[发明专利]在封装多孔结构中的流体处理

说明书

本文描述并显示了一种多孔材料结构和装置，以增强低压降下的传质和/或传热，以通过吸附和/或催化反应从流体中去除某些分子。包含吸附剂或催化剂的填充细颗粒的活性材料的多孔结构用薄膜包封，以提供较高单位体积流体的界面面积，用于多孔结构和流体之间的快速传质。薄膜还阻止微粒进入活性材料的多孔结构。对于涉及大量吸附和/或反应热的过程，活性材料的多孔结构的另一个表面用薄的非渗透性片材包封以与热流体接触，从而在多孔结构和热流体之间快速传热。体液。该装置可用于通过快速原位再生从气流中去除CO₂、水分和碳氢化合物分子。该装置可用于从含水液体流体(例如溶剂和油)中去除水。该设备可用于同时从一种水中去除细菌、病毒、盐和分子污染物。

相关申请

本申请要求于2019年11月8日提交的美国临时专利申请No.62/933,096的权益，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的

发明领域

本公开总体上涉及流体处理，更具体地，涉及在封装的多孔结构中的流体处理。

背景技术

在流体处理环境中，活性材料颗粒通常用于吸附要从流体流中去除的物质或与其反应，使得流体没有中断地連续流动，而要去除的物质的浓度得以降较低。然而，在许多工业用途所需的大流量下，从流体流中去除物质的有效性受到流体流通过顆粒的流体动力学和流体与顆粒之间的质量传递之间的权衡限制。

例如，活性材料颗粒的填充床通常用于增强活性材料颗粒和流流之间的接触以实现工业规模的生产量。在这样的活性材料颗粒填充床中，较小的颗粒尺寸对于提高颗粒与流过固定颗粒的流体流之间的传质速率是需要的。然而，为了避免随着流体流通过颗粒之间的空隙移动而压碎颗粒，通常需要大的颗粒尺寸来保持通过颗粒的压降低于阈值。考虑到颗粒大小的这些相互竞争的因素，填充床对于某些应用来说不是合适的流体处理解决方案。

作为另一个示例，流化床可以提供低压降使得活性材料颗粒与大流量的流体接触。然而，流化床中的颗粒可能具有有限的使用寿命。特别地，在流化床中颗粒之间的磨损，碰撞混合可以将颗粒减小为细粒，而由流体夹带走，导致颗粒从流化床中损失。此外，流化床的有效性会受到部分流体绕过颗粒的不利影响。因此，流化床在有限的流动状态下是有用的，即使在这种状态下，操作起来也很复杂。

因此，仍然需要通过活性材料颗粒之间的传质来增强从大量流体中去除物质，同时在一系列操作条件下保持这种颗粒的结构完整性和有效性。

发明内容

各个方面包括用于过滤流体的设备和方法,例如，在一些实施例中，过滤器包括膜封装的多孔结构(MEPS)。各个方面可以包括一种用于处理流体的过滤器，其中该过滤器包括：多孔结构，包括一种或多种化学活性材料；框架包括第一片材、第二片材和共同限定体积的密封件，该体积具有在第一片材和第二片材之间的厚度以及平行于第一片材和第二片材的长度，该体积厚度小于其长度，第一片是流体可渗透的，多孔结构跨越体积的每个维度，并且在垂直于体积长度的方向上，框架单独的抗压强度大于单独的多孔结构的强度。

在用于处理流体的过滤器的一些方面，多孔结构可以由填充在体积中的颗粒形成，这些颗粒具有小于约200微米的平均颗粒尺寸和大于约0.03微米的最小颗粒尺寸。

在用于处理流体的过滤器的一些方面，多孔结构可以具有大于约0.3且小于约0.8的空隙率，并且一种或多种化学活性材料具有BET表面积大于约100m²/g且小于约5000m²/g。

在用于处理流体的过滤器的一些方面中，一种或多种化学活性材料包括吸附剂、吸附剂或催化剂中的一种或多种。

在用于处理流体的过滤器的一些方面中，第一片材的界面面积与由多孔结构跨越的体积之比大于约等于10m²/m³且小于约10,000m²/m³。