專利名稱：：包含金屬摻雜的硅基凝膠材料的空氣過濾介質的制作方法
技術領域：
：本發明一般涉及用于能夠高效地過濾掉有毒氣體(例如氨)的空氣處理系統中的環境控制。這種過濾系統使用新穎的金屬摻雜的二氧化硅基凝膠，從封閉環境俘獲和除去這些不希望存在的氣體。這些凝膠需要具有特殊的孔隙度和密度測量值。另外，為了進行最有效的金屬摻雜，這些凝膠優選在處于濕態的情況下用多價金屬鹽處理。結合這些特殊的性質和金屬摻雜劑，使得能夠進行高度有效的有毒氣體過濾，從而獲得與之前的介質過濾產品相比尤為顯著的極佳吸收和穿透結果。使用方法和具體過濾設備也包括在本發明之內。
背景技術：
：人們對于具有以下特征的空氣處理系統的需求一直在不斷地增加，所述空氣處理系統包括空氣過濾系統，該空氣過濾系統能夠保護封閉場所免受該場所附近空氣中的有毒蒸氣以及顆粒的影響。每年都有許多有毒蒸氣污染建筑物環境、導致疾病和破壞的事件發生。目前人們還在努力保護建筑物和其它重要的封閉場所(enclosure)免受作為恐怖主義活動的一部分而釋放出的有毒的空氣中的蒸氣和顆粒的影響。結果，新的過濾器設計的要求受到了軍方的推動，以進行保護，使得免受某種有毒氣體的傷害。大體來說，不論在民用設施或軍用設施中，僅含顆粒過濾器的常規空氣過濾系統(例如具有紙板框架的玻璃纖維墊過濾器)根本無法防護有毒蒸氣。市售的靜電纖維過濾器對較小的顆粒的去除效率高于標準的塵土過濾器，但是它們仍然不具有蒸氣過濾能力。HEPA("高效率顆粒空氣")過濾器用來高效率地過濾超細固體和液體顆粒的空氣分散體，所述顆粒是例如塵土和花粉，放射性微粒污染物以及氣溶膠。然而，當面臨的威脅是氣態化合物或者極小尺寸的氣態顆粒(即小于<0.001微米)的時候，常規的市售HEPA過濾器無法攔截和控制這些種類的空氣中的作用物。最常用的從污染空氣中除去蒸氣和氣體的過濾技術是活性炭。這種活性炭基氣體過濾已經被應用于許多各種各樣的蒸氣相過濾應用中，包括防毒面具和軍用車輛以及隱蔽所的保護。在這些應用中，使用浸漬有金屬鹽的活性炭除去所有的有毒蒸氣(例如胂、沙林氣體等)。這些有毒氣體通常需要大多數商業應用所不需要的高過濾效率。與之相對的是，常規的商業過濾器通常包括位于非織造織物(例如纖維墊)之上或結合在其之內的活性炭材料，還包含共存的填充吸附劑顆粒的大固定床。通常這些用于空氣純化的商業過濾器一直使用，直至在流出物中測得意圖除去的化學物質的濃度達到容易測量的百分量(例如10%)時為止。對于防毒面具和/或軍用車輛應用，需要更高的長期效率。在無法通過未浸漬的活性炭除去氣體的應用中，使用浸漬的活性炭。這些現有技術的浸漬的活性炭配方通常包含浸漬在活性炭上的銅、鉻和銀。這些吸附劑能夠有效地除去許多種有毒材料，例如氰化物基氣體和蒸氣。除了浸漬在活性炭上的許多種其它的無機材料以外，己經發現各種有機浸漬物可以有效地在軍事用途中除去氯化氰。它們的例子包括三亞乙基二胺(TEDA)和吡啶-4-羧酸。人們已經提出用于建筑物保護的各種高效的過濾器系統(商用型和軍用型的)，其使用浸漬有銅-銀-鋅-鉬-三亞乙基二胺的活性炭來過濾許多種有毒化學蒸氣和氣體。但是己經證明這種特殊的活性炭基過濾器對于氨、環氧乙烷，甲酲和氮氧化物之類的其它氣體是無效的。這些氣體在工業中是非常常見的，當以足夠量存在的時候(特別是在密閉空間內)對人體是有害的，迄今為止，己經證明其它過濾器裝置不適于環境處理和/或其去除，人們無疑仍需要一種過濾機理來彌補這些缺陷，特別是在高相對濕度(RH)和低相對濕度的環境下彌補這些缺陷。各種化學物質會受到吸附的水的不同的影響。對于氨，由于吸附的水實際上會提高氨與目標吸附劑的親和性，所以很難在低相對濕度條件下進行過濾(設計的限制)。對于環氧乙烷，情況則相反，這是由于在設計合適的過濾器系統的時候，處于高濕度條件下會帶來問題。迄今為止，尚無包含少量過濾介質的過濾系統能夠在其設計限制RH之下、在較高的吸收對象濃度之下(例如1000ppm)，長時間有效地除去這些氣體，而最終不會發生從過濾器洗脫(eluting)的現象。己經認識到二氧化硅基組合物是極佳的氣體過濾器介質。然而，在現有技術中幾乎沒有提供關于通過在永久性基底上的過濾介質、以大規模應用可接受的水平提供吸收(uptake)和穿透水平的能力的情況。吸收基本上是過濾介質俘獲特定體積目標氣體的能力的度量；穿透是用來說明過濾介質俘獲的飽和點的標志。因此，人們極為需要具有高吸收(因此能夠快速俘獲大量有毒氣體)和長穿透時間(因此與吸收結合起來，不僅能夠實現快速俘獲，還能經過長時間才達到飽和)的合適過濾介質。目前使用的標準過濾器對于氨之類的有毒氣體受限于緩慢的吸收和較快的穿透時間。人們需要開發一種能夠提高吸收和穿透的新的過濾介質。關于使用金屬摻雜的潛在的二氧化硅基化合物除去氨之類的氣體的最接近的現有技術是KemiraAgroOy在WO00/40324中揭示的。但是這種體系主要是考慮使提供的過濾介質在對收集的氣體進行再生、用于進一步的應用，而不是永久性從大氣中除去這些氣體。不幸的是，這種通過升溫或改變壓力而很容易地使所述有毒氣體再生(即允許俘獲的氣體被釋放)的能力帶來了對目標環境的威脅。相反地，現在提出的體系的一個優點是提供有效的長時間穿透(說明隨時間推移，能夠完全而有效地從目標空間基本除去所有的不希望有的氣體)，而且根據吸收的度量，能夠完全而有效地吸收基本上所有的這些氣體。Kemira的參考文獻還具體涉及提供二氧化硅和金屬(具體來說主要是銅I鹽)的干混合物，如該參考文獻所述，該混合物能夠提供有效的吸收和再生能力，而不是從目標環境中永久性地有效地除去氣體(例如氨)。下文中更深入地討論了本發明過濾介質的細節。發明簡述根據本發明的一個方面，過濾介質包含多價金屬摻雜的硅基凝膠材料，所述材料的BET表面積為100-300米V克；通過氮孔隙度測量測得，孔體積約為0.18-0.7立方厘米/克；測得孔徑為20-40人的所有孔的積分表面積為50-150米7克；以所述硅基凝膠材料的總重量為基準計，摻雜在所述硅基凝膠材料之上和之內的多價金屬的含量為5-25重量％。較佳的是，所述過濾介質的BET表面積為150-250米7克；孔體積約為0.25-0.5立方厘米/克；測得孔徑為20-40人的所有孔的積分表面積為80-120米7克；所述多價金屬的含量約為8-20%。根據本發明的另一個方面，在以下條件a)、b)、c)之下，多價金屬摻雜的硅基凝膠過濾介質對氨氣/空氣組合物的穿透測量值至少為60分鐘a)當其作為l厘米高的過濾床處于直徑4.1厘米的燒瓶中的時候，b)當其在環境溫度和環境壓力下與恒定氨氣濃度1000毫克/米3的氨氣接觸的時候，c)當同時處于15X的相對濕度的時候；所述過濾介質在達到35毫克/米3的穿透濃度之后，不會表現出任何超過所述穿透濃度的氨氣洗脫。較佳的是，穿透時間至少為120分鐘。另外，本發明的另一個方面涉及多價金屬摻雜的硅基凝膠材料，該材料在處于與上述相同的條件下以及相同的測試過程(只是相對濕度為80%)的時候，穿透時間至少為60分鐘。較佳的是，所述高相對濕度暴露測試實施例的穿透時間也至少為120分鐘。根據本發明的另一個方面，提供了一種制備金屬摻雜的硅凝膠基顆粒的方面，所述方法依次包括以下步驟a)提供硅基凝膠材料；b)使所述硅基凝膠材料與至少一種多價金屬鹽濕反應，制得金屬摻雜的硅基凝膠材料；c)干燥所述多價金屬慘雜的硅基凝膠材料。或者步驟"a"可包括用來制備所述硅基凝膠材料的生產步驟。本發明一個獨特的優點是能夠提供一種過濾介質，當少量的該過濾介質處于封閉空間特有的壓力以及在很寬范圍的相對濕度條件下的時候，其表現出高效的氨吸收和穿透性質。本發明的其它優點包括提供用于密閉空間的過濾系統，該過濾系統對于氨氣具有穩定而有效的吸收和穿透結果，能夠以合適的速率從密閉空間中除去這些有毒氣體，使得人員接觸的有毒氣體降至有害水平以下。本發明的另一個優點是在常規條件下，一旦有毒氣體被吸附，就能不可逆地防止該氣體釋放。另外，所述發明包括過濾系統，其中引入了至少15重量％的所述過濾介質。另外，我們發現，在這種金屬摻雜的二氧化硅基材料凝膠狀顆粒的制備中，優選當凝膠狀顆粒處于濕態的條件下進行金屬鹽反應，這一點對于使得所述金屬物質最有效、從而以最佳方式結合入目標二氧化硅材料的微孔中的效果來說，是非常重要的。因此，已經確定為了針對所述有毒氣體(例如氨)提供最有效的過濾介質和總體過濾系統，必需采用濕凝膠摻雜步驟。本發明的一個顯著優點是提供一種過濾介質，當少量所述過濾介質處于密閉空間典型的壓力以及很寬范圍的相對濕度之下的時候，其能夠表現出高效的氨吸收和穿透性質。本發明的其它優點包括提供一種用于密閉空間的過濾系統，其對氨氣具有穩定而有效的吸收和穿透結果，能夠以合適的速率將密閉空間內的所述有毒氣體減小到低于對人類有害程度的水平。本發明的另一個優點是在常規條件下，一旦吸附了有毒氣體，就能不可逆地防止有毒氣體被釋放。發明詳述出于本發明的目的，術語"硅基凝膠"包括通過金屬硅酸鹽(例如硅酸鈉)與酸(例如硫酸)反應形成的、允許適當老化形成凝膠材料的材料，或者可得自天然源、具有與通過上述方法形成的凝膠類似的孔結構的材料(例如得自稻殼的材料)。這些合成材料可以分類為硅酸類或聚硅酸類或二氧化硅凝膠類，天然源材料通常以某種形式收獲，最后處理成最終的凝膠狀產品的形式(例如美國專利第6，638,354號中所述的方法)。嚴格地說，兩種合成種類之間的差異是反應、形成和老化之后得到的凝膠的pH測量值。如果該階段之后的pH值低于3.0,則認為該凝膠是硅酸類或聚硅酸類的。如果pH值等于或高于3.0,則認為該材料是(常規的)硅膠。在任意的情況下，如上文所述，術語"硅基凝膠"包括所有這些種類的凝膠材料。己經發現所得的pH值低于3.0的硅基凝膠(硅酸或聚硅酸凝膠)中孔徑小于20的微孔的百分含量較高，其中值孔徑約為30，而具有較高酸性pH值(例如pH值等于和高于3.0，優選但不一定高達4)的硅基凝膠包含孔徑滿足中值孔徑約為30-60的混合物。盡管不希望被理論所限制，認為氨之類的有毒氣體的俘獲是通過在金屬摻雜的硅基凝膠孔中的兩個獨立的(但是可能是同時的)過程完成的酸堿反應和絡合反應。因此在pH值《的條件下形成的所述硅基凝膠包含比在pH二3-4的條件下形成的凝膠更多的殘余的酸，但是在pH^3-4的條件下形成的凝膠包含更多的孔徑適于截留銅之類的金屬的孔，因此包含更多的可用于絡合反應的金屬。認為被硅基凝膠俘獲并保持的氨之類的氣體的量是這兩種作用相結合的結果。術語"多價金屬鹽"包括含有價數至少為3的金屬的任意金屬鹽。這些多價金屬能夠特別有效地用來與氨形成所需的絡合物；小于3的價數將無法容易地形成這些絡合物。用于金屬摻雜的基底材料以及用于所需空氣過濾介質的基礎材料的含水硅基凝膠可由酸固化二氧化硅水凝膠制備。二氧化硅水凝膠可通過以下方式制備使堿金屬硅酸鹽和無機酸在水性介質中反應，以形成二氧化硅水溶膠，使該水溶膠固化形成水凝膠。當與硅酸鹽反應的酸的量使得反應混合物的最終pH值為酸性的時候，認為所得的產物是酸固化水凝膠。硫酸是最廣泛使用的酸，但是也可使用其它的無機酸，例如鹽酸、硝酸或磷酸。可以使用例如硅酸鈉或硅酸鉀作為所述堿金屬硅酸鹽。由于硅酸鈉是最廉價的，而且最容易得到，因此是優選的。酸性水溶液的濃度通常約為5-70重量％，硅酸鹽水溶液中的Si02含量通常約為6-25重量％，Si02與Na20的摩爾比約為l:l至3.4:l。將所述堿金屬硅酸鹽溶液加入無機酸溶液中，形成二氧化硅水溶膠。對反應物的相對比例進行控制，使得水溶膠包含約6-20重量X的SiO2，pH值約小于5，通常約為l-4。通常采用連續過程，將堿金屬硅酸鹽獨立地計量加入高速混合器中。該反應可以在任意方便的溫度下進行，例如在大約15-8(TC的溫度下進行，通常在環境溫度下進行。所述二氧化硅水溶膠通常會在大約5-90分鐘內固化生成水凝膠，然后用水或酸的水溶液洗滌，以除去在反應中形成的殘余的堿金屬鹽。例如，當使用硫酸和硅酸鈉作為反應物的時候，硫酸鈉會被截留在水凝膠中。在進行洗滌之前,通常要將凝膠切割或破碎成粒度約為l/2-3英寸的小片。可以用無機酸(例如硫酸、鹽酸、硝酸或磷酸)或者中等強度的酸(例如甲酸、乙酸或丙酸)的水溶液洗滌所述凝膠。通常，所述洗滌介質的溫度約為27-93。C。較佳的是，洗滌介質的溫度約為27-38°C。對凝膠洗滌足夠的時間，將鹽的總量減小到約小于5重量％。以凝膠的干重為基準計，所述凝膠可包含例如約0.05-3重量X的Na2O以及約0.05-3重量%的804。達到這種程度的鹽去除效果所需的時間根據洗滌介質的流速以及洗滌設備的結構而變化。通常，達到所需的鹽去除效果所需的時間約為0.5-3小時。因此，優選用水在大約27-38'C的溫度下洗滌所述水凝膠約0.5-3小時。在一個可能的實施方式中，可以對洗滌進行限制，以允許凝膠材料的表面上以及孔之內包含一定量的鹽(例如硫酸鈉)。不希望被任何具體科學理論所限制，認為這些鹽可以提供一定程度的水合，此種水合可使得隨后的金屬摻雜過程有效地發生，還可提供足量的水，以促進氨氣和金屬本身在接觸的時候發生絡合。為了制備適應于本發明過濾介質的含水硅基凝膠，完成洗滌時，在5重量％的凝膠的水性漿液中測得的最終凝膠pH值可約為1.5-5。通過用105C的烘箱干燥約16小時測得，洗滌后的二氧化硅水凝膠的水含量通常為10-大約60重量％，粒度約為1微米至50毫米。或者對所述水凝膠進行脫水，得到約20-90重量％、優選約50-85重量％的所需的水含量。可使用任意己知的脫水方法減少其中的水含量，或者增大其固體含量。例如，洗滌后的水凝膠可以在以下裝置中脫水過濾器、旋轉干燥器、噴霧干燥器、隧道式干燥器、閃蒸干燥器、噴嘴干燥器、流化床干燥器、多段式干燥器等。在本文中，平均粒度表示使用MICROTRAC⑧粒度分析儀測得的粒度。當水凝膠的水含量約大于90重量％的時候，可以在任意合適的干燥器內，在一定的溫度下，對水凝膠預先干燥一段足夠的時間，以將水凝膠的水含量減小到約低于85重量％，以便處理、加工和隨后的金屬摻雜。通常形成和老化之后的水凝膠材料具有非常粗糙的粒度，因此應該破碎分離以促進合適的金屬浸漬。這種粒度減小可通過各種方法完成，這些方法包括研磨、磨碎等。但是一種選項是在金屬摻雜過程中對水凝膠材料施加高剪切的混合。在此步驟中，可以將粒度減小到合適的過濾器應用所需的粒度。或者，可以在摻雜步驟中或摻雜步驟之后將水凝膠顆粒同時研磨至較均勻的粒度。在另一種方式中，在用作過濾介質的時候，所述整體制備方法可以完成所需的金屬均勻浸漬，以便最有效地去除有毒氣體。因此，在一種可能的實施方式中，在研磨機內對二氧化硅水凝膠進行濕研磨，以提供適用于與金屬摻雜劑進一步反應的所需的平均粒度，從而隨后制得足夠小的孔徑，以便當其存在于過濾介質中的時候，最有效地進行氨氣截留和保持。例如，所述水凝膠可以用任意標準機械研磨裝置(例如但不限于錘磨機)同時進行研磨和干燥。所述多價金屬浸漬(揍雜)的硅基凝膠材料的最終粒度取決于提供所需的由其制備的過濾介質的方法。因此，填充的介質可能需要較大的粒度(例如10-100微米)，而可以將較小的粒度(例如l-20微米)用作膜或纖維內的擠出物。但是很重要的問題不是大體的粒度，而是對象水凝膠孔之內摻雜的金屬的均勻度。研磨后的含水硅基凝膠產物優選保持在濕態(盡管可以進行干燥和研磨(獨立進行或同時進行)；但是較佳的是，所述材料保持高水含量狀態，以與金屬摻雜劑進行進一步的反應)，用于隨后以多價金屬鹽進行摻雜，從而在過濾介質內提供有效的氨截留和保持能力。因此這種濕態反應包括在本發明的術語"濕反應"或"濕態反應"之內。不希望被任何具體的科學理論所限制，認為濕態摻雜允許將足量的金屬物質結合入硅基凝膠產物的孔內，以允許目標氨充分地絡合。在濕態條件下，目標硅基凝膠產物的孔體積足夠大，能夠允許金屬鹽進入其中。因此隨后的干燥似乎會使得制得的金屬周圍的孔收縮至一定體積，使得當引入目標氨氣的時候，導致氨凝結為液體。很顯然，當金屬上以水合物形式存在的水轉移的時候，此時存在于所述小體積孔內的液體會與金屬物質接觸，與之發生絡合。因此，認為通過上述濕態反應可以最好地達到以下效果通過在金屬物質周圍產生小體積的孔，使得該孔內的剩余體積足夠小，允許目標氨凝結，然后發生可靠的金屬接觸，從而發生所需的基本是永久性的絡合，以有效俘獲氨分子。術語"濕反應"或"濕態反應"中還可能包括另外一種情況，即可以使用已經干燥到一定程度的凝膠顆粒，使其在漿液中與多價金屬鹽的水溶液反應。盡管所述替代的過濾介質所得的性能并不與上述預先干燥的濕的凝膠顆粒與金屬鹽的產物相當，但是這種過濾介質的性能結果超過單獨使用凝膠的性能結果，或者干混合的金屬處理的鹽材料的性能結果。已經證明這種替代的方法是有效的，在使用天然來源的材料(例如如上所述來自稻殼)作為與多價金屬鹽水溶液的反應物的時候是很重要的。可用于該目的的金屬包括上文提及的任意的多價金屬，例如但不限于鈷,鐵，錳，鋅，鋁，鉻，銅，錫，銻，銦，鎢，銀，金，鉑，汞，鈀，鎘和鎳。出于成本的原因，潛在地優選銅和鋅，最優選銅。上面列出的內容說明可以用來在摻雜歩驟中摻雜入目標硅基凝膠材料孔之內的金屬。所述金屬鹽優選本身是水溶性的，當與二氧化硅基材料反應的時候，能夠促進金屬從陰離子解離。因此，可以將硫酸根、氯離子、溴離子、碘離子、硝酸根等作為陰離子，最優選硫酸根，因此硫酸銅是最優選的金屬摻雜鹽(氯化銅也可優選作為具體化合物；但是這種化合物的酸性可能會對工業水平的應用造成妨礙)。不希望受限于任意具體的科學理論，認為硫酸銅能夠將銅[作為銅(n)物質]以一定的形式摻雜入硅基凝膠結構中，而轉移的銅物質保持了其與銨離子絡合的能力，在接觸足量的氨氣之后，還能進一步使得在過濾介質內發生變色，以促進鑒別氣體去除的效率以及過濾介質的最終飽和。通過這種方式可以很容易地經驗性地觀察所得的過濾系統，以確定過濾介質是否以及何時達到飽和，因此需要進行替換。己經證明所述濕態摻雜步驟能夠特別有效地用來提供如上所述的某些所需的過濾器效率結果。對金屬鹽和硅基凝膠進行干混合操作無法獲得將氨俘獲和保持在凝膠孔內需要的相同程度的浸漬。如果不采用所述濕反應，盡管可以完成俘獲，但是可能會降低對俘獲的氨的保持能力(在此情況下，氨可能實際上在俘獲時被改性，或者在目標環境下變為氫氧化銨，還可能有一部分仍為氨氣)。不希望僅限于該理論，認為在這種產物中，氨俘獲仍然通過金屬絡合進行，但是由于缺少其中結合有金屬的小體積孔，限制了金屬的足夠強的絡合能力，因此在某些環境變化(例如受到高溫處理)時無法防止釋放的發生。這種結果實際上是最接近的現有技術的目的。如上文中Kemira的參考文獻所述，干混合步驟制得可再生的過濾介質，而不是制得永久性俘獲和保持的過濾介質。具體的濕反應將在下面的實施例中更具體地進行討論，但是在最廣泛的含義中，該反應包括硅基凝膠與含量至少為50重量％(以凝膠和金屬鹽材料為基準計)的引入的水反應。較佳的是，水的量更高，例如至少為70%;更優選至少為80%,最優選至少為85%。如果反應條件過于干燥，由于加入水的步驟對于將金屬鹽輸送到凝膠材料的孔里來說是必須的，因此不會發生合適的金屬摻雜。如果孔內金屬的含量不足，則由其制備的過濾介質的氣體去除能力會降低。術語"加入的"或"引入的"水包括各種形式的水，例如但不限于存在于金屬鹽溶液或凝膠中的水，金屬鹽水合形式中的水，殘留的凝膠反應物鹽(例如硫酸鈉)的水合形式中的水,濕氣和相對濕度；基本上包括不作為凝膠或金屬鹽自身整體部分的任意形式，或者在發生摻雜之后不會輸送到材料的孔之內的任意形式的水。因此，作為非限制性例子，出于該目的，可以依次進行以下步驟制備凝膠材料后首先進行干燥，隨后進行濕潤步驟(例如，但不限于，在水溶液中形成漿液)，然后與多價金屬鹽進行反應，另一種可能的優選的方法是將凝膠材料保持在濕態，然后進行多價金屬鹽反應。但是水對于促進凝膠孔內金屬與對象有毒氣體的絡合也是很重要的。不希望被任意具體的科學理論所限制，認為在摻雜的時候，金屬鹽實際上是保持在孔內而非通過金屬陽離子絡合在孔內的硅基凝膠上(一些可能實際上絡合在凝膠的表面上，但是更容易解絡合，因此會隨時間除去；在孔之內，與金屬的絡合更加牢固，因此難以斷裂)。在該位點存在的水有助于通過與水合物發生置換而除去絡合的鹽分子的陰離子部分。認為之后這些水合物可以被例如氨氣(或銨離子)替換，從而制得牢固結合很難斷裂的整體凝膠/金屬/銨絡合物，最終不僅提供了有效的氨氣俘獲機理，而且還成為了基本不可逆地保持這些氨氣的方法。作為絡合助劑使用的水可以是來自上述金屬摻雜步驟的殘余的水，或者以水合物的形式存在于凝膠表面上(或者凝膠的孔之內)，或者來自金屬鹽反應物自身。另外，在一個潛在的優選實施方式中，可以通過吸濕劑(例如，但不限于甘油)的存在提供所述的水。因此本發明的硅基凝膠顆粒摻雜(浸漬)了至少一種多價金屬鹽(例如但不限于硫酸銅)，以所述金屬浸漬的(摻雜的)硅凝膠基顆粒的總干重為基準計，表述為賤金屬(例如銅)的重量百分含量，所述多價金屬鹽的含量約為2-30重量％。因此所述制得的金屬摻雜的硅基凝膠材料提供了一種過濾介質，該介質在直徑4.1厘米的燒瓶內用于最多高2厘米的過濾床的時候，在環境壓力(即0.8-1.2大氣壓，或大約0.81-1.25千帕)和環境溫度(g卩20-25"C)條件下，對氨氣濃度1000毫克/米3的氨氣/空氣組合物的穿透時間至少為35毫克/米3,在環境壓力下，最高250°。的溫度下接觸70小時之后，被所述過濾介質俘獲的所述氨氣不會發生任何可覺察的再生。以整個過濾介質組合物的重量為基準計，本發明的過濾介質中含水的硅基凝膠的用量約為1-卯重量％，優選約為5-70重量％。本發明的過濾介質還可包含任選的組分，硅酸鹽、粘土、滑石、氧化鋁、碳、聚合物，包括但不限于多糖，樹膠或用作粘合劑填料的其它物質。這些是過濾介質的常規組分，適用于該目的的材料是本領域技術人員眾所周知的，因此不再列舉。另外，還可以將本發明的這些金屬摻雜的硅基凝膠引入聚合物組合物中(通過浸漬或通過擠出)，以提供聚合物膜、復合體或其它種類的用于過濾介質的聚合物固體。另外，可以用本發明的材料對非織造織物進行浸漬、涂敷或其它形式的處理，或者可以用所述材料擠出單獨的絲線或纖絲，形成非織造織物、織造織物或針織織物，所有這些也均可作為過濾介質基底。另外，本發明的過濾介質可以在過濾器濾罐內層疊，在它們之間設置其它種類的過濾介質(例如炭黑材料層)，或者可以將所述過濾介質一起散置在同一過濾罐內。如上所述的膜和/或織物可以包括離散的過濾介質區域，或者還包括相同種類的散布的材料(例如，但不限于，在相同的織物或膜內，在表面上混合的炭黑，或者與炭黑共擠出)。用來測試介質的耐久性的過濾系統通常包括位于直徑4.1厘米的燒瓶內的厚度約為l-3厘米的介質床，優選其厚度約為l-2厘米。例如(但不限于)用于工業應用和/或個人應用的情況下，包括這種過濾介質的常規的過濾器中，過濾介質的厚度(量)可能更高，例如對于個人用濾罐過濾器厚度約為1-15厘米，直徑約為10厘米，對于工業應用，厚度可高達10O厘米，直徑為50厘米。另外，這只是所述最終應用的近似數值；所采用的所述床和/或容器的任意厚度、直徑、寬度、高度等實際上取決于過濾器能夠使用的時間長度，以及目標環境可能包含的氣體污染物。可將任意的量的過濾介質加入所述過濾系統中，只要所述容器的結構足以將所述過濾介質容納在其中，允許有合適的空氣流速，以使得過濾介質與目標氣體合適地接觸即可。重要的是需要注意，盡管本文討論的本發明過濾介質的測試對象是氨氣，但是這種介質也可有效地用來從某種環境中除去其它的有毒氣體，包括例如，但不限于甲醛，一氧化二氮和二硫化碳。如前文所述，所述過濾介質可用于工業設施(例如保護整個工業建筑或通過面具保護單獨的工人)、軍事設施(例如用于車輛或建筑物的過濾器，或者用于單獨軍人的面具)、商業/公共設施(辦公建筑、商業中心、博物館、政府場所和設施等)的過濾應用。具體例子可包括但不限于保護農業環境(例如禽舍)中的工人，在這些環境中，動物糞便可能產生大量的氨氣。因此，在這些場所可能使用大規模的過濾器，或者出于該目的，個人可以使用個人過濾器設備。另外，這些過濾器可以用于有可能產生某些有毒氣體的變電站中或其周圍。通常，本發明的過濾介質可包括在任何種類的過濾系統中，所述過濾系統是在任意種類的環境中除去可能的有毒氣體所需的，也是適用的。附圖簡述與本發明的文字描述一起提供了一些附圖。這些附圖不應看作對本發明的范圍構成限制，圖1是關于下面的表6中的信息的圖表，此圖是關于本發明的過濾介質材料以及比較例過濾介質材料的氨吸收濃度隨時間的變化圖。圖2是表7中信息的選定部分的圖表，此圖是關于本發明的過濾介質材料以及比較例過濾介質材料的氨穿透濃度隨時間的變化圖。圖3是某些本發明的過濾介質材料以及比較例過濾介質材料在完成穿透之后，進一步進行氨吸收，以測試該目標測試材料的可逆性的流出物濃度隨時間的變化關系圖。圖4是某些本發明的過濾介質材料和比較例過濾介質材料在完成穿透之后，用新鮮空氣吹掃樣品，以進一步測定該目標測試材料的可逆性和化學活性的流出物濃度隨時間的關系圖。本發明優選實施方式使用購自美國康涅狄格州Shelton的伯晶艾爾瑪有限公司(PerkinElmerCorporation)的Optima3000型ICP-OES測定的銅含量。吸附劑濕餅的固體^是通過將2克代表性的樣品置于CEM910700微波天平的稱量盤之上，將樣品干燥至恒重而測得的。使用重量差來計算固體百分含量。通過稱取100.0克產物加入250毫升的平底塑料量筒中，以測定填充或振實(tapped)密度。所述量筒用橡膠塞封閉，置于振實密度機上運作15分鐘。所述振實密度機是常規的電動機-齒輪減速器驅動器，其操作凸輪以60rpm的轉速運轉。對所述凸輪進行切削或設計，使得量筒每秒鐘上升和下降2.25英寸(5.715厘米)的距離。所述量筒通過導向支架保持在原位。記錄下振實之后產物占據的體積，計算出填充密度，單位為克/毫升。使用具有溫度補償器的OrkmModel140電導計，通過將電極環氧化物電導池(014010)浸沒在回收的濾液或濾液流中，測定濾液的電導率。測量通常在15-2(TC的溫度下進行。通過Brunaur等人的J.Am.Chem.Soc，60,309(1938)描述的BET氮吸附法測定表面積。使用氮吸附-脫附等溫測量測得可用的孔隙度。使用購自美國喬治亞州Norcross的微粒設備有限公司(MicromeriticsInstrumentCorporation)的AcceleratedSurfaceAreaand'PorosimetrySystem(ASAP2010)基于脫附分量領'j定BJH(Barrett-Joiner-Halender)型平均孔徑。樣品在150-200°C下放氣，直至真空壓力約為5微米汞柱。這是在77。K下運作的自動化體積分析儀。孔體積在P/P^0.99的壓力下測得。平均孔徑源自孔體積和表面積(假定為圓柱形孔)。使用BJH法計算孔徑分布(AV/AD)，得到在一定孔徑范圍內的孔體積。使用Halsey厚度曲線種類，孔徑范圍為1.7-300.0納米，兩端開口的孔所占分數為O。根據1985IUPAC對常規等溫種類的分類對N2吸附-脫附等溫線進行分類，其包括對滯后的分類，用來描述硅基凝膠中包含的孔的形狀和內部連通性。吸附劑微孔面積(S微)源自用來產生t-曲線的Halsey等溫線方程。t-曲線(t-plot)比較了吸附劑凝膠吸收的氮氣的體積與吸附層的厚度相比理想參比的關系圖。t-曲線的形狀可用來預測微孔表面積。然后通過從總BET表面積中減去外部表面積來預測微孔率百分數，SfSBEr-S外。因此。/。BJH微孔率^S微/SbetX100。金屬浸漬含量以元素百分含量來表示。浸漬約5重量％的銅的樣品表示了氯化銅的含量，因此加入硅基凝膠中的Cu的百分含量大約是Cu/吸附劑重量的5重量％。對于二水合氯化銅(CuCl2-2H20)的情況，IOO克干燥的吸附劑浸漬有113.65克氯化銅。因此，計算基本上是按照下式進行的金屬％=金屬鹽中元素金屬的重量/(干燥的硅基凝膠的重量+干燥金屬鹽的總重量)。實施例實施例l-4在實施例l-4中，通過以下方式制備硅酸凝膠顆粒將24.7%的硅酸鈉溶液(摩爾比3.3)加入特定體積的11.4%的硫酸溶液中，直至溶液的pH值達到目標pH值。形成的硅酸凝膠懸浮體在環境溫度下老化3-4小時。然后將所述懸浮體置于設定為75'C的烘箱中，處理特定的時間，以完成凝膠形成。接下來，通過攪拌使凝膠破碎，用刮刀刮下，然后過濾，然后用水洗滌至濾液電導率約小于3000^S。脫水后的凝膠在烘箱中，在特定溫度下干燥16小時。干燥的材料在一疊2個美國標準篩網尺寸20目和40目的篩網上進行篩分，回收到尺寸為850-425微米的硅酸吸附劑基底顆粒。實施例1-3的處理參數列于下表1。表l<table>complextableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實施例l不用銅進行處理(因此是參比例)。然后實施例2，3和4通過以下方式用銅浸漬首先將特定量的CuCl2，2H20與特定量的水混合，形成氯化銅溶液，然后將特定量的上面形成的脫水的二氧化硅加入所述氯化銅溶液中。(使用根據上述方法測定的干燥的凝膠的固體％,預測獲得所需金屬浸漬水平所需的浸漬的量)。用HCl或50X的NaOH水溶液將所述制得的懸浮液的pH值調節到目標pH值。然后該漿液在環境溫度下攪拌特定的時間，然后過濾回收。為了形成團粒和增大顆粒密度，將200克所述制得的顆粒加入CUISINART⑧modelDFP14BWType33高剪切混合器/攪拌器中。向所述連續混合的吸附劑顆粒中，以大約10毫升/分鐘的速率連續加入作為粘合劑液體的水，直至形成細小團粒。制得的粗的濕團粒的粒度為200-1600微米。回收的濕團粒在特定溫度下干燥過夜(16小時)。然后干燥的產物用上述方法通過篩分分級，回收粒度為850-425微米的顆粒。通過這種方式制得的目標顆粒團粒的堆積密度約為0.7克/毫升。可用于銅浸漬的過程變量列于表2。表2<table>complextableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>實施例l-4的物理性質根據上文所述的方法測定，結果列于下表5。實施例5通過回流技術，通過將250克異丙醇(IPA)和200克得自實施例1的脫水凝膠加入提取燒瓶，用銅對實施例l的產物的一部分進行浸漬。向該衆液中加入50克氯化銅，該混合物在8(TC下回流3小時。通過傾潷上清液，從IPA分離銅處理過的聚硅酸吸附劑，回收的固體在105'C的烘箱中干燥16小時。通過將200克實施例4制備的顆粒加入CUISINART⑧modelDFP14BWType33高剪切混合器/攪拌器中，使其粒化。向連續混合的吸附劑顆粒中以大約10毫升/分鐘的速率連續加入作為粘合劑液體的水，直至形成團粒。制得的粗制濕團粒的粒度為200-1600微米。回收的濕團粒在105t:下干燥過夜(16小時)。然后干燥的顆粒通過如上所述進行篩分，使其分級，回收得到粒度為850-425微米的顆粒。實施例5的吸附劑包含15.2%的氯化銅形式的銅。實施例6-12在實施例6-12中，通過以下方式制備硅基凝膠的顆粒在300-400rpm的攪拌下，將24.7%的硅酸鈉溶液(3.3摩爾比)加入5000毫升11.4%的硫酸溶液中，直至溶液的pH值達到目標pH值。然后將懸浮液置于設定在75r的烘箱中處理特定的時間，以完成凝膠的形成。接下來，通過攪拌使凝膠破碎，用刮刀刮下，然后通過將水泵抽入反應器的底部，使水從頂部溢流出，以進行洗滌，直至溢流液的電導率小于3000pS。然后過濾洗滌后的顆粒，并收集，用作下面所述的銅浸漬的基底材料。實施例6和12分類為聚硅酸類凝膠，剩余的為硅膠類。實施例6-12的處理參數列于下表3。表3<table>Complextableseetheoriginaldocumentpagex</column></row><table>然后通過以下方法用銅浸漬實施例6-12的產物，將一定量的上面形成的凝膠濕餅加入硫酸銅溶液中，所述硫酸銅溶液是通過將一定量的CuS(V5H20與一定量的水混合起來制得的。(所述干燥的凝膠的固體％通過上述方法測得，其用來預測達到所需金屬含量所需要的浸漬的量)。然后所述漿液在環境溫度之下，以特定的速度攪拌特定的時間，然后通過過濾脫水(實施例6-7)或者直接置于設定在105'C的烘箱中，不進行過濾(實施例8-12)干燥過夜(16小時)。為了形成團粒和增大產物密度，使1千克上面制得的堆積密度約為0.50克/毫升的干燥的顆粒在輥式壓實機(WP50N/75型，購自德國的亞力山大沃克斯GmbH(AlexanderwerksGmbH))上，以200-500千帕(60-70巴)的壓力壓制，形成蠟筆形團聚體，然后該團聚體在研磨工藝中搗碎，使用齒形圓盤輥(亞力山大沃克斯)預先研磨。比較例3通過以下方式將比較例l的市售硅膠顆粒與銅混合起來將200克比較例1的顆粒和450克干研磨的硫酸銅CuSCV5H2O干混合起來(除了以水合形式以及作為反應器中的潮氣形式存在的水以外，不加入其它的水)。所述干物理混合物通過如上所述進行篩分，使其分級，回收粒度為850-425微米的顆粒。比較例3包含15。/。的Cu。比較例4對購自美國賓夕法尼亞Pittsburgh的凱爾恭有限公司(CalgonCorporation)的市售ASZM-TEDA浸漬的碳顆粒通過上述方法篩分進行分級，回收粒度為850-425微米的團粒。根據上文描述的方法測定比較例l-4的物理性質，結果列于下表5，表5中還列出了實施例1-17的性質。表5<table>complextableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>氨吸收對上面制備的一些實施例進行評價，根據吸收和穿透來評價它們從空氣中吸收氨的能力。如上所述吸收測量提供了在特定時間內，吸收劑過濾介質從測試體系中除去和俘獲有毒氣體(在此情況下，為測試對象氨氣)的效率的證據。穿透測暈了所述過濾介質變得飽和所需的時間。對所述過濾介質的該種吸收性質進行篩選，以提供對有效穿透特性的可能性的初始評估。對于氨吸收測試，依照以下過程，該過程基本上是根據Mahle,J.，Buettner.L.禾口Friclay，D.K.在"MeasurementandCorrelationoftheAdsorptionEquilibriaofRefrigerantVaporsonActivatedCarbon,"Ind.Eng.Chem.Rcs.，33,346-354(1994)中的描述。將硅基凝膠吸附劑樣品加載在15微米的底部為玻璃料(frit-bo加med)的金屬小室中，所述金屬小室允許恒定體積的空氣流在密閉回路體系中回流/通過所述小室。加入100毫克吸附劑(過濾介質)之后，記錄下過濾介質的床高。所述體系通常是干的，但是可以通過向所述體系中注入己知量的水來增大相對濕度，從而可以調節(濕化)該體系的相對濕度。所述密閉回路體系中的目標氨濃度為1100毫克/米3，在25。C下平衡，使用紅外分析器(MIRAN，FoxboroCompany,Foxboro,MA)監控氣流中的實際氨濃度。通過位于循環泵的進口(低壓側)的隔膜將氨注入所述體系中。所述分批吸收測試首先以旁路模式的吸附床開始。將氨注入該體系中，使其平衡。注入的氨的質量通過氣密注射器的體積來決定。紅外分析首先對注入的NH3質量進行重復的(redundant)測定。在氨濃度穩定之后，改變床旁路閥的位置，輸送氨污染的空氣從吸附劑(過濾介質)上通過。然后紅外分析儀測定隨時間發生函數變化的氣相濃度。濃度的減小說明吸附劑從空氣流中除去氨。精確己知重量的對象氣體還允許測量氨吸收。體系的溫度保持在75"C或在達到平衡的時候從25C升高到75°C，以測定到此時為止俘獲的氨究竟是位于凝膠材料的表面上還是位于孔之內(體系頂部空間內濃度測量值的增大說明從過濾介質釋放出了氨)。在所述溫度升高的時候觀察到的從凝膠材料釋放出氨則說明，所述氣體的俘獲在凝膠表面發生，這是因為任何被俘獲在金屬絡合物孔之內的氨氣都不會因為這種較低的升溫而如此容易地釋放出來。在干燥和濕潤的條件下進行測試，顯示本發明的硅基凝膠吸附劑的性能獲得提咼°目標是將氨濃度在25T下減小到小于200毫克/米3，用來顯示氨去除的效率。表6氨吸收<table>complextableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>由于吸收體系是蒸氣中化學物質的體積量與在吸附劑上化學吸附和/或反應的量成反比的。圖1和表6總結了三種吸附劑的分批吸收曲線，兩種吸附劑是浸漬的(本發明的)，一種吸附劑是未浸漬的(比較例)。曲線顯示了溫度對吸收的影響，以及各種吸附劑的初始氨吸收率。這些數據說明特定的吸附劑是否具有足夠快的內部傳質速率，能夠在合理的氣體通過速率下用于過濾器。也即是說,即使特定吸附劑能夠除去大量的氨，如果其達到平衡需要很長的時間，則該吸附劑將無法用于某些用途的最終應用過濾器中。實際上，被測的實施例的結果都良好地說明具有有效的潛在的穿透特征。曲線圖還顯示了對于各種樣品，溫度對氨的吸附行為的影響。這些數據清楚地顯示了存在化學反應。考慮關于比較例l的數據，在接觸大約135分鐘之后,當樣品達到平衡的時候，吸附劑的溫度改變到75。C。通過這種改變，氨蒸氣相濃度從大約614毫克/米3增大到大約694毫克/米3，這說明通過吸附平衡，隨著溫度的升高，會吸附較少的氨。大約180分鐘之后，氨濃度穩定，至少在接下來l小時內沒有觀察到可以察覺的變化。對于期望尋求可逆吸附平衡的人來說，這是一個優秀的例子。另一方面，兩種浸漬的樣品在75'C沒有表現出經典的吸附平衡行為。對于實施例2，當在大約135分鐘時，溫度升高到75。C,當樣品達到平衡的時候，由于一些吸附的氨從表面脫附，氨濃度會升高；然而,在大約180分鐘之后，最大濃度增大僅為對比較例1觀察到的濃度增大的1/2。這意味著雖然有更多的氨與吸附劑結合，但是在溫度變化過程中釋放的氨卻較少。另外,在大約180分鐘開始，濃度開始緩慢減小，說明存在化學反應。對于實施例5，不可逆性甚至更加顯著。對于該試驗，在整個過程中，溫度設定在75。C。氨濃度沒有任何增大的跡象，這說明即使存在任何可逆吸附的氨，其量也極少。在更高的溫度下，氨濃度以容易觀察到的速率連續降低到大約300毫克/米3，在此濃度下變平，這又說明所述吸附劑具有高活性，像其它的發明實施例一樣，顯示出極佳的氨吸收。氨穿透用于穿透測量的大體步驟包括使用兩個平行流系統，這些系統具有兩個不同的閥，它們導向兩個不同的吸附床(包括過濾介質)，與兩個不同的紅外檢測器相連，然后與兩個質流控制器相連。整體系統基本允許氨和空氣在相同的管道內混合，用來傳輸到吸附床或者繼續通過到達相同的氣相色譜。通過這種方式,通過氣相色譜分析，與同時制得的未過濾的氨/空氣混合物相比較，比較特定時間段之后所述兩個吸附床內的過濾介質吸收的氨濃度。在系統的端部使用真空，迫使氨/空氣混合物通過所述兩個平行流系統以及所述未過濾的管道，使用0-50SLPM質流控制器控制流量。為了得到氨/空氣混合物，兩個質流控制器產生競爭(challenge)氨濃度，一個是O-IOOSLPM范圍的競爭空氣質流控制器，另一個是0-100sccm范圍的氨質流控制器。使用第三空氣流控制器控制通過熱水噴霧器的物流，以控制競爭空氣相對濕度(RH)。使用兩個露點分析儀測定其RH，一個位于床上方的競爭空氣管道內，另一個測量從這兩個過濾床中的一個流出的流出物的RH(改良用于不同的水平)。床是4.1厘米的玻璃管，其具有帶擋板的篩網，用來保持吸附劑。使用填充塔將吸附劑引入玻璃管內，以便在每一次都獲得最佳的和最均勻的填充。然后使用裝有熱導檢測器(TCD)的HP-5890氣相色譜測量競爭化學物質濃度。使用紅外分析儀(MIRAN)測量氨的流出物濃度，所述紅外分析儀提前在用于氨的特定波長下校準。通過對所有小于40目(約425微米)的顆粒進行篩分來制備用于測試的吸附劑。最大的顆粒通常不大于約25目(約710微米)。兩個床上方的閥門起初是關閉的。稀釋空氣流和水噴霧器空氣流開始流動，使得所述系統在所需的溫度和相對濕度(RH)下平衡。然后改變床上方的閥門位置，同時化學物流開始流動，保持其流速為4.75SLPM。設定化學物流以達到所需的競爭化學物質濃度。進料化學物質濃度持續地使用GC進行監控。使用之前校準的紅外檢測器對來自兩個吸附床(過濾介質)的流出物的濃度進行持續測量。穿透時間定義為流出的化學物質濃度等于目標穿透濃度的時間。對于氨測試，25。C的競爭濃度為l,000毫克/米3，25。C的穿透濃度為35毫克/米3。然后對不同的介質樣品測量氨穿透，如所述對各樣品的床深度進行改變,調節相對濕度，改變氨氣的流動單位，以確定不同條件下過濾介質的效率。目標是超過60分鐘的穿透時間。結果列于表7。<table>complextableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>本發明的產物清楚地提供了極高的穿透水平，特別是超過了60分鐘的閾值很多，說明該材料具有出人意料的良好結果。圖2圖示地顯示了本發明的實施例和比較例的穿透濃度的顯著差異。總氨濃度設定在1000毫克/米3，穿透濃度低得多(在穿透濃度測量的時間越長，過濾介質的效果越好)。很明顯，在設定氨濃度下，本發明的實施例提供了好得多的氨去除性能。還注意到圖2中的結果實際上反映了相對于在15%的相對濕度下比較例的性能，本發明的實施例在相同的相對濕度下具有極佳的性能。穿透測試之后的氨再生另一種評估特定吸附劑的不可逆性的方法是通過再生研究進行評估。起始材料在大約1,000毫克/米3的氨進料濃度下進行平衡，以對新材料確立穿透時間，以及在1,000毫克/米3下用氨使樣品完全平衡。與氨接觸之后，將吸附劑分為兩種不同的樣品。一種樣品使用下面的步驟(l)再生，另一種樣品使用下面的步驟(2)再生。步驟(l)真空再生25克NH3穿透之后的過濾介質在125'C下，在14毫巴汞柱的真空下處理4小時。所得的樣品在一疊2個美國標準篩網尺寸20目和40目的篩網上篩分，回收粒度為850-425微米的硅酸吸附劑劑基底顆粒，然后在上面測試方法中列出的條件下測量NH3穿透。步驟(2)熱再生在加熱爐內，在空氣環境中，在25(TC下對25克NH3穿透后的過濾介質樣品加熱處理4小時。所得的樣品在一疊2個美國標準篩網尺寸20目和40目的篩網上篩分，回收粒度為850-425微米的硅酸吸附劑劑基底顆粒，然后在上面測試方法中列出的條件下測量NH3穿透。圖3中提供了使用在相同的競爭條件下測試的兩種再生過的樣品作為初始樣品得到的結果。圖中還顯示了實施例6-12的硅基凝膠的未浸漬顆粒的數據，圖3中表示為"基底硅膠"。基于穿透時間，兩種再生的樣品恢復了初始氨容量的50%以下，而初始氨容量與基底硅膠是相當的。因此，出于所有實際的目的，現在再生后的材料可以處理的氨量小于初始未接觸的材料的總氨量的1/2。發明實施例10的材料具有不可逆的用于氨的位點，因此不適于用于循環工藝。結合進行再生之后的穿透數據，說明由于所述材料能夠有效地將目標氨通過化學作用永久性地俘獲在金屬浸漬的孔內，因此本發明的過濾介質是不可逆的。關于再生能力的氨洗脫另一種評價選擇的吸附劑上吸附的物質的可逆性的技術是進行洗脫測試。將平均濃度的化學物質(對于此處描述的測試為1,000毫克/米3)加入吸附劑的固定床，直至吸附劑飽和。測定流出物濃度達到確立的穿透濃度所需的時間(對于氨，該濃度確定為35毫克/米)。填充具有完全相同的床深度的新的吸附床，化學進料濃度同樣確立為1,000毫克/米3。之后化學進料在對應于之前測得的穿透時間的卯％的時候失活。使新鮮空氣以相同的流速連續通過所述吸附劑，直至目標化學物質最終從所述床洗脫。計算洗脫曲線下面的面積，以確定在洗脫過程中脫附的化學物質的質量。該數值可除以進料步驟中引入的總質量，以計算目標化學物質的去除百分量。化學物質的保持越不可逆，則測得該分量越小。另外，測量了達到的最大流出物濃度。該數值越小，則床內目標化學物質的保持越不可逆。圖4中比較了三種吸附劑，比較例1和實施例10以及實施例6-12的硅基凝膠的未浸漬的顆粒，在圖4中稱為"基底硅膠"。各吸附劑的床深度為l厘米，在25°C,進料空氣流速設定在4.4SLPM(標準()0C和1大氣壓)，用于直徑4.1厘米的管子，對應于表面速度為6.0厘米/秒。進料的RH固定在15M，溫度控制在25^(±1QC)。由于各種樣品過濾介質對于進料濃度為1,000亳克/米3的氨表現出不同的容量，各樣品的進料氣體失活時間是不同的。下表8列出了洗脫結果。容量最低的材料是基底硅膠，其在13.5分鐘達到穿透時間的卯％。最高容量的材料是實施例IO，其在63分鐘達到其穿透時間的卯％。表8洗脫測試結果總結<table>complextableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>最具有可逆性的材料是比較例l。用新鮮空氣洗脫2小時之后，吸附的氨總質量的大約69%從床上除去。基底硅膠的洗脫百分數僅為46%，對于實施例10，僅為3%。基于回收的氨的百分數，實施例10是最不可逆的氨吸附劑。反映出可逆性的第二個數值是洗脫步驟中的最大流出物濃度。該數值與洗脫百分數相符合。基于最大濃度，最不可逆的吸附劑是實施例IO，其最大濃度為12亳克/米3。最易可逆的吸附劑是比較例l，其最大濃度為170毫克/米3。最后，當考慮材料的預期應用的時候，從目標環境中(即所述體積內)除去的氨的總量的效率也是很重要的。因此，實施例10是三種測試的材料中最佳的。另外，對于許多保護應用，即使化學物質的危險已經下降了，也仍必須繼續使用過濾器。因此，能夠在接觸之后合理的長時間內保持氨的能力也是一個重要的功能。比較例l和未浸漬的基底硅膠在洗脫過程中表現出的流出物濃度都大于閾值穿透濃度。另一方面，實施例10從未得到高于12毫克/米3的流出物濃度，遠低于允許的流出物濃度。所有三個實施例的穿透濃度均約為35毫克/米3,僅有本發明的實施例在初始穿透之后的氨氣洗脫結果低于該穿透濃度。因此，認為本發明的過濾介質是不可再生的，這是因為初始俘獲的氨從本發明金屬摻雜的硅基凝膠之上或孔內釋放出的量不會超過穿透濃度；對于本發明的實施例，實際的洗脫量甚至不會達到穿透濃度的50%,而比較例則一開始就達到穿透濃度。這種結果表現出比較材料相對于本發明金屬摻雜種類材料的再生能力。表9<table>complextableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>在目視觀察的時候，過濾介質在與氨接觸之前為淺藍色。在這種接觸之后，過濾介質變為極深的藍色，因此提供了一種確定過濾介質效率的經驗性方式。盡管已經結合某些優選實施方式描述和揭示了本發明，但是并不是說本發明限于這些具體實施方式，而是說本發明覆蓋所附權利要求書及其等同內容限定的所有等價結構、結構等同內容和所有替代的實施方式以及改進。權利要求1.一種多價金屬摻雜的硅基凝膠過濾介質，其在以下條件a)、b)、c)之下，對氨氣/空氣組合物的穿透測量值至少為60分鐘a)當其作為1厘米高的過濾床處于直徑4.1厘米的燒瓶中的時候，b)當其在環境溫度和環境壓力下與恒定氨氣濃度1000毫克/米3的氨氣接觸的時候，c)當同時處于15％的相對濕度的時候；所述過濾介質在達到35毫克/米3的穿透濃度之后，不會表現出任何超過所述穿透濃度的氨氣洗脫。2.如權利要求l所述的過濾介質，其特征在于，所述材料的BET表面積為100-300米7克；通過氮氣孔隙度法測得孔體積約為0.18-0.7立方厘米/克;對所有孔徑為20-40人的孔測得的積分表面積為50-150米7克；以所述硅基凝膠材料的總重量為基準計，所述摻雜在硅基凝膠材料之上和之內的多價金屬含量為5-25重量％。3.如權利要求2所述的過濾介質，其特征在于，所述BET表面積為150-250米7克；孔體積約為0.25-0.5立方厘米/克；對所有孔徑為20-40人的孔測得的積分表面積為80-120米7克；所述多價金屬的含量約為8-20%。4.如權利要求l所述的過濾介質，其特征在于，所述多價金屬選自鈷、鐵、錳、鋅、鋁、鉻、銅、錫、銻、鎢、銦、銀、金、鉑、汞、鈀、鎘、鎳、及其任意組合。5.如權利要求4所述的過濾介質，其特征在于，所述多價金屬是銅。6.如權利要求2所述的過濾介質，其特征在于，所述多價金屬選自鈷、鐵、錳、鋅、鋁、鉻、銅、錫、銻、鎢、銦、銀、金、鉬、滎、鈀、鎘、鎳、及其任意組合。7.如權利要求6所述的過濾介質，其特征在于，所述多價金屬是銅。8.如權利要求3所述的過濾介質，其特征在于，所述多價金屬選自鈷、鐵、錳、鋅、鋁、鉻、銅、錫、銻、鎢、銦、銀、金、鉑、汞、鈀、鎘、鎳、及其任意組合。9.如權利要求8所述的過濾介質，其特征在于，所述多價金屬是銅。10.如權利要求l所述的過濾介質，其特征在于，所述穿透時間至少為120分鐘。11.一種過濾系統，包括如權利要求l所述的過濾介質。12.—種過濾系統，包括如權利要求2所述的過濾介質。13.—種過濾系統，包括如權利要求3所述的過濾介質。14.一種過濾系統，包括如權利要求10所述的過濾介質。15.—種多價金屬摻雜的硅基凝膠過濾介質，其在以下條件a)、b)、c)之下，對氨氣/空氣組合物的穿透測量值至少為60分鐘a)當其作為l厘米高的過濾床處于直徑4.1厘米的燒瓶中的時候，b)當其在環境溫度和環境壓力下與恒定氨氣濃度1000毫克/米3的氨氣接觸的時候，c)當同時處于80X的相對濕度的時候；所述過濾介質在達到35毫克/米3的穿透濃度之后，不會表現出任何超過所述穿透濃度的氨氣洗脫。16.如權利要求15所述的過濾介質，其特征在于，所述材料的BET表面積為100-300米7克；通過氮氣孔隙度法測得孔體積約為0.18-0.7立方厘米/克;對所有孔徑為20-40人的孔測得的積分表面積為50-150米7克；以所述硅基凝膠材料的總重量為基準計，所述摻雜在硅基凝膠材料之上和之內的多價金屬含量為5-25重量％。17.如權利要求16所述的過濾介質，其特征在于，所述BET表面積為150-250米7克；孔體積約為0.25-0.5立方厘米/克；對所有孔徑為20-40人的孔測得的積分表面積為80-120米7克；所述多價金屬的含量約為8-20%。18.如權利要求15所述的過濾介質，鐵、錳、鋅、鋁、鉻、銅、錫、銻、鉤.及其任意組合。19.如權利要求18所述的過濾介質，20.如權利要求16所述的過濾介質，鐵、錳、鋅、鋁、鉻、銅、錫、銻、鴇.及其任意組合。21.如權利要求17所述的過濾介質,鐵、錳、鋅、鋁、鉻、銅、錫、銻、鉤.及其任意組合。22.如權利要求21所述的過濾介質，23.如權利要求15所述的過濾介質，其特征在于，銦、銀、金-其特征在于，其特征在于，銦、銀、金.其特征在于，其特征在于，銦、銀、金.所述多價金屬選自鈷、鉑、汞、鈀、鎘、鎳、所述多價金屬是銅。所述多價金屬選自鈷、鉑、汞、鈀、鎘、鎳、所述多價金屬是銅。所述多價金屬選自鈷、鉑、汞、鈀、鎘、鎳、其特征在于，所述多價金屬是銅。其特征在于，所述穿透時間至少為120分鐘。24.—種過濾系統,包括如權利要求15所述的過濾介質。25.—種過濾系統,包括如權利要求16所述的過濾介質。26.—種過濾系統,包括如權利要求17所述的過濾介質。27.—種過濾系統,包括如權利要求23所述的過濾介質。全文摘要本發明一般涉及用于能夠高效地過濾掉有毒氣體(例如氨)的空氣處理系統中的環境控制單元。這種過濾系統使用新穎的金屬摻雜的二氧化硅基凝膠，從密閉環境俘獲和除去這些不希望存在的氣體。這些凝膠需要具有特殊的孔隙度和密度測量值。另外，為了進行最有效的金屬摻雜，必須在這些凝膠處于濕態的情況下進行處理。結合這些特殊的性質和金屬摻雜劑，使得能夠進行高度有效的有毒氣體過濾，從而獲得與之前的二氧化硅凝膠過濾產品相比尤為顯著的吸收和穿透結果。使用方法和具體過濾設備也包括在本發明之內。文檔編號B01D53/02GK101198395SQ200680021804公開日2008年6月11日申請日期2006年6月20日優先權日2005年6月20日發明者D·K·弗里德,F·A·辛克萊爾,M·C·威瑟曼申請人:J.M.休伯有限公司;俄亥俄州亨特制造公司