阅读说明：本技术 空气过滤器 (Air filter ) 是由 S·P·佩雷拉 B·D·克里滕登 O·卡慕斯 周阳明 R·吉 于 2018-04-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种空气过滤器,其包含聚合物泡沫体和吸附剂材料,其中,所述聚合物泡沫体包含金属颗粒。(The present invention provides an air filter comprising a polymer foam and an adsorbent material, wherein the polymer foam comprises metal particles.)

空气过滤器

技术领域

本发明涉及空气过滤器、其制造方法和用途。特别地，本发明涉及一种空气过滤器，其包括抗微生物或抗菌材料以及用于通过吸附去除挥发性有机化合物的材料。本发明还涉及适用于所述空气过滤器并且至少提供抗菌和/或抗病毒性质的聚合物泡沫体及该聚合物泡沫体的制备方法。本发明还涉及用于所述空气过滤器的具有抗微生物或抗菌性质和吸附性质的复合材料，以及所述复合材料的制备方法。本发明还涉及可从所述方法获得的聚合物泡沫体和复合材料。本发明的空气过滤器可在用于多种环境，并且在航空业、包括飞机机舱中特别有用。

背景技术

空气过滤器用于各种环境。对用于各种环境中如卫生业和航空业中(如飞机机舱中)的空气过滤器施加了特别严格的要求。期望的是，这样的过滤器能够去除挥发性有机化合物(VOC)、气味并捕获(优选地杀死)细菌和/或病毒和/或真菌。提供一种能够提供所有这些功能的空气过滤器提出了持续的挑战，并且持续迫切需要提供一种用于多种环境的过滤器。

当前，在适用于飞机机舱的空气过滤器中，通常，空气从机舱的底部通过再循环过滤器进入混合室，在混合室中，空气与外部空气混合。通常，空气与外部空气混合(按体积计约为50/50)，然后传回至机舱。标准航线机舱空气交换速率为15到20次换气/小时。通风能力随飞机型号的不同而有很大差异，但通常平均为4.7L/s(10ft³/min)。用于商用飞机的一些过滤器每3至5分钟循环一次空气。当前使用的许多过滤器仅仅捕获细菌而不杀死细菌。

所谓的高效微粒捕集(HEPA)过滤器是当前在医疗设施、汽车、飞机和家庭中使用的空气过滤器类型之一。为了符合美国政府标准的HEPA的规格，空气过滤器必须从流经其的空气中去除99.97％的尺寸为0.3pm的颗粒。但是，有许多与HEPA过滤器相关的缺点。HEPA过滤器无法清洗以去除微粒、微生物制剂和灰尘负载，因此必须作为一个完整的组件进行更换，通常需要付出高昂的成本。随着颗粒负载的增加，对空气流动的阻力增大，因此在过滤器两侧产生压降。在某些应用中，不均匀的过滤器负载会导致通过过滤器的气流不均匀并降低效率。

聚合物泡沫体可用于各种应用，例如包装和绝缘。聚合物泡沫体由混合在一起形成泡沫体的固相和气相构成。所得泡沫体具有其中掺入有气泡和/或气道的聚合物基质，其可被称为闭孔或开孔结构。泡沫体中使用的气体称为发泡剂，特性可以是化学的或物理的。物理发泡剂是在发泡过程中不发生化学反应的气体，因此对形成基质的聚合物呈惰性。化学发泡剂是参与反应或在过程中分解释放化学物质的化学物。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种空气过滤器，其包含聚合物泡沫体和吸附剂材料，其中，所述聚合物泡沫体包含金属颗粒。金属颗粒可以作为金属和/或金属化合物和/或金属合金存在。吸附剂材料可以包含在聚合物泡沫体中。该特征在本文中可以称为吸附剂聚合物泡沫体或聚合物吸附剂泡沫体。包含金属颗粒的聚合物泡沫体和吸附剂材料的组合在本文中可以称为活性部分或活性元件。除了包含金属颗粒的聚合物泡沫体之外，还存在吸附剂材料。金属颗粒具有抗微生物、例如抗菌特性。

基于填充的聚合物泡沫体的总重量，聚合物泡沫体中的金属颗粒的存在量可以为至少约20重量％或大于约30重量％至约80重量％，例如约40重量％至80重量％，例如约50重量％至80重量％或约60重量％至80重量％。

在吸附剂聚合物泡沫体中，基于吸附剂聚合物泡沫体的总重量，吸附剂材料的存在量可以为至少约55重量％，或至少约60重量％，例如约55重量％或约60重量％至约80重量％或至约90重量％或至约95重量％或至约100重量％。

空气过滤器可以进一步包含用于容纳吸附剂材料和聚合物泡沫体以及金属颗粒的组合的结构。壳体结构通常可以包括进气口和出气口，并且还可以包含空气分配器，例如空气分配器板。聚合物泡沫体(包含金属颗粒)和吸附剂材料的组合在本文中可以称为空气过滤器的活性部分或活性元件。空气过滤器的活性部分可以以包含金属颗粒和吸附剂材料的复合材料或聚合物泡沫体的形式存在，例如吸附剂聚合物泡沫体可以是可接触或不接触的独立特征物。活性元件构成本发明的另一方面。在本发明的第二方面，还提供了一种活性元件，其包含(i)聚合物泡沫体和(ii)吸附剂材料，其中该聚合物泡沫体包含金属颗粒，并且其中该聚合物泡沫体、吸附剂材料和金属颗粒为以适合用于本发明第一方面的空气过滤器的复合材料的形式存在，并且其中，基于填充的聚合物泡沫体的总重量，金属颗粒的存在量为大于约30重量％，或为约50重量％或约60重量％至约80重量％，并且其中，金属颗粒是选自铜、锌、银、钾、硒、钛、金、钯、铂中的一种或任何组合，其作为金属、金属化合物或金属合金或其任何组合存在。

在本发明的第三方面，提供了一种适用于本发明的第一方面的空气过滤器的聚合物泡沫体，其中，该聚合物泡沫体包含金属颗粒，并且其中，基于填充的聚合物泡沫体的总重量，金属颗粒的存在量为大于约30重量％，或约50重量％或约60重量％至约80重量％。金属颗粒可以是选自铜、锌、银、钾、硒、钛、金、钯、铂中的一种或任何组合。金属颗粒可以作为金属和/或金属化合物和/或金属合金存在。

在本发明的第四方面，提供了一种适用于本发明第一方面的空气过滤器的聚合物泡沫体，其中，该聚合物泡沫体包括金属颗粒，并且该聚合物包含聚酰亚胺或由聚酰亚胺组成。基于填充的聚合物泡沫体的总重量，金属颗粒的存在量可以是大于约30重量％，或约50重量％或约60重量％至约80重量％。

在第五方面，提供了一种本发明第三或第四方面的聚合物泡沫体的制备方法，该方法包括将聚合物组合物或聚合物形成用组合物与金属颗粒组合，并使用气体使聚合物组合物或聚合物形成用组合物发泡以形成聚合物泡沫体，其中，该金属颗粒可选地是选自铜、锌、银、钾、硒、钛、金、钯、铂中的一种或任何组合。金属颗粒可以作为金属和/或金属化合物和/或金属合金存在。

在第六方面，提供了一种(A)聚合物泡沫体或(B)复合材料的制造方法：(A)聚合物泡沫体包含金属颗粒；或(B)复合材料包含(c)聚合物泡沫体和吸附剂、或包含(d)聚合物泡沫体、金属颗粒和吸附剂，所述方法包括通过以下过程形成混合物：

(i)将单体、聚合物前体或聚合物溶解在溶剂中以形成溶液；

(ii)将(i)中的溶液与水混合以形成发泡剂；并进一步将其与以下材料组合：

(iii)异氰酸酯；

(iv)催化剂；

(v)成孔剂；

(vi)金属颗粒和/或吸附剂；

(vii)将混合物均质化。

通常，均质化可以在约20℃或至少约20℃和/或至少或约5000rpm或约10,000rpm、例如约5000rpm至约10,000rpm下进行。均质化可进行至少或等于约30秒。

因此，在第六方面中形成的聚合物泡沫体可以包含金属颗粒，或者可以是包含吸附剂和金属颗粒的吸附剂聚合物泡沫体或复合聚合物泡沫体。从本发明的第五或第六方面可获得的产品也构成了本发明的另一方面。

在第七方面，提供了一种空气过滤器的制造方法，该方法包括将包含金属颗粒和吸附剂材料的聚合物泡沫体与用于容纳聚合物泡沫体和吸附剂材料的结构组合，其中所述壳体结构包括进气口和出气口，并且可选地包括空气分配器，例如空气分配器板。包含金属颗粒和吸附剂材料的聚合物泡沫体的组合可以是复合物的形式，或者可以提供聚合物吸附剂泡沫体加包含金属颗粒的聚合物泡沫体。

在另一方面，提供了本发明第一方面的空气过滤器用于过滤空气的用途，并且另外提供了一种过滤空气的方法，该方法包括使空气通过本发明第一方面的空气过滤器。

在另一方面，提供了本发明(例如第二方面)的活性元件的用于过滤空气的用途，以及一种过滤空气的方法，该方法包括使空气通过本发明的活性元件。

在过滤空气时，当比较进入空气过滤器或活性元件的空气与离开或刚离开空气过滤器或活性元件的空气时，细菌和/或VOC的水平降低。

在本发明的各个方面，金属可以作为金属或金属化合物或金属合金、或所述金属、金属化合物或金属合金的任何组合存在。金属、金属合金或金属化合物通常具有抗微生物、如抗菌性质。金属、金属合金或金属化合物优选选自铜、锌、银、钾、硒、钛、金、钯、铂中的一种或任何组合，或铜、锌、银、钾、硒、钛、金、钯、铂中任一种的化合物、或铜、银、锌、钾、硒、钛、金、钯、铂中任一种的合金。例如，金属颗粒可以包含铜和锌的组合，或者可以包含铜化合物和锌化合物的组合，或者铜合金和锌合金的组合。在本发明的各个方面中，聚合物可以选自聚酰亚胺、聚氨酯、固有微孔聚合物(PIM)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、纤维素或可生物降解性聚合物，例如聚乳酸(PLA)和乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)和聚(乙烯基吡咯烷酮)。

在下文中，本发明将趋于聚焦于空气过滤器在航空业中的使用，然而，本文所述的空气过滤器还可用于许多其他经常使用空气过滤器的环境，包括需要清洁空气以提供健康的工作环境的医院和手术室中以及飞机以外的交通工具中，例如汽车。

附图说明

现在将参考示出本发明实施方式的附图来更详细地描述本发明的此种和其他方面。

图1a示出了适用于本发明实施方式中的空气过滤器的聚合物泡沫体和吸附剂材料的组合的示例。

图1b示出了适用于本发明实施方式的空气过滤器的复合物形式的聚合物泡沫体和吸附剂材料的组合的示例。

图2a和2b示出了本发明的空气过滤器，该空气过滤器并入了分别在图1b和1a中描述的复合物形式的聚合物泡沫体和吸附剂以及聚合物泡沫体和吸附剂材料的组合。

图3示出了实施例1、2和3的泡沫体压降。

图4示出了沿过滤器长度方向的死细菌的积累。

图5是在35％Cu/Zn泡沫体上的变形死细菌(胡萝卜软腐欧文氏菌(E.Carotovora))与活着时的相同细菌比较的SEM照片。

图6示出了对实施例5的泡沫体进行的CO₂穿透测试(breakthrough testing)。

图7示出了对与实施例5相关的PI/PVP/13X沸石吸附剂泡沫体(80重量％13X，7cm长)用1000ppm丁烷挑战获得的吸附结果。

图8示出了对与实施例5相关的第四次再生循环后的PI/PVP/13X沸石吸附剂泡沫体(80重量％13X和5重量％PVP，具有(i)10,000Mwt、(ii)40,000Mwt和(iii)58,000Mwt)用4％CO₂获得的吸附结果。

图9示出了对与实施例5相关的第二次再生循环后的具有和不具有PVP(10,000Mwt)的PI/PVP/13X沸石吸附剂泡沫体(80重量％13X)用1000ppm的丁烷挑战获得的吸附结果。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此进一步阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了透彻和完整，并将本发明的范围完全传达给技术人员。附图中的相同附图标记始终表示相同的元件。

空气过滤器

空气过滤器可包括第一层和第二层，其中第一层包含聚合物泡沫体，且第二层与所述第一层接触或相邻，其中第二层是或包含吸附剂材料。第一层可以沉积在第二层上，或者第二层可以沉积在第一层上。第一层和第二层可以隔开并且不直接接触。本发明的这些实施方式在本文中可以称为夹心或双重形式。一个或多个层可适当地称为一个或多个基材。为了易于参考，聚合物泡沫体(以及金属颗粒)和吸附剂材料或吸附剂聚合物泡沫体的组合在本文中可以称为空气过滤器的活性部分或活性元件。活性元件至少减少了通过所述活性元件和相关的空气过滤器的空气中的细菌水平。

空气过滤器的精确设计可能取决于许多变量，包括细菌和/或挥发性有机化合物的期望去除效率、空气流速、安装配置、可接受的压降和使用寿命要求。重要的设计考虑因素包括以下各项中的一项或多项：最小压降、最小重量、高抗挤强度、节能和长使用寿命。优选地，空气过滤器应具有>99.999％的微生物去除效率。优选地，空气过滤器应具有对气味和挥发性有机化合物的高吸附能力。

本发明的空气过滤器对宽范围的细菌有效。例如，空气过滤器可有效杀死胡萝卜软腐欧文氏菌(E.Carotovora)。

可被吸附剂去除的常见挥发性有机化合物(VOC)包括一种或多种烃分子，例如C₁-C₈烷烃。例如，吸附剂材料能够吸附甲烷、乙烷、丁烷、甲醇、乙醇、丁醇、含氯化合物、环状化合物如芳族化合物(例如苯和甲苯)中的任何一种或任何组合。可以由吸附剂吸附的合适的挥发性有机化合物包括存在于大气或废气流中的常见有机化合物。例如，烃可以是直链烃和/或支链烃并且可选地取代有一个或多个羟基(如醇)和/或可选地取代有一个或多个醛基。

可以由吸附剂吸附的合适的挥发性有机化合物包括那些在所选应用条件下由于其蒸气压而在空气中具有可测量浓度的化合物。可以由吸附剂去除的常见挥发性有机化合物包括一种或多种本质上为脂族、脂环或芳族的烃分子。例如，吸附剂材料能够吸附丁烷、环己烷和甲苯。

VOC可以被认为是在选定的应用条件下因其蒸气压而在空气中具有可测量浓度的任何有机化合物。在欧洲规定中，VOC正式定义为在20℃蒸气压为0.01kPa以上和/或在大气压下沸点为250℃以下的有机化合物。

本发明的空气过滤器可以包括壳体结构。空气过滤器壳体结构是众所周知的，并且通常包括附接到空气过滤器的活性部分或元件的装置，在这种情况下，活性部分或元件是聚合物泡沫体(还包含金属颗粒)和吸附剂或吸附剂聚合物泡沫体的组合。壳体结构通常包括进气口和出气口。另外，壳体结构可以包括空气分配器，例如空气分配器板，以使得当空气进入空气过滤器时，进气口处的空气更加均匀地扩散，因此可以更有效地利用空气过滤器的活性部分。

本发明的空气过滤器具有许多优点。该过滤器可杀死细菌而不是简单地捕获细菌，并且很容易再生。空气过滤器还能够吸附挥发性有机化合物，因此能够消除或减少本身可能是有毒的气味、细菌、病毒和挥发性有机化合物的水平。另外，本发明的空气过滤器可以使用热空气或惰性气体再生。

聚合物泡沫体

聚合物泡沫体可包含适用于形成聚合物泡沫体的聚合物。例如，聚合物泡沫体可以包含聚氨酯(PU)、聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP)、聚酰亚胺(PI)、固有微孔聚合物(PIM)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、纤维素或可生物降解性聚合物如聚乳酸(PLA)和乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)中的一种或多种。

聚合物泡沫体可由一系列合适的聚合物和/或单体中的一种或多种形成。例如，聚合物泡沫体可由以下材料中的一种或多种形成：聚乙二醇(PEG)、聚(异氰酸苯酯)-co-甲醛共聚物、多元醇、聚酰亚胺、均苯四酸二酐。

聚合物泡沫体可以通过组合以下材料中的一种或多种来制备：形成最终的一种和/或多种聚合物的单体、金属颗粒、成孔剂、催化剂、交联剂、溶剂和络合剂。络合剂通常用于形成金属颗粒与聚合物形成用组分的稳定混合物。例如，在铜-聚氨酯泡沫体中，组合物可以由PEG、溶剂如(N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)和水)、催化剂(如锡催化剂和/或胺催化剂)和异氰酸酯形成。异氰酸酯可以选自亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)、多聚MDI(PMDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)或聚芳基多亚甲基异氰酸酯(PAPI)中的一种或多种。

发泡剂可以包括氮气、二氧化碳气体或有机气体中的任何一种或任何组合，或由其组成。合适的有机气体可以选自C₁-C₆烷烃，其中烷烃可以未经取代，或取代有氟和/或氯。

微粒金属

在本发明的各个方面，金属可以作为金属或金属化合物或金属合金，或所述金属、金属化合物或金属合金的任何组合存在。该金属、金属合金或金属化合物具有抗菌性质。该金属、金属合金或金属化合物优选选自铜、锌、银、钾、硒、钛、金、钯、铂的一种或任何组合、铜、锌、银、钾、硒、钛、金、钯、铂的任何一种的化合物，或铜、银、锌、钾、硒、钛、金、钯、铂的任何一种的合金。例如，金属颗粒可以包含铜和锌的组合，或者可以包含铜化合物和锌化合物的组合，或铜合金和锌合金的组合。

合适的铜化合物包括硫酸铜、铜氧化物(例如CuO和/或Cu₂O)、二氮杂卓铜、多聚铜化合物(polymeric copper compounds)中的一种或任何组合。更一般地为铜离子，例如Cu(II)阳离子。其他合适的实例包括铜纳米颗粒(例如1nm至100nm，例如3nm至10nm)。合适的锌化合物包括氧化锌(如ZnO)和多聚锌化合物的一种或任何组合。合适的银化合物包括磺胺嘧啶银、AgCl、AgNO₃、AgBr、AgI、AgS、Ag₂CO₃、二氮杂卓银、多聚银化合物以及更通常的Ag(I)阳离子中的一种或任何组合。

金属或金属化合物或金属合金可以以与其他金属和/或金属化合物和/或金属合金的混合物存在，或者金属或金属化合物或金属合金可以在不存在其他金属和/或金属化合物和/或金属合金的情况下存在。合适的金属合金包括以下的任何一种或任何组合：CuMgO、CuCaO、CuAgO、CuNiBe、CuNi₂Be、CuCo₂Be、CuMgO、CuOZnO、CuAl₈Fe³、Cu-ZrO₂、ZnO、CuO、Cu₂O、Cu、CuZn₂₈Sn1As、CuCo₂Be、CuNi₂Be、CuZn₅、CuZnIO、CuZn₁₀、CuZn₁₅、CuZn₂₀、CuZn₃₀、CuZn₃₀As、CuZn₄₀、CuZn₂₈Sn、CuSn₅和CuSn₄。

本发明人有利地发现，锌与铜的组合有助于延迟和/或防止铜的沉淀。一种或多种金属可以以阳离子的形式存在，例如Ag(I)、Cu(I)和/或Cu(II)和/或Zn(II)阳离子。一种或多种金属可以作为纳米颗粒(1nm至100nm)存在。金属可以以离子的形式存在，例如Zn²⁺、Ag⁺、Cu⁺或Cu²⁺。

优选地，金属以铜、锌、银或其任何组合的形式存在，并且铜、锌、银可以彼此独立地选自金属、金属化合物或金属合金。铜和/或锌和/或银也可以与其他金属、金属合金或金属化合物组合。

当金属颗粒选自铜金属时，铜可以是纯的或基本纯的。例如，纯度可以是20重量％至40重量％、40重量％至70重量％或70重量％至99.9重量％。当金属颗粒选自锌金属时，锌可以是纯的或基本纯的。例如，纯度可以是20重量％至40重量％、40重量％至70重量％或70重量％至99.9重量％。当金属颗粒选自银金属时，银可以是纯的或基本纯的。例如，纯度可以是10重量％至20重量％、40重量％至70重量％或70重量％至99.9重量％。

金属颗粒充当抗菌剂并杀死一系列细菌中的任何一种或多种。金属颗粒可以充当抗真菌剂并杀死一系列真菌中的一种或多种。可以通过使用本发明的空气过滤器杀死的细菌和真菌是以下生物体的一种或任何组合，其包括：真菌，黑曲霉(Aspergillus nige)、黄曲霉(Aspergillus flavus)、黑根霉(Rhizopus nigricans)、腊叶芽枝霉(Cladosporiumherbarium)、絮状表皮癣菌(Epidermophyton floccosum)、须毛癣菌(Trichophytonmentagrophytes)、荚膜组织胞浆菌(Histoplasma capsulatum)等；细菌，如铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、大肠杆菌(Escherichia coli)、普通变形杆菌(Proteusvulgaris)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcusepidermis)、粪链球菌(Streptococcus faecalis)、克雷伯菌(Klebsiella)、产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)、奇异变形杆菌Proteus mirabilis)、其他革兰氏阴性菌和其他革兰氏阳性菌、分枝杆菌(mycobactin)等；酵母，例如酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、白色念珠菌(Candida albicans)等。金属颗粒可以杀死微生物的孢子、病毒等。

赋予抗微生物活性的金属颗粒可以包含铜和/或银，以存在的金属的总重量计算，其含量为至少约20重量％、或大于约30重量％、至少约40重量％、优选至少约50重量％或至少约60重量％。金属颗粒优选至少包含铜和/或铜合金。本发明人已经惊奇地发现，与不包含铜的银或银合金相比，铜和/或铜合金具有至少相同或甚至更高的抗微生物活性。

微粒金属可以具有期望的粒径和/或粒径分布。例如，微粒金属的d50可以为约10μm至400μm，约10μm至40μm，约40μm至70μm，约70μm至100μm，约100μm至400μm。有利地，微粒金属可以均匀地分散在本文所述的混合物或组合物中，并提供期望的高表面积。

吸附剂

吸附剂通常是指将其他材料吸到其表面的物质。吸附剂材料能够吸附挥发性有机化合物(VOC)和有毒气体。吸附剂材料可以是或包括包含高二氧化硅沸石或金属有机骨架(MOF)的沸石。合适的沸石的实例是A和X型、硅沸石和ZSM-5高硅沸石，例如HiSiv 3000、HiSiv 1000、ZSM-5、13X、3A、4A、5A沸石，粉末碳、碳和MOF。沸石是碱金属元素或碱土金属元素(如钠、钾和钙)的结晶铝硅酸盐。MOF是由与有机配体配位以形成一维、二维或三维结构的金属离子或簇组成的化合物。金属离子或簇可以包含Cr、Mg、Ni、Co、Cu、Zn中的一种或任何组合，或由其组成。具体MOF的实例包括：MIL 101(Cr)，(经验式C₂₄H₁₇O₁₆Cr₃)；MOF 177，(经验式Zn₄O(C₂₇H₁₇O₁₅O₆)₂)；MOF 199，(经验式Cu₃(C₉H₃O₆)₂)；MOF 74，(经验式Zn₂(C₈H₂O₆))；MOF 74(Mg，Ni，Co)，其中可能存在所述金属中的任一种或任何组合。有机配体可可选地选自或由以下材料中的一种或任何组合：三苯甲酸苯酯、二羟基对苯二甲酸如2,5-二羟基对苯二甲酸、羧酸盐如三羧酸盐、胺类，或者由其形成。

吸附剂可以以聚合物吸附剂泡沫体的形式与聚合物组合存在。

沸石可由以下通式I表示：

M_x/n[(AlO₂)_x(SiO₂)_y]_zH₂O 式I

其中，x和y是整数，且y/x等于或大于1，n是阳离子M的化合价，z是沸石结构的每个晶胞中水分子的数量。在式I中，n可以选自1或2，并且z可以选择为至多27的值，例如1至27，并且包括1至27之间的所有值。在式I中，M为任何合适的阳离子，例如Na、K、Li、Mg或Ca。

合适的沸石类型的实例是八面沸石。例如，该沸石可以选自八面沸石的通式，其中该沸石可以是钠、钾、钙或镁的任何形式：

(Na₂，K₂，Ca，Mg)_3.5[Al₇Si₁₇O₄₈]·32(H₂O)

本文提及的任何吸附剂可以并入在本发明的任何方面或任何实施方式或其任何组合中。这也包括任何吸附剂的任何组合。

泡沫体制备

通常，本发明的泡沫体可以通过将单体、聚合物或聚合物前体与合适的溶剂混合来制备。例如，合适的聚合物或聚合物前体包括多元醇或聚乙二醇(PEG)或均苯四甲酸二酐(PMDA)，合适的溶剂是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)。可以向单体、聚合物或聚合物前体的溶液或至少部分溶液组合一种交联剂如异氰酸酯组合。合适的异氰酸酯的实例包括亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)、多聚MDI(PMDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)或聚芳基多亚甲基异氰酸酯(PAPI)。可以向该混合物中进一步组合水(其有助于形成发泡剂，例如CO₂)、催化剂(例如乙醇胺和/或锡或锡化合物)、成孔剂和金属颗粒(可以称为更一般地在本文中称为活性剂)。合适的成孔剂选自PVP、licowax、淀粉和碳。为了用于本发明的各个方面和实施方式，PVP的分子量可以为约10kD至58kD，例如为10kD。通常，基于存在的金属颗粒、单体、聚合物或聚合物前体和交联型部分(例如异氰酸酯)的总量，金属或金属化合物或金属合金的添加量为约20重量％至80重量％，例如大于约30重量％。另外，或者代替添加或组合金属颗粒，可以添加或组合吸附剂。

上述成分可以例如以约5000rpm至10,000rpm、如5000rpm至7000rpm的搅拌速度在20℃下混合并均质化至少约30秒。这产生了有助于生成孔的发泡剂(例如CO₂)。在本发明所述的系统中，金属颗粒通常位于或驻留、即位于孔腔的边缘，并且在可位于或驻留金属的腔的周边中存在间隙。

抗菌和抗病毒的金属(如铜)聚酰亚胺泡沫体

举例来说，将约5g的单体均苯四酸二酐(PMDA)与所需量的NMP(约42mL)混合。通过在温水浴(40℃至60℃)中搅拌而将PMDA溶解在NMP中，直至获得澄清溶液。加入约4mL水(通常为2ml至10ml)。将3滴催化剂如将乙醇胺添加到该混合物中。加入少量约1.65g的硅油，并加入所需量的成孔剂，例如，从约2重量％至约10重量％。合适的成孔剂包括例如PVP(如10kD至58kD)、Licowax、淀粉、碳的一种或多种。将混合物用均化器搅拌约30秒。将金属(如铜)粉末添加到混合物中以达到约所需的重量百分比：约20重量％至40重量％、约40重量％至60重量％或约50重量％至80重量％或约60重量％至80重量％，优选地所需范围为约50重量％至80重量％或约60重量％至80重量％。铜粉的量可以大于约30重量％。加入约25μL的催化剂(如锡催化剂)，并用均化器搅拌混合物约30s，以实现活性剂(金属颗粒)的均匀分散并在混合物中产生微泡。该步骤在气泡周围产生了额外的表面积和多孔膜。混合物中异氰酸酯的测定量取决于所用单体的量(如比例为1:1)，并置于模具中。将单体混合物用均化器搅拌约30s，并将该混合物加入异氰酸酯中。将混合物再搅拌约5秒，并使泡沫体上升。从模具中取出泡沫体。溶剂可通过真空干燥或用水转相24小时而除去。进行后处理，将泡沫体置于约60℃至约80℃的加热环境中。

抗菌的铜聚氨酯泡沫体

举例来说，将约5g的单体多元醇或聚乙二醇与所需量的NMP(约42mL)和约3mL的水(通常为2ml至5ml)混合。向该混合物中加入约3滴催化剂(例如乙醇胺)。加入少量约1.65g的硅油，并加入所需量的成孔剂，例如约2重量％至约10重量％。合适的成孔剂包括例如PVP(例如10kD至58kD，优选为10kD)、Licowax、淀粉、碳中的一种或多种。将铜粉加入到混合物中以达到所需的重量百分比，例如约20重量％至40重量％、约40重量％至60重量％或约50重量％至80重量％或约60重量％至80重量％，优选地所需范围为约50重量％至80重量％或约60重量％至80重量％。铜粉的量可以大于约30重量％。加入约25μL的催化剂(如锡催化剂)，并用均化器搅拌混合物约30s，以实现活性剂(如金属颗粒，如铜、铜/锌、银)的均匀分散并在混合物中产生微泡。使混合物冷却并降低温度。混合物中异氰酸酯的测定量取决于所用单体的量(比例为1:1)，并放入模具中。将单体混合物用均化器搅拌约30s，并将该混合物加入异氰酸酯中。进一步搅拌约5s，并使泡沫体上升。微气泡的存在会在气泡周围形成多孔膜，这使气体分子能够接近活性剂。从模具中取出泡沫体。通过真空干燥或用水转相24小时除去溶剂。通过将泡沫体置于约60℃至约80℃的加热环境中进行后处理。

吸附剂聚酰亚胺泡沫体

举例来说，将单体均苯四酸二酐(PMDA)与合适量的约42mL NMP(通常范围为约30ml至50ml)混合。通过在温水浴(40℃至60℃)中搅拌而将PMDA溶解在NMP中，直至获得澄清溶液，并加入约4mL水(通常为2ml至10ml)。将3滴乙醇胺添加到该混合物中，然后加入少量(约1.65g)的硅油，并加入所需量的成孔剂，约2重量％至约10重量％。合适的成孔剂可选自例如PVP(如10kD至58kD，优选为10kD)、Licowax、淀粉、碳。将混合物用均化器搅拌约30s。将吸附剂粉末(通常晶粒大小为1μm至13μm)如13X沸石、HiSiv 1000、HiSiv 3000、ZSM-5、3A、5A沸石、高二氧化硅沸石或金属有机骨架(MOF)添加到混合物中以达到约所需的重量百分比：约60重量％至70重量％、约70重量％至80重量％或约80重量％至90重量％。优选范围为约70重量％至80重量％。加入约25μL锡催化剂(范围15μL至35μL)，并用均化器搅拌混合物约30s，以实现活性剂的均匀分散并在混合物中产生微泡。该步骤在气泡周围产生了额外的表面积和多孔膜。成孔剂也在泡沫体结构中实现了额外的孔隙度并防止活性沸石完全被聚合物覆盖，从而使得聚合物不会阻隔吸附剂(如沸石)中的通道，由此防止气体混合物的体积排阻分离。混合物中异氰酸酯的测定量取决于所用单体的量(比例为1:1)，并置于模具中。将单体混合物用均化器搅拌约30s，并将该混合物加入异氰酸酯中。将混合物再搅拌约5秒，确保所有沸石均匀地分布在整个结构中，并使泡沫体上升。从模具中取出泡沫体。溶剂可通过真空干燥或用水转相24小时而除去。可以通过将泡沫体置于约300℃至约400℃的加热环境中并在惰性气氛下进行后处理。

吸附剂和抗微生物的聚酰亚胺泡沫体(复合泡沫体沸石吸附剂和铜(或Zn/Cu))

举例来说，将单体均苯四酸二酐(PMDA)与所需量的NMP(约42mL，范围约30ml至50ml)混合。通过在温水浴(40℃至60℃)中搅拌而将PMDA溶解在NMP中，直至获得澄清溶液。加入约2mL至10mL水，然后加入3滴乙醇胺。加入少量约1.65g(1g至5g)的硅油，并加入所需量的成孔剂，通常约2重量％至约10重量％。合适的成孔剂可选自例如PVP(如10kD至58kD，优选为10kD)、Licowax、淀粉、碳。将混合物用均化器搅拌约30s。将吸附剂粉末(通常晶粒大小为1μm至13μm)如13X沸石、HiSiv 1000、HiSiv 3000、ZSM-5、3A、5A沸石、高二氧化硅沸石或金属有机骨架(MOF)添加到混合物中以达到约所需的重量百分比，如约60重量％至70重量％、约70重量％至80重量％或约80重量％至90重量％。优选范围为约70重量％至80重量％。将金属粉末(如铜，或锌与铜粉末的混合物)加入混合物中以达到约所需的重量百分比，通常为约20重量％至40重量％、约40重量％至60重量％或约60重量％至80重量％。优选范围为约60重量％至80重量％。泡沫体中的吸附剂和金属粉末的总量应当通常不超过约90重量％，优选不大于约85重量％(余量是PI聚合物)。加入约25μL锡催化剂，并用均化器搅拌混合物约30s，以实现活性剂的均匀分散并在混合物中产生微泡。混合物中异氰酸酯的测定量取决于所用单体的量(比例为1:1)，并置于模具中。将单体混合物用均化器搅拌约30s，并将该混合物加入异氰酸酯中。将混合物再搅拌约5秒，实现活性剂均匀地分布在整个泡沫体中，并使泡沫体上升。从模具中取出泡沫体。溶剂可通过真空干燥或用水转相24小时而除去。转相使得聚合物固化且NMP扩散出聚合物以产生多孔泡。通过将泡沫体置于约300℃至约400℃的加热环境中并在惰性气氛下进行后处理。这使得聚合物再分配，并使得沸石与VOC(或CO₂)分子接触。聚酰亚胺和其他高温聚合物由于其高玻璃化转变温度(如约400℃至500℃)以及其化学惰性特性而适用于该制备方法。

图1a和1b是本发明的聚合物泡沫体、金属微粒和吸附剂材料的组合的示例。如本文所述，这些实施方式可以称为活性元件或活性部分。

图1a中示出了包含金属颗粒(2)的聚合物泡沫体(1)的第一基材。金属颗粒通常具有抗微生物、例如抗菌性质。第一基材沉积在聚合物泡沫体吸附剂的第二基材或复合物(3)上或与第二基材或复合物(3)接触。在其他实施方式中，第一基材可以与该第二基材邻近。例如，在所述第一和第二基材之间可以存在气隙。气隙可以通过使用其定位使得保持第一和第二基材间隔开的一个或多个间隔物而提供。将理解的是，第一基材(1)可以沉积在聚合物泡沫体吸附剂的第二基材(3)上，或者第二基材可以沉积在第一基材上，并且对第一和第二基材的标记可以互换，即第一基材可包含吸附剂，第二基材可包含金属颗粒。空气或气体的气穴(Pockets)还以(4)和(4a)标记。图1a的实施方式在本文中可以称为双重过滤器。包含在第二基材(3)中的吸附剂可以包含沸石或MOF，或由其组成或基本上由其组成。在聚合物泡沫体吸附剂的基材(3)中，气体或空气的气穴以(4a)标记，吸附剂材料以(25)标记，其存在于聚合物泡沫体(1b)中。

图1b表示适用于空气过滤器的复合材料(5)。复合材料(5)包含聚合物泡沫体、金属颗粒(8)和吸附剂的复合物，其组合通常以(6)标记。金属颗粒通常具有抗微生物、例如抗菌性质。吸附剂可以包含沸石或MOF，或由其组成或基本上由其组成。空气或气体的气穴也以(7)标记。图1b中的实施方式可以称为复合材料。

图2a和2b示出了并入空气过滤器中的图1a和1b中描述的实施方式(其可以称为活性元件)。

图2a中示出了位于过滤器壳体(10)中的复合材料(5)。总体标记为(20)的空气过滤器包括进气口(12)和可选的空气分配器板(15)。空气在入口(12)处进入空气过滤器，并在存在时通过空气分配器板(15)，以便空气在通过复合材料(5)时均匀地扩散通过整个复合材料(5)。空气通过复合材料(5)后，通过出气口(14)离开空气过滤器。进气口和出气口可以选自适当的形状，例如，其横截面可以是圆形或正方形或矩形。

在图2b中，示出了并入空气过滤器中的图1a中所示的构造。基材(1)和(3)以特定构造示出，其中基材(1)示出为邻近进气口(12b)，基材(3)邻近出气口(14b)。将理解的是，这些基材可以颠倒次序或者可以提供基材的多种布置。所示的基材位于过滤器壳体(10b)中。总体标记为(30)的空气过滤器包括进气口(12b)和可选的空气分配器板(15b)。空气在入口(12b)处进入空气过滤器，并在存在时通过空气分配器板(15b)，以便空气在通过基材(1,3)时均匀地扩散通过整个基材(1,3)。空气通过基材(1,3)后，通过出气口(14)离开空气过滤器。进气口和出气口可以选自适当的形状，例如，其横截面可以彼此独立地是圆形或正方形或矩形。

实施例

实施例1描述了使用多元醇(50:50)/PVP/铜的75重量％铜的负载。

实施例2描述了使用具有PVP的多元醇(50:50)的33重量％铜的负载。

实施例3描述了PI/PVP/铜(75％)泡沫体的制备。

实施例4描述了PU(PEG)/铜(55％)抗菌和抗病毒泡沫体的制备。

实施例5描述了PI/PVP/13X沸石吸附剂泡沫体的制备。

实施例1：PU(多元醇溶液(50％铜/锌，50％多元醇)，异氰酸酯)/PVP/铜泡沫体(得 到75重量％铜)的工序

在实施例1中，采取了以下步骤。

1.在100ml烧杯中量取10g多元醇溶液(5g铜/锌，5g多元醇)

2.使用100ml烧杯和10ml量筒量取42ml NMP，然后加入多元醇溶液中

3.使用(100μl～1000μl)微量移液器将3ml水加至多元醇/NMP溶液中

4.使用塑料移液器添加3滴胺催化剂(乙醇胺)

5.使用塑料移液器添加1.65g硅油

6.添加5重量％(0.5g–基于多元醇聚合物/异氰酸酯的重量(共10g))的PVP(10kD)

7.使用均化器(

T25 basic)以6500rpm搅拌混合物30秒

8.在步骤7中制备的溶液中添加25g铜

9.使用(10μl～100μl)微量移液器添加25μl锡催化剂(二月桂酸二丁基锡)

10.使用均化器以6500rpm搅拌混合物30秒

11.量取5g异氰酸酯(聚(异氰酸苯酯)-co-甲醛共聚物)，同时等待混合物冷却至室温

12.再次以6500rpm搅拌混合物30秒

13.将步骤12中制备的溶液添加到异氰酸酯中

14.以6500rpm搅拌溶液5秒钟，使泡沫体上升直至表面变坚固

15.缓慢地从玻璃瓶中取出泡沫体，并将其在水浴中放置24小时以除去PVP(如果已添加)和NMP

16.用纸巾干燥泡沫体并记录泡沫体的重量

17.将泡沫体放在工作台上以进一步干燥，直到泡沫体的重量不再变化

实施例2：PU(多元醇溶液(50％铜/锌，50％多元醇)，异氰酸酯)/PVP得到33％铜的 工序

在实施例2中，采取了以下步骤。

1.在100ml烧杯中量取17.2g多元醇溶液(8.6g铜/锌，8.6g多元醇)

2.使用100ml烧杯和10ml量筒量取42ml NMP，然后加入多元醇溶液中

3.使用(100μl～1000μl)微量移液器将5ml水加至多元醇/NMP溶液中(基于异氰酸酯含量调整)

4.使用塑料移液器添加3滴胺催化剂(乙醇胺)

5.使用塑料移液器添加1.65g硅油

6.添加5重量％(0.86g–基于多元醇聚合物/异氰酸酯的重量(共17.2g))的PVP(10kD)

7.使用(10μl～100μl)微量移液器添加25μl锡催化剂(二月桂酸二丁基锡)

8.使用均化器(

T25 basic)以6500rpm搅拌混合物30秒

9.量取8.6g异氰酸酯(聚(异氰酸苯酯)-co-甲醛共聚物)，同时等待混合物冷却至室温

10.再次以6500rpm搅拌混合物30秒

11.将步骤10中制备的溶液添加到异氰酸酯中

12.以6500rpm搅拌溶液5秒钟，使泡沫体上升直至表面变坚固

13.缓慢地从玻璃瓶中取出泡沫体，并将其在水浴中放置24小时以除去PVP(如果已添加)和NMP

14.用纸巾干燥泡沫体并记录泡沫体的重量

15.将泡沫体放在工作台上以进一步干燥，直到泡沫体的重量不再变化

实施例3：PI(PMDA，异氰酸酯)/PVP/铜泡沫体(75％铜)的工序

在实施例3中，采取了以下步骤。

1.在100ml烧杯中量取5g PMDA

2.使用100ml烧杯和10ml量筒量取42ml NMP，然后加入PMDA中

3.将PMDA/NMP溶液在来自水龙头的流动热水中搅拌，直到获得澄清的黄绿色溶液

4.使用(100μl～1000μl)微量移液器将4ml水加至PMDA/NMP溶液中

5.使用塑料移液器添加3滴胺催化剂(乙醇胺)

6.使用塑料移液器添加1.65g硅油

7.添加5重量％(0.5g–基于PMDA/异氰酸酯的重量(共10g))的PVP

8.使用均化器(T25 basic)以6500rpm搅拌混合物30秒

9.在步骤8中制备的溶液中加入30g铜

10.使用(10μl～100μl)微量移液器添加25μl锡催化剂(二月桂酸二丁基锡)

11.使用均化器以6500rpm搅拌混合物30秒

12.转移至长玻璃管中以在使用均化器时均匀混合

13.量取5g异氰酸酯(聚(异氰酸苯酯)-co-甲醛共聚物)，同时等待混合物冷却至室温

14.在长玻璃管中以6500rpm搅拌混合物30秒

15.将步骤14中制备的溶液添加到异氰酸酯中

16.以6500rpm搅拌溶液5秒钟，使泡沫体上升直至表面变坚固

17.缓慢地从玻璃瓶中取出泡沫体，并将其在水浴中放置24小时以除去PVP(如果已添加)和NMP

18.用纸巾干燥泡沫体并记录泡沫体的重量

19.将泡沫体放在工作台上以进一步干燥，直到泡沫体的重量不再变化

可以制备出包含至少75重量％铜的泡沫体，并通常使用约25μl锡催化剂来提供具有最少空隙或无空隙的泡沫体。

实施例4：PU(PEG，异氰酸酯)/铜泡沫体(55％铜)的工序

在实施例4中，采取了以下步骤。

1.在100ml烧杯中量取5g PEG

2.使用100ml烧杯和10ml量筒量取15ml NMP，然后加入PEG中

3.使用(100μl～1000μl)微量移液器将0.5ml水加至PEG/NMP溶液中

4.使用塑料移液器添加3滴胺催化剂(乙醇胺)

5.使用均化器以6500rpm搅拌混合物30秒

6.在步骤5制备的溶液中加入12.2g铜

7.使用(10μl～100μl)微量移液器添加25μl锡催化剂(二月桂酸二丁基锡)

8.使用均化器(

T25 basic)以6500rpm搅拌混合物30秒

9.量取5g异氰酸酯(聚(异氰酸苯酯)-co-甲醛共聚物)，同时等待混合物冷却至室温

10.再次以6500rpm搅拌混合物30秒

11将步骤10中制备的溶液添加到异氰酸酯中

12.以6500rpm搅拌溶液5秒钟，使泡沫体上升直至表面变坚固

13.缓慢地从玻璃瓶中取出泡沫体，并将其在水浴中放置24小时以除去NMP

14.用纸巾干燥泡沫体并记录泡沫体的重量

15.将泡沫体放在工作台上以进一步干燥，直到泡沫体的重量不再变化

实施例5：PI(PMDA，异氰酸酯)/PVP/13X沸石吸附剂泡沫体(80重量％13X)的工序

在实施例5中，采取了以下步骤。

1.在100ml烧杯中量取5g PMDA

2.使用100ml烧杯和10ml量筒量取42ml NMP，然后加入PMDA中

3.将PMDA/NMP溶液在温水浴中搅拌，直到获得澄清的黄绿色溶液

4.使用(100μl～1000μl)微量移液器向PMDA/NMP溶液中加入12.5ml水，因为沸石由于沸石中缺少水分而需要12ml水(水容量-基于干重的30重量％)并且需要0.5ml水进行发泡反应

5.添加3滴胺催化剂(乙醇胺)

6.添加1.65g硅油

7.添加5重量％(0.5g–基于PMDA/异氰酸酯的重量(共10g))的PVP(选自10000至58000的分子量)

8.使用均化器(

T25 basic)以6500rpm搅拌混合物30秒

9.量取40g 13X沸石并将步骤8制备的溶液加入沸石

10.使用抹刀搅拌混合物并在冷水浴中使溶液冷却；如果需要，用NMP调整溶液的粘度

11.添加25μl锡催化剂(二月桂酸二丁基锡)

12.使用均化器以6500rpm搅拌混合物30秒

13.量取5g异氰酸酯(聚(异氰酸苯酯)-co-甲醛共聚物)，同时等待混合物冷却至室温

14.再次以6500rpm搅拌混合物30秒，并将其加至异氰酸酯

15.以6500rpm搅拌混合物5秒，从而能够形成吸附剂

16.通过在水浴中转相而进行后处理

实施例1、2、3和4的压降测量

根据实施例4制造包含55％的纯铜(粒径＜75μm)、聚(乙二醇)、聚(异氰酸苯酯)-co-甲醛共聚物的泡沫体。实施例4制得的泡沫体长度为3.5cm，并且具有小孔。以1L/min的气流通过3.5cm长度的泡沫体测得的压降(593Pa/cm)高于根据实施例1、2和3制得的泡沫体，其结果如图3所示。

对实施例1、2和3(6～8cm)和实施例4(3.5cm)的抗菌泡沫体进行的细菌气溶胶过 滤测试

结合实施例1至4进行气溶胶抗微生物动态测试，以便在机舱空气条件下测试过滤器，利用喷雾器将微生物溶液转化为气溶胶。但是，飞机过滤器通常会在飞机上保持一年到一年半(两次维护之间的时间)。由于无法进行如此长时间的实验，因此在非常严格的条件下(非常高的湿度，非常多的细菌数)进行了24小时实验。通过在25℃在培养基中过夜生长胡萝卜软腐欧文氏菌，而制备细菌溶液，并将其稀释以获得600nm处吸光度为约1的溶液。在管状模块中以1L/min的细菌气溶胶测试泡沫体，并使用具有绝对阻隔滤布的织物圆盘来在过滤器出口处捕捉通过泡沫体的细菌。在实验期间定期更换圆盘：即在15分钟、30分钟、60分钟、2小时、4小时、6小时和24小时时更换。用过的圆盘用2.5mL无菌水洗涤以收集细菌。将100μL洗出液铺展在琼脂板上，在25℃的培养箱中放置24小时，以使细菌集落生长。然后对集落计数以评估过滤器的功效。

为了估算泡沫体的对数减少，需要估算流过系统的细菌数。将没有过滤器的织物圆盘放在气溶胶细菌流中15分钟。用2.5mL水中清洗过滤器，并稀释1000倍。将100μL稀释洗出液铺展在琼脂板上，在培养箱中放置24小时后，集落计数给出的值为460。

过滤器的功效基于15分钟内的460,000细菌计数。然后根据每15分钟的集落计数确定对数减少，并在表1中列出。

表1

集落计数/15分钟	对数减少
		1-4	99.999％
5-45	99.99％
		46-459	99.9％
460-4599	99％

细菌测试的结果提供在表2中。

表2

对实施例4进行的细菌气溶胶测试结果(3.5cm长)

在具有细菌的动态气流系统中测试了所制得的纯铜泡沫体。泡沫体过滤器在测试模块内部匹配非常好，避免了任何旁路。

表3中给出的对该泡沫体以气溶胶细菌流进行的第一实验显示了长达24小时内有优异的细菌对数减少效果。24小时后集落计数高的原因是过滤器和测试模块的进气中湿度水平很高。另外，进一步的气溶胶细菌进气可能导致细菌传载到出口。

再生的泡沫体稍小，不能很好地匹配模块内部，说明了集落计数较高，对数减少较少。为了克服这种收缩，可以在更高的温度下对泡沫体进行预处理(PU在70℃下，PI在300℃～350℃下，在惰性气氛中进行24～48小时)。

实施例4中的Cu泡沫体具有明显较小的孔结构，使得压降较高，从而增加了捕获和杀死细菌的机会。

表3

对PU(多元醇/异氰酸酯)/50％Cu/Zn进行的细菌气溶胶测试结果(长过滤器)

细菌气溶胶测试表明，7cm长(实施例5中给出)的纯Abscents过滤器不能像含有铜的泡沫体那样有效地实现所需的对数减少。30分钟后的集落计数为130，在4小时后过高而无法计数。当测试32％Abscents-20重量％Cu/Zn复合泡沫体时，实验开始时显示集落计数高达约3000，但之后迅速降低。这可能是由于细菌流绕过了过滤器。但是，当复合过滤器由Abscents和Cu/Zn的2种独立泡沫体形成时，可以捕获细菌，并且过滤器能够实现所需的减少效果。表4中显示的结果对应于对PU(多元醇，异氰酸酯)/50％Cu/Zn长过滤器进行的气溶胶细菌测试。从测试的30分钟到4小时，其显示出高的对数减少。高集落计数可能是由于进气中的高湿度迫使细菌绕过了过滤器而没有与铜太多接触。

表4

细菌气溶胶测试结果(对于稀释流)

在先前测试的24小时实验后的整个实验过程中，均观察到高湿度和高细菌。

在实践中，机舱空气循环系统通常是分离式的(并与新鲜空气混合。因此，机舱空气中存在的细菌和湿度水平大大低于本发明设置的挑战。

用干燥的压缩空气稀释的细菌气溶胶流挑战过滤器。各个气流的流速固定在500mL/min，以保持1L/min的总流速。对PU:50重量％铜/锌泡沫体用该稀释的气溶胶流进行的测试显示出较高的细菌消灭率，对数减少持续为99.9％。

为了估算泡沫体的对数减少，需要估算流过系统的细菌数。将没有过滤器的织物圆盘放在气溶胶细菌流中15分钟。

将过滤器用2.5mL水清洗。将100μL洗出液铺展在琼脂板上，在培养箱中放置24小时后，集落计数给出的值为258。因此，过滤器的功效将基于15分钟内258的细菌计数，并列于表5中。

表5

细菌沿过滤器长度方向的积累：通过扫描电子显微镜(SEM)观察的过滤器

用气溶胶细菌测试了10cm长的由35％Cu/Zn组成的多元醇泡沫体。24小时后，将泡沫体切成4个较短的长度，并拍摄每片泡沫体中心的SEM照片。泡沫体的长度被切成4个部分，在图4中用a、b、c和d表示。

图4显示了沿过滤器长度方向的死细菌的积累。当过滤器在前端达到饱和时，a部分的SEM显示死细菌的积累最高。b和c部分显示泡沫体表面上的死细菌计数低，而在过滤器的出口(顶部d)上几乎观察不到死细菌。

图5显示了35％Cu/Zn泡沫体上的变形死细菌(标准胡萝卜软腐欧文氏菌)与活着时的相同细菌相比较的SEM。

对实施例4进行的死细菌/活细菌活性测试

活/死BacLight分析提供了有关细菌细胞膜状态的信息，这是其活性的良好指标。染色可以准确区分活细菌细胞和死细菌细胞，并监测细菌的运动或位置。活/死BacLight分析试剂盒包含两种染料，一种称为

9，另一种称为碘化丙啶。

9容易穿过细菌的细胞膜，并在一定波长的光照射在其上时发出绿色荧光。另一方面，碘化丙啶只能进入细胞膜受损的细菌。因此，一旦用这两种染料处理一组细菌，活细菌会显示绿色，而死细菌会显示红色。

为了检查过滤器出口处的细菌状态，荧光染料(红色/绿色)已用于标记死(红色)细菌和活(绿色)细菌。

使用以下方案在24小时后对实施例4的绝对阻隔过滤器分析细菌：

将2mL细菌悬浮液离心；

用蒸馏水清洗细菌团两次；

在荧光染料溶液(3μl/mL)中温育15分钟；

将细菌离心并用稀NaCl溶液清洗；

将细菌团溶解在稀NaCl溶液中；

在使用GFP和RFP滤波器的显微镜下分析样品。

使用绝对阻隔过滤器的洗出液进行细菌活性测试。对照样品显示高浓度的绿色染色，表明存在活细菌。然而，对于实施例4，发现大部分细菌死亡(红色)，从而证实了死细菌。只有极少数出现绿色(指示存活)。

包封铜的泡沫体的致密结构能够捕获细菌，并具有足够的停留时间以破坏细菌膜，从而导致死亡。

24小时后观察到更多的活细菌，这是因为这种包封铜的泡沫体具有高度开放的孔结构，从而产生容易使细菌逃逸的路径而不会被捕获。

使用穿透研究测试实施例5的吸附泡沫体

对安装在管状模块中的直径为3.5cm且长度为7cm的吸附泡沫体进行了吸附穿透研究。图6中显示的结果与在大气压和室温下以0.5L/min的流速用空气中4体积％的CO₂进行挑战的实验有关。图8显示了第四次再生循环后的吸附结果。图7显示了对实施例5的80％13X泡沫体以1L/min和大气压进行的1000ppm丁烷的穿透。图9示出了第二次再生循环之后的吸附结果。使用Edinburgh Sensors Ltd的红外传感器测量CO₂浓度，范围为0到30％。在线烃分析是使用来自Teledyne的火焰离子化检测器(FID)进行的。所获得的穿透曲线以无量纲浓度(c/c0)随时间的变化给出，并显示在图6、7、8和9。在进行吸附实验之前，将泡沫体置于惰性气氛的300℃烤箱中以进行后处理过程。