多孔块制品的制作方法

本发明涉及一种多孔块制品，其具有将一种或多种类型的相互作用的粉末材料或纤维互连的聚酰胺粘合剂。具有改进的流速和强度的多孔块制品，其具有小粒度、窄粒度分布和多孔聚酰胺粘合剂。

背景技术：

1、碳块过滤器的性能标准是机械强度、通过过滤器的流体流速(渗透性)、碳精细保留(fine retention)和化学/污染物去除。目前可用于碳块过滤器的粘合剂，例如超高分子量聚乙烯(uhmwpe)，必须大量添加才能获得足够的机械强度，但仍难以实现精细保留。其他使用的粘合剂，例如低密度聚乙烯(ldpe)，会导致水中污染物的去除率较低。由聚偏二氟乙烯(pvdf)制成的kyblock粘合剂在化学/污染物去除方面具有同类最佳的性能，但机械强度往往较低。对于能够将所有性能标准结合在一个体系中的粘合剂的需求尚未得到满足。

2、us 5,019,311、5,147,722和us 5,331,037描述了一种挤出方法来生产含有通过聚合物粘合剂粘合在一起的相互作用颗粒的多孔结构。多孔结构被描述为“连续网状基质”或“强制点粘合”。该复合制品可用作高性能水过滤器，例如在碳块过滤器中。

3、wo2014055473教导了pvdf和聚酰胺粘合剂在块产品中的使用。没有涉及所用聚酰胺的粒度或粒度分布的教导。没有数据显示聚酰胺块的性能。

4、现在令人惊奇地发现，一类具有小粒度、窄粒度分布和高孔隙率的聚酰胺粘合剂可用于将相互作用的颗粒和/或纤维粘合在一起，从而产生颗粒和/或纤维的互连性。粘合的颗粒或纤维可以形成用于分离溶解或悬浮在流体中的材料的制品。用所述聚酰胺生产的块体具有高精细保留率、高渗透性、高机械强度和高化学/污染物去除率。

5、通常认为低粘度粘合剂导致去除化学品/污染物的性能通常较差。(粘度通过平行板流变学在200℃使用0.1hz频率测量)。低粘度是指在200℃的温度和0.1hz的频率下粘度低于5.1e+06厘泊(cpoise)(mpa.s)。

6、表1

7、 材料 200℃(0.1hz)下的粘度(厘泊) ldpe 1.51e+06 hdpe 527 uhmwpe 7.42e+08 聚酰胺pa-1 1.23e+05 聚酰胺pa-2 <5e+6 聚酰胺pa-3 <5e+6 pvdf/hfp共聚物 7.73e+07

8、本发明涉及一种多孔块制品，其具有将一种或多种类型的相互作用材料或纤维互连的聚酰胺粘合剂，优选包含活性炭作为相互作用材料。互连性使得粘合剂将相互作用的材料或纤维连接在离散的点上，而不是作为完整的涂层，从而允许材料或纤维与流体直接接触并相互作用。所得制品是具有多孔性的成形多组分互连网。该块制品可用于水净化，以及工业用途中水性和非水性系统中溶解或悬浮材料的分离，以及用于气体储存。该块制品可以在环境温度以及升高的温度下起作用。

9、我们发现一类以粒度、粒度分布和孔隙率为特征的聚酰胺粉末令人惊奇地提供了具有流速(渗透性)、机械强度、精细保留和化学/污染物去除的独特组合的碳块。与市售粘合剂不同，这种粘合剂有可能为碳块过滤器的关键方面提供更好的整体性能。

技术实现思路

1、本发明教导了特定类别的聚酰胺粉末等级，其具有小(50微米或更小)粒度以及非常窄的粒度分布(80％的颗粒的尺寸在平均粒度的0.5倍和2(二)倍之间)，并具有高孔隙率(0.5至100m2/g bet比表面积)，可用作碳块过滤器中的粘合剂。粘合剂的这组特性使碳块过滤器具有高机械强度、通过过滤器的高水流速、高精细保留和高化学品/污染物去除能力，适用于饮用水过滤。此外，当这种类型的聚酰胺粘合剂的粘度较低时，它仍然会产生高的饮用水中化学/污染物去除能力(氯)，这与聚烯烃粘合剂的行为有很大不同，聚烯烃粘合剂的低粘度导致低化学/污染物去除能力。

2、本发明涉及一种复合块制品组合物，其包含：

3、i)基于总块体，1至15重量％的聚酰胺粘合剂，和

4、ii)99至85重量％的平均粒度为0.1至3,000微米的相互作用颗粒，

5、其中所述聚酰胺粘合剂的特征在于具有在1至50微米、优选1至25微米范围内的平均粒度，其中粒度分布使得80％的颗粒具有在平均粒度的0.5倍和平均粒度的2(二)倍之间的尺寸，bet比表面积(以m2/g计)大于0.5，优选大于1.4，最优选大于3m2/g。聚酰胺粘合剂颗粒具有高孔隙率，如高bet比表面积所示。

6、本发明的方面

7、方面1提供了一种复合块制品，其包含：

8、a)1至15重量％的聚酰胺粘合剂，和

9、b)85至99重量％的平均粒径为0.1至3,000微米的相互作用颗粒，该重量百分比基于聚酰胺和相互作用颗粒的总量，

10、其中所述聚酰胺的平均粒度为1至50微米，其中粒度分布使得80％的颗粒的尺寸在平均粒度的0.5倍和平均粒度的2(二)倍之间，并且其中所述聚酰胺是多孔的，测量的比表面积大于0.5m2/g。

11、方面2：根据方面1所述的复合块制品，其中，所述聚酰胺选自下组：pa 6、pa 11、pa12、pa6.12、pa6.6或其任何组合。

12、方面3：根据方面1所述的复合块制品，其中，所述聚酰胺包括聚酰胺6或聚酰胺12。

13、方面4：根据方面1至3中任一项所述的复合块制品，其中，所述聚酰胺粘合剂的平均粒度为1至22微米。

14、方面5：根据方面1至4中任一项所述的复合块制品，其中，所述聚酰胺粘合剂具有10000厘泊或更大的熔体粘度。

15、方面6：根据方面1至5中任一项所述的复合块制品，其中，所述聚酰胺粘合剂占所述复合块制品总重量的至少2.5重量％，优选至少3重量％。

16、方面7：根据方面1至5中任一项所述的复合块制品，其中，所述聚酰胺粘合剂占所述复合块制品总重量的至少5重量％，优选至少6重量％。

17、方面8：根据方面1至7中任一项所述的复合块制品，其中，所述相互作用颗粒包括活性炭。

18、方面9：根据方面1至8中任一项所述的复合块制品，其中，所述复合块制品还包含选自聚烯烃、聚酯、pvdf、聚酰胺、ptfe(聚四氟乙烯)和乙烯乙酸乙烯酯的另外的聚合物粘合剂。

19、方面10：根据方面1至9中任一项所述的复合块制品，其中，所述相互作用颗粒包括以下所列中的至少一种：410、304和316不锈钢的金属颗粒，铜、铝和镍粉末，铁磁材料，活性氧化铝，活性炭，炭黑，石墨，碳纳米管，硅胶，丙烯酸粉末和纤维，纤维素纤维，玻璃珠，各种磨料，常见矿物如二氧化硅，木屑，离子交换树脂，陶瓷，沸石，硅藻土，聚酯颗粒和纤维，以及工程树脂颗粒，例如聚碳酸酯。

20、方面11：根据方面1至10中任一项所述的复合块制品，其中，所述相互作用颗粒包括沸石。

21、方面12：根据方面1至11中任一项所述的复合块制品，其中，根据第一升过滤水的透光率测量，所述块具有大于75％透光率的精细保留。

22、方面13：根据方面1至12中任一项所述的复合块制品，其中，所述聚酰胺粘合剂的平均粒度为1至12微米，其中所述聚酰胺是多孔的，测量的比表面积大于1.4m2/g，或大于3m2/g。

23、方面14：根据方面1至13中任一项所述的复合块制品，其中，所述制品是用于水过滤或流体的工业过滤的碳块系统的一部分。

24、方面15：根据方面1至14中任一项所述的复合块制品，其中，所述制品是进一步包括二级过滤系统的混合制品。

25、方面16：根据方面1至15中任一项所述的复合块制品，其中，所述复合块制品的渗透率[达西值(darcy value)]为至少0.310，优选至少0.32或更大。

26、方面17：根据方面1至16中任一项所述的复合块制品，其中，所述制品具有0.58g/cm3至0.74g/cm3之间的密度。

27、方面18：一种用于从流体中分离化合物的方法，包括使流体通过根据方面1至17中任一项所述的复合块制品。

28、方面19：根据方面18所述的方法，其中，所述流体包括能够被分离的溶解的或悬浮的材料。

29、方面20：根据方面19所述的方法，其中，能够被分离的溶解的或悬浮的材料选自下组：微粒；生物和药物活性成分；有机化合物；酸、碱、氢氟酸；氢、铝、钙、锂、钠和钾的阳离子；硝酸根、氰化物、氯胺和氯的阴离子；金属、铬、锌、铅、汞、砷、铜、银、金、铂、铁；盐类，氯化钠、氯化钾、硫酸钠。

30、方面21：根据方面18至20中任一项所述的方法，其中，所述流体包括气体。

31、方面22：根据方面18至20中任一项所述的方法，其中，所述流体包括水性或非水性液体。

32、方面23：根据方面18至20中任一项所述的方法，其中，所述流体选自下组：水性液体、有机溶剂、药物或生物制剂、烃基流体或其混合物。

33、方面24：根据方面1至17中任一项所述的复合块制品作为分离/过滤装置从流体流中分离组分的用途。