апертур 9, которые имеет выпускное отверстие 5, причем каждое имеет максимальный размер 10, который меньше минимального размера 8 таблеток 1 из наночастиц.

Для шестого основного варианта осуществления, иллюстрируемого на фиг.6, первая сторона 11, по меньшей мере, одного фильтра 2 покрыта порошком 12 из любого типа наночастиц 1, которые, как известно, способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины.

Покрытие предпочтительно наносят на фильтр 2, несущий электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, переносимому наночастицами 1 в порошке 12. Электрический заряд на фильтре 2 предпочтительнее всего противоположен электрическому заряду, переносимому наночастицами 1, и идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы.

По меньшей мере, один такой покрытый фильтр 2 также предпочтительно не имеет другого фильтра 2 между таким фильтром 2 и впускным отверстием 4 кожуха 3, а предпочтительнее всего, чтобы первая сторона 11 такого фильтра 2 была направлена к впускному отверстию 4.

Если покрытая сторона 11, 13 фильтра 2 направлена к внешнему проходу 4, 5 и между таким покрытым фильтром 2 и внешним проходом 4, 5 нет другого фильтра 2, то такой внешний проход предпочтительно покрыт мембраной 14, имеющей размер пор, который меньше размера наночастиц 1, но достаточно велик, чтобы существенно не Препятствовать потоку газа, предпочтительно размер пор, по меньшей мере, идентичен размеру пор фильтра 2, который имеет наименьший размер пор.

В седьмом варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.7, по меньшей мере, один фильтр 2, который предпочтительно является фильтром 2, ближайшим к впускному отверстию 4 кожуха 3, импрегнирован любым типом наночастиц при использовании любой технологии, которая известна на предшествующем уровне техники, которые, как известно, способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины.

Импрегнированный фильтр 2 предпочтительно несет электрический заряд, который противоположен электрическому заряду, переносимому наночастицами 1. Электрический заряд на импрегнированном фильтре 2 предпочтительнее всего противоположен электрическому заряду, переносимому наночастицами 1, и идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы.

Используемый в этой заявке термин "предпочтительный" или "предпочтительно" означает, что указанный элемент или способ является более приемлемым, чем другой, но не то, что такой указанный элемент или способ является необходимостью.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Способ, которым фильтрующее устройство, содержащее наночастицы, способно эксплуатироваться в промышленности, и способ, которым фильтрующее устройство, содержащее наночастицы, может быть получено и использовано, являются очевидными из описания и сущности фильтрующего устройства, содержащего наночастицы.

Реферат

Изобретение относится к фильтрующему устройству для удаления биологических загрязнений. Фильтрующее устройство содержит наночастицы, которые способны разрушать бактерии, грибки, вирусы или токсины. Наночастицы скомбинированы с фильтром. Наночастицы могут быть таблетками, смежными фильтру, порошком из наночастиц, покрывающим, по меньшей мере, одну сторону фильтра, или импрегнированным в фильтр. Два или более фильтров факультативно ограничены в кожухе, имеющем впускное отверстие и выпускное отверстие. По меньшей мере, один фильтр имеет электрический заряд, который идентичен электрическому заряду, по меньшей мере, одной целевой частицы, подлежащей задержанию фильтром. Фильтр, предпочтительно, имеет электрический заряд, который противоположен электрическому заряду наночастиц. Фильтр может быть гидрофобным или гидрофильным. Устройство позволяет эффективно удалять бактерии, грибки, вирусы и токсины из неводных текучих сред. 21 н. и 84 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула