[发明专利]用于从来源生成氧气和/或氢气的过滤材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年9月7日提交的美国临时申请60/967,756的优先权，所述申请被并入本文作为参考。

发明领域

本发明涉及将水和/或呼出的空气氧化为双分子的氧气和/或氢气气体的过滤材料。特别地，涉及包含固定于硼掺杂型碳膜的至少一种二钌/二钌络合物和包含沸石结晶的合成膜的过滤材料。本发明的过滤材料不仅由于使用了二钌/二钌络合物而提供高的分离效率，而且通过将二钌/二钌络合物的催化剂性质与嵌入有纳米碳管的沸石的高吸附分离效率相结合而提供另外的分离效率。

发明背景

历史上，通过水的电解、光解作用和化学转化实现氧气生成。现在仍在使用的一个方法是变压吸附循环(“PSA”)，如美国专利2,944,627中所述的，所述文献被并入本文作为参考。在PSA系统中，通过从原料空气流选择吸附氮气产生氧气。PSA具有至少一个、经常是两个吸附剂床，其设计用于在低压力下吸引氧气和在高压释放所吸附的氧气。PSA方法可用于分离混合物中的气体，因为某些气体倾向于比其它气体更强烈地或不那么强烈地被不同的固体表面所吸引。

另一个利用PSA方法的一些原理的氧气生成方法被称为真空变动吸附(Vacuum Swing Adsorption，VSA)。在“VSA”方法中，使用压力分离气体，但是与PSA方法不同，它是在较低的绝对压力下进行的。尽管这些方法有作用，但是它们需要多个加压容器和阀门系统，使得难以携带，甚至不能携带。也就是说，这些系统需要自动进行的或通过由PLC控制的经过仔细计算的定时循环来进行的阀操作。因此，这些系统是相当大的，并由此妨碍患者将氧气生成系统作为便携的系统而直接佩戴。

这些年来，已经进行了对PSA和VSA系统的改进，诸如在被并入本文作为参考的美国专利3,313,091中。尽管以前的PSA和VSA系统使用转换阀和沸石吸附材料来生产高氧气纯度的产物，这些系统既不稳定又不简单。为了维持稳定的氧气产品，US 3,313,091使用真空泵从被吹扫的容器或床抽出一部分被称为“废气体”的被吸附物。然而，优于以前的PSA和VSA系统的这些进步需要更复杂的机电设计附加物，包括附加的相控制，例如进气口、真空再加压和清除，以允许以更高的收率提供要转移通过并传递给使用者或患者的作为几个循环的产物的氧气。这样也没有弥补与氮气加载∶氧气比(nitrogen loading tooxygen ratios)、或在沸石表面上的静电电荷积聚、堵塞和妨碍转移和淤塞有关的问题。

氧气过滤方面的下一个进步出现在1980，并描述在美国专利4,222,750中，所述专利被并入本文作为参考。在这个专利中，吸附过滤材料的容器或床循环地经历其中所述容器或床接受来自压缩机的气体的吸附然后使用真空泵从床再吸收的两个周期。可见，这种改进为系统附加了更多的设备，使其更不可能用作便携系统。

因此，需要可被用于便携式呼吸装置中生成充足量的氧气的过滤器，其可以在没有静电电荷积聚、氮气加载∶氧气吸附比、堵塞的情况下使用，并且排除昂贵的和体积大的增压室/阀以及其它大的设备。需要可以以维持患者呼吸所需要的速率和浓度生产氧气的过滤材料，而无需加压室和减压室和打开和关闭复杂的阀门系统。本发明提供了克服现有技术的缺点并且可用于真正地便携式氧气生成系统的过滤材料，所述氧气生成系统能够维持患者呼吸所需的适当的氧气水平。在以下部分中对本发明进行讨论。

发明内容

本发明涉及不需要增压室来操作的过滤材料。特别地，本发明涉及包括多孔性的硼掺杂型碳膜的用于从水和/或呼出的空气除去氧气和/或氢气气体的过滤材料，包括与多孔性的硼掺杂型碳膜直接接触的二钌/二钌分子和至少一种电负性的离子，由此在来源横穿所述过滤材料时从所述来源生成氧气和/或氢气。