[发明专利]可调纳米纤维过滤介质和过滤器装置

说明书

一种可调纳米纤维过滤器装置可以包括：限定内部空间的过滤器壳体，该壳体具有限定在其中的入口和出口，各自都与内部空间流体连通；以及设置在内部空间内的多个过滤薄层5100，每个过滤薄层100包括上表面104、下表面106和限定为穿过其中的孔120。多个过滤薄层可以布置在堆叠体中，其中相邻过滤薄层的相对表面限定在相对表面之间延伸的层间流动空间的一部分。流动空间可以与相应的相邻过滤薄层的孔流体连通以形成从入口延伸穿过薄层堆叠体到出口的连续流动通路。阵列纳米纤维605可以从每个过滤薄层的一部分延伸到流动通路中，使得流过流动通路的流体流过所述阵列的一部分。

技术领域

本发明一般涉及过滤介质和过滤器装置，并且更具体地涉及如下过滤介质和过滤器装置，其组合用户定义的纳米纤维阵列和模块化薄层的层以形成具有专用于一种或多种预选滞留物的经调整的纳米级形貌的流动通路。

背景技术

纤维过滤介质用于各种类型的过滤器装置，以捕捉液体和气流中的大小颗粒。这种过滤介质通常由平行于过滤介质的上游面表面延伸的多层粗纤维和细纤维形成。外层粗纤维形成用于过滤较大颗粒的大体积过滤层，而内层或下层细纤维提供小颗粒的过滤。细纤维通常以铺设在支撑基材上的薄层提供，或与一个或多个保护层一起使用以获得多种益处，包括提高效率，降低初始压降，可清洁性，降低过滤介质厚度以及提供各种液体(诸如水)的不透水屏障。然而，现有方法具有若干固有的缺点，包括对支撑基材的需要，细纤维层从基材上分层的风险，所捕集颗粒对过滤器的更快加载以及细纤维平行于介质面表面排列。

在分子水平上，纤维材料还利用静电力捕获污染物，包括离子键、氢键和Van derWaals力。这些静电相互作用发生在纤维表面上。由于已知这些相互作用在亚微米长度范围内非线性增加，因此纤维过滤介质的功能改进很大程度上基于使纤度(线性质量密度或纤维直径)最小化。虽然最近在工业中已经强调了包括具有高表面体积比的非常细纤维(诸如微纤维和纳米纤维)的过滤介质的生产，但是与这种纤维的传统生产方法相关联的加工限制限制了这些材料在过滤应用中的实用性。例如，挤出的微纤维需要使用溶剂，或者可替代地，不混溶的聚合物混合以将纤维分割成亚微米级长度，而通过静电纺丝方法生产纳米纤维需要高电压(即，千伏)电场。

因此，需要改进过滤介质和过滤器装置。

发明内容

目前公开的主题克服了现有技术的一些或全部上述缺陷，这对于本领域普通技术人员在研究本文献中提供的信息之后将变得显而易见。

本文公开了用于从流体液体或气体流中过滤或分离污染物的过滤介质和装置，其并入了由分层薄层形成的流动通路，该分层薄层包括具用户定义的纳米纤维阵列和可选的纳米孔的可调形貌。本文还公开了用于透析的可调纳米纤维扩散过滤器，其具有用于第一流体和第二流体(诸如血液和透析液)的多个流动路径，其中流动路径由一个或多个独立纳米纤维阵列形成的相邻扩散区分隔开，第一流体和第二流体穿过该扩散区会合。

因此，在一个方面，本发明提供了一种过滤介质，其包括过滤薄层的组件，每个过滤薄层包括上表面、下表面、形成在其一部分上的纳米纤维阵列，以及从上表面延伸到下表面的孔，该过滤薄层以堆叠的定向布置使得孔限定延伸穿过该组件的流动通路的一部分，该纳米纤维延伸到流动通路的一部分中以形成专用于预选滞留物的经调整的纳米级形貌，使得当包含滞留物的流体流过流动通路时，所述滞留物从流体中过滤。