[发明专利]超高纯度、超高性能的硅藻土过滤介质

说明书

本发明涉及包含硅藻土的超高纯度、超高性能的生物二氧化硅过滤产品。特别地，本发明涉及包括衍生自矿石的硅藻土的产品，该矿石因其天然低的离心湿密而被特别选中，并且经仔细精选而将可提取杂质减少至接近或低于检测限。通过精选工艺维持或进一步降低了所选天然矿石的低离心湿密度，从而提供能够提供延长的过滤循环时间的具有高颗粒保持能力的过滤产品/介质。

技术领域

本发明涉及超高纯度、超高性能(“Fenon”)的生物二氧化硅产品，其特征在于极高纯度的体相化学、极低的可溶性杂质和高的二氧化硅比容。这些特征就低单位消耗和较长的过滤循环时间而言提供了高过滤性能。这些特征在从特种化学品、特种饮料和生命科学应用中的高纯度液体中分离固体方面具有特殊价值。

背景技术

硅藻土(有时称为藻土或砂藻土)是一种沉积岩，包括硅藻(栖息于许多静止水域的表面的单细胞植物)的残骸以及通过空气和水的力而沉积的其他矿物(如粘土、火山灰、方解石、白云石、长石和硅砂)。硅藻土沉积物也可能含有有机污染物，也可能与硫和砷有关。

具有独特的壳形状特征的数百种不同种类的硅藻已通过藻土的沉积物中包含的壳而被鉴定为生物体。

商业硅藻土沉积物通常含有80-90wt％SiO₂、氧化铝(0.6-8wt％Al₂O₃)、铁(0.2-3.5 wt％Fe₂O₃)、碱金属氧化物、Na₂O和MgO(小于1wt％)、CaO(0.3-3wt％)，有时含有少量其它杂质(例如，P₂O₅和TiO₂)(Mahani,H.et al.,2003,Breese,R.O.Y.et al.,2006)。硅藻骨骼结构的精细、复杂和多孔性质提供了较低密度、高表面积和渗透率，有助于将硅藻土与其他形式的硅酸盐矿物区分开来。硅藻土的孔结构包括大孔、中孔和微孔，其提供涉及使用硅藻土产品的某些制剂中所需的润湿性和高吸收能力(Mikulasik等，美国专利号8,883,860)。

二氧化硅的化学惰性和伴随的硅藻壳的复杂多孔结构的组合使得硅藻土产品/介质在过滤应用中具有独特的商业价值。硅藻土过滤产品/介质在食品、饮料和化学行业中的液/固分离中已应用多年。如本文所用，术语“介质”意指一种或多种介质。常规的硅藻土产品/介质用于加工各种流体，包括饮料(如啤酒、葡萄酒、烈酒和果汁)、油(脂肪、石油)、水(游泳池、饮用水)、化学品(干洗流体、TiO₂添加剂)、可摄取的药物(抗生素)、冶金(冷却液)、农产品中间体(氨基酸、明胶、酵母)和糖(El-Shafey,E.L.et al.2004)。

硅藻土可在过滤工艺中用作预敷层或作为添加的支持体(bodyfeed)或两者的组合，这取决于待过滤材料的性质和所用过滤器的类型。在仅有预敷层的系统中，在过滤器隔膜上设置一层助滤剂，通过对助滤剂浆液进行再循环来防止介质粒子的堵塞。在仅有添加的支持体的系统中，将少量助滤剂定期添加到待过滤的液体以及待除去的悬浮粒子中。这确保连续形成新的过滤表面而有助于捕获悬浮粒子，同时确保液体具有恒定流速。在旋转真空过滤中，大量过滤介质以仅作为预敷层的形式使用，在压力过滤系统中，大量过滤介质也用于预敷层和添加的支持体。一些专用压力过滤应用，例如清酒过滤，仅使用预敷层的方式。最后，用于过滤应用中的助滤剂等级的选择通常考虑所需的透明度、流速、循环时间和液体化学纯度。

在预敷层和添加的支持体过滤应用中，硅藻土助滤剂产品或介质将与待过滤的流体接触。使用硅藻土过滤介质作为助滤剂的潜在缺点之一是，来自硅藻土过滤介质的金属可提取物对流体的影响。这些应用中可溶性金属水平的增加会影响液体产品的纯度，以及产品的稳定性和味道。因此，当用于食品和饮料加工时，传统的助滤剂产品需要满足政府对纯度的要求(例如，美国食品化学品法典，US Food Chemicals Codex)以及液体产品生产商设定的规格。